路面排水计算.doc

二广高速连州至怀集段K34+400K35+800段路基路面综合设计第三章 排水设计3.1 气候与地质条件介绍本路段连州至怀集K34+400K35+800段，路区属中纬度亚热带季风性湿润气候；夏季盛行东南风，冬季盛行西北风；全年日照时间长，雨水充沛，有“三月低温阴雨、六月江河暴满、十月寒风”的气候特征。多年平均气温19.4，最高气温39.8；每年雨季集中在39月，占全年降雨量的85%左右，多年平均降雨量1628.51785.4mm，年蒸量1419mm；风向具明显的季节变化，风速平均1.22m/s，较大风力相当于7级风力。位于海拔高程228.21002米之间的路线段在冬季不同程度存在冰、雪、雾等影响行车安全的不良气象因素。山区，特别是高寒山区，霜期长，冰冻及降雪现象年年都有，初霜期在十一月中旬，终霜期在次年二月中旬，霜期一般三个月左右，平原区霜期较短。连州市河流属北江支流之连江水系，市内主要河流有星子河、东陂河、三江河、九陂河，四条河汇合市内称连江，河流的共同特点是：流程短，水流湍急，坡降较大，水位涨落迅速，四季水位流量变化显著。水量受大气降雨影响较大，一般春夏季节降雨较多，河流水量充沛，遇暴雨常满溢两岸；秋冬旱季降雨量较少，河流水量锐减，河床多暴露。3.2 边沟设计验算在K34+460至K34+640之间的挖方段为挖方最大汇水面积段，本次设计以沥青混凝土路面为例。路堑坡度为1：0.5,坡面流长度为14m，路基宽度26m,取单侧路面和路肩横向排水宽度为13m,路拱横坡为2%在纵断面方面，在纵断面方面，此处纵坡i=-2.03%，边坡坡脚和路肩边缘间设置矩形边沟。计算简图如图3-1。3.2.1 计算汇水面积和径流系数：由图一计算汇水区域在路堑一侧（由平台沟到边坡平台）的面积A1=0.514(48+180)=1596m2。由于坡面上采用植草防护，则由公路排水设计规范得坡面径流系数取C1=0.5。汇水区域在边沟平台上的面积A2=2180=360m2,取坡面径流系数(浆砌片石护面)C2=0.4，汇水区域在路面一侧(公路路中线到边沟）的面积为A3=18013=2340m2,由表查得沥青路面径流系数为C3=0.95。由此，总的汇水面积为F=1596+360+2340=4296m2，汇水区的径流系数为C=(15960.5+3600.4+23400.95)/4296=0.74。 图3-1 边沟计算示意图3.2.2 计算汇流历时：由克毕公式计算坡面汇流历时，其中：L为坡面流长度； i为坡面流坡度； m地表粗糙系数；由表查得草皮防护路堑边坡的粗度系数m=0.4，且路堑坡度为1：0.5,得路堑坡面汇流历时t=min。由表查得边沟平台（浆砌片石护面）的粗度系数m=0.02,横向坡度为2%，则查表得沥青混凝土路面粗糙系数为m=0.013，横坡2%，坡面流长度为13m，所以历时时间为。因此取坡面汇流历时t=2.116min(取最大值)。设边沟底宽为0.6m，高0.6m，以浆砌片石砌筑，沟壁粗糙系数n=0.025。设计水深为0.4m。求得过水断面段面积为=0.40m2水力半径为R =(0.60.4+10.4=0.23按曼宁公式,得沟内平均流速为：，因此沟内汇流历时为 。=2.457由上可得汇流历时为 。=4.6733.2.3 计算降雨强度：按照规范表3.0.2，取设计降雨重现期为15年。查图3.0.7-1，广东省5年重现期和10min降雨历时的标准降雨强度为q5，10=2.0,由表3.0.7-1可知该地区15年重现期转换系数Cp=1.27.查图3.0.7-2得该地区60min降雨强度转换系数C60=0.40，由表3.0.7-2查得10min降雨量得转换系数Ct=1.00.由此，按照式(3.0.7)，15年重现期10min降雨历时得降雨强度为：I=1.271.02.0=2.54mm/min3.2.4 计算设计径流量：可按降雨强度由推理公式确定：，式中Q-设计径流量；C-径流系数；F-汇水面积（Km）;所以。=16.67-0.74-2.54-4296-1063.2.5 检验径流： 设定边沟的截面形式为矩形，宽0.6m，过水断面为宽0.6m，水深0.4m，断面积为0.24m2，则泄水能力Qc=0.241.221=0.293m/s。 因为设计径流量Q=0.150m/s泄水能力Qc=0.293m/s，所以假定的边沟尺寸符合要求。3.2.6 冲淤检验： 边沟的平均流速应使水流在设计流量条件下不产生冲刷和淤泥。为此，应保证设计流速在最大和最小允许流速范围内。 对于浆砌片石边沟，最大允许速度为3.0m/s，由于水深不大于0.4m，则修正系数为0.85,故修正最大允许流速为2.55m/s,而最小允许速度为0.4m/s。对于平均流速V=1.221m/s在最大与最小范围内，故满足冲淤检验。综上所述，边沟尺寸符合要求。3.3 拦水带设计验算：本次设计以沥青路面设计为例，单侧路面和路肩横向排水的宽度为13m,出水口的间距初拟为50m，以K34+810K34+870段为设计段，纵坡坡度为2.01%,路拱横坡度为2%。计算图见图3-2： 图3-2 拦水带设计示意图3.3.1设计径流量计算（1） 设计重现期按公路重要程度（高速公路），对路面和路肩表面排水取设计重现期为5年。（2） 汇水面积和径流系数 设出水口间距为50米，则两个出水口之间的汇水面积为F=501310-6=65010-6km2,对于沥青混凝土路面取径流系数C=0.95。（3） 汇流历时由克毕公式计算坡面汇流历时t1，由表查得地表粗度系数m1=0.013,路面横坡为is=2%,坡面流长度LS=13m,可计算得到坡面汇流历时由沟底（即路线）纵坡ig=2.01%,则由齐哈近似公式估算：= ,所以沟内汇流历时为：t2=50/(600.983)=0.848min由此，可得到汇流历时为t=t1+t2=2.418min（4） 降雨强度降雨强度公式为：,由此得到设计径流量为：=16.670.952.812565010-6=0.0290m3/s3.3.2 确定路缘带内的水深与水面宽度硬路肩宽为3m,外侧边缘设沥青路缘带，近路缘带60cm宽度范围内路肩横坡采用3%，由以上求得设计径流量Q=0.0290m3/s。折线型底边的过水断面图见图3-3。查表得，光滑沥青表面的粗糙系数为n=0.013。对于浅三角形沟的水力计算采用修正的曼宁公式来计算泄水能力，由QC=，带入Q=0.0290m3/s，ih=0.03,i=0.0066,来反算ha=0.0515m。则离路缘带60cm处的水深hb=ha-Bwia=0.0515-0.60.03=0.0335m。水深为0.0166、横坡为0.05的过水断面的泄水量按修正的曼宁公式来计算。=0.00916m3/s图33路缘带内60cm宽度范围内的泄水量为:路缘带内60cm宽度范围外的泄水量为:=0.013m3/s。总泄水量Qa+Qb=0.03284m3/s ,接近于设计流量Q=0.0290m3/s，因而，拦水带边沟水深为5.15cm,沟内水面宽度到达离硬路肩边缘0.6+0.03/0.02=2.0m。3.3.3 确定拦水带尺寸：水力计算主要关心边沟排泄设计流量时的水深和水面宽度，前者影