第五章道路排水设计及桥涵方案设计

中国矿业大学2005届本科生毕业设计第49页5道路排水设计及桥涵方案设计5.1道路排水设计道路排水系统包括路基排水、路面排水和中央分隔带排水三部分。路基排水系统包括边沟和排水沟。设计中通过边沟、排水沟、桥涵等排水构造物将水排入天然河沟，以形成完整的排水系统。因此道路排水系统设计包括路基排水设计、路面排水设计和中央分隔带排水设计。5.1.1路基排水设计路基排水主要通过两侧的边沟和集水沟及挡水土堤来进行。边沟将汇集的路面水、路基边坡排入河沟或排入排水涵洞中，或用排水沟引离路基。路线经过河塘地段时，设置填筑式边沟，或直接通过河塘排水，一般不应将水排入鱼塘。路基路面排水的一般原则如下:1）排水设施要因地制宜、全面规划、合理布局、综合处置、讲究实效、注意经济，并充分利用有利地形和自然水系；2）沟槽的顶面高度应高出设计水位0.1～0.2m。边沟纵坡一般不小于0.5%，特殊情况下可减至0.3%。边沟长度原则上不超过300m，最大不超过500m。当边沟与沟渠、道路发生交叉时，一般将边沟水直接排入排水沟，遇灌溉沟渠时，则考虑将边沟水向两侧排除，当边沟必须穿越道路时，设置边沟过路涵穿越。边沟（排水沟）出水口与较大河沟相接处，当可能发生冲刷时采用急流槽将水引入河沟中。根据地势走向情况，以及周围天然河沟的分布情况，同时在排水沟设计中尽量减少填方量。该路段排水沟设计如下，各段边沟起始桩号、沟底纵坡列表（5.1）。5.1.2中央分隔带排水中央分隔带采用锯齿型，并植草绿化防目眩。为排除中央分隔带下渗水，采用纵向碎石盲沟结合横向塑料排水管排出中间带填土渗水。盲沟采用矩形断面，宽60m，深20～38cm，纵坡不小于0.3%，其沟底及侧壁、中间带土基表面以及中央分隔带路面结构外侧采用2cm厚水泥砂浆抹面并涂沥青防渗层及铺设防渗土工布。碎石盲沟顶面铺一层透水土工布，以防中间带填土污染碎石盲沟而降低透水功能，中央分隔带纵向碎石盲沟内贯穿埋设φ5cm中空耐压塑料管，每间隔50～70m设置较盲沟地面底20cm得集水槽，集水槽内埋设带孔塑料三通管并于横向φ8cm聚氯乙烯硬塑料排水管相接，将中央分隔带中下渗水排出路基以外。中国矿业大学2005届本科生毕业设计第50页5.1.3系统布置按照《公路排水设计规范》（JTJ018-97）综合本路段道路平纵横设计，综合考虑沿线地形地貌及桥涵设置情况拟定排水系统表（5.1）。表5.1边沟设计表序号起讫桩号终点沟底设计高程(m)边沟位置边沟长度（m）边沟纵坡（%）原地面高程（m）起点沟底设计高程(m)1K0+000～160K0+000右160+0.332.6432.00K0+16032.6032.482K0+000～090K0+000左90+0.332.6432.00K0+09032.6032.273K0+162～280K0+162右118+0.332.6432.00K0+28032.6032.354K0+092～280K0+092左188+0.332.6132.00K0+28032.6032.565K0+325～505K0+325右180-0.332.6332.54K0+50532.4332.006K0+325～390K0+325左65-0.332.6332.11K0+39032.6231.917K0+507～560K0+507右53-0.332.6432.16K0+56032.4132.008K0+392～560K0+000左168-0.332.6432.60K0+16032.6032.109K0+562～850K0+0562右290-0.432.4132.69K0+85032.0331.5310K0+562～872.7K0+562左312.7-0.432.4132.91K0+872.732.0631.6611K0+850～K1+198K0+850右348-0.332.0332.09K1+19832.0531.05中国矿业大学2005届本科生毕业设计第51页12K0+872.7～K1+208K0+872.7左335.5-0.332.0633.14K1+20832.0631.4613K1+230～382K1+230右162+0.332.0531.55K1+38232.0132.0414K1+208～333.5K1+208左103.3+0.332.0631.56K1+333.532.0431.8715K1+382～K1+521K1+382右161+0.332.0131.71K1+52132.5032.1916K0+872.7～K1+208K0+872.7左202+0.332.0431.64K1+20832.5232.2517K1+572.5～670K1+572.5右129-0.332.5632.41K1+67032.5232.0218K1+515～659.8K1+515左144.8-0.332.5232.44K1+659.832.5632.0619K1+671.5～744.8K1+671.5右73.3-0.332.5232.38K1+744.832.4532.0520K1+660.8～721K1+660.8左60.2-0.332.5632.23K1+72132.4032.0021K2+090～305K2+090右215+0.331.0430.74K2+30531.5231.3922K2+078～305K2+078左227+0.331.0530.75K2+30531.5031.4323K2+306.5～450K2+306.5右143.5+0.431.5231.20K2+45031.3331.7724K2+306.5～450K2+306.5左143.5+0.431.5231.20K2+45031.3031.7725K2+454～K2+454右252-0.431.3431.60中国矿业大学2005届本科生毕业设计第52页686K2+68631.4731.0926K2+454～666K2+454左212-0.431.3631.98K2+66631.4231.0527K2+726～851.5K2+726右125.5-0.331.2531.38K2+851.531.2131.0028K2+686～851.5K2+686左165.5-0.331.3031.50K2+851.531.2131.0029K2+853～K3+112K2+853右259-0.431.2831.99K3+11231.2330.9530K2+853～K3+120K2+853左267-0.431.2831.97K3+12031.2530.9031K3+112～177.008K3+112右65.008+0.331.2331.00K3+177.00831.2231.2032K3+120～177.008K3+120左57.008+0.331.2531.00K3+177.00831.2231.17图5-1边沟示意图（1）边沟的尺寸见图5―1。（2）路面水大部分沿路线纵坡和路面横坡漫流经路基边坡进入路基边沟，排至路基之外，另一部分路面下渗水通过设置在水泥稳定碎石顶面的沥青封层表面和路肩下的碎石透水层以及每隔10～15m设置一道横向塑料排水管排至防护的边坡，流入边沟。边沟沟内采用浆砌块石铺砌。中国矿业大学2005届本科生毕业设计第53页5.1.4路基排水结构物设计路基排水采用浆砌片石明沟排水，排水横断面为梯形，底宽0.5米，沟深0.5米，内侧边坡坡度1：1，汇水长度取348米，沟底纵坡为0.5%，路基最大填土高度为8米，边坡坡度取为1：1.5，坡面流长计算汇水面积时1）路界内各项排水设施所需排泄的设计径流量按式5―1计算。qFQ67.16(5―1)式中Q—设计径流量，m3/s；q—设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，mm/min；—径流系数；F—汇水面积，km2。计算路界内各项排水设施的汇水面积。路面汇水面积：F＝12.5×348=4375m2边坡汇水面积：F＝1.5×8.0×348=4176m2护坡道汇水面积F＝2.0×350=700m2总汇水面积：＝925170041764375m2查《公路排水设计规范》(JTJ018－97)表3.0.8沥青混凝土路面径流系数取ψ=0.95，坡面采用植草及拱形骨架护坡，径流系数ψ=0.65，护坡道的径流系数ψ=0.4，所以汇水区的径流系数为:77.092514.070065.0417695.043752）汇流历时假设汇流历时10min,路届内坡面排水设计降雨的重现期为15年。路面和路肩表面的排水设计降雨的重现期为5年降雨强度以式（5―2）计算。，１０5qccqtp（5―2）式中q5,10—5年重现期和10min降雨历时的标准降雨强度,mm/min；pc—重现期转换系数，为设计重现期降雨强度qP同标准重现期降雨强度q5的比值qP/q5；tc—降雨历时转换系数，为降雨历时t的降雨强度qt同10min降雨历时的降雨强度q10的比值qt/q10。由《公路排水设计规范》(JTJ018－97)表3.0.7-1查得该地区15年重现期转换系数Cp=1.27，由《公路排水设计规范》(JTJ018－97)图3.0.7-1，查得该地区5年重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,10=2.5mm/min，由《公路排水设计规范》(JTJ018－97)图3.0.7-2查得该地区的60min降雨强度转中国矿业大学2005届本科生毕业设计第54页换系数C60=40，再由《公路排水设计规范》(JTJ018－97)表3.0.7-2查得10min降雨历时转换系数C10=1.25。则：降雨强度：175.35.20.127.1q(mm/min)设计径流：smQ2638.010925177.0175.367.163）检验汇流历时（1）水力半径计算pAR（5―3）式中R—水力半径，m；A—沟渠的过水断面面积，(m2)；ρ—湿周，按式5―1―7计算。Khb（5―4）式中b－沟底宽(m)；h－沟渠过水深度(m)；K－系数，按式5―8计算。212mK（5―5）式中m－沟渠边坡坡度。沟渠的过水断面面积：5.05.015.05.02A(m2)湿周：914.15.01125.02所以：26.0914.15.0Rm（2）平均流速按公式5—6计算排水沟的平均流速：21321IRnv（5—6）式中：v—排水沟平均流速没m/s；n—沟壁的粗糙系数；R—水力半径m；I—水力坡度。查规范《公路排水设计规范》（JTJ018-97）表8.1.3浆砌片石粗糙系数n=0.025所以：07.1005.026.0025.011322vm/s中国矿业大学2005届本科生毕业设计第55页查《公路排水设计规范》（JTJ018-97）8.1.4浆砌片石边沟最大允许流速为2.0m/s，明沟的最小允许流速为0.4m/s,所以1.07m/s可以满足要求。3）检验汇流历时边坡坡面的汇流历时按公式5—7计算：467.011445.1ssilmt（5—7）式中：1t—坡面汇流历时，min；sl—坡面流长度，m；1m—地表粗度系数；si—坡面流的坡度取为0.013；沥青路面的汇流历时横坡为2%，坡面长度为12.5m,min54.102.05.12013.0445.1467.01t路基坡面（坡度为1：1.5，坡面流长12m）min68.05.1112013.0445.1467.02t护坡道的汇流历时（坡面流长为2m，坡度为4%）min997.104.022.0445.1467.03t根据沟内平均流速min45.56007.13484vltmin65.945.598.168.054.14321ttttt＜15min（4）流量检验沟渠内的泄水能力按下式（5－8）计算：AvQc（5－8）式中：cQ—沟渠泄水能力,m3/s；v—