道路排水设计课件.ppt

1、1排水设计原则排水设计原则n设计目的n设计标准和目标n协调配合n环境保护n维修方便2道路排水的类型道路排水的类型n路界表面排水n横向穿越路界排水n地下排水n路面结构内部排水n道路构造物排水3排水设计的内容和步骤排水设计的内容和步骤n调查和采集数据n排水设施布设n水文分析n水力计算n结构设计n冲刷防护4排水设计的内容和步骤排水设计的内容和步骤n调查和采集数据调查和采集数据n排水设施布设n水文分析n水力计算n结构设计n冲刷防护公路沿线汇水区的特性、地形、地貌、河川公路沿线汇水区的特性、地形、地貌、河川水系水系公路沿线汇水区的土质特性、土类型和性质公路沿线汇水区的土质特性、土类型和性质公路沿线汇水区

2、的地表覆盖情况，植物生态公路沿线汇水区的地表覆盖情况，植物生态分布分布公路沿线汇水区的地下水类型和补给来源公路沿线汇水区的地下水类型和补给来源当地气象资料当地气象资料公路沿线汇水区水系的水位和流量，河道冲公路沿线汇水区水系的水位和流量，河道冲淤情况等淤情况等5设计降雨重现期或设计频率n降雨重现期：某一强度的降雨预期重复出现的平均周期n频率：重现期的倒数n道路排水设施：以适当降雨重现期或频率的流量作为设计流量n设计重现期的选择：综合考虑道路等级、设施的重要性以及经济性和安全性6设计降雨重现期或设计频率公路等级路面和路肩表面排水路界内坡面排水高速公路及一级公路515一级公路及以下310城市级别快速

3、路主干路次干路支路广场停车场立体交叉大城市25130.520.511325中、小城市0.520.510.330.5137p排水设施类型路面表面排水中央分隔带排水坡面排水相邻地带排水8p目的：n把降落在路界范围内的表面水有效地汇集并迅速排除出路界；n把路界外可能流入的地表水拦截在路界范围外n减少地表水对路基和路面的危害以及对行车安全的威胁9p设计内容：设计内容：按功能选择沟、管类型并合理布置，组成一个排水系统确定各项表面排水设施的汇水面积并计算其设计径流量选择出水口的位置、间距和构造计算满足排泄设计流量要求的沟、管断面形状和尺寸分析沟渠和出水口周围地面冲刷和侵蚀的可能性，采取有效防护措施10n横

4、坡n路堤坡面漫流n路堤坡面集中排水n路堤边沟n路堑边沟n缘石边沟（街沟）11p横坡设置：横坡设置：n无中间带或采用分离式路基公路 未设超高路段：双向横坡 设超高路段：单向横坡n设中间带公路：设单向横坡l注：单向车道数超过3个的高速及一级公 路，每个行车方向设置双向横坡12n横坡大有利于迅速排水，不利于行车安全n路肩：较行车道横坡值大12n硬路肩边缘设拦水带：5n路肩铺面的横向坡度：5或5以上n六车道、八车道的高速公路宜采用较大的路面横坡13p前提条件前提条件n路线纵坡平缓n汇水量不大n路堤较低n边坡坡面不会受到冲刷p路面表面水以横向漫流形式向路堤坡面分散排放14p前提条件前提条件n路堤较高n边

5、坡坡面未作防护而易遭受路面表面水流冲刷n坡面虽已采用防护措施但仍有可能受到冲刷p沿硬路肩外侧边缘设置拦水带，由拦水带和路肩铺面组成浅三角形边沟汇集路面表面水，且通过一定距离设置出水口15p前提条件前提条件n路堤较高n边坡坡面易遭受路面表面水流冲刷p沿硬路肩外侧边缘设置三角形或碟形水泥混沿硬路肩外侧边缘设置三角形或碟形水泥混凝土边沟凝土边沟16p前提条件前提条件n挖方路段n沿硬路肩边缘或者在无铺面路肩内或边缘处设置边沟p边沟断面类型：边沟断面类型：三角形、碟形、梯形或者矩形17p前提条件前提条件n行车道外侧设有人行道沿其边缘设置路缘石（侧石），由它和平石组成L形边沟（或称街沟）18不同排水方案选

6、择因素：n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不同方案：n宽度小于3m表面采用铺面封闭n宽度大于3m采用表面微凹且无铺面封闭n宽度大于3m采用表面凸起且无铺面封闭19坡面排水方案坡面排水方案n自然坡面截水沟n路堑边坡坡面边沟和排水沟n路堤边坡坡面边沟和排水沟n竖向排水沟20自然坡面截水沟自然坡面截水沟p设置条件：设置条件：n路堑或路堤边坡上方自然坡面流入路界的地表水径流量大时n汇流长度大的坡面上n坡体稳定性较差或有可能形成滑坡的路段21桥面排水桥面排水p必要性：n桥面上的积水会使交通阻滞n行车出现漂滑事故n含氯化物的冰雪融水会促使桥面板混凝土内的钢精锈蚀，降低桥梁的

7、使用寿命22桥面排水桥面排水n桥面表面水首先靠桥面横坡和纵坡组成的合成坡排向车道两侧n进水口一般设置在桥面行车道边缘处n桥梁伸缩缝的上游方向约1.5m处应增设进水口，以减少流向伸缩缝的水量n排水管和排水槽的架设位置应考虑与桥梁外观融为一体，一般设置在悬臂板外侧23n沟渠n进水口n集水井n竖向排水沟（吊沟）24p类型：n边沟、截水沟、排水沟p沟渠材料：n土质、石质、水泥混凝土、沥青混合料等p形状：nL形、三角形、碟形、矩形、梯形、J形、圆形等25n就地开挖的边沟、截水沟或排水沟n土质：三角形、梯形、碟形n石质：矩形、梯形n边沟的纵坡坡度应尽可能与路线纵坡坡度保持一致n边沟出水口间距设置26n土质

8、沟渠的沟壁加固防护措施n草皮加固n稳定土加固n干砌片石加固n浆砌片石加固27nL形沟主要用作缘石边沟n三角形沟用于路堤边沟或路堑边沟n碟形沟用于设在中央分隔带内的边沟，或者用作路堑边沟nU形沟主要用作排水沟，也可用作路堑边沟n带缝隙的圆形沟主要用作中央分隔带边沟28n由沥青混凝土拦水带和沥青铺面构成的路堤或路堑边沟n按拦水带设在硬路肩外侧边缘的位置分为：高拦水带中拦水带低拦水带29形式：n开口式、格栅式、组合式位置及间距：n竖曲线的最低点及其前后约3m处或前后高差0.6m处n弯道内侧及反向曲线的路面横坡方向转弯处n交叉口的路面最低点n下穿道路的入口处30尺寸：n视进水口泄水量和排水管尺寸定n长

9、度和宽度的最小尺寸为40cmn底部高程应至少低于排水管管底15cm31n定义：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水沟称为竖向排水沟（或吊沟）。n边坡坡度缓于1：1.5时：浆砌片石铺砌的矩形或梯形断面沟槽n边坡坡度大于1：1.5时：采用U形钢筋混凝土预制件修筑32设计流量确定设计流量确定p定义：n决定排水设施尺寸（过水断面）的泄水量p推算方法：n有流量记录时由历年流量资料推算n仅有雨量记录时由雨量资料依据雨量与径流的关系间接推算n无记录地区由经验公式推算33设计流量确定设计流量确定n按降雨量强度推理公式式中：Q设计径流量（）C径流系数 I 在设计重现期和降雨历时内的降雨强

10、度 （mm/min）F汇水面积（）sm/3FICQ67.162km34n沟、管等速流水力计算式中：Qc沟或管的泄水能力 v沟或管内的平均流速 A过水断面面积 R水力半径 I 水力坡度 C流速系数AvQciRCv35n浅三角形沟的水力计算式中：ih边沟或过水断面的横向坡度，ih=h/B h边沟或过水断面的水深 B边沟或过水断面的水面宽2/13/8377.0inihQhc36冲淤检验n明沟的最小允许流速为0.4m/s，暗沟和管的最小允许流速为0.75m/sn管的最大允许流速为：金属管10m/s，非金属管5m/sn明沟的最大允许流速，参照有关表格选用37p进水口的水力计算n栅格式进水口 连续坡段上、

11、竖曲线底部n开口式进水口 连续坡段上、竖曲线底部n进水口间距38n格栅式进水口式中：Lg格栅孔口的最小净长度（m）Vg格栅宽度范围内水流的平均流速（m/s）hi格栅上面的水深（m）tb格栅栅条的厚度（m）291.0biggthvL39p变速流水力计算n单位能量n临界水深n收缩水深p急流槽水力计算p跌水水力计算40p变速流水力计算变速流水力计算n单位能量单位能量n临界水深临界水深n收缩水深收缩水深p急流槽水力计算p跌水水力计算式中：P由基准水平面到过水断面最低面的距离（m）h过水断面的水深（m）v过水断面的平均流速（m/s）a流速不均匀系数，常取1g重力加速度（9.81m/s2）gvahPE22

12、041p变速流水力计算变速流水力计算n单位能量单位能量n临界水深临界水深n收缩水深收缩水深p急流槽水力计算p跌水水力计算p水深h ，临界水深hhh缓流状态h=h临界状态42p变速流水力计算变速流水力计算n单位能量单位能量n临界水深临界水深n收缩水深收缩水深p急流槽水力计算p跌水水力计算式中：Eo以下游沟底为基准的跳坎前断面的单位能量（m）流速系数，可根据跌水坎壁的高度确定Ac收缩水深处的断面面积（m2）22202ccAgaQhE43n涵洞形式、构造和布置n设计流量确定n水力计算44p结构形式结构形式n圆管涵、盖板涵、拱涵、箱涵、倒虹吸p涵洞组成涵洞组成n由进水洞口、洞身、出水洞口组成p洞口形式

13、洞口形式n八字翼墙式、端墙式、锥形护坡式、直墙翼墙式、平头式、走廊式、流线式45p布置位置布置位置n凹行竖曲线底部、天然河沟、排水沟槽、农田灌溉渠、低洼地等处p布置要求布置要求n依照上、下游水流线型n涵洞方向应尽量与水流方向一致n尽可能与路线正交，也可采用斜交布置p进、出水口沟床处理进、出水口沟床处理46p不同设计频率时的设计流量推算方法n形态调查法n推理法 采用设计暴雨频率与形成洪峰流量的频率相等的同频率概念，间接推求设计洪峰流量n径流形成法 依据影响径流产生和汇流的因素推算设计流量47n水力性质n计算内容n基本计算式48p分类：n无压力式进水口水深低于该处涵洞净高，水流 流经涵洞的全部长度

14、上都保持自由水面；u 按底坡、涵长、下游天然水深不同分为：无压自由式、无压淹没式无压自由式、无压淹没式n半压力式涵洞进水口被水淹没，呈有压状态，但涵洞内仍为自由水面，呈无压状态；n有压力式涵洞进水口被水淹没，且水流充满全 涵，无自由水面，涵洞出口一般被下游没 淹没。49n计算涵洞所需的孔径n验算壅水深度n验算涵内最大流速n涵底纵坡大时，验算涵洞出口水流的流速50p水流状态判别式n须计算涵内临界水深hc，临界坡度i0n涵内正常水深h0，下游天然水深htp无压自由流基本计算式式中：hd涵洞进水口处的净高（m），无升高管节 时即为涵洞净高；涵洞进水口处水面以上的最小净空高度 （m）要求 dhH15.

15、151n地下水的性状n地下水调查和测试n地下排水设施n地下排水沟流量计算52p岩土空隙性n孔隙、裂隙、溶隙、混合p岩土中水的存在形式n气态水、吸着水、薄膜水（弱结合水）、毛细管水、重力水、固态水p地下水的类型n包气带水、潜水、承压水p泉水的类型n下降泉、上升泉p地下水渗流运动n层流、紊流、混合流53n地下水调查n地下水流向和实际流速的测定n渗透系数的测定54n流向测定：三点法测定，三个钻孔间的距离一般取为50150cmn实际流速测定：指示剂式中：vs地下水实际流速（m/h）l 投剂孔与观测孔之间的距离（m）t 自指示剂投放入投剂孔起到观测孔内指示 剂浓度出现峰值所需的时间（h）式中：ne含水层

16、的有效孔隙率（）tlvs/100/sevnv 55p抽水试验确定渗透系数 在含水层内钻数个孔，一个主孔其他为观测孔，通过主孔内抽水量测主孔涌水量与各孔水位变化的关系，计算确定含水层介质的渗透系数。p渗水试验确定渗透系数n适用于包气带非饱和岩土层n采用方法：试坑法、单环法、双环法（测定精度最高）56p设置场合：地下水危及路基稳定或者严重影响路基强度的情况下p地下排水沟n类型：管式、洞式n组成：透水管、排水洞、沟槽、反滤层、反滤织物、p织物的性能要求：n渗透能力高于邻近粒料或土的渗流能力n阻挡细粒通过n具有一定的强度p其他地下排水设施：边坡渗沟、水平排水管57n采用渗流定律n不同渗流量计算公式的差

17、异：不透水层的坡度和排水沟n不透水层，横向坡度25时式中：q单位长度排水沟的排水量 ih不透水层横向坡度 K渗透系数 Hg排水管埋设位置处的地下水位降低量ghHKiq 58n不透水层，横向坡度25时式中：q每延米排水沟由一侧沟壁渗入的流量 Hc含水层内地下水位的高度 K含水层材料的渗透系数 hg排水沟内的水流深度 rs地下水位受渗沟影响而降落的水平距离sgcrhHKq22259n不透水层很深的情况式中：rg两相邻排水沟间距的一半（m）Hg排水沟位置处地下水位下降幅度（m）gsgrrHKq/2ln260n设置场合n内部排水系统组成和布置方案边缘排水系统排水层排水系统n排水材料n水文分析和水力计算

18、61n年降水量600mm以上的湿润和多雨地区，路基由透水性差的细粒土组成的高速公路、一级公路或重要的二级公路n路基两侧有滞水，可能渗入路面结构内n严重冰冻地区，路基为由粉性土组成的潮湿、过湿路段62p透水性粒料透水性、渗透系数p多孔隙沥青稳定碎石n应满足的性质要求：n必须具有足够的透水能力；应具有一定的承载能力n具有足够的水稳定性（耐久性）p多孔隙水泥稳定碎石n必须具有足够的透水能力；应具有一定的承载能力p复合土工排水板：塑料排水芯板、土工织物63p目的：n确定排水设施的设计流量和所需的结构尺寸n检验自由水在设施内的渗流时间和速度p原则和要求：n设施的排水能力足，且有较大的安全度n系统中各项设

19、施的排水能力从上游到下游逐项增加n自由水在路面结构内的渗流时间不能太久、渗流路径不能太长n各项排水设施采取反滤措施以防止细粒随渗流进入而堵塞失效643、排水设置、排水设置 2/11加盖板矩型边沟加盖板矩型边沟安全美观大方安全美观大方653、排水设置、排水设置 3/11加盖板矩型边沟加盖板矩型边沟既安全又美观既安全又美观663、排水设置、排水设置 4/11未加盖板的巨大石砌边沟未加盖板的巨大石砌边沟不安全、不经济、不美观不安全、不经济、不美观673、排水设置、排水设置 5/11未加盖板的边沟安全性差未加盖板的边沟安全性差683、排水设置、排水设置 7/11浅碟式边沟安全、流畅，适应于低填、浅挖浅碟式边沟安全、流畅，适应于低填、浅挖693、排水设置、排水设置 6/11浅碟式边沟安全、流畅，适应于低填、浅挖浅碟式边沟安全、流畅，适应于低填、浅挖703、排水设置、排水设置 8/11植草边沟植草边沟713、排水设置、排水设置 9/11边沟尺寸应因需而设边沟尺寸应因需而设723、排水设置、排水设置 10/11若改浅碟植草边沟、取消护坡，效果会大有改进若改浅碟植草边沟、取消护坡，效果会大有改进733、排水设置、排水设置 11/11用心设计不足的用心设计不足的代表作代表作74