《道路勘测设计》ch10道路排水设计

1、1第10章 道路排水设计本章提要水对道路危害排水重要性及设计原则公路排水设计城市道路排水设计第一页，共65页。2第10章 道路排水设计第10章 道路排水设计第二页，共65页。3本 章 学 习 要 求理解雨水流量计算、雨水管渠的水力计算和案例设计；掌握雨水管排水系统规划与布置。本章的教学重点为雨水流量计算、雨水管渠的水力计算，案例设计；难点为城市道路雨水管渠的水力计算，案例设计。能力要求：学生能进行城市道路的排水规划和设计。第10章 道路排水设计第三页，共65页。410.1 概述水是道路病害的主要原因。10.1.1 水对道路的危害第10章 道路排水设计水的类型：地面水：包括大气降水以及河、海、湖

2、、水渠、水库水等。地下水：包括土层滞留水、潜水及层间水等。第四页，共65页。渗地面水：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。第10章 道路排水设计水的类型：第五页，共65页。第10章 道路排水设计水的类型：第六页，共65页。710.1 概述水是道路病害的主要原因。10.1.1 水对道路的危害第10章 道路排水设计 雨、雪等形成的大气降水轻微会造成地面积水而影响车辆的正常行驶，严重会对道路造成重大危害直接冲毁路肩、边坡和路基；渗入路基内部的水会使土基湿软从而引起路基冻胀、翻浆或边坡塌方、泥石流，甚至整个路基沿倾斜基底滑动；进入结构层内的水分可浸湿无机

3、结合料处治的粒料层，导致基层强度下降，使沥青面层出现剥落和松散；水泥混凝土路面由于接缝多，从接缝中渗入的水分聚集在路面结构中，在重载的反复作用下，产生很大的动水压力，导致接缝附近的细颗粒集料软化，形成唧泥，产生错台、断裂等病害。第七页，共65页。810.1 概述水是道路病害的主要原因。10.1.1 水对道路的危害第10章 道路排水设计 海、河、湖、水渠及池塘水会影响距其较近的道路的使用，长时间会降低路面材料的强度，产生各种影响交通的病害；如果路面排水不充分会使水流进入封闭性不好的道路内部形成松软土层，造成路基沉陷；遇到易发洪水季节甚至会冲毁路基及周边的附属工程构造物。 位于地下上层相对不透水层

4、一带的滞水，会软化路基，使路基潮湿，降低路基的强度。第八页，共65页。910.1 概述水是道路病害的主要原因。10.1.1 水对道路的危害第10章 道路排水设计 在地面以下第一个隔水层以上的含水层的潜水，距地面较近，在重力作用下可沿土层以薄膜形式从含水量高的位置向含水量低的地方流动，从温度高的地方向温度低的冻结中心周围流动，会形成水分集中，造成路基局部损坏，影响路基的整体强度和水温稳定性，重者会引起冻胀、翻浆或边坡滑坍，甚至整个路基沿倾斜基底滑动，水还可能造成掺有膨胀土的路基工程毁灭性的破坏。 在地面以下任何两个隔水层之间含水层中的层间地下水，当水源高于地面时，可以通过岩层裂缝冒出地面而成泉水

5、，上升到路基，导致路基湿软，强度降低，重者也会引起路基的整体破坏。第九页，共65页。1010.1 概述10.1.2 排水设计的目的与要求第10章 道路排水设计道路排水设计要考虑道路等级、地形、地质、气候、年降雨量、地下水等条件，考虑不同的水源，设置相应的排水设施，使路基、路面形成良好的排水系统。把影响路基强度和稳定性的水排到路基范围以外适当的地点，并防止地面水漫流、滞积或下渗，对影响路基稳定性的地下水，则应予以隔断、疏干、降低，并引到路基范围以外适当的地点，将土基湿度降低到一定范围内，保持路基常年处于干燥状态，确保路基、路面的强度和稳定性不受地下水和地表积水的影响。第十页，共65页。1110.

6、1 概述10.1.3 排水设计的原则第10章 道路排水设计1.设计标准和目标排水设计的标准应同所设计公路的重要性以及水对毗邻财产可能产生的危害性相适应。排水设计的目标是提供功能完善、维修便利和造价合理的最佳排水设施方案。2.协调配合排水设计应同当地的自然水系、已有的或规划的水利设施（灌溉排水、河川治理或水土保持等）、公共下水道、地下管线等协调配合。3.环境保护各项排水设施应重视流水处理，防止排泄水冲毁农田及水利设施，防止冲刷地表引起水土流失或者污染水源。 4.维修方便各项排水设施的设计断面尺寸，应满足排泄设计流量的要求。同时，还应符合在使用过程中检查、维护和修理的要求。第十一页，共65页。10

7、.2 公路排水设计12第10章 道路排水设计10.2.1 路界表面排水系统路界表面排水的目的：把降落在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（但不包括横穿路界的自然水道内的水流），以减少地表水对路基和路面的危害以及对行车安全的威胁按降水在路界内降落的范围，可将路界表面排水划分为路面表面排水（含路肩）、中央分隔带排水、路基坡面排水和相邻地带排水四部分。第十二页，共65页。13第10章 道路排水设计10.2.1 路界表面排水系统路界表面排水设施主要由各种沟和管组成，它们分别承担一定汇水面积范围内地表水的汇集和排泄功能表面排水设计的内容为： 按排水

8、的功能要求选择沟、管的类型，布置在合适的位置上，并将各项设施组合成一个将地表水顺畅地汇集、拦截和排引到路界外的排水系统； 确定各项表面排水设施的汇水范围并计算其设计流量； 选择出水口（泄水口）的位置、间距和构造； 计算满足排泄设计流量要求的沟、管断面形状和尺寸； 分析沟渠和出水口周围地面冲刷和侵蚀的可能性，并考虑采取相应的有效防治措施。第十三页，共65页。1 路面表面排水1-坡面排水；2-路面排水；3-中央分隔带排水；4-相邻地带排水；5-路界；6-降雨；7-坡顶截水沟；8-边坡平台排水沟；9、13-急流槽；10-边沟；11-路拱；12-拦水带；14-坡脚排水沟10.2.1 路界表面排水系统第

9、10章 道路排水设计第十四页，共65页。1 路面表面排水1）横坡利用道路车行道和路肩上设置的横向坡度，使表面水流向路基边缘。道路横坡越大，越有利于迅速排水，但不利于行车安全。标准对道路路拱横坡值做出了具体规定，见表10-1。路肩的横坡值应较车行道横坡值大1%2%。右侧硬路肩边缘设拦水带时，其横坡宜采用5%；或者，也可在邻近拦水带内边缘约0.51.0米宽度范围内将路肩的横坡增加到5%或5%以上，六车道、八车道的高速公路宜采用较大的路面横坡。10.2.1 路界表面排水系统第10章 道路排水设计第十五页，共65页。1 路面表面排水2）路堤坡面漫流在路线纵坡平缓、汇水量不大、路堤较低且边坡坡面不会收到

10、冲刷的情况下，可采用让路面表面水以横向漫流形式向路堤坡面分散排放。3）路堤拦水带在路堤较高，边坡坡面未做防护而易遭受路面表面水流冲刷，或者坡面虽已采用防护措施但仍有可能受到冲刷时，可沿硬路肩外侧边缘设置沥青混凝土拦水带，由拦水带和路肩坡面组成的浅三角形边沟汇集路面表面水，并通过间隔一定距离的竖向排水沟排出路堤。10.2.1 路界表面排水系统第10章 道路排水设计第十六页，共65页。1 路面表面排水3）路堤拦水带在硬路肩外侧设有U形混凝土排水沟时，汇集在拦水带内的表面水，可通过间隔一定距离设置的出水口和汇水槽引排到排水沟内。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。采用水泥混

11、凝土预制块拦水带时，应避免预制块影响路面内部水的排泄。10.2.1 路界表面排水系统拦水带图1.车行道；2.硬路肩；3.拦水带；4.护栏；5.草坡铺砌；6.标线第10章 道路排水设计第十七页，共65页。1 路面表面排水3）路堤拦水带在硬路肩外侧设有U形混凝土排水沟时，汇集在拦水带内的表面水，可通过间隔一定距离设置的出水口和汇水槽引排到排水沟内。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。采用水泥混凝土预制块拦水带时，应避免预制块影响路面内部水的排泄。10.2.1 路界表面排水系统拦水带和混凝土排水沟1.硬路肩；2.无铺面路肩 3.拦水带；4.排水沟；5.泄水槽；6.基层第10

12、章 道路排水设计第十八页，共65页。2 中央分隔带排水中央分隔带排水是高速公路及一级公路地表排水的重要内容，应根据分隔带宽度、绿化和交通安全措施的形式和分隔带表面的处理方式等因素选择不同的排水方式。我国的公路排水设计规范（JTG/T D33-2012）将中央分隔带排水划分为三种类型：（1）宽度小于3米且表面采用铺面封闭（2）宽度大于3米、表面低凹且未采用铺面封闭（3）宽度大于3米、表面低凹且未采用铺面封闭10.2.1 路界表面排水系统第10章 道路排水设计第十九页，共65页。2 中央分隔带排水（1）宽度小于3米且表面采用铺面封闭10.2.1 路界表面排水系统第10章 道路排水设计超高路段上设置

13、缝隙式圆形集水管或碟形浅沟（单位：cm）（a）缝隙式圆形集水管； （b）碟形混凝土浅沟1.中央分隔带；2.护栏；3.路面；4. 缝隙式圆形集水管；5. 碟形混凝土浅沟第二十页，共65页。2 中央分隔带排水（2）宽度大于3米、表面低凹且未采用铺面封闭（3）宽度大于3米、表面低凹且未采用铺面封闭10.2.1 路界表面排水系统第10章 道路排水设计中央分隔带格栅式泄水口布置（单位：cm）1.上游；2.格栅；3.低凹区中央分隔带下排水渗沟示意图1.中央分隔带；2.路面；3.路床路面；4.隔渗层；5.反滤织物；6.渗沟；7.横向排水管第二十一页，共65页。3 路基坡面排水10.2.1 路界表面排水系统第

14、10章 道路排水设计常用的路基坡面排水设备，包括边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽等，必要时还有渡槽、倒虹吸及蒸发池等。这些排水设备，分别设在道路的不同部位，各自的排水功能、布置要求或构造形式，均有所差异。第二十二页，共65页。第二十三页，共65页。3 路基坡面排水10.2.1 路界表面排水系统第10章 道路排水设计（1）边沟 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。 第二十四页，共65页。25（1）边沟第10章 道路排水设计第二十五页，共65页。（2）截水沟1-截水沟；2-土台；3-边沟 又称天沟，一般设置在挖方路基边坡坡顶

15、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。 第10章 道路排水设计第二十六页，共65页。 排水沟的主要用途在于引水，将路基范围内各种水源的水流(如边沟、截水沟、取土坑、路基附近积水)，引至桥涵或路基范围以外的指定地点 。（3） 排水沟1-排水沟；2-其它渠道；3-路基中心；4-桥涵第10章 道路排水设计第二十七页，共65页。 跌水与急流槽是路基地面排水沟渠的特殊形式，用于纵坡大于10，水头高差大于1.0m的陡坡地段。 （4）跌水与急流槽1-边沟；2-路基；3-跌水井；4-涵洞1-沟顶线；2-够底线1-护墙；

16、2-消力槛第10章 道路排水设计第二十八页，共65页。 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，前者称倒虹吸，后者为渡水槽。（5） 倒虹吸与渡水槽1-路基；2-原沟渠；3-洞身；4-垫层；5-竖井；6-沉淀池（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。第10章 道路排水设计第二十九页，共65页。30第10章 道路排水设计10.2.2 路面内部排水系统设置路面内部排水系统可改善路面的使用性能，延长其使用寿命，但也相应地要增加路面的造价。我国公路排水设计规范（JTG/T D33-2012）建议遇到下列情

17、况时，应设置路面内部排水系统：（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）组成的高速公路和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。为迅速排除滞留在路面结构内的自由水，可沿路面边缘设置边缘排水系统，或者在路面结构层内设置排水基层排水系统。第三十页，共65页。31第10章 道路排水设计10.2.2 路面内部排水系统1.路面边缘排水系统路面边缘排水系统主要由透水性填料集水沟、纵向排水管、横向出水管和

18、过滤织物（土工布）组成。路面边缘排水系统1.路肩面层；2.路面面层；3.基层；4.透水填料；5.碎石铺砌；6.混凝土垫板；7.过滤织物；8.集水管；9.出水管第三十一页，共65页。32第10章 道路排水设计10.2.2 路面内部排水系统2.排水基层排水系统基层排水系统是直接在面层下设置透水性排水基层，在其边缘设置纵向集水沟和排水管以及横向出水管等，组成排水基层排水系统。排水基层排水系统1.面层；2.排水基层；3.不透水垫层；4.路肩面层；5.集水沟；6.排水管；7.出水管；8.反滤织物；9路基第三十二页，共65页。10.2.2 路面内部排水系统第三十三页，共65页。Installed edge

19、drain设置边缘排水设施10.2.2 路面内部排水系统第三十四页，共65页。Placing OGBC backfill边缘排水设施的施工第三十五页，共65页。36第10章 道路排水设计10.2.3 地下排水系统拦截、汇积和排除地下水，或降低地下水位，使路基免遭破坏的结构物，称为地下排水结构物。公路上常用的地下排水结构物有暗沟、渗沟和渗井等。（1）暗 沟 暗沟是引导地下水流的沟渠。其本身不起渗水、汇水作用，而是把路基范围内的泉眼或渗沟汇积的水流排到路基范围以外，使水不致在土基中扩散，危害路基。第三十六页，共65页。 渗沟是一种常见的地下排水沟渠。其作用是为了切断、拦截有害的含水层和降低地下水位

20、，保证路基经常处于干燥状态。（2）渗 沟渗沟分为填石渗沟、管式渗沟和洞式渗沟三种形式。 a)盲沟式 b)洞式 c)管式第三十七页，共65页。（3）渗 井 渗井属于水平方向的地下排水设备。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。 渗井结构与布置图例 第三十八页，共65页。10.3 城市道路排水设计39第10章 道路排水设计10.3.1 城市道路排水系统1.城市道路排水体制 城市道路排水是城市道路设计的重要组成部分，为保证车辆

21、和行人的正常交通，改善城市的环境，以及避免路面的过早破坏，要求应迅速将地面雨、雪水排除。 城市中除需要排水雨、雪水外，还需要排除工业污（废）水和生活污水。由于废水、污水和雨水的水质不同，对环境的影响也不同，应分别组织不同的管道系统来排除。 排水体制是在一个区域内收集、输送污水和雨水的方式，有合流制和分流制两种基本方式。第三十九页，共65页。10.3 城市道路排水设计40第10章 道路排水设计10.3.1 城市道路排水系统1.城市道路排水体制（1）合流制将污水和雨水用同一管道汇集输送的称为合流制排水系统。过去我国很多城市工业不发达，城市人口少，生活污水和工业污（废）水量不大，因此道路排水设计大都

22、采用合流制，污水直接排水天然水域。但随着工业的高速发展，人口的增多，生活污水和工业污（废）水量急剧增加，这种合流制排水系统对城市环境卫生造成很大的危害。第四十页，共65页。10.3 城市道路排水设计41第10章 道路排水设计10.3.1 城市道路排水系统1.城市道路排水体制（2）分流制将雨水和污水分别设置管道系统排除，称为分流制雨水系统，如图10-20。其中汇集和处理生活污水和工业污（废）水的系统称为污水系统；汇集和排泄雨水的系统，称为雨水系统。采用分流制有利于环境卫生的保护，有利于污水的综合利用，便于从废水中回收游泳物质，可以做到清浊分流，减少需要处理的废水量。第四十一页，共65页。10.3

23、 城市道路排水设计42第10章 道路排水设计10.3.1 城市道路排水系统2. 城市道路排水系统的类型城市道路排水系统分为明式、暗式和混合式三种。（1）明式排水系统明式排水系统是采用明沟排水，仅在街坊出入口、人行横道处增设带漏孔的盖板、涵管等构造物。这种方式多用于城市郊区或临街建筑物稀少的道路。为避免明沟过长且基于排水坡度要求而开沟过深，可间隔适当距离布置横向截流沟将水排引至道路外侧低凹区或河流、湖泊内。第四十二页，共65页。10.3 城市道路排水设计43第10章 道路排水设计10.3.1 城市道路排水系统2. 城市道路排水系统的类型（2）暗式排水系统暗式排水系统是利用埋设于道路下的雨水管道排

24、水，这种方式雨水顺着道路路面的纵坡、横坡流入沿道路设置的雨水口内，再由雨水连接管接入雨水干管，最后排入下游管线或附近河流、湖泊内，如图10-21所示。暗式排水系统示意图1.雨水管道；2.检查井；3.连接管；4.雨水口第四十三页，共65页。10.3 城市道路排水设计44第10章 道路排水设计10.3.1 城市道路排水系统2. 城市道路排水系统的类型（3）混合式排水系统混合式排水系统是明沟和暗管相结合的一种排水类型。在城市建筑物密集、交通量大的地区，为了车辆、行人出行方便和环境卫生，可采用暗式排水；而在城市郊区、建筑物密度较小、交通稀少的地区，为节约建设投资，可优先考虑采用明沟排水。第四十四页，共

25、65页。10.3 城市道路排水设计45第10章 道路排水设计10.3.2 雨水管道及构筑物的布置1. 雨水管道的布置 城市道路的雨水管线应平行于道路的中心线或规划红线。雨水干管一般设置在街道中间或一侧，并宜设在快车道以外，当道路红线宽度大于4060m时，可考虑沿街道两侧作双线布置。 1）相交雨水管与其它管线发生平交时其它管线一般可用倒虹管的办法。如雨水管和污水管相交，一般将污水管用倒虹管穿过雨水管的下方。第四十五页，共65页。10.3 城市道路排水设计46第10章 道路排水设计10.3.2 雨水管道及构筑物的布置1. 雨水管道的布置 1）相交雨水管与其它管线发生平交时其它管线一般可用倒虹管的办

26、法。如雨水管和污水管相交，一般将污水管用倒虹管穿过雨水管的下方。1-未搬迁前给水管位置；2-搬迁后给水管位置；3-钢套管；4-钢筋混凝土盖板第四十六页，共65页。2）纵坡 雨水管的最小纵坡不得太小，一般不小于0.3%。为了满足管中雨水流速不超过管壁受力安全的要求，对雨水管的最大纵坡也要加以控制，通常道路纵坡大于4%时，为了不使雨水管纵坡过大，需分段设置跌水井。3）埋深 一般在干燥土壤中，管道最大埋深不超过78m，地下水位较高，可能产生流沙的地区不超过45m。 在车行道下，管顶最小覆土深度一般不小于0.7m。在管道保证不受外部荷载损坏时，最小覆土深度可适当减小。至于北方冰冻地区，则要依靠防冻要求

27、来确定覆土深度。4）管道衔接 不同直径的管子在检查井内衔接时，应使上下游管段的管顶等高，称为管顶平接，这样可以避免在上游形成回水。第四十七页，共65页。10.3 城市道路排水设计48第10章 道路排水设计10.3.2 雨水管道及构筑物的布置2. 雨水口和检查井的布置（1）雨水口的布置 雨水口是雨水管道或合流管道上收集雨水的构筑物。雨水口一般设在街区内、广场上、街道交叉口和街道边沟的一定距离处，以防止雨水漫过道路或造成道路及低洼地区积水，妨碍交通。1）雨水口的布设形式 单幅式：布置两排雨水口第四十八页，共65页。10.3 城市道路排水设计49第10章 道路排水设计10.3.2 雨水管道及构筑物的

28、布置2. 雨水口和检查井的布置（1）雨水口的布置 1）雨水口的布设形式双幅式：布置两排或四排雨水口 第四十九页，共65页。10.3 城市道路排水设计50第10章 道路排水设计10.3.2 雨水管道及构筑物的布置2. 雨水口和检查井的布置（1）雨水口的布置 1）雨水口的布设形式三幅式：布置两排至六排雨水口，又分A型、B型两种 第五十页，共65页。10.3 城市道路排水设计51第10章 道路排水设计10.3.2 雨水管道及构筑物的布置2. 雨水口和检查井的布置（1）雨水口的布置 1）雨水口的布设形式三幅式：布置两排至六排雨水口，又分A型、B型两种 第五十一页，共65页。52第10章 道路排水设计2

29、. 雨水口和检查井的布置2）交叉口处雨水口布设形式（1）雨水口的布置 第五十二页，共65页。53第10章 道路排水设计2. 雨水口和检查井的布置3）雨水口的泄水能力4）雨水口的构造形式及适用地点 雨水口的构造包括进水箅、井身和连接管三部分。根据进水箅布置的不同，雨水口可分为平式、立式和联合式三种。1-进水篦；2-井身；3-连接管（1）雨水口的布置 第五十三页，共65页。54第10章 道路排水设计2. 雨水口和检查井的布置 4）雨水口的构造形式及适用地点平式雨水口：分为缘石平箅式及地面平箅式两种。缘石平箅式雨水口，适用于有路缘石的道路，主要排除路面水；地面平箅式适用于无路缘石的路面、广场及地面低

30、洼聚水处等。立式雨水口：有立孔式和立箅式两种。适用于有路缘石的道路，其中立孔式适用于箅隙容易被杂物堵塞的地方。联合式雨水口：在水平和垂直方向上均有雨水箅子。宜用于径流集中且有杂物堵塞处。（1）雨水口的布置 第五十四页，共65页。55第10章 道路排水设计2. 雨水口和检查井的布置（2）检查井的布置检查井又名窨井，是设在主干管上的一种井状构造物。 1-井底；2-井身；3-井盖第五十五页，共65页。10.3 城市道路排水设计56第10章 道路排水设计10.3.3 雨水管渠设计流量计算雨水管渠的设计流量一般按下式计算： 式中 QS雨水口设计流量（L/s）； q设计暴雨强度，L/(shm2）； 径流系

31、数； F汇水面积（hm2）第五十六页，共65页。10.3 城市道路排水设计57第10章 道路排水设计10.3.3 雨水管渠设计流量计算1. 径流系数及综合径流系数降落在地面上的雨水，只有一部分沿地面流入雨水管道，这部分雨水称为径流量；某时段内的径流量与全部降雨量之比，称为径流系数，其值常小于1。 第五十七页，共65页。58第10章 道路排水设计10.3.3 雨水管渠设计流量计算2.汇水面积F 每条管道都有它所服务的汇水面积，单位以104m2计，各设计管段的汇水面积的区界是根据地形、地物决定的。计算汇水面积时，除街坊面积外还包括街道面积。平坦地区汇水面积划分示意图 地形倾斜汇水面积划分示意图第五十八页，共65页。59第10章 道路排水设计10.3.3 雨水管渠设计流量计算3.设计暴雨水强度q降雨量是降雨的绝对量，用深度表示。降雨强度是指某一连续降雨时段内的平均降雨量，用表示。即在工程上，常用单位时间内单位面积上的降雨体积表示降雨强度。q和i的换算关系为：我国常用的暴雨强度公式为：第五十九页，共65页。城市名称资料年数（年）长春1459丹东2008大连1448哈尔滨15510齐齐哈尔10210q暴雨强度；T重现期，年；t降雨历时