公路排水设计.docx

论公路排水方法

班级：交通工程1101班

姓名：何嘉琪

学号：201100415

指导老师：贾剑青

2014年4月24日

目录
引言··························3
摘要··························3
第一章 公路排水设计要求·················3
一、路面排水方案·················5
二、排水设施设计·················9
第二章 路界表面排水···················4
第三章 横向穿越式排水··················14
第四章 地下排水·····················17
第五章 路面结构内部排水················19
总结························20
参考文献······················20

引言
近年来，由于经济的高速发展，中国建设了大量的公路，但是由于在排水方面的问题，使得不少公路建成后在经历了降水后损坏严重，对于沥青路面而言，由于其存在的压实不均问题，使得其在行车荷载与降水作用下产生麻面，雨水进一步渗透而导致路面出现裂纹，日积月累导致路面损坏，正因这样一些问题，故而提出一些公路排水方法，以便解决公路排水困难的问题。
摘要
高速公路排水系统对于高速公路路基的稳定性及路面的使用寿命有着显著的影响。排水系统的有效发挥，是防止公路病害，保证公路正常运转的关键。公路排水的主要任务是迅速把降落、流经公路路面、路肩、路基内的雨水排走，以免造成路面积水，降低路基强度和稳定性而影响行车安全。本文简述了公路路基排水系统的排水组成．提出了进行公路排水设计时应遵守的原则和思路，并对进行了初步探讨。
关键词：高速公路；公路路基；排水系统；施工技术
第一章、公路设计的一般排水要求
一、设计目的
设计公路排水的目的，是为了迅速排除在公路路界内的地表水，将公路上侧方的地表水和地下水育排到公路下侧方，以防止公路路基和路面遭受地表水和地下水的浸湿、冲刷等作用的损害。而这些排水设施在实现其功能的同时，不应造成不适当的雍水及阻水，不应该产生冲刷流速，也不应影响公路上车辆的安全运行。
二、设计标准与目标
排水设计的标准应同所设计公路的重要性以及水对毗邻财产可能产生的危害性相适应，并能提供功能完善、维修便利和造价合理的最佳排水设施方案。
三、协调配合
排水设计应同当地自然水系、已有的或规划的水利设施(灌溉排水、河川治理或水土保持等)、公共下水道、地下管线等协调配合。
四、环境保护
各项排水设施应注意流末处理，防止排泄水冲毁农田及水利设施，防止冲刷地表引起水土流失，或者污染水源。
五、维修方便
各项排水设施的设计断面尺寸，除因满足排泄设计流量的要求外，还因符合在使用过程中便于检查、维护和修理的要求。
第二章、路界表面排水
按降水在路界内降落的范围，可将地表排水划分为路面表面排水、中央分隔带排水、坡面排水和相邻地带排水四个部分。路面排水范围包括行车道和路肩。中央分隔带排水，视其宽度和表面横向坡度倾向，可以分为中央分隔带和左侧边缘带，或者仅为中央分隔带；而在设超高路段，他还包括上侧半幅路面的表面水。坡面排水包括路堤坡面、路堑坡面和倾向路界的自然坡面排水。
路界表面排水的目的，即是把降落在路界范围内的表面水有效的汇集并迅速排出路界，同时把路界外可能流入的地表水拦截在路界范围外（但不包括横穿路界的自然水道内的水流），以减少地表水对路基和路面的危害以及行车安全的威胁。
路界表面的排水设施主要由各种沟和管组成，它们分别承担一定汇水面积范围内地表水的汇集和排泄功能。表面排水设计的内容为：
（1）按排水的功能要求选择沟、管的类型，布置在合适的位置上，并将各项设施组合成一个将地表水顺畅的汇集、拦截和引到路界外的排水系统；
（2）确定各项表面排水设施的汇水范围并计算其设计流量；
（3）选择出水口（泄水口）的位置、间距和构造；
（4）计算满足排泄设计流量要求的沟、管断面形状和尺寸；
（5）分析沟渠和出水口周围地面冲刷和侵蚀的可能性，并考虑采取相应的有效防治措施。
一、路面排水方案
1.1.1、路堤拦水带
在路堤较高，边坡坡面未作防护而易遭受路面表面水流冲刷，或者虽以采用防护措施但仍有可能受到冲刷时，可沿硬路肩外侧边缘设置沥青混凝土拦水带，由拦水带和路肩铺面组成的浅三角形边沟汇集路面表面水，并通过间隔一定距离设置的出水口（进水口）和沿路堤坡面设置的竖向排水沟（吊沟）排出路堤。
在硬路肩外侧设有U形混凝土排水沟时，汇集在拦水带内的表面水，可通过间隔一定距离设置的出水口和泄水槽引排到排水沟内。
1.1.2.路堤边沟
在上述路堤较高，边坡坡面容易遭受路面表面流水冲刷的情况下，也可以沿硬路肩外侧边缘设置三角形或碟形水泥混凝土边沟，以汇集路面表面水。

图1 路堤混凝土边沟（尺寸单位：m）
1.行车道；2.硬路肩；3.碟形混凝土边沟；4.基层；5.垫层
1.1.3.路堑边沟
在挖方路段，可沿硬路肩边缘或者在无铺面露肩内或边缘处设置边沟，以汇集路面表面水和路堑边坡坡面水。

1.1.4.路堑拦水带
图3
路堑边坡坡面汇水面小时，也可采用由沥青混凝土拦水带构成的边沟。

1.2中央分隔带排水方案
根据分隔带宽度、绿化要求、交通安全设施的形式、分隔带表面的处理方式等因素选择不同的排水方案。
中央分隔带宽度小于3m时，一般采用带有铺面的横断面形式。在不舍超高路段上，中央分隔带铺面采用与两侧路面相同坡度的双向横坡，降落在分隔带上的表面水流向两侧路面，进入路面排水设施。在超高路段上，上侧半幅路面的表面水流向中央分隔带。在高速及一级道路上，不允许上侧半幅路的表面水横向漫流过下侧半幅路面。因而，须在分隔带上侧边缘处设置汇集和排泄上侧半幅路面表面水的排水设施，如碟形或三角形混凝土边U形或带缝隙的圆形混凝土边沟。

1.3.坡面排水方案
坡面可分为自然坡面、路堑边坡坡面和路堤边坡坡面三部分。
1.3.1自然坡面截水沟
路堑或路堤边坡上方自然坡面流入路界的地表水径流大时，须设置拦截地表水的截水沟。在汇流长度大的坡面上，应酌情设置一道以上大致平行的截水沟。在坡体稳定性较差或有可能形成滑坡的路段，应在滑坡体的周围外设置拦截地表水的截水沟。
1.3.2路堑边坡坡面边沟和排水沟
路堑边坡坡面水流向设在坡脚的边沟内，边沟同时接纳路面表面水。

1.3.3路堤边坡坡面边沟和排水沟
路堤边坡坡面水流向设在坡脚的边沟（低矮路堤）或排水沟（高路堤）内，边沟或排水沟同时接纳路面地表水。
1.3.4竖向排水沟（吊沟）
在高速公路和深路堑坡面上，从坡顶或者坡面平台向下竖向集中排水时，须设置竖向排水沟。
二、排水设施设计
2.1沟渠
地表排水沟渠包括边沟、截水沟、排水沟等。这些沟渠可以由土质、石质、水泥混凝土、沥青混合料等材料组成；其形状有L形、三角形、碟形、矩形、梯形、U形、圆形等。
2.1.1设计要求
(1)沟渠所提供的泄水断面尺寸应能够满足排泄设计流量的要求；设计流量由水文分析得到，所需断面尺寸可由水力计算确定。
(2)沟渠纵坡坡度和出水口间距的设计，应使沟渠内水流的流速不超过沟壁的允许最大流速，超过时应对沟壁采取防洪刷处理。
（3）沟渠纵坡坡度一般不小于0.5%，土质沟渠最小纵坡为0.25%，沟壁铺砌的沟渠的最小纵坡为0.12%。
（4）沟渠的顶面高度应高于设计水位0.1（水深0.4m以下时）～0.2m(水深0.4～0.6m时)。
（5）设在硬路肩边缘的拦水带边沟或缘石边沟内的设计水位水面，在高速和一级公路上不得漫过右侧车道外边缘，在二级及二级以下公路上不得漫过右侧车道中心线；设在行车道边缘的缘石边沟内的设计水位不得漫过右侧车道宽度的一半。
2.1.2土质或石质沟渠
土质或是石质沟渠为就地开挖的边沟、排水沟或截水沟。土质沟渠可采用三角形、碟形或梯形断面；石质沟渠可采用矩形或梯形断面。
边沟的纵坡坡度应结合路线纵坡、地形、土质、出水口位置等情况选定，尽可能与路线纵坡坡度保持一致。当路线纵坡坡度小于沟底最小纵坡坡度时，应采用沟底最小纵坡坡度，并缩短边沟出水口的间距。高速及一级公路的土质边沟，均采用坡面防护措施。
边沟出水口间距，一般地区不宜超过500m，多雨地区不宜超过300m，三角形和碟形边沟不宜超过200m。边沟出水口的排放应结合地形、地质条件以及桥涵水道位置，排引到路基范围外，使之不冲刷路堤坡脚。
截水沟长度以200～500m为宜。超过500m时，可在中间适当位置处增设泄水口，由竖向排水沟（吊沟）或管分流排引。
2.1.3水泥混凝土沟渠
（1）L形沟渠，主要用作缘石边沟，用于汇集由墙背排出的自由水以及路面表面排水。

（2）三角形边沟，用于路堤边沟或路堑边沟；路面采用混凝土面层时，边沟可与面层浇筑一体。
（3）碟形沟，用于设在中央分隔带内的边沟，或者用作路堑边沟。

（4）U形沟，主要用作排水沟；也可用作路堑边沟，但此时需加盖板，依据车辆荷载作用情况和断面尺寸，沟身构件和盖板酌情予以配筋。

（5）带缝隙的圆形沟，主要作用中央分隔带边沟，以汇集超高路段上侧鲁夫路面表面水。
2.1.4沥青混合料边沟
由沥青混凝土拦水带和沥青铺面构成的路堤或路堑边沟。拦水带设在硬路肩边侧外缘，可分为高、中、低三种不同形式。
（1）高拦水带，堤（带）高15cm，顶宽12.5cm，正面边坡1：0.5，背面边坡1：0.5或直立，用于边坡坡脚接上路肩的路堑边沟，以及设在金属防护栏下的路堤边沟；
（2）中拦水带，堤高10cm，其正面采用缓坡（1：4），用作路堤边沟，车辆以中等速度驶越拦水带时不会失去控制；
（3）低拦水带，堤高5cm，用于雨量少、纵坡陡于0.5%的低路堤边沟，会水量大时，可以通过堤顶溢流方式向路堤边坡漫流。

2.2进水口
2.2.1形式
进水口有三种形式
（1）开口式进水口，在缘石或拦水带竖面上开口，让边沟内水流侧向流入；
（2）格栅式进水口，边沟底面开口，以格栅覆盖，使边沟内水流向下流入；
（3）组合式进水口，由缘石开口式和格栅式组合而成的进水口。

2.2.2位置及间距
进水口设置在低洼处。
在直线段上进水口的间距视地形、汇水面积道路纵向和横向坡度、进水口形式、边沟容量等条件而异，可以通过水力计算确定，一般为30～50m。
2.2.3构造
缘石开口长度不得小于50cm，高度不得小于8cm，。如果有漂浮垃圾进入可能时，开口处应加设竖向挡污栅条。
为增加进水口的泄水能力，可在进水口周围设置低凹区。在平坡或竖曲线底部，低凹区可对称分布；在坡度段上，低凹区呈不对成布置，在上游方向的长度大于下游方向。拦水带开口式进水口、缘石开口式进水口、格栅式进水口的低凹区布置。
进水口的各项尺寸（开口长度和高度、栅格面积和栅孔净面积、下凹深度、低凹区宽度等），可与进水口间距一起，通过水力计算确定。
2.3集水井
进水口处设集水井，流入进水口的水通过集水井内的排水管汇流或排引到指定地点。集水井的尺寸视进水口泄水量和排水管尺寸而定，但长度和宽度的最小尺寸为40cm；其底部高程应至少低于排水管管底15cm，以便淤积和清理水中的泥沙。

2.4竖向排水沟（吊沟）
设在路堑或路堤边坡坡面上，将集中的表面水从坡顶引排到坡脚的竖向排水沟（或称吊沟）。由于纵坡大，流速急，易产生对坡面的冲刷。
在边坡坡度缓于1：1.5时，竖向排水沟可采用由浆砌片石铺砌的矩形或梯形断面沟槽。沟槽底最小宽度25cm（梯形）或30cm（矩形），槽深最小20cm，槽底厚度可为20～40cm，槽壁厚度30～40cm。槽顶应与两侧斜坡表面齐平。

竖向排水沟或排水管的进水口同沟渠（边沟、截水沟或排水沟）进水口之间做成喇叭口式联结。变宽段应至少有15cm的低凹区，并作铺砌防护。竖向排水沟或排水管的出水口处应设置消能设施可采取混凝土或石块铺筑的消力坪或消力池。

第三章 横向穿越式排水
为将路界上侧的地表水横向穿越路基引排到路界（或路基）的下侧，可设置小型排水构造物—涵洞。
3.1结构形式
涵洞结构形式可分为钢筋混凝土圆管涵、钢筋混凝土或石盖板涵、钢筋混凝土或石拱涵、钢筋混凝土箱涵及圆形或方形倒虹吸管五类。各类涵洞的优缺点、适用性及常用孔径可参看下表。应依据洞顶填土高度、设计流量、地基状况、行车荷载、上下游现有水路情况、经济性等因素确定。
各类涵洞的适用性、优缺点和常用孔径 表 1
结构形式
适用性
优缺点
常用孔径（cm
圆管涵
有足够填土高度，流量较小
对基础的适应性及受力性能较好、不需墩台，造价低
75、100、125、150
盖板涵
低路堤明涵、高路堤暗涵、流量较大
结构简单，维修方便
75、100、125、150、200、300、400
拱涵
跨越深沟、高路堤
可采用大跨径、承载力大、施工工序较繁
100、150、200、250、300、400
箱涵
地基软弱时
整体性强、造价较高、施工困难
200、250、300、400、500
倒虹吸管
横穿路基的沟渠水面标高与路基标高基本相同或略高
沟渠内含沙量较高时避免使用，以免堵塞

3.2洞身构造
涵洞由进水口、洞身和出水口三部分组成。
洞身为涵洞主体部分。
圆管涵和倒虹吸管的洞身由分段圆管节及支撑管节的基础组成。
盖板涵的洞身由涵台（墩）、钢筋混凝土或石盖板及基础组成。
拱涵由半圆形、圆弧形或卵形拱圈、涵台和基础组成。
箱涵由长方形或方形断面的钢筋混凝土薄壁结构组成。
3.3洞口构造
洞口应与洞身和路基衔接平顺，使水流顺畅的进出涵洞，组成良好流态，并不使洞身、洞口、两侧路基及上下游沟床遭到冲刷。
洞口由端墙、翼墙或锥形护坡、洞口铺砌组成。
3.4布置
涵洞位置应依据上下游水路的线形，考虑排水功能需要、水流稳定、施工维护方便、与公路整体的配合、地质条件、交通安全以及经济性等因素确定。在竖曲线底部、天然河沟、排水沟槽、农田灌溉渠、低洼地等处，通常须设涵洞。
3.5进出水口沟床处理
涵前沟床纵坡较大时，应视流速大小选择相应的沟床加固类型。水流在进水口处产生水跃时，应在进水口前设置一缓坡，其水平距离约为涵洞孔径的1～2倍。如须在进水口处产生强迫式水跃以消能减速，则可在涵前设置跌水或消力池。
第四章、地下排水
地下排水设施
4.1设置场合
在地下水危及路基稳定（包括整体稳定和局部稳定）或者产生严重影响路基强度的情况下，应根据具体情况采取拦截、排引含水层地下水，降低地下水位或者疏干坡体内的地下水等措施。
（1）路堑开挖截断了坡体内的含水层，或者山坡路堤的基地范围内有含水层出露时，可沿挖方或填方边坡坡脚设置总想地下排水沟，将含水层内的地下水拦截在路基范围外，并引排出路堑或路堤。
（2）填挖方交替路段，接近路堑的路堤基底遇有含水层出露时，须在填挖方交替处设置横向地下排水沟，以拦截含水层内的地下水并排引出路界。
（3）地下水位高而路堤填土高度又受到限制时，或者路堑开挖后路床顶高程离地下水位很近时，可沿两侧边沟设置地下排水沟，以降低地下水位，减小路基湿度，提高其承载能力。

（4）土质路堑边坡坡体的含水量很大（或有上层滞水）而易产生坡体滑动时，可在坡体内设置条形、分叉形或拱形边坡渗沟以疏干坡体，或者设置水平排水孔以降低坡体内的静水压力。
5）为拦截地下水或上层滞水的毛细上升阻止其进入路面结构，或者排出因负温差作用而积聚在路基上层的自由水，可直接在路床顶部设置排水层，并在其两侧配置纵向集水管。

4.2地下排水沟构造
地下排水沟可有管式和洞式两种，由透水管（管式）、排水洞（洞式）及沟槽内回填的透水性材料组成。
（1）透水管
透水管可采用带孔槽的水泥混凝土管、钢筋混凝土管或（聚氯乙烯或聚乙烯）塑料管等。

（2）石砌排水洞
在盛产石料地区，可采用片石浆砌成矩形排水槽，槽顶覆盖水泥混凝土条形或者石条盖板，形成排水洞。板条间留有小于20mm宽的缝隙，间距不超过300mm，供渗入沟槽内的地下水流入排水洞。盖板顶面覆盖透水性土工布，以免回填料随渗流水落入排水洞内。

（3）沟槽
透水管或排水洞设在沟槽底部，沟槽内回填透湿性材料。透水管管底铺设15cm厚的填料，管两侧的回填料宽度不小于30cm。为避免透水管的孔操被堵塞，回填料在通过率为85%时的粒径应比孔口直径或槽口宽度大两倍。
（4）反滤层
透水性回填料的级配不满足反滤要求时，须在沟壁迎水面处设置反滤层。
（5）反滤织物
反滤织物（土工布）可选用由聚酯类、尼龙或聚丙烯材料制成的编织或无纺织物。
第五章 路面结构内部排水
降落在路面上的水，大部分通过路表面的横向和纵向坡度流向路肩和路基外，而总有相当一部分会沿路面接缝和裂缝的缝隙、路面混合料的孔隙、路面和路肩的接缝以及无铺面的路肩渗入路面结构内。在地下水位高时，地下水会通过毛细渗流流入路面结构下部；在季节性冰冻地区，积聚在路床上部的自由水也会进入路面结构下部。进入路面结构内的自由水，在路基路面为透水性体系时，可通过向路基和两侧路肩结构渗流而逐渐排走。
内部排水系统组成和布置方案
为迅速排出滞留在路面结构内的自由水，可沿路面边缘设置边缘排水系统，或者在路面结构层内设置排水基层或排水垫层排水系统。
边缘排水系统
沿路面结构外侧边缘设置纵向边缘排水系统。渗入路面结构内的水分，先沿路面结构内某一透水层次或者层间空隙流入由透水性材料组成的纵向排水沟，再由间隔一定距离布设的横向出水管引排出路基。
总结
道路排水结构物形式众多，从地上到地下，从横向到纵向，从外部到内部，但是都有一个相同的目的，那就是及时排出结构物内的水，保护道路结构不受降水的破坏，并且保证行车的安全。排水沟造物形式大致如上所述，应结合就地取材，降低工程造价的原则，并且依据当地气候水温条件，设计并建造与当地情况符合的排水构造物，并组成相应的排水系统。通过对这一部分的学习，加深了对排水设计方面的认识，并且对其构造原理有了了解，这对今后的学习与实际工作过程中遇到的问题，都大有裨益。
参考文献：
陆鼎中，程家驹编著《路基路面工程》，上海，同济大学出版社，1999年。
姚祖康编著《公路排水设计手册》，北京，人民交通出版社，