1、公路排水設(shè)計(jì) 明渠排水的水文水力計(jì)算,蘇交科集團(tuán)股份有限公司 2020年9月3日星期四,一、概述,1.公路排水系統(tǒng),排水溝,過(guò)路涵,吊溝,截水溝,邊溝,急流槽,攔水帶,一、概述,3.水對(duì)路面的影響,一、概述,3.水對(duì)路面的影響,1）降低路面材料強(qiáng)度； 2）加快路面材料損壞； 3）唧漿、沖刷； 4）使路面因支撐不足而出現(xiàn)疲勞損壞。,一、概述,4.水對(duì)路基的影響,一、概述,4.水對(duì)路基的影響,1）地面水對(duì)路基產(chǎn)生沖刷和滲透； 2）地下水使路基濕軟、膨脹、凍脹、翻漿、邊坡滑坍、山坡滑坡等。,二、明渠的水力水文計(jì)算,1、主要明渠及注意事項(xiàng) 1)邊溝,邊溝排水量不大，一般不需要水文和水力計(jì)算，選用標(biāo)準(zhǔn)斷

2、面形式。 邊溝不宜過(guò)長(zhǎng)，邊溝出水口的間距，一般地區(qū)不宜超過(guò)500米，多雨地區(qū)不宜超過(guò)300米，三角形和碟形邊溝不宜超過(guò)200米。 邊溝的縱坡盡可能與路線縱坡坡度保持一致，并不宜小于0.5%的縱坡。邊溝出水口附近以及排水困難路段，應(yīng)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。,二、明渠的水力水文計(jì)算,邊溝的橫斷面形式：有梯形、矩形、U形（或帶蓋板矩形、U形）、三角形、碟形橫斷面。 高速、一級(jí)公路邊溝的底寬和深度不應(yīng)小于0.6米，其他等級(jí)公路不應(yīng)小于0.4米。,二、明渠的水力水文計(jì)算,2)排水溝,主要用途在于引水，將路基范圍內(nèi)的各種水源的水流,引排至橋涵或路基范圍以外的指定地點(diǎn)。 排水溝的橫斷面形式一般采用梯形，尺寸大小應(yīng)經(jīng)過(guò)

3、水力水文計(jì)算選定。邊坡1：1.01：1.5，深度和底寬不宜小于0.5米。 排水溝的位置，離路基盡可能遠(yuǎn)些，距路基坡腳不宜小于2米；平面上應(yīng)力求直捷，連續(xù)長(zhǎng)度宜短，長(zhǎng)不宜超過(guò)500米。 排水溝應(yīng)具有合適的縱坡，通過(guò)水力水文計(jì)算選定，一般情況下，可取0.5%1.0%，溝底縱坡不宜小于0.5%。,二、明渠的水力水文計(jì)算,3）截水溝,截水溝長(zhǎng)度以200500米為宜；超過(guò)500米時(shí)，可在中間適宜位置處增設(shè)泄水口，由急流槽或急流管分流排引。 截水溝一般采用梯形橫斷面，溝坡坡度為1:1.01:1.5;溝底寬度和溝的深度不宜小于0.5米。地質(zhì)或土質(zhì)條件差，有可能產(chǎn)生滲漏或變形時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施。溝底縱坡

4、不宜小于0.5%。,二、明渠的水力水文計(jì)算,4)急流槽 急流槽的構(gòu)造按水力計(jì)算特點(diǎn)，亦由進(jìn)口、槽身和出口三部分組成。 急流槽可采用由漿砌片石鋪砌或水泥混凝土澆筑的的矩形橫斷面或梯形橫斷面。 漿砌片石急流槽的槽底厚度可為0.20.4米，槽壁厚度為0.30.4米?；炷良绷鞑鄣暮穸瓤蔀?.20.3米。槽頂應(yīng)與兩側(cè)斜坡表面齊平。槽深不小于0.2米，槽底寬最小 0.25米。 急流槽槽底每隔2.55.0米應(yīng)設(shè)置一個(gè)凸榫，嵌入坡體內(nèi)0.30.5米，以避免槽體順坡下滑。,二、明渠的水力水文計(jì)算,1、方法一 按照規(guī)范的方法步驟驗(yàn)算是否滿足,二、明渠的水力水文計(jì)算,1.確定匯水區(qū)域,匯水面積=路面匯水面積+坡面

5、匯水面積,二、明渠的水力水文計(jì)算,1.確定匯水區(qū)域,二、明渠的水力水文計(jì)算,路塹一側(cè)邊坡匯水面積A1=200（3+4.5+6+6）=3900m2 碎落臺(tái)匯水面積A2=22004=1600m2 瀝青路面中線至邊溝匯水面積A3=6200=1200m2 總的匯水面積F= A1+ A2+ A3=3900+1600+1200=6700 m2,1.確定匯水區(qū)域,2.計(jì)算徑流系數(shù),查公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGT D2012）表9.1.8知：,二、明渠的水力水文計(jì)算,2.計(jì)算徑流系數(shù),查公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGT D2012）表,二、明渠的水力水文計(jì)算,3.計(jì)算匯流歷時(shí)及平均流速,1）按公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG

6、T D2012）式9.1.4計(jì)算坡面匯流歷時(shí),式中：t坡面匯流歷時(shí)，min； Lp坡面流的長(zhǎng)度，m； ip坡面流的坡度； s地表粗度系數(shù)，按公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGT D2012） 表9.1.4確定。,二、明渠的水力水文計(jì)算,二、明渠的水力水文計(jì)算,路塹邊坡的粗度系數(shù)s1=0.10，坡度分別為1：0.5、1：0.75、1：1、1：1。 坡面匯流歷時(shí)：,碎落臺(tái)的粗度系數(shù)s2=0.1，橫向坡度為3%，匯流歷時(shí)：,瀝青路面的粗度系數(shù)s3=0.013，橫坡為2%，坡面流長(zhǎng)度為12.25m，匯流歷時(shí)：,二、明渠的水力水文計(jì)算,按照規(guī)范，在斷面尺寸、坡度變化初分段計(jì)算各段匯流歷時(shí)，再疊加，因此，坡面匯流歷

7、時(shí)：,2）按公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGT D2012）式9.1.5-1計(jì)算管溝匯流歷時(shí),二、明渠的水力水文計(jì)算,設(shè)邊溝底寬b=0.4m，高h(yuǎn)=0.4m，漿砌片石砌筑，溝底粗糙系數(shù)n=0.025，設(shè)計(jì)水深為0.2m（路基設(shè)計(jì)規(guī)范P28要求0.2m，排水設(shè)計(jì)規(guī)范P12要求0.1m），過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA=0.5（0.4+0.8）x0.2=0.12m2，水力半徑,二、明渠的水力水文計(jì)算,溝內(nèi)平均流速為：,溝內(nèi)匯流歷時(shí)為 t5=200/1.704=1.96min； 綜上，可知匯流總歷時(shí) t=t+t5=1.41=9.46+1.96=11.42min。,則邊溝的泄水能力Qc： Qc=vA=1.704x0.12=0

8、.204m/s,4.計(jì)算泄水能力,二、明渠的水力水文計(jì)算,5.計(jì)算降雨強(qiáng)度,根據(jù)規(guī)范，高速公路、一級(jí)公路路界內(nèi)坡面排水設(shè)計(jì)降雨的重現(xiàn)期為15年，其他等級(jí)公路為10年，公路采用降雨強(qiáng)度公式計(jì)算：,二、明渠的水力水文計(jì)算,（通常年降雨量200mm以下為干旱區(qū)，200mm-500mm之間為半干旱區(qū)）,二、明渠的水力水文計(jì)算,二、明渠的水力水文計(jì)算,（通常年降雨量200mm以下為干旱區(qū)，200mm-500mm之間為半干旱區(qū)）,查圖9.1.7-2 得該區(qū)60min降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為C60=0.40,由表9.1.7-2 可查得降雨歷時(shí)t =12min的轉(zhuǎn)換系數(shù)為 Ct=0.93,二、明渠的水力水文計(jì)算,二

9、、明渠的水力水文計(jì)算,查圖9.1.7-1 該區(qū)5年重現(xiàn)期10min降雨歷時(shí)的降雨強(qiáng)度為強(qiáng)q5，10=1.2 mm/min,q p，t=cpctq5,10=1.34x0.93x1.2=1.447mm/min,6.計(jì)算設(shè)計(jì)徑流量,可按照降雨強(qiáng)度由推理公式計(jì)算設(shè)計(jì)徑流量Q,設(shè)計(jì)流量Q= 0.129m3/s泄水能力Qc=0.204 m3/s，所以設(shè)計(jì)邊溝尺寸符合要求。,二、明渠的水力水文計(jì)算,7.沖淤檢驗(yàn),邊溝的平均流速應(yīng)使水流在設(shè)計(jì)流量條件下不產(chǎn)生沖刷和淤泥。為此，應(yīng)保證設(shè)計(jì)流速在最大和最小允許流速范圍內(nèi)。,對(duì)于漿砌片石邊溝，最大允許速度為3.0m/s，由于水深不大于0.5m，則修正 系數(shù)為0.85

10、，故修正最大允許流速為2.55m/s，而最小允許速度為0.4m/s。 對(duì)于平均流速V=1.704m/s在最大與最小范圍內(nèi)，故滿足沖淤檢驗(yàn)。 綜上所述，邊溝尺寸符合要求。,二、明渠的水力水文計(jì)算,2、方法二 通過(guò)假設(shè)排水段落長(zhǎng)度L，匯流歷時(shí)t的方法求縱坡與排水段落長(zhǎng)度的關(guān)系。,路塹一側(cè)邊坡匯水面積A1=L（3+4.5+6+6）=19.5Lm2 碎落臺(tái)匯水面積A2=2L4=8Lm2 瀝青路面中線至邊溝匯水面積A3=6L=6Lm2 總的匯水面積F= A1+ A2+ A3=33.5L m2,1）.確定匯水區(qū)域,二、明渠的水力水文計(jì)算,2）.計(jì)算徑流系數(shù),查公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGT D2012）表,二

11、、明渠的水力水文計(jì)算,3）.降雨歷時(shí)及溝內(nèi)平均流速,降雨歷時(shí)取設(shè)計(jì)控制點(diǎn)的匯流歷時(shí)，其值為匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)到排水設(shè)施（出水口）處的坡面匯流歷時(shí)與溝內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)之和。設(shè)降雨歷時(shí)為12min。,4）.設(shè)計(jì)重現(xiàn)期,根據(jù)規(guī)范，高速公路、一級(jí)公路路界內(nèi)坡面排水設(shè)計(jì)降雨的重現(xiàn)期為15年，其他等級(jí)公路為10年。,二、明渠的水力水文計(jì)算,5）降雨強(qiáng)度 按公路所在地區(qū)，查公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范得5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期10min降雨歷時(shí)的降雨強(qiáng)度為q5,101.2mm/min，10年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期時(shí)的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)為cp=1.34，60min降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為c60=0.4，10min降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)為c5=1 。于是，暴雨強(qiáng)度為

12、 q=1.21.341=1.608mm/min,6）邊溝最大排水距離計(jì)算 根據(jù)公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ018-97，設(shè)計(jì)徑流量為 Q=16.67qF=16.670.81.60833.5l10-6m3/s,當(dāng)路線縱坡為3%時(shí)，邊溝的泄水能力為,Qc=vA=1.704x0.12=0.204m/s,二、明渠的水力水文計(jì)算,邊溝泄水能力必須大于其設(shè)計(jì)徑流量，即QcQ 0.20416.670.81.60833.5L10-6 那么，當(dāng)路線縱坡為3%時(shí)，邊溝最長(zhǎng)排水距離l（出水口最大間距）為 L0.204/（16.670.81.60833.510-6）284m,7）檢驗(yàn)匯流歷時(shí)假設(shè),因?yàn)槠旅鎱R流有兩部分，一部分是路面水匯流，另外一部分是路塹坡面水匯流，兩部分各自同時(shí)發(fā)生，因此，坡面匯流歷時(shí)應(yīng)取二者的大者。由前面的計(jì)算可得，路面匯流歷時(shí)為1.09min；路塹邊坡匯流歷時(shí)為9.46min。因此取t1=9.46min。,二、明渠的水力水文計(jì)算,再按式t2= l /(60v)=283/(601.704)=2.77min 由此，可得到匯流歷時(shí)為 t= t1+ t2=9.46+2.77=12.23min10min,再假設(shè)降雨歷時(shí)為13min，通過(guò)內(nèi)插得出降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)