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第三章 路基排水设计,3-1 排水要求及一般原则 3-2 排水设备构造与布置 3-3 明渠水文与水力学计算,回目录,3-1 路基排水要求及设计一般原则,一、 排水的目的与要求 水病害主要因素； 水源地面水，地下水； 地面水：降水、存水，引起冲刷、渗透等病害； 地下水：滞水、潜水、层间水，造成湿软、冻胀、滑坍等病害； 排水任务：降低湿度，保持干燥；排水方法：排除、拦截、隔断、疏干、引导；,二、 一般原则 （1）因地制宜，合理布局 （2）与农田水利相配合 （3）调查研究，排水规则 （4）水土保持，沟渠防护 （5）就地取材，以防为主 （6） 排水与承受相结合,回目录,3-2 路基排水设备的 构造与布置,一、地面排水设备 常用的路基地面排水设备，包括边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽等，必要时还有渡槽、倒虹吸及积水池等。,1、边沟 1）位置：设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧，多与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。 2）横断面：边沟的排水量不大，一般不需要进行水文、水力计算，依据沿线具体条件，选用标准形式。 3）长度：边沟不宜过长，尽量使沟内水流就近排至路旁自然水沟或低洼地带，必要时设置涵洞，将边沟水横穿路基从另一侧排出。 4）纵坡：一般与路线纵坡一致（出水口附近除外） 。,边沟的横断面形式，有梯形、矩形、三角形及流线形。,图32 路堑与高路堤的边沟出口布置图,由于边沟泄出水流流向路堤坡脚处，两者高差大，必须因地制宜，根据地形与地质等具体条件，将出水口延伸至坡脚以外，以免边沟水冲刷填方坡脚。,图33 边沟泄水流入涵前窨井剖面图（单级跌水）,2截水沟 又称天沟，一般设置在挖方路基边坡坡顶以外，或山坡路堤上方的适当地点，用以拦截并排除路基上方流向路基的地面径流，减轻边沟的水流负担，保证挖方边坡和填方坡脚不受流水冲刷。 位置：应尽量与绝大多数地面水流方向垂直，以提高截水效能和缩短沟的长度。 长度：以200500m为宜。,图34 挖方路段截水沟示意图 1截水沟；2土台；3边沟,图36 填方路段上的截水沟示意图 1土台；2截水沟,3排水沟 用途：引水，将路基范围内各种水源的水流，引至桥涵或路基范围以外的指定地点。 横断面：一般采用梯形，尺寸应经过水力水文计算选定。 底宽与深度不宜小于0.5m； 土沟的边坡坡度约为1:11:1.5。 位置：可根据需要并结合当地地形等条件而定； 离路基尽可能远些，距路基坡脚不宜小于2m； 平面上应力求直捷，需要转弯时亦应尽量圆顺，做成弧形，其半径不宜小于1020m。 长度：一般不超过500m。,图38 排水沟与水道衔接示意图 1排水沟；2其它渠道；3路基中心线；4桥涵,与其他沟渠相交：排水沟水流注入其他沟渠或水道时，应使原水道不产生冲刷或淤积。通常应使排水沟与原水道两者成锐角相交，交角不大于45，有条件可用半径R=10b（b为沟顶宽）的圆曲线朝下游与其它水道相接。,沟渠加固类型 表31,4跌水与急流槽 跌水与急流槽是路基地面排水沟渠的特殊形式，用于陡坡地段，沟底纵坡可达45。 通常应采用浆砌块石或水泥混凝土预制块砌筑，并具有相应的防护加固措施。,跌水： 有单级和多级之分，沟底有等宽和变宽之别。 单级跌水：适用于排水沟渠连接处，由于水位落差较大，需要消能或改变水流方向。 多级跌水：适用于较长陡坡地段的沟渠，为减缓水流速度，并予以消能。,图310 边沟与涵洞单级跌水连接图 图311多级跌水纵剖面图 1边沟；2路基；3跌水井；4涵洞 1沟顶线；2沟底线,跌水的基本构造：分为进水口、消力池和出水口三个组成部分。,急流槽： 比跌水的平均纵坡更陡，结构的坚固稳定性要求更高，是山区公路回头展线，沟通上下线路基排水及沟渠出水口的一种常见排水设施。 主体部分的纵坡：依地形而定，一般可达67%（1:1.5），如果地质条件良好，需要时还可更陡，但结构要求更严，造价亦相应提高，设计时应通过比较而定。 材料：多用砌石（抹面）和水泥混凝土结构，亦可利用岩石坡面挖槽。如临时急需时，可就近取材，采用竹木结构。,急流槽的构造： 按水力计算特点，由进口、主槽（槽身）和出口三部分组成。,图313 急流槽构造示意图（单位：m） 1护墙；2消力槛 3混凝土槽底； 4钢筋混凝土槽底；5横向沟渠；6砌石护底,5倒虹吸与渡水槽 当水流需要横跨路基，同时受到设计标高的限制，可以采用管道或沟槽，从路基底部或上部架空跨越，分别相当于涵洞和渡水桥，两者属于路基地面排水的特殊结构物，并且多半是配合农田水利所需而采用。,倒虹吸： 借助上下游沟渠水位差，利用势能迫使水流降落，经路基下部管道流向路基另一侧，再复升流入下游水渠。,渡水槽： 相当于渡水桥，如图所示。原水道与路基设计标高相差较大，如果路基两侧地形有利，或当地确有必要，可设简易桥梁，架设水槽或管道，从路基上部跨越，以勾通路基两侧的水流。,6. 蒸发池 气候干旱、排水困难地段，可利用沿线的集中取土坑或专门设置蒸发池排除地表水。 蒸发池与路基边沟（或排水沟）间应设排水沟连接。蒸发池边缘与路基边沟距离不应小于5m，面积较大的蒸发池不得小于20mm。池中水位应低于排水沟的沟底。 蒸发池的容量应以一个月内路基汇流入池中的雨水能及时完成渗透与蒸发作为设计依据。每个蒸发池的容水量不宜超过200300m3，蓄水深度不应大于1.52.0m。 蒸发池的设置不应使附近地面形成盐渍化或沼泽化。,二、地下排水设备,路基及边坡土体中的上层滞水，或埋藏很浅的潜水称为地下水，当地下水影响路基、路面强度或边坡稳定时，应设置暗沟（管）、渗沟、检查井等地下排水设施。 常用的路基地下排水设备有：盲沟、渗沟和渗井等，其特点是排水量不大，主要是以渗流方式汇集水流，并就近排出路基范围以外。对于流量较大的地下水，应设置专用地下管道予以排除。,1暗沟 相对于地面排水的明沟而言，暗沟又称盲沟，具有隐蔽工程的含义。 从盲沟的构造特点出发，由于沟内分层填以大小不同的颗粒材料，利用渗水材料透水性将地下水汇集于沟内，并沿沟排泄至指定地点，此种构造相对于管道流水而言，习惯上称之为盲沟，在水力特性上属于紊流。,图318 一侧边沟下设盲沟 图319 二侧边沟下设盲沟 1盲沟；2层间水；3毛细水；4可能滑坡线 1原地下水位；2降低后地下水位；3盲沟,图320 挖填交界处横向盲沟 1盲沟；2边沟；3路堑；4路堤,2渗沟 含义：采用渗透方式将地下水汇集于沟内，并通过沟底通道将水排至指定地点，此种地下排水设备统称为渗沟。 作用：降低地下水位或拦截地下水，其水力特性是紊流，但在构造上与上述简易盲沟有所不同。 结构形式：盲沟式渗沟、洞式渗沟和管式渗沟。 渗沟属于水平方向的地下排水设备；,3渗井 当地下存在多层含水层，其中影响路基的上部含水层较薄，排水量不大，且平式渗沟难以布置，采用立式（竖向）排水，设置渗井，穿过不透水层，将路基范围内的上层地下水，引入更深的含水层中去，以降低上层的地下水位或全部予以排除。,回目录,3-3 明渠的水文水力计算,一、设计流量 1、 流量： 路基排水设计的基本依据，其大小与汇水面积和一定频率下的径流厚度，以及汇水区域内的地形、地貌及地表植被等因素有关。,2、 流量的计算方法 1）对于路基排水的明渠而言，如果汇水面积不大（F10Km2），可按下列经验公式估算。 Qs=Afn 式中：Q设计流量，m3/s F汇水面积，Km2； A径流摸量，其值与设计洪水频率及地区有关，约为520之间； n地区指数，当F1.0Km2时，n=1；当1F10Km2时，其值因地区而异，n=0.750.85。 特点：使用简便，但因纯属经验性质，地区差别亦太大，各地区宜作长期观测，积累资料，以求得当地的模量A与指数n值。,2）如果有当地降雨资料，Qs可按下列经验公式估算,式中：S相应于设计洪水频率的小时降雨量，mm； C地貌有关系数，山岭区为0.55，一般丘陵区为0.41.5，黄土丘陵区为0.370.47，平原区为0.300.40。 如果汇水面积F1.0Km2，式（7-13）可简化为 Qs=CSF,各级公路路基排水的设计洪水频率： 高速公路、一级公路为1/100；二级公路为1/50； 三级公路为1/25；四级公路视具体情况而定。 汇水面积可在地形图上勾绘量取，必要时现场量测。 如果沟渠长，流量沿长度有所变化时，应予分段计算后将流量叠加。分段的长度约200300m，各段的流量等于前面诸段的累积值，,图7-37 沟渠流量计算图 1-转坡点；2-小沟；3-沟渠；4-路线,3）路基排水的设计流量，常可采用下列简化公式,式中：Qs设计流量，m3/s； 地貌系数，其值按地形、主河沟的平均坡度、汇水面积（F） h径流厚度，mm，其值按当地土质、暴雨分区、设计洪水频率及汇流时间可查人民交通出版社的公路设计手册涵洞而得； E植物截流或洼地滞流的拦蓄厚度，mm，大致如表78所示的径流厚度z值； 综合系数，由洪峰传播的流量折减系数，汇水区内降雨不均匀的折减系数及小水库或湖泊影响的折减系数三者所组成，即=详细计算时可查涵洞手册，对路基排水，因汇水面积较小（F10.0km2），可近似取=1.0。,地貌系数值表 表37,注：当汇水面积小于10km2，汇流时间等于30s时。,径流厚度h值表 表38,二、水力计算,1基本计算公式 流速和流量：,2流速系数 流速系数主要取决于水流条件（沟渠、管道或地表等以及其粗糙程度），它在试验的基础上建立计算公式。,3容许的最小与最大流速 1)沟渠的容许最小流速（m/s）： 为了使沟渠不致产生泥沙淤积，设计时应保证沟渠内的水流具有一定流速。 容许最小流速同水中所含土质沉淀所容许的淤泥有关，一般可按如下经验公式计算：,式中： 与水中含土粒径有关的淤积系数，参见表310所列:,2)沟渠的容许最大流速： 为使沟渠不致冲刷，应限制设计流速。各种明渠的允许最大设计流速，由试验结果而定，一般可参见表711所列。,明渠容许最大流速表 表311,表列数值（以m/s计）适用于水流深度h=0.41.0m，超过此值时应乘以下列修正系数。 h0.4m，0.85； h1.0m，1.