路基路面排水设计.ppt

第四章路基路面排水设计,4.1路基排水要求及设计一般原则4.2路基地表排水设施4.3地下排水设施4.4路面排水设计4.4排水系统的综合设计,重点,重点,重点,地面水包括大气降水以及河、海、湖、水渠、水库水等地下水包括土层滞留水、潜水及层间水等,1.影响路基路面的水的类型,4.1路基排水要求及设计一般原则,4.1路基排水要求及设计一般原则,水的来源表面深入地下水毛细水作用渗流作用水的汽化,1）把降落在路界范围内的表面水有效的汇集并迅速排除出路界2）把路界外可能流向路基的地表水拦截在路界范围以外以减小对路基路面的危害3）隔断、疏干和降低影响路基稳定性的地下水，并将其引导到路基范围以外,2.路基排水的目的,4.1路基排水要求及设计一般原则,排水设施要因地制宜、全面规划、合理布局、综合治理、讲究实效、注意经济，并充分利用有利地形和自然水系；路基排水沟渠的设置，应与农田水利相配合，必要时可适当地增设涵管或加大涵管孔径；设计前必须进行调查研究，重点路段要进行排水系统的全面规划，做到路基路面综合设计和分期修建；路基排水要注意防止附近山坡的水土流失，尽量不破坏天然水系，尽量选择有利地质条件布设人工沟渠；路基排水要结合当地水文条件和道路等级等具体情况，注意就地取材，以防为主；为减少水对路面的破坏作用，应尽量阻止水进入路面结构，并提供良好的排水措施，以便迅速排除路面结构内的水，亦可建筑具有能承受荷载和雨水共同作用的路面结构。,3、路基排水的一般原则,4.1路基排水要求及设计一般原则,边沟截水沟排水沟跌水、急流槽蒸发池油水分离池排水泵站,4.2路基地表排水设施,边沟的横断面形式示意图：a)、b)梯形；c)、d)流线形；e)三角形；f)矩形,边沟,Horb0.4-0.6m,用于汇集和排除降落在路基范围内以及流向路基的少量地表水,边沟的纵坡宜与路线纵坡相一致，并不宜小于0.3，困难情况下可以减至0.1%,单向排水长度每300500米设出水口,挖方段截水沟:1-截水沟；2-土台；3-边沟,截水沟,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。,挖方路段弃土堆与截水沟关系图,填方路段上的截水沟示意图,截水沟的横断面图例:a)土沟；b)石沟,b、h不小于0.5m,纵坡大于0.3%,长200-500m,水力计算,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,排水沟,将路基范围内各种水源的水流（如边沟、截水沟、取土坑、边坡和路基附近积水），引排至桥涵或路基范围以外的指定地点。,2.排水沟的布置,（1）排水沟的布置可以根据需要并结合当地地形条件而定，距离路基坡脚不宜小于34m，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，连续长度宜短，一般不超过500m。,（2）排水沟应具有合适的纵坡，以保证水流畅通，不致流速太大而产生冲刷，亦不可流速太小而形成淤积，为此宜通过水文水力计算而择优选定。一般情况下，可取0.51.0%，不小于0.3，亦不宜大于3。,（3）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,加固类型与沟底纵坡关系,边沟与涵洞单级跌水连接图1-边沟；2-路基；3-跌水井；4-涵洞,多级跌水纵剖面图（单位：m）1-沟顶线；2-沟底线,跌水,跌水构造示意图:1-护墙；2-消力槛,在陡坡或深沟地段设置的沟底为阶梯，水流呈瀑布式跌落的沟槽称作跌水，跌水的作用是在较短的距离内，降低水流流速，消减水流能量，进而防止冲刷（用于坡度大于10，水头高差大于1.0m的陡坡地段）,急流槽,急流槽的作用是在较短的距离内以沟渠的方式引排水流、降低水头，进而防止冲刷（可用于比跌水更陡的坡度,可达600）,急流槽的布置和运用,高路堤边坡地段急流槽,路堑与高路堤连接处急流槽,路堑边坡急流槽,急流槽设置通常设置在高路堤边坡、高路堑边坡、路堑与高路堤连接处、回头曲线上下边沟等位置，用于排除边沟和截水沟汇集的水流。,蒸发池,蒸发池是在气候干燥地区的排水困难地段，于公路两侧每隔一定的距离，为汇集边沟流水，任其蒸发所设置的积水池。,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20m。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。,油水分离池,路基排水沟出口位于水质特别敏感区,沉淀法,格栅沉砂池,排水泵站,路基汇水无法自流排除时，可设置排水泵站。,暗沟（管）渗沟（井）渗井检查井,特点：排水量不大，主要以渗流方式汇集水流，并就近排出路基范围以外。,4.3地下排水设施,（一）暗沟（管）,1.暗沟（管）的功能,用于排除泉水和地下集中水流，是设置在地下引道水流的沟渠，无渗水和汇水作用。,2.暗沟的布置,（2）市区街道污水管或雨水管，以及公路有中央分隔带时弯道处的排水设计也可采用暗沟或暗管排除积水。,（1）当路基范围内遇有个别泉眼，泉水外涌，路线不能绕避时，为将泉水引至.填方坡脚以外或挖方边沟，加以排除，可在泉眼与出口之间开挖沟槽，修建暗沟。,（3）暗沟造价一般高于明沟，同时，如果一旦淤塞，疏通费事，甚至需开挖重建。因此，设计时必须与修建明沟方案进行经济比较，择优选用。,（4）暗沟沟底纵坡建议不小于1%。如出口处为边沟，暗沟底应高出边沟最高水位20cm以上，不允许出现倒灌现象。,（5）采用暗管排水时，管底纵坡建议不小于0.5，出口条件同上。,3.暗沟的构造,（1）在路基填土之前，或挖出泉眼之后，按照泉眼范围大小，剥除泉眼上层浮土，挖出泉井，砌筑井壁与沟壁，上盖混凝土(或石)盖板。井深应保证盖板顶面的填土厚度不小于50cm，井宽b按泉眼的范围大小决定。高h约20cm，暗沟宽2030cm。如沟身两侧为石质，盖板可直接放在两侧石壁上。（2）过水暗沟，例如两雨水井之间.的水道连接，也可采用混凝土水管。,（二）渗沟,1.渗沟的功能,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，它的作用是降低地下水位或拦截地下水。,2.渗沟的布置,渗沟尽可能与地下水流向相互垂直，使之能拦截更多的地下水。,路线所经地段遇有潜水、层间水、路堑顶部出现地下水，或地下水位较高，影响路基或路堑边坡稳定，则需修建渗沟将水排除。,填石渗沟的底坡应大于1，带有沟管的可以放宽道0.5，渗沟内的最大流速一般不应超过1m/s.,截断路堑层间水的渗沟,拦截潜水流向路堤的渗沟,降低地下水位的渗沟,3.渗沟的构造,（1）渗沟的槽宽(人工开挖)视沟深而定，一般深度在2m时，宽度为0.60.8m深度在34m时，宽度不小于1m。沟内用作排水和渗水的砂石填料，应经过筛选和清洗。,（2）封闭层是为了防止土粒落进填充石料的孔隙，以免造成渗沟堵塞而设置的，同时也能起到防止地面水渗入沟内的作用。,（3）反滤层是为了汇集水流，并用以防止含水层中土粒堵塞排水层而设置的。反滤层应尽可能选用颗粒大小均匀的砂石材料，分层填埋，相邻两层颗粒直径之比不小于1:4，设计时填料的颗粒应为含水层土的最大粒径的810倍。,（一）渗井,1.（排水）渗井的功能,渗井的作用是将地面水通过竖井，渗入地下排除。,2.渗井的布置和使用环境,（1）路线穿过雨量稀少地区的村落或集市，路线高度与原地面相仿，因建筑物障碍不能贯通边沟，而距地面不深处有渗透性土层，且地下水流向背离路基，地面水流量不大，此时可以修筑渗水井将边沟水流分散到地面1.5m以下的透水层中，使之不致影响路基稳定。,（2）高速公路或城市道路立交桥下的通道，路线为凹形竖曲线时，如通道路基下层有良好的渗水性土层，则可于凹形的最低部位设置渗井，井口宽可取41.5cm，与一般雨水井同，上盖铁蓖盖板，总宽与通道宽相等，使低洼处积水由渗井排走。,3.渗井的构造,上部构造:渗水井面积的大小，取决于路基表面的流量，一般可采用直径为0.7m的圆井，或0.6mx0.66m1.0mx1.0m的方井。渗水井的顶部四周(进口部分除外)用粘土筑堤围护。顶上也可加筑混凝土盖，严防渗井淤塞。,上部构造为集水结构，下部为排水结构。,下部构造:渗水井的下部，必须穿过不透水层而深达渗透层。井内填充材料用碎石或卵石，上部不透水土层内填充砂和砾石。透水性土层离地面较深时，可甩钻井机钻孔，但钻井的直径不应小于15cm，有时可达50一60cm。,b)渗水扩散曲线,检查、疏通井,深而长的暗沟、渗沟及渗水隧洞，在直线段每隔一定距离及平面转弯、纵坡变坡点等处，宜设置检查、疏通井。检查井内应设检查梯，井口应设井盖，兼起渗井作用的检查井的井壁应设置反滤层。,4.4路面排水,1.路面排水的必要性交通安全需要路基路面稳定性需要,4.4路面排水设计,路面结构内部水的危害（1）浸湿各结构层材料和路基土，易造成无粘结粒状材料和地基土的强度降低；（2）使水泥混凝土路面产生唧泥，随之出现错台、开裂和整个路肩破坏；（3）进入空隙的自由水在行车荷载的作用下，会形成高孔隙水压力和高流速的水流，引起路面基层的细颗粒产生唧泥，结果失去支承；,4.4路面排水设计,4）路面结构内部水的危害（4）在冰冻深度大于路面厚度的地方，高地下水位会造成冻胀，并在冻融期间降低承载能力；（5）水使冻胀土产生不均匀冻胀；（6）与水经常接触将使沥青混合料剥落，影响沥青混凝土耐久性和产生龟裂。,沥青路面表面水的渗入,水泥路面表面水的渗入,PumpingACoverCTB水泥稳定粒料层的唧泥,Localizedsettlement局部沉陷,60,70,80,90,100,0,5,10,15,TotalDeflection(mm),DegreeofSaturation,%,6.2%fines,9.1%fines,11.5%fines,Gravel,CrushedStone,沥青路面路基顶面弯沉与路基饱和度之间的关系,High-severitypothole严重的坑洞,60,80,100,0,2,4,6,8,10,12,14,16,%Saturation,S,ResilientModulusMR,ksi,100%AASHTO-T99,95%AASHTO-T99,40,20,10,30,50,70,90,沥青混合料的饱水率与模量之间的关系,Pumping水泥混凝土路面的唧泥,Pumping水泥混凝土路面的唧泥,Faulting水泥混凝土路面的错台,Cornerbreak水泥混凝土路面的板角开裂,Rebarcorrosion水泥混凝土路面传力杆锈蚀,Faultedtransversecrack开裂处再次错台,1）路面表面排水设计2）中央分隔带排水设计3）路面内部排水系统设计4）路面边缘排水设计5）排水基层或面层排水设计,1、设计内容,4.4路面排水设计,4.4路面排水设计,1）路面表面排水基本原则：1）在路线纵坡平缓、汇水量不大、路堤较低且边坡坡面不会受到冲刷的情况下，应采用在路拱和路堤边坡上横向漫坡的方式排除路面表面水；2）六车道、八车道高速公路、一级公路的超高过渡段中出现宽而平缓的路面时，可根据实际情况在短段落内设置两个路拱，设置中央分隔带排水设施；3）在路堤较高，边坡坡面在未做防护而易遭受路面表面水流冲刷，应沿路肩外侧边缘设置拦水带，汇集路拱漫流路面表面水，然后通过泄水口和急流槽排离路堤；4）当硬路肩汇水量大，或硬路肩狭窄，或爬坡、加速车道占用了路肩过水断面，可以采用路肩排水沟的方式代替拦水带,现浇（铺）拦水带,预制拦水带,预制路肩排水沟,拦水带与急流槽的组合,纵坡上的不对称喇叭形泄水口,4.4路面排水设计,1）路面表面排水拦水带可由沥青混凝土现场浇筑，或者由水泥混凝土预制块铺砌而成。设置拦水带汇集路面表面水时，拦水带过水断面内的水面，在高速公路及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。拦水带的顶面应略高于过水断面的设计水面高（水深），设计流量如下公式计算确定。,4.4路面排水设计,2）中央分隔带排水一般路段中央分隔带（1）宽度小于3m且表面采用铺面封闭的中央分隔带排水，降落在分隔带上的表面水排向两侧行车道，其坡度与路面的横坡度相同；（2）宽度大于3m且表面未采用铺面封闭的中央分隔带排水，或采用双向路拱的高速、一级公路，降落在分隔带上的表面水汇集在分隔带中央的低洼处，并通过纵坡排流到泄水口或横穿路界的桥涵水道中；（3）表面无铺面且未采用表面排水措施的中央分隔带，降落在分隔带上的表面水下渗，由分隔带内的地下排水设施排除。,我国通常采用较窄的中央分隔带，仅在中间设预留车道时才采用宽的中央分隔带。各地在选用排水设施类型时，并未拘泥于以分隔带宽度限值作为唯一的依据，而是结合地区和工程需要确定，形式是多样的。因而，上述分类中的宽度标准并不是绝对的。,4.4路面排水设计,2）中央分隔带排水超高路段中央分隔带三种类型直接式：中央分隔带与超高横坡一致，表面封闭；路缘汇集式：在分隔带上侧边缘处设置缘石和泄水口，汇集水流在中央分隔带或边缘处进入泄水口，通过地下暗管横向排走；中央分隔带汇集式：在分隔带内设置缝隙式圆形集水管或碟形混凝土浅沟和泄水口以拦截和排泄上侧半幅路面的表面水。,4.4路面排水设计,路缘汇集式,4.4路面排水设计,2）中央分隔带排水中央分隔带汇集式,4.4路面排水设计,3）路面结构内部排水设置条件（1）年降水量为600mm以上的湿润和多雨地区，路基由透水性差的细粒土（渗透系数不大于10-5cm/s）组成的高速公路、一级公路或重要的二级公路。（2）路基两侧有滞水，可能渗入路面结构内。（3）严重冰冻地区，路基为由粉性土组成的潮湿、过湿路段。（4）现有路面改建或改善工程，需排除积滞在路面结构内的水份。,4.4路面排水设计,3）路面结构内部排水设置要求（1）路面内部排水系统中各项排水设施的泄水能力均应大于渗入路面结构内的水量，且下游排水设施的泄水能力应超过上游排水设施的泄水能力。（2）渗入水在路面结构内的最大渗流时间，冰冻地区不应超过1小时，其它地区不应超过2小时（重交通）4小时（轻交通）。渗入水在路面结构内的渗流路径长度不宜超过45m60m。（3）各项排水设施不应被渗流从路面结构、路基或路肩中带来的细料堵塞，以保证系统的排水能力不随时间推移而很快丧失。,4.4路面排水设计,3）路面结构内部排水边缘排水系统或排水基层,4.4路面排水设计,1）排水路面,设计方案,4.4路面排水设计,1）排水路面,设计方案,4.4路面排水设计,2）普通沥青（AC）路面的排水基层,设计方案,4.4路面排水设计,3）全厚式沥青（AC）路面的排水基层,设计方案,70,4.4路面排水设计,Geotextile,Drainagepipe,ACpavement,ACshoulder,Permeablebase,Geotextileseparatorlayer,Subgrade,4）沥青（AC）路面的排水基层,设计方案,4.4路面排水设计,5）水泥混凝土路面的排水基层,设计方案,4.4路面排水设计,6）水泥混凝土路面的耐冲刷基层,设计方案,Installededgedrain设置边缘排水,4.4路面排水设计,PlacingOGBCbackfill边缘排水设施的施工,4