第七排水设计

1、第七章第七章 排水设计排水设计一、排水的重要性一、排水的重要性 1.地面水渗入路基地面水渗入路基路基强度降低路基强度降低 2.地面水对边坡冲刷地面水对边坡冲刷路基整体稳定性受到威胁路基整体稳定性受到威胁 3.地下水浸入路基地下水浸入路基强度降低（冻胀，翻浆、滑坍滑动）强度降低（冻胀，翻浆、滑坍滑动） 4.降水渗入路面降水渗入路面降低材料的强度；高压水冲刷使承载力下降。降低材料的强度；高压水冲刷使承载力下降。 二、排水的目的与任务二、排水的目的与任务 1.把路基工作区内的土基含水量降低到一定范围之内把路基工作区内的土基含水量降低到一定范围之内 2.将降落在路基路面上的水和渗入路面内的水迅速的排除

2、路基将降落在路基路面上的水和渗入路面内的水迅速的排除路基范围之外范围之外7-1 概述概述7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计三、基本要求三、基本要求 1.设计中把影响路基路面的水流，加以拦截，排除，截断，疏设计中把影响路基路面的水流，加以拦截，排除，截断，疏干，降低，引导。干，降低，引导。 2.施工中，校核全线排水系统的设计是否完善。必要时补充，施工中，校核全线排水系统的设计是否完善。必要时补充，修改。增加临时排水措施。修改。增加临时排水措施。 四、一般原则四、一般原则 1.认真调查研究认真调查研究 2.结合农田水利，城市建设，整体规划结合农田水利，城市建设，整体规划 3.全线综合考虑全线

3、综合考虑 4.因地制宜，经济适用，尽可能就地取材因地制宜，经济适用，尽可能就地取材 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计7-2 7-2 路基排水设备的构造与布置路基排水设备的构造与布置路基排水工程：路基排水工程：地面排水，地下排水地面排水，地下排水 一、地面排水设备一、地面排水设备 1.边沟：边沟：设在挖方的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧，多与线路设在挖方的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧，多与线路平行。主要用以汇集和排除路基范围内和流向路基的平行。主要用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量的少量的地面水地面水，不宜与其它沟渠合并使用。，不宜与其它沟渠合并使用。 1)形式：梯形、矩形、三角形、流线

4、型形式：梯形、矩形、三角形、流线型 2)尺寸：一般底、高为尺寸：一般底、高为0.40.6m，特殊时局部加大尺寸。，特殊时局部加大尺寸。 3)长度：不宜过长，尽量就近排出路基范围。长度：不宜过长，尽量就近排出路基范围。 纵坡一般与路线相同。但不小于纵坡一般与路线相同。但不小于0.5%。7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计 边沟横断面示意图边沟横断面示意图7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计4)出水口出水口 (1)边沟水流流向路堤坡脚处，试具体情况确定边沟水流流向路堤坡脚处，试具体情况确定 (2)当边沟水流流向桥涵进水口时，为避免流水冲刷、试具体情当边沟水流流向桥涵进水口时，为避免流水冲刷

5、、试具体情况确定况确定 (3)当边沟水流流至回头弯处，应顺着边沟方向沿山坡开挖排水当边沟水流流至回头弯处，应顺着边沟方向沿山坡开挖排水沟，将水流引出路基范围以外的自然沟或用急流槽引下山坡，沟，将水流引出路基范围以外的自然沟或用急流槽引下山坡，以免增加对回头弯边沟的冲刷。以免增加对回头弯边沟的冲刷。7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计2.截水沟：截水沟：设置在挖方路基边坡坡顶之外或山坡路堤上方的适当设置在挖方路基边坡坡顶之外或山坡路堤上方的适当处，用以拦截流向路基的地面水处，用以拦截流向路基的地面水,防止其冲刷和浸蚀挖方边坡和防止其冲刷和浸蚀挖方边坡和

6、路堤坡脚，并减轻边沟的泄水负担。路堤坡脚，并减轻边沟的泄水负担。 1)形式：一般为梯形，矩形形式形式：一般为梯形，矩形形式 2)尺寸：按实际流量计算尺寸：按实际流量计算 3)长度：长度：200-500m为宜为宜 4)出水口出水口 A.沿等高线布置沿等高线布置 B.保证水流畅通，就近引入自然沟内排除保证水流畅通，就近引入自然沟内排除 C.一般不能引入边沟。一般不能引入边沟。7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计 5)5)截水沟离开路基的距离的确定截水沟离开路基的距离的确定 6)6)截水沟的沟槽加固截水沟的沟槽加固 一般要求不能使水下渗，影响边坡稳定。一般要求不能使水下渗，影响边坡稳定。 对于地

7、质不良地段应避免积水成害；对于地质不良地段应避免积水成害； 对于纵坡大的截水沟为防止冲刷；对于纵坡大的截水沟为防止冲刷； 平台上设的边沟，防止水流渗漏影响稳定。平台上设的边沟，防止水流渗漏影响稳定。 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计3.3.排水沟排水沟: :主要用来引水，将路基范围内各种水源的水流（边沟、主要用来引水，将路基范围内各种水源的水流（边沟、截水沟、取土坑或路基附近低洼处汇集的水）引排到桥涵、天截水沟、取土坑或路基附近低洼处汇集的水）引排到桥涵、天然河沟或远离路基指定地点。然河沟或远离路基指定地点

8、。 1)1)形式：一般梯形形式：一般梯形 2)2)尺寸：经水力水文计算确定。尺寸：经水力水文计算确定。B B、h h大于等于大于等于0.5m 0.5m 3) 3)布置：离路基尽可能远，距路基坡脚一般不宜小于布置：离路基尽可能远，距路基坡脚一般不宜小于34m34m，高，高速公路高路堤，坡脚排水沟不小于速公路高路堤，坡脚排水沟不小于2m2m，纵坡应保证水流畅通，纵坡应保证水流畅通，不产生冲刷或淤积，一般不小于不产生冲刷或淤积，一般不小于0.3%0.3%，不大于，不大于3% 3% 4) 4)长度：小于长度：小于500m 500m 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计5)5)平面线形：平面上应力求

9、直捷，转弯时应圆顺连接；半径不宜小于平面线形：平面上应力求直捷，转弯时应圆顺连接；半径不宜小于1020m1020m。 6)6)出水口：排水沟水流注入其它沟渠或水道时，应保证原水道不产生出水口：排水沟水流注入其它沟渠或水道时，应保证原水道不产生冲刷或淤积。通常以不大于冲刷或淤积。通常以不大于4545的锐角或圆曲线朝下游与其它水的锐角或圆曲线朝下游与其它水道相接。道相接。 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计4.4.跌水与急流槽：跌水与急流槽： 设置于需要排水的高差较大而距离较短或坡度设置于需要排水的高差较大而距离较短或坡度陡峻的地段陡峻的地段 跌水：跌水：是阶梯形的建筑物，水流以瀑布形式通过

10、的排水设施。是阶梯形的建筑物，水流以瀑布形式通过的排水设施。有单级和多级形式，作用主要是降低流速和削减水的能量或改变有单级和多级形式，作用主要是降低流速和削减水的能量或改变水流方向。水流方向。 1)1)形式：一般矩形，浆砌片石或混凝土预制块砌筑形式：一般矩形，浆砌片石或混凝土预制块砌筑 2)2)尺寸：根据地形、地质条件等，一般需水力计算尺寸：根据地形、地质条件等，一般需水力计算 3)3)构造：按水力计算特点，可分为进水口、跌水槽、出水口。构造：按水力计算特点，可分为进水口、跌水槽、出水口。跌水槽由跌水墙、平台和消能设备组成。跌水槽由跌水墙、平台和消能设备组成。 4)4)出口连接：桥涵、自然沟、

11、排水沟出口连接：桥涵、自然沟、排水沟 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计5)5)单级跌水：适用于排水沟渠连接处，由于水位落差较大，需要单级跌水：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（如路基边沟水流通过涵洞排泄时）。消能或改变水流方向（如路基边沟水流通过涵洞排泄时）。 6)6)多级跌水：适用于较长陡坡地段的沟渠，为减缓水流速度，并多级跌水：适用于较长陡坡地段的沟渠，为减缓水流速度，并予以消能。予以消能。 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计急流槽：急流槽：是具有很陡坡度的水槽，水流以陡坡形式通过的排水设施，是具有很陡坡度的水槽，水流以陡坡形式通过的排水设施，但

12、水流不离开槽底。它的作用主要是在很短的距离内，水面落差但水流不离开槽底。它的作用主要是在很短的距离内，水面落差很大的情况下进行排水。多用于涵洞的进出水口和高路堑边沟流很大的情况下进行排水。多用于涵洞的进出水口和高路堑边沟流入排水沟的进出水口，或在特殊情况下，截水沟流向边沟的场合。入排水沟的进出水口，或在特殊情况下，截水沟流向边沟的场合。沟底纵坡可达沟底纵坡可达4545度。度。 1)1)形式：矩形，浆砌片石或混凝土预制块砌筑形式：矩形，浆砌片石或混凝土预制块砌筑 2)2)尺寸：需水力计算来确定尺寸，水流量不大时，可用标准尺尺寸：需水力计算来确定尺寸，水流量不大时，可用标准尺寸寸 3)3)构造：进

13、水口、主槽、出水口构造：进水口、主槽、出水口 4)4)出水连接：桥涵、自然沟、排水沟出水连接：桥涵、自然沟、排水沟7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计5.5.倒虹吸与渡水槽倒虹吸与渡水槽：设置于水流需要横跨路基，同时受到设计标：设置于水流需要横跨路基，同时受到设计标高的限制，从路基底部或上部架空跨越。前者称为倒虹吸，后高的限制，从路基底部或上部架空跨越。前者称为倒虹吸，后者称为渡水槽。者称为渡水槽。 倒虹吸：倒虹吸：水流横跨路基且受到设计标高限制时，可通过多次水流横跨路基且受到设计标高限制时，可通过多次改变水流

14、方向从路基下方跨越的排水设施。倒虹吸是利用上下改变水流方向从路基下方跨越的排水设施。倒虹吸是利用上下游沟渠水位差作用，管道为有压管道，水流条件较差，结构要游沟渠水位差作用，管道为有压管道，水流条件较差，结构要求高，应谨慎使用。求高，应谨慎使用。 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计渡水槽：渡水槽：水流横跨路基且受到路基标高限制时，水流从路基上方水流横跨路基且受到路基标高限制时，水流从路基上方跨越的排水设施。渡水槽应满足道路对净空与美化的要求，结跨越的排水设施。渡水槽应满足道路对净空与美化的要求，结构与桥梁相似，但主要作用是沟通水流，在效能上应满足结构构与桥梁相似，但主要作用是沟通水流，在效

15、能上应满足结构强度和排水要求防止冲刷和渗漏。强度和排水要求防止冲刷和渗漏。 1)1)构造：构造：倒虹吸：进水口、沉淀池、出水口、管身倒虹吸：进水口、沉淀池、出水口、管身 渡水槽：进出水口、槽深、下部支撑渡水槽：进出水口、槽深、下部支撑 2)2)尺寸：尺寸：需水力计算需水力计算 6.6.蒸发池：蒸发池：气候干旱、排水困难地段，可利用沿线的集中取土坑气候干旱、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。或专门设置蒸发池排除地表水。 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计二、地下排水设备二、地下排水

16、设备 1.1.暗沟暗沟 1)1)作用：设在地面以下引导水流的沟渠，无渗水和汇水作用，地作用：设在地面以下引导水流的沟渠，无渗水和汇水作用，地下排水沟。下排水沟。 2)2)使用条件：使用条件：a.a.路基范围内的个别泉眼，泉水外涌；路基范围内的个别泉眼，泉水外涌；b.b.市区污水市区污水管、雨水管；管、雨水管；c.c.公路中央分隔带弯道超高处。公路中央分隔带弯道超高处。 3)3)构造：进水口（泉井）、暗沟沟身和盖板。圆形和矩形。构造：进水口（泉井）、暗沟沟身和盖板。圆形和矩形。 4)4)纵坡和出水口：纵坡不小于纵坡和出水口：纵坡不小于1%1%。出口处沟底应高出边沟最高水。出口处沟底应高出边沟最高

17、水位位20cm20cm以上，不容许出现倒灌现象。以上，不容许出现倒灌现象。 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计 5)5)注意事项：注意事项： (1)(1)应防止泥土或砂粒落入沟槽或泉眼，以免堵应防止泥土或砂粒落入沟槽或泉眼，以免堵塞（暗沟顶可铺筑碎（砾）石一层，上填砂砾）塞（暗沟顶可铺筑碎（砾）石一层，上填砂砾）(2)(2)暗沟流量暗沟流量一般不予计算。一般不予计算。7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计2.2.渗沟：渗沟：采用渗透方式将流向路基的地下水汇集于沟内并排到路基范围采用渗透方式将流向路基的地下水汇集于沟内并排到路基范围以外指定点的排水

18、设施，使路基上保持干燥，不致因地下水成害。以外指定点的排水设施，使路基上保持干燥，不致因地下水成害。 1)1)作用：是降低地下水位或拦截地下水，其水力特性是紊流。作用：是降低地下水位或拦截地下水，其水力特性是紊流。 2)2)分类：盲式、管式、洞式分类：盲式、管式、洞式 3)3)构造：构造： 渗水层、封闭层、反滤层、排水层渗水层、封闭层、反滤层、排水层 4)4)尺寸：水力计算确定。埋深需考虑地下水位和不透水层的位置。尺寸：水力计算确定。埋深需考虑地下水位和不透水层的位置。 5)5)使用条件：使用条件： 盲沟式：盲沟式：一般用于流量不大、渗沟不长的地段。设计时应考虑淤塞一般用于流量不大、渗沟不长的

19、地段。设计时应考虑淤塞失效问题，排水层阻力大，其纵坡不应小于失效问题，排水层阻力大，其纵坡不应小于1%1%，一般可采用，一般可采用5%5%。 管式渗沟：管式渗沟：设于地下引水较长的地段。但渗沟过长时，应加设横向设于地下引水较长的地段。但渗沟过长时，应加设横向泄水管，将纵向渗沟内的水流，迅速的分段排出。泄水管，将纵向渗沟内的水流，迅速的分段排出。 洞式渗沟：洞式渗沟：当地下水流量较大，或缺乏水管时，采用石砌涵洞，洞当地下水流量较大，或缺乏水管时，采用石砌涵洞，洞口大小依设计流量而定。口大小依设计流量而定。 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计6)6)平面布置：渗沟尽平面布置：渗沟尽可能与地下

20、水流方可能与地下水流方向相互垂直，使能向相互垂直，使能拦截更多的地下水。拦截更多的地下水。7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计3.3.渗井：是竖直方向的地下排水设备渗井：是竖直方向的地下排水设备 1)1)作用：是汇集离地面不深处含水层中的地下水，通过竖井，渗作用：是汇集离地面不深处含水层中的地下水，通过竖井，渗入下层，疏干路基土。入下层，疏干路基土。 2)2)使用条件：使用条件： (1)(1)路基下层是否存在透水层，能否排走汇集的地下水。路基下层是否存在透水层，能否排走汇集的地下水。 (2)(2)影响路基上部含水层较薄，排水量不大，并且平式渗沟难以布影响路基上部含水层较薄，排水量不大，并且

21、平式渗沟难以布置时采用。置时采用。 3)3)构造：由上部集水构造和下部排水构造两部分组成构造：由上部集水构造和下部排水构造两部分组成7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计集水部分构造与渗沟相同，于集水部分构造与渗沟相同，于井的四周设反滤层，顶上为井的四周设反滤层，顶上为覆盖层（封闭层）。覆盖层（封闭层）。 下部排水构造，采用粗粒材料下部排水构造，采用粗粒材料做充填物做充填物 渗井断面采用圆柱形或方柱形。渗井断面采用圆柱形或方柱形。 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计一、公路排水的分类一、公路排水的分类 1)1) 路界地表排水：路界地表排水： (1)(1)路面表面排水：横坡漫流、拦水带路

22、面表面排水：横坡漫流、拦水带+ +急流槽、急流槽、u u形沟形沟+ +急流槽急流槽 (2)(2)中央分隔带排水：中央分隔带渗水、超高路段排水中央分隔带排水：中央分隔带渗水、超高路段排水 (3)(3)坡面排水：边沟、截水沟等坡面排水：边沟、截水沟等 2)2)路面内部排水：路面内部排水： (1)(1)路面边缘排水路面边缘排水 (2)(2)透水基透水基 ( (垫垫) )层排水层排水 (3)(3)多孔隙面层排水多孔隙面层排水 3)3)地下排水（降低路基地下水位）地下排水（降低路基地下水位） 暗沟暗沟 渗沟渗沟 渗井渗井7-3 7-3 路面排水设计路面排水设计7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计二、

23、路面表面排水二、路面表面排水 1.1.任务：迅速排除降水，避免积水。任务：迅速排除降水，避免积水。 2.2.原则：原则： 1)1)通过路拱横坡将降水排向两侧，不出现积水通过路拱横坡将降水排向两侧，不出现积水 2)2)在汇水量不大，路堤较低且边坡不会被冲刷的情况下，应采用在汇水量不大，路堤较低且边坡不会被冲刷的情况下，应采用路堤边坡上横向漫流方式排除路表面水路堤边坡上横向漫流方式排除路表面水 3)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或坡面虽已采取防护措施但仍有可能受到冲刷时，应沿路肩设置拦或坡面虽已采取防护措施但仍有可能

24、受到冲刷时，应沿路肩设置拦水带或水带或U U型沟，汇集路面表面水，然后通过泄水口和急流槽排离路型沟，汇集路面表面水，然后通过泄水口和急流槽排离路堤。堤。 分散排水与集中排水方式的选择主要依据表面水是否对路堤边分散排水与集中排水方式的选择主要依据表面水是否对路堤边坡造成冲刷危害。应对多个方案进行效果和经济的比较，选择最佳坡造成冲刷危害。应对多个方案进行效果和经济的比较，选择最佳 4)4)为路堑时，横向排流的表面水汇集于边沟内。为路堑时，横向排流的表面水汇集于边沟内。 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计3.3.拦水带构造（沥青混凝土和水泥混凝土），高度和泄水口的泄拦水带构造（沥青混凝土和水泥

25、混凝土），高度和泄水口的泄水量需验算水量需验算 4.U4.U形沟的构造：尺寸和泄水口间的距离需验算形沟的构造：尺寸和泄水口间的距离需验算 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计三、中央分隔带排水三、中央分隔带排水 1.1.任务：排除中央分隔带范围内的表面渗水和拦截上侧半幅路任务：排除中央分隔带范围内的表面渗水和拦截上侧半幅路面漫流过来的表面水。面漫流过来的表面水。 2.2.中央分隔带的形式：中央分隔带的形式： 1)1)按缘石形式分：凸形、凹形按缘石形式分：凸形、凹形 2)2)按表面形式分：有铺面封闭型、按表面形式分：有铺面封闭型、 无铺面封闭型无铺面封闭型 3)3)根据需要，宽度也不同根据需

26、要，宽度也不同 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计3.3.一般路段中央分隔带一般路段中央分隔带 1)1)有铺面封闭型：有铺面封闭型： 2)2)无铺面封闭型：无铺面封闭型： 4.4.超高路段中央分隔带超高路段中央分隔带 除应具有一般路段中央分隔带的功能和构造外，应有拦截上侧路除应具有一般路段中央分隔带的功能和构造外，应有拦截上侧路幅的表面水的功能。幅的表面水的功能。 1)1)凸形中央分隔带凸形中央分隔带 2)2)凹形中央分隔带凹形中央分隔带 5.5.通过计算确定排水设施的尺寸通过计算确定排水设施的尺寸 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计7 7

27、路基路面排水设计路基路面排水设计四、路面内部排水四、路面内部排水 1.1.重要性：重要性： 路面渗水主要途径有以下几种：路面渗水主要途径有以下几种： 1)1)路面接缝，包括施工接缝、窨井等设施接缝及新旧路面的路面接缝，包括施工接缝、窨井等设施接缝及新旧路面的接缝；接缝； 2)2)路面材料使用过程中出现的松散；路面材料使用过程中出现的松散； 3)3)原先面层混合料较大的孔隙等：原先面层混合料较大的孔隙等： 4)4)使用过程中出现的各种裂缝，尤其以周围施工产生的张拉使用过程中出现的各种裂缝，尤其以周围施工产生的张拉裂缝最为严重。裂缝最为严重。 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计内部水的危害：

28、内部水的危害： (1)(1)会浸湿各结构层材料和路基土，使其强度下降，变形增加，会浸湿各结构层材料和路基土，使其强度下降，变形增加，降低路面的承载力。降低路面的承载力。 (2)(2)在行车荷载的作用下，成为高孔隙水压力和高流速水流，水在行车荷载的作用下，成为高孔隙水压力和高流速水流，水流反复多次地冲刷，形成唧泥现象。流反复多次地冲刷，形成唧泥现象。 因而，采用内部排水设施所增加的资金投入，可以很快从路因而，采用内部排水设施所增加的资金投入，可以很快从路面使用性能的提高、使用寿命的增加和养护工作的减少中得到面使用性能的提高、使用寿命的增加和养护工作的减少中得到补偿。进入路面结构内的水使路面使用性

29、能变坏，加剧了路基补偿。进入路面结构内的水使路面使用性能变坏，加剧了路基和路面结构的损坏，从而缩短道路的使用寿命。和路面结构的损坏，从而缩短道路的使用寿命。 7 7 路基路面排水设计路基路面排水设计国外的情况国外的情况：路面内部排水系统在美国一些州的路面通用结构断面中，：路面内部排水系统在美国一些州的路面通用结构断面中，己成为一项常用的技术措施。己成为一项常用的技术措施。 目前，路面内部排水系统已成为一项常用的措施，在西方国家道路目前，路面内部排水系统已成为一项常用的措施，在西方国家道路建设中得到广泛应用。同时科研工作者还在继续对路面内部排水系建设中得到广泛应用。同时科研工作者还在继续对路面内部排水系统的设计、施工、养护和使用效果以及透水材料的规格、试验方法统的设计、施工、养护和使用效果以及透水材料的规格、试验方法和参数值等，进行着长期的观测、调查、试验和研究工作