第七章 路基路面排水设计幻灯片.ppt

第七章路基路面排水设计,第一节概述一、排水的目的与意义1、水是形成路基路面病害的主要原因之一；2、根据水源的不同，影响路基路面的水流可分为地面水和地下水两大类，与此相应的有地面排水和地下排水；3、水对路基的危害：使路基湿软，降低承载力；引起冰胀、翻浆或边坡滑坍，甚至路基整体滑动；掺有膨胀土的路基会带来毁灭性破坏；4、水对路面的危害：降低路面材料强度；对沥青路面，可使沥青剥落；移动荷载作用下能引起唧泥，使路面基层承载力下降；冻胀地区，会影起路面承载力下降；,第七章路基路面排水设计,5、排水设计的任务是设置排水设施，把影响路基强度和稳定性的水排到路基范围以外，确保路基的强度和稳定性。6、地表排水可分为路面表面排水、中央分隔带排水和坡面排水三部分。二、路基路面排水设计的一般原则（1）因地制宜、全面规划、因势而导、综合整治、讲究实效、注意经济，充分利用有利地形和自然水系；（2）各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利相配合，必要时可适当增设涵管或加大涵管孔径，以防农业用水影响路基的稳定性；（3）设计前必须进行调查研究，查明水源与地质条件，,第七章路基路面排水设计,重点路段要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，排水困难和地质不良路段，应与路基加固相配合；（4）路基排水要注意防止附近山坡的水土流失，尽量不破坏天然水系；（5）路基排水要结合当地水文条件和道路等级等具体情况，就地取材，以防为主，讲究经济效益；（6）迅速排除路面积水。,第七章路基路面排水设计,第二节路基排水设备的构造与布置一、地面排水设备包括：边沟、截水沟、排水沟、跌水、急流槽及渡槽与倒虹吸及积水池等。（1）边沟设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤坡脚外侧，走向与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。边沟的排水量不大，一般不需进行水文水力计算，边沟紧靠路基，不允许其他排水沟渠的水流引入，也不能与其他人工沟渠合并使用；边沟不宜过长，边沟的纵坡一般与路线纵坡一致，平坡路段，边沟仍应保持0.3%0.5%,第七章路基路面排水设计,的最小纵坡；边沟的横断面形式有：梯形、矩形、三角形及流线形。（2）截水沟又称天沟，一般设置在挖方路基边坡坡顶以外，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水流冲刷。截水沟的横断面形式一般为梯形，沟深不小于0.5米，截水沟的位置，尽量与绝大多数地面水流方向垂直，沟底应具有不小于0.3%以上的纵坡，截水沟长度一般以200500米为宜。（3）排水沟,第七章路基路面排水设计,主要用途在于引水，将路基范围内各种水源的水流引至桥涵或路基范围以外的指定地点。排水沟的横断面形式一般为梯形，尺寸经水力水文计算确定，排水沟的位置可根据需要并结合当地地形条件而定，离路基尽可能远些，距离路基坡脚不宜小于2米，连续长度宜短，一般不超过500米。排水沟应具有合适的纵坡，以保证水流畅通。（4）跌水与急流槽跌水与急流槽是路基地面排水沟渠的特殊形式，用于陡坡地段排水，沟底纵坡可达45度。由于流速快，一般宜采用浆砌块石或混凝土预制块砌筑，并且有相应的防护与加固措施。跌水的构造有单级和多级之分，沟底亦有等宽和变宽两种。,第七章路基路面排水设计,跌水由进水口、跌水槽和出水口三部分组成；跌水槽部分由跌水墙、平台和消能设备组成。跌水两端的土质沟渠应注意加固，保持水流畅通，不致产生水流冲刷和淤积，以充分发挥跌水的排水效能。急流槽的纵坡比跌水的平均纵坡更陡，结构的坚固稳定性要求更高，是山区公路回头曲线沟通上、下线路基排水及沟渠出水口的一种常见排水设施。急流槽的构造由进水口、急流槽和出水口三部分组成。急流槽多用浆砌片石、块石或混凝土砌筑。（5）倒虹吸与渡水槽当水流需要横跨路基，同时受到设计标高限制的情况下，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，后者称为渡水槽。,第七章路基路面排水设计,倒虹吸埋置不宜过深，以填土高度不超过3米为宜。渡水槽相当于渡水桥，其作用是在路基上空将两侧沟渠连接起来，以保证水流畅通。其设计与受力与桥梁相似。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。蒸发池与路基边沟间应设排水沟连接。蒸发池边缘与路基边沟距离不应小于5米，面积较大的蒸发池不得小于20米。池中水位应低于排水沟的沟底。蒸发池的容量以一个月内路基汇入池中的水能及时完成渗透与蒸发作用为依据。容量不宜超过200300立方米，深度不大于1.52.0米。,第七章路基路面排水设计,二、地下排水设备公路上常用的地下排水结构物有盲沟、渗沟和渗井等。其特点是排水量不大，主要以渗流方式汇集水流，并就近排出路基范围以外。（1）暗沟相对于地面排水的明沟而言，暗沟又称盲沟。根据沟内分层填以大小不同的颗粒材料，利用渗水材料透水性将地下水汇集于沟内，并沿沟排泄至指定地点，此种构造相对于管道流水而言，称之为盲沟。简易盲沟的设置不易过长，沟底有1%2%的纵坡。（2）渗沟采用渗透方式将地下水汇集于沟内，并通过沟底通道将水排至指定地点，这种地下排水设施称为渗沟。,第七章路基路面排水设计,渗沟有三种结构形式。盲沟式渗沟与简易盲沟相似，但构造更完善，当地下水流量较大，要求埋置更深，可在沟底设洞或管，前者称为洞式渗沟，后者称为管式渗沟。（3）渗井其作用是汇集离地面不深处含水层中的地下水，使其渗入更深的含水层中，以降低上层的地下水位或全部予以排除，疏干路基。渗井一般直径为1.01.5米圆柱形或11.5米的方形。井深视地层构造情况而定，井内由中心向四周按层次分别填入由粗至细的砂石材料。由于渗井施工难度较大，单位渗水面积的造价高于渗沟，一般尽量少用。,第七章路基路面排水设计,第三节路面排水设计一、路面表面排水路面表面排水的主要任务是迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以免造成路面积水而影响行车安全。路面表面排水应遵循下列原则：1、降落在路面上的雨水，应通过路面横向坡度向两侧排走，避免行车道路面范围内出现积水；2、在路线纵坡平缓、汇水量不大，路堤较低且边坡坡面不会受到冲刷的情况下，应采用在路堤边坡上横向漫坡的方式排除路面表面水；3、在路堤较高，边坡坡面未做防护而易受路面表面水冲刷，或者坡面虽已采取防护措施但仍有可能受到冲刷时，应沿路肩外侧边缘设置拦水带，汇集路面表面水，,第七章路基路面排水设计,然后，通过泄水口和急流槽排离路堤。（4）设置拦水带汇集路面表面水时，拦水带过水断面内的水面，在高速公路及一级公路上不得漫过右侧车道外边缘，在二级和二级以下公路上不得漫过右侧车道中心线。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。二、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，我国规范将中央分隔带排水分为三种方式：1、宽度小于3米且表面采用铺面封闭的中央分隔带排水表面水排向两侧车道。,第七章路基路面排水设计,2、宽度大于3米且表面未采用铺面封闭的中央分隔带排水表面水汇集在分隔带中央的低洼处，通过纵坡排流到泄水口。3、表面无铺面且未采用表面排水措施的中央分隔带水分下渗，由分隔带内的地下排水设施排除。三、路面内部排水1、设置路面内部排水系统的情况：A、年降水量为600毫米以上的湿润和多雨地区，路基由透水性差的细粒土组成的高速公路和一级公路或重要的二级公路；B、路基两侧有滞水，可能渗入路面结构内；C、严重冰冻地区，路基为由粉性土组成的潮湿、过湿路段；,第七章路基路面排水设计,D、现有路面改建或改善工程，需排除积滞在路面结构内的水分。2、路面内部排水系统设计应符合下列要求：A、泄水能力应大于渗入路面结构内的水量，且下游的排水设施的泄水能力应超过上游；B、渗入水在路面结构内的最大渗流时间，冰冻区不超过1小时，其他地区不应超过2到4小时；C、各项排水设施不应被渗流从路面结构、路基或路肩中带来的细料堵塞。路面渗水量计算公式按（7-7）、（7-8）计算。,第七章路基路面排水设计,四、边缘排水系统由沿路面边缘设置的透水性填料集水沟、纵向排水沟、横向出水管和过滤织物组成的边缘排水系统。五、排水基层的排水系统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，采用透水性材料做基层，使渗入路面结构内的水分，先通过竖向渗流进入排水层，然后通过横向渗流进入纵向集水和排水管，再由横向出水管排引出路基。排水基层下必须设置不透水垫层或反滤层，以防止表面水向下渗入垫层，排水垫层按路基全宽设在其顶面。,第七章路基路面排水设计,第四节明渠水力水文计算一、设计流量流量计算公式为（7-12）二、水力计算1、基本关系对于具有规则形状的沟渠断面，以及沟底纵坡较缓，流量与流速按等速流的关系式为（7-18）；2、流速系数又称径流系数，取决于水流条件，采用公式（7-20）；3、容许的最小与最大流速按经验公式（7-22）及表7-13取定；,第七章路基路面排水设计,4、常用的沟渠断面水力要素计算式（7-23）（7-25）5、最佳水力断面的水力要素计算又称经济断面，指在固定设计流量的条件下，按容许最大流速通过时，所得面积为最小的水流断面。四、跌水跌水的水力计算，包括进水口、消力池和出水口，关键是确定消力池的长度和深度。1、进水口矩形断面的进口部分，宽度计算公式（7-33）；进口处的最大流速为（7-34）；2、消力池计算公式（7-36）、（7-37）3、出水口,第七章路基路面排水设计,五、急流槽急流槽的纵坡比跌水的平均纵坡更陡，结构的坚固稳定性要求更高，是山区公路回头曲线沟通上、下线路基排水及沟渠出水口的一种常见排水设施。急流槽的构造由进水口、急流槽和出水口三部分组成。急流槽的水力计算，首先依地形先定槽身尺寸及纵坡。1、临界纵坡指槽中水流的正常水深等于临界水深时的底坡。按式（7-42）计算。2、急流槽长度（7-43）计算。3、水面曲线长度按式（7-44）计算。4、判别水跃性质P219,第七章路基路面排水设计,六、倒虹吸管流速按式（7-46）计算；流量按式（7-47）计算。,第七章路基路面排水设计,第五节暗沟的水力水文计算一、地下水流量及降落曲线方程1、渗流的流量与流速按式（7-49）（7-51）2、完整式渗沟降落曲线方程为式（7-52）3、含水层无限