A58+全长1.40km路基宽度26米一级公路路基路面综合设计（计算书、CAD图）
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a58
全长
km
路基
宽度
26
一级
公路
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A58+全长1.40km路基宽度26米一级公路路基路面综合设计（计算书、CAD图）,a58,全长,km,路基,宽度,26,一级,公路,路面,综合,设计,计算,cad
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某一级公路（K15+300K16+700 ）路基路面综合设计39第五章 路基路面排水5.1 说明5.1.1 设计依据1 公路路基设计规范（JTG D302004）2 公路排水设计规范（JTJ 01897）3 姚祖康.公路排水设计手册.人民交通出版社5.1.2 设计内容水在路基路面的病害中起主要的作用，路基路面的各种病害都离不开水，并且水是最主要的因素，为了保证路基路面的稳定和行车安全，设计过程中必须进行排水系统的全面规划，考虑路基排水与桥涵布置相配合，地下排水与路面排水相配合，各种沟渠的平面布局与竖向布局相配合，重视路基路面排水工程。本设计路段的排水设计分为坡面排水、路面排水以及地下排水三大部分。排水设计的任务是将路基范围内的土基湿度降低到一定的限度以内，保持路基常年处于干燥状态，确保路基及路面具有足够的强度与稳定性。坡面排水的目的是把路界范围内的表面水有效地汇集并迅速排除出路界，同时把路界外可能流入的地表水拦截在路界范围外，以减少地表水对路基和路面的危害以及对行车安全的不利。路面排水包括路面表面排水、中央分隔带排水以及边缘排水系统。在深路堑边沟下部设置盲沟，用以降低地下水位，防止毛细水上升至路基工作区范围内，形成水分积聚造成冻胀和翻浆，或土基过湿而强度降低，在路基挖方和填方交界处设置横向和纵向采用 PVC-U管管式盲沟，用以拦截和排除路堑下面的层间水，保证路堤填土不受水的侵害。坡面排水设施由边沟、排水沟、坡顶截水沟、平台截水沟、急流槽组成。边沟设置在挖方地段，与土路肩直接相连，其纵坡与路线纵坡一致。路堤坡脚 2m以外设置排水沟，起引导作用，将路基范围内各种水流引至桥涵或路界范围以外。通过设计计算，边沟和排水沟均可采用底宽 0.6m，沟深 0.6m，内外坡度均为 1:1的等腰梯形截面沟，全线采用 C20混凝土预制块加固。切方地段一级边坡的平台截水沟采用底宽 0.4m，沟深 0.4m,内外坡度均为 1:0.5的等腰梯形截面沟设，采用 C20混凝土预制块加固,坡顶截水沟设置在挖方边坡坡顶 5m以外，尽量与等高线平行，截水沟采用梯形截面，截面尺寸为底宽、沟深均为 0.5m，内外坡度为 1:1，采用 8cm厚的 C20混凝土预制块进行某一级公路（K15+300K16+700 ）路基路面综合设计40加固。急流槽槽身采用矩形，并采用 M7.5浆砌片石填筑。5.2 坡面排水5.2.1 边沟设计经过路面结构比选最终采用沥青混凝土路面，排水设施按照沥青混凝土路面进行设计。边沟沟长最长且切深最大（5.77 米）处（K16+000K16+300）路段的沟长 300m,汇水面积 F=1200,以此路段作为边沟设计的控制地段，路线纵坡为 1.6923%，路面及路肩总宽为 12m，此路段采用拱形浆砌片石骨架护坡，骨架内铺草皮，并设有流水槽形式。水沟采用 8cm厚的 C20混凝土预制块加固。边坡坡脚和路肩边缘间设置梯形边沟，初拟尺寸见下图：1 汇水面积 F及径流系数 图 5-1 梯形边沟示意图（单位:mm） 汇水区域在路堑坡面一侧的汇水面积 =1200，由表 3.0.8 查得径流系数1F2=0.5。汇水区域在路面一侧的汇水面 积 =30012=3600m2， 由表 3.0.8 。沥青混1 2 2凝土路面的径流系数 =0.90，因此，总的汇水面积为 F= + =1200+3600=4800m2，21F2通过加权平均计算汇水区域内的径流系数 =（ + ）/（ + ）1F21F2=（12000.5+36000.90）/（1200+3600）=0.8002 汇流历时 t假设汇流历时为 10min。3 降雨强度 q根据公路等级和排水类型，查表 3.0.2 ，取设计重现期为 15年,查图 3.0.7-21 ，湖南地区 5 年重现期 10min 降雨历时的降雨强度为 =2.2mm/min。由表 3.0.7-12 10,5q，可知该地区 15 年重现期的重现期转换系数为 =1.27。查图 3.0.7-2 ，得该地区 Pc260min 降雨强度转换系数为 =0.43。依据表 3.0.7-2 ，得 10min 降雨历时的转换系数60c2某一级公路（K15+300K16+700 ）路基路面综合设计41为 =1.0。10c按式（3.0.7） ，计算 15 年重现期 10min 降雨历时的降雨强度2（3.0.7）qPt10,5 2=1.271.02.2=2.794mm/ min。4 设计径流量 Q由式（3.0.1） 计算 15 年重现期 10min 降雨历时所对应的设计径流量2 Q=16.67 F （3.0.1）q2=16.670.8002.7944800106=0.179m3/s。5 检验汇流历时 t坡面流的汇流历时 1由表 3.0.4 查得路堑边坡防护的粗度系数 =0.40，沥青混凝土路面的粗度系数2 bm1=0.013，由式(3.0.4) 计算路堑坡面（坡度 为 1：1，坡面流长度 为 5.77m）的sm1 2 si sL汇流历时 bt1=1.445 (3.0.4)bt1467.0siL 2=1.445 =2.14min467.0.15由式（3.0.4） ，计算沥青混凝土路面（横坡 为 2%，坡面流长 为 12m）的2 sisL汇流历时 st1=1.445st1467.0siLm=1.445 =1.51min467.02.13某一级公路（K15+300K16+700 ）路基路面综合设计42故坡面汇流历时 =Max , =2.14min,1.51min=2.14min。1tbt1s沟内的汇流历时 2设边沟的底宽为 0.60m，水深为 0.30m， = =1.00,因此，依据附录 B 计算1m2 2梯形边沟的过水断面面积 A=0.5( + ) =0.5（1.20+0.60）0.30=0.27，以及1b2h边沟的水力半径R= = =0.19m2211)(5.0mhbhb220.1.30.6. 3)6(5边沟采用 C20水泥混凝土预制块加固，由表 8.1.3 得水泥混凝土明沟（预制）的粗糙系数 =0.012，沟底坡度与路线纵坡一致，即 I=1.6923%n根据曼宁公式计算边沟内的平均流速 vV= n132R1I= =3.59m/s02.329.2106.沟内汇流历时 = =300/3.59=83.57s=1.39mintvl汇流历时 = + =2.14+1.39=4.53min10mint12综上所叙，可知沿线路堑边沟均可采用拟定尺寸的梯形断面，结构形式见 S4-13。6泄水能力验算根据曼宁公式进行水力计算，由附录 B 计算梯形截面边沟的过水面积 A 及水力半径 RA=0.5( + )1b2h=0.5（1.20+0.60 ）0.40=0.27R= 2211)(5.0mhb= =0.19m220.1.30.6. 3)6(某一级公路（K15+300K16+700 ）路基路面综合设计43由表 8.1.3 得 C20 水泥混凝土预制块的粗度系数 n=0.012,沟底纵坡 I=1.6923%,依2据曼宁公式（8.1.3） 计算沟内的平均流速 vV= （8.1.3）n132R1I2= =3.59m/s4.0m/s(冲刷流速)01.329.216.0由式（8.1.2） 计算所设计边沟的泄水能力2 cQ=VA （8.1.2）cQ 2=3.590.27=0.969m3/s设计径流量 =0.179m3/s，因此，边沟的设计尺寸满足规范要求。参数说明：设计径流量Q设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度q径流系数边坡的流径系数1沥青混凝土路面的流径系数2F 汇水面积(km)汇水区域在路堑一侧的汇水面积 (km)1汇水区域在路面一侧的汇水面积(km)2坡面汇流历时(min)bt1水泥混凝土路面的汇流历时 (min)s坡面流的长度或路面水流长度(m)sL坡面流的坡度或路面横坡si某一级公路（K15+300K16+700 ）路基路面综合设计44地表粗糙度系数m涵管内汇流历时(min)2t第 段长度(m)ili该段排水沟或管的平均坡度g第 段的平均流速(m/s)iVi5年重现期和 10min降雨历时的标准降雨强度10,5q重现期转换系数pC降雨历时转换系数t沟或过水断面的泄水能力cQ沟或过水断面的水力面积A沟或过水断面的水力半径R5.2.2 排水沟设计经计算比较，以 K16+000K16+050段的汇水面积最大，作为排水沟设计的控制地段，此段排水沟的设计流量包括三个方面：A.路堑范围内（K16+000K16+300）边坡与路面一侧的水汇入边沟，再由边沟汇入排水沟（ ， + ） ；B.路堑（K16+000AQ1t2K16+300）路段坡顶截水沟的水以及平台截水沟的水经急流漕汇入排水沟（ ， + ） ；C.路堤边坡及路面一侧的BQ1t2水直接汇入排水沟（ , + ） 。初拟排水CQ1t2沟尺寸见下图： 1 汇水面积和径流系数 图 5-2 梯形排水沟示意图（单位:mm ） A处：汇水区域在路堑坡面一侧的面积 =1200，路面横坡的汇水面积1F=30012=3600m2。由表 3.0.8 ，查得草皮护坡面的径流系数 =0.5。沥青混凝土2F2 1某一级公路（K15+300K16+700 ）路基路面综合设计45路面的径流数 =0.90。由此，总汇水面积为 F= + =1200+3600=4800m2，通过加权21F2平均法计算汇水区域内的径流系数 =（ + ）/（ + ）1F21F2=（12000.5+36000.90）/（1200+3600）=0.800B处：路堑上一级边坡及以上汇水区汇水面积 =6001径流系数 =0.65C处：汇水区域在路堤边坡一侧的面积 =100，汇水区域在路面一侧的面积1F=1250=600，由表 3.0.8 ，草皮护坡面的径流系数取 =0.5。沥青混凝土路面2F2 1的径流系数 =0.90，总的汇水面积 F= + =100+600=700，通过加权平均法计算212汇水区域内的径流系数=（ + ）/（ + ）1F21F2=（1000.5+6000.90）/（100+600）=0.8432 汇流历时 t假设汇水历时为 20min。3 降雨强度 q由表 3.0.2 ，取设计重现期为 15年。查图 3.7-1 ，湖南地区 5年重现期 10min2 2的降雨历时的降雨强度 =2.20mm/min。由表 3.0.7-1 ，该地区 15年重现期转换10,5 系数为 =1.27。查图 3.0.7-2 ，得 20min降雨历时的转换系数为 =0.45。由表Pc2 60c3.0.7-2 ，查得 20min降雨历时的转换系数为 =0.76。2 20c按式（3.0.7） ，计算 15年重现期 20min降雨历时的降雨强度 q（3.0.7）qPct10,5 2=1.270.762.20=2.12mm/min。4设计径流量 Q某一级公路（K15+300K16+700 ）路基路面综合设计46由式（3.0.1） 计算 15 年重现期 10min 降雨历时所对应的设计径流量2 Q=16.67 F （3.0.1）Qq2计算结果见表 5.1(叠加法)表 5.1 排水沟设计流量表地段 径流系数 降雨强度 (mm/min)q汇水面积 F（）2设计流量 (m3/s)QA 0.80 2.12 4800 6100.14B 0.65 2.12 600 0.014C 0.843 2.12 700 60.02141iiQ0.14+0.014+0.024=0.175m3/s附：采用径流系数加权平均法计算排水沟的设计流量 Q通过加权平均法计算径流系数 =（ + + + ）/（ + + + ）AFBCDFABFCD= 6610)76480( )843.5.( =0.79F=（ + + ）=（4800+600+700） =6100 AFBC66102由式（3.0.1） 计算 15 年重现期 10min 降雨历时所对应的设计径流量2 Q=16.67 F （3.0.1）Qq2=16.670.792.126100 =0.17 m3/s610某一级公路（K15+300K16+700 ）路基路面综合设计47以上两种方法计算出的结果很相近，取大值作为排水沟的设计径流量，即 =0.22 Qm3/s。5 检验汇流历时：A处：汇流历时 1t由表 3.0.4 ，查得草皮护坡面的粗度系数 =0.40，由式（3.0.4） 计算路堑坡2 1m2面（坡度 为 1：1.0；坡面流长度 为 5.77m）的汇流历时si sLbt1=1.445 （3.0.4）bt1467.0siLm2=1.445 =2.14min467.0.15由表 3.0.4 ，查得沥青混凝土路面的粗度系数 =0.013。由式（3.0.4） ，沥2 1m2青混凝土路面（横坡 为 2%，坡面流长度 为 12.0m）的汇流历时si sLst1=1.445 （3.0.4）st1467.01siLm 2=1.445 =1.51min467.02.3故坡面汇流历时 =Max , =2.14min,1.51min=2.14min。1tbt1s边沟内的汇流历时 2设边沟的底宽为 0.60m，水深为 0.30m， = =1.00,因此，依据附录 B 计算梯1m2 2形边沟的过水断面面积 A=0.5( + ) =0.5（1.20+0.60）0.30=0.27，以及边1b2h沟的水力半径R= = =0.19m2211)(5.0mhbh220.1.130.6. 3)6(5边沟采用 C20水泥混凝土预制块加固，由表 8.1.3 得水泥混凝土明沟（预制）的某一级公路（K15+300K16+700 ）路基路面综合设计48粗糙系数 =0.012，沟底坡度与路线纵坡一致，即 I=1.6923%n根据曼宁公式计算边沟内的平均流速 v= vn132R1I= =3.59m/s02.329.2106.沟内汇流历时 = =300/3.59=83.57s=1.39mintvl汇流历时 = + =2.14+1.39=4.53min10minAt12B处：二级边坡及平台的汇流历时 1t由表 3.0.4 ，查得草皮护坡面的粗度系数 =0.40，由式（3.0.4） 计算二级边2 1m2坡坡面（坡度 为 1：1.25；坡面流长度 为 5m）的汇流历时si sL1t=1.445 （3.0.4）1t467.0siLm2=1.445 =1.89min467.0251.平台截水沟、坡顶截水沟以及急流槽的汇流历时 2t平台截水沟的断面尺寸为：底宽 0.4m,设计水深 0.3m,沟底纵坡 0.3%，内外坡度 1：1水力半径 R= = =0.13m，采用2211)(5.0mhbhb22130.4. 30.)4.7(5C20水泥混凝土预制块加固，由表（8.1.3） 得 n=0.012,依据曼宁公式计算流速2 v= vn32R1I= =1.19m/s012.32.210.平台截水沟内的汇流历时 =100/1.19=84.03s=1.40minpt2某一级公路（K15+300K16+700 ）路基路面综合设计49由式（B.1.2 ） 计算平台截水沟的泄水能力2 CQ= （8.1.2）cQVA2=1.190.5（0.40+0.7）0.30=0.20m 3/s拟定坡顶截水沟尺寸：底宽 0.50m，设计水深 0.40m，采用 C20水泥混凝土预制块加固，内外侧坡度为 1：1.0,沟底纵坡为 0.3%，则过水断面积 A= （0.50+1.30）120.40=0.36m2水力半径 R= = =0.22m2211)(5.0mhbhb220.1.140.5. 4)3(由表（8.1.3） 得 n=0.012。按曼宁公式，计算坡顶截水沟内的平均流速2 v= vn3R1I= =1.66m/s0.1232.210.因而，坡顶截水沟内的汇流历时 = = =60.00s=1.00minjt2vl0.6由式（B.1.2 ） 计算坡顶截水沟的泄水能力2 CQ= （8.1.2）cQVA2=1.660.36=0.60m3/s急流槽初拟急流槽槽身断面为底宽 0.7m,设计水深 0.3m的矩形截面，由于急流槽内的水全来自于平台截水沟和坡顶截水沟，因此，急流槽的设计流量等于平台截水沟流量与坡顶截水沟流量之和，根据曼宁公式，反算急流槽内的平均流速 v= = =4.86m/svQA0.42673因而，槽内汇流历时为 = = =2.33s=0.04minct2vl86.431某一级公路（K15+300K16+700 ）路基路面综合设计50故， = + + =0.66+1.00+0.04=1.70min2tpjt2c则汇流总历时 = + =2.76+1.70=4.46minB12tC处：路面及坡面的汇流历时 1t由表 3.0.4 查得路堤边坡防护的粗度系数 =0.40，沥青混凝土路面的粗度系数2 bm1=0.013，由式(3.0.4) 计算路堤坡面（坡度 为 1：1.5，坡面流长度 为 12m）的sm1 2 si sL汇流历时 bt1=1.445 (3.0.4)bt1467.0siL 2=1.445 =2.65min467.0.12由式（3.0.4） ，计算沥青混凝土路面（横坡 为 2%，坡面流长 为 12m）的汇流2 sisL历时 st1=1.445st1467.01siLm=1.445 =1.51min467.02.3故坡面汇流历时 =Max , =2.65min,1.51min=2.65min。1tbt1s排水沟内的汇流历时 2排水沟的设计断面为，底宽 0.6m，设计水深 0.4m两侧坡度为 1:1.0，沟底纵坡为1%，查表 8.1.3 ，得 n=0.012，水力半径 R=0.23m，由曼宁公式计算排水沟内的平均2流速 v= n132R1I= =2.72m/s012.32.210.某一级公路（K15+300K16+700 ）路基路面综合设计51排水沟内的汇流历时 = =18.38s=0.31min2tvl7.50则汇流总历时 + =2.65+0.31=2.96minCt1Max , , = Max4.53min,4.46min,2.96min =4.53min20minAtB综上所叙，沿线急流槽、平台截水沟、坡顶截水沟以及路堤排水沟均可采用以上设计所拟定的断面尺寸。5.3 路面排水5.3.1 说明路面排水设计由三部分组成，即：路面表面排水设计（路肩排水沟） 、中央分隔带排水、路面边缘排水系统。5.3.2 路肩排水沟设计在填方地段，行车道及路肩排水通过 2%的路拱横坡，将路面表面水向两侧排流，汇集到路肩排水沟，再经泄水口和急流槽排到路界范围之外，在挖方地段，路面表面水直接汇集到边沟。单侧路面横向排水的宽度为：行车道左侧路缘带至硬路肩边缘距离 11.25m, ,2%i拟在硬路肩外边缘设置路肩排水沟，其设计流量：1)设计重现期：一级公路为 5 年。2)汇水面积和经流系数：设出水口间距为 40m，与路堤防护排水相结合，两出水口之间的汇水面积为； 查（JTJ018-9 ）表 3.018 得径流系数 。6210FLKm 0.953)汇流历时：设汇流历时为 5min.4)降水强度；按公路所在地区由图 ，查得 5 年重现期 10min 降水强度为63.071；由图 查得该区 5 年重现期的重现期转换系数为 ；5.102min/q 1.0PC由图 ，查得该地区的 60min 降雨强度转换系数为 ；于是 637
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