路基排水设计

1、第六章 路基排水设计本章学习要点 路基排水的意义和要求，各种地面排水、地下排水设施的构造、作用与布置，排水系统的综合设计 基本内容 路基路面排水要求及设计一般原则 路基排水设备的构造与布置 明渠的水文水力计算 暗沟的水文水力计算 水是危害公路的主要自然因素。就路基病害的规模、范围及成因而言，水往往是决定性的因素之一。因此，路基排水设计是路基设计中的重要项目和内容。 路基路面的强度与稳定性同水的关系十分密切。 道路路基路面应该设置完善的排水设施，以排除可能危害道路的地面水和地下水，保证路基路面结构稳固，防止路面积水影响行车安全。 道路排水可分为地表排水和地下排水 地表排水又可分为路面（含路肩）表

2、面排水、中央分隔带排水和坡面排水。 排水设计应根据道路等级、沿线自然条件以及桥涵设置等情况进行综合考虑，注意充分利用地形和天然水系，合理布置各项设施，形成良好的排水系统，确保排水畅通和养护方便。 排水设计包括排水系统的规划和排水结构物的设 计第一节 路基排水的目的、意义、原则 一、排水的重要性 1.地面水渗入路基路基强度降低 2.地面水对边坡冲刷路基整体稳定性受到威胁 3.地下水浸入路基强度降低（冻胀，翻浆、滑坍滑动） 4.降水渗入路面降低材料的强度；高压水冲刷使承载力下降。 二、路基排水的目的 路基路面的强度与稳定性与水有很大关系。水往往是引起路基路面各种病害的关键性因素之一，因此，路基路面

3、的设计、施工和养护中，必须十分重视排水工程。 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，与之相应的排水工程分为地表排水和地下排水。 地表水包括大气降水（雨和雪）形成的地表径流以及海、河、湖、水渠及水库水等。地表水对路基产生冲刷和渗透，冲刷会导致路基整体稳定性下降，渗透会导致路基土含水量大而强度降低。 地下水包括上层滞水、层间水及潜水等，它们对路基的危害程度，因条件不同而异。轻者使路基湿软，降低路基强度；重者会引起冻涨、翻浆或边坡滑坍，甚至整个路基沿倾斜基底滑动。 路基排水的目的，就是通过设置相应的排水设施，采取拦截、隔断、疏干等措施，把影响路基强度和稳定性的地表水和地下水排放到路

4、基范围以外合适的地点，从而降低路基土的湿度，使路基常年处于干燥状态，确保路基路面具有足够的强度和稳定性。具体来说，地表排水主要是排出路基范围内的地面径流、地表积水、边坡雨水及公路邻近地带影响路基稳定的地表水；地下排水主要是排出流向路基的地下水或降低地下水位。 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，疏干，降低，引导。 2.施工中，校核全线排水系统的设计是否完善。要时补充，修改。增加临时排水措施。 四、一般原则 1.认真调查研究 2.结合农田水利，城市建设，整体规划 3.全线综合考虑 4.因地制宜，经济适用，尽可能就地取材第二节 路基排水设施的构造与布置 路基排水设计

5、分为地表排水设计和地下排水设计两部分。 常用的地表排水设备，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、蒸发池、排水泵站等，应结合地形和天然水系进行布设，并做好进出口的位置选择和处理，防止出现堵塞、溢流、渗漏、淤积、冲刷和冻结等现象。这些排水设备，分别设在路基不同部位，各自的排水功能、布置要求和构造形式，均有所不同。 路基地表排水设计中，对于降雨的重现期：高速公路、一级公路应采用15年，其它等级公路应采用10年。各类地表排水设施的断面尺寸应满足设计排水流量的要求，沟顶应高出沟内设计水面0.2m以上。地表排水沟管排放的水流不得直接排入饮用水水源、养殖池。一、地表排水设备 1

6、、边沟 边沟分为路堤边沟和路堑边沟，位于土路肩或护坡道外侧，用于汇集和排除路面、路肩及边坡的水。即在挖方路基的路肩外侧，矮路堤的边坡外侧均应设置边沟，边沟的走向通常与路线一致。 边沟断面形式既要考虑地形地质条件、边坡高度、汇水面积及排水功能，也要注意边沟形式对行车安全和环境景观的影响，因地制宜选用梯形、矩形、U形（或带盖板矩形、U形）、三角形、碟形横断面，挖方路段宜优先选用三角形、浅碟形、盖板矩形，如图所示。各部位尺寸应根据地形、地貌、汇水面积、暴雨强度、路基填挖情况，经过水文、水力计算，并结合当地经验确定。 梯形边沟是最常用的一种形式，底宽与深度一般不宜小于0.4m，沟壁内侧边坡1：1.01

7、：1.5，外侧边坡通常与路基挖方边坡一致。 矩形边沟用于人工施工的坚硬岩石路堑地段，其内侧边坡直立，坡面应采用浆砌片石防护，外侧边坡直立或与挖方边坡坡度相同。从安全和视觉效果分析，沿街路段、挖方路段等采用设盖板的矩形边沟，可具有路基视觉增宽、防止车轮卡限和边坡碎落堵塞等功能。 少雨浅挖地段的土质边沟可采用三角形横断面，其内侧边坡宜采用1：21：3，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。三角形边沟的水流条件较差，流量较大时沟深宜适当增大。 边沟紧靠路基，通常不允许其它排水沟渠的水流引入，亦不能与其它人工沟渠合并使用。 边沟水流不应滞留在沟内，必须尽快排除，使水流不危及路基。边沟沟底纵坡宜与路线纵坡一致

8、，并不宜小于0.3%；局部地面平坦地带或反坡排水地段，边沟出水口较远，排水较困难时，可减小至0.1%，但应采取防止边沟淤塞的措施，边沟分水点的沟深可减小至0.3m。 为有利于边沟排水，边沟的连续长度一般不宜超过500m，多雨地区不宜超过300m，三角形边沟不宜超过200m。边沟的水流通过出水口引向路基范围以外或排入天然河道。 边沟应根据不同情况选用不同防护加固措施，较多采用浆砌片石或水泥混凝土预制块铺砌。砌筑用的砂浆强度，对于高速公路、一级公路采用M7.5，其它等级公路采用M5。边沟出水口附近，水流冲刷比较严重，必须慎重布置和采取相应措施。如图所示，为路堑边沟与路堤边沟连接布置图，通过设置急流

9、槽，防止对路堤边坡的冲刷。挖 方 边 沟急 流 槽 集 水 井急 流 槽 集 水 井防 滑 台平 面跌 水 井填 方 边 沟纵 剖 面i急 流 槽路 基填 方 边 沟跌 水 井急 流 槽挖 方 边 沟图 填挖路段边沟连接边沟的设计 1）、路堤边沟设计 根据经验、沿线具体条件和前述边沟设计要求，且公路路堤填土较高，因此路堤边沟采用梯形断面，底宽0.6m，深0.61.0m，采用C25混凝土预制块，厚度0.08m，为便于施工，边沟底设置0.1m厚砂砾垫层，如图所示。810路堤沟底标高60砂 砾16060100C25混凝土预制块图 路堤边沟结构图 （单位cm） 2)、路堑边沟设计 路堑边沟采用带盖板的

10、矩形形式，具有路基视觉增宽、防止车轮卡限和边坡碎落堵塞以及减少设置波形护栏等功能，如图所示。在边沟底设置碎石盲沟，排除路面结构内部的水分。盖板之间预留0.07m孔隙以利透水，此外，盖板还应进行配筋，以满足车辆荷载的作用。65120303030603015156014151514B130路堑边坡现浇C25素砼碎石盲沟5软式透水管 示意泄水孔 M7.5浆砌片石厚30cm 图 路堑边沟结构图 （单位cm）边沟的出水口 1）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 山坡开挖排水沟，将水流引出路

11、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。 2、截水沟 设置在挖方路基边坡坡顶以外或山坡路堤上方的适当位置，用以拦截路基上方流向路基的地表水，减轻边沟的水流负担，保护挖方边坡和填方坡脚不受水流冲刷和损害的人工沟渠，称为截水沟（又称天沟）。降水量较少或坡面坚硬和边坡较低以致冲刷影响不大的路段，可以不设截水沟；反之，如果降水量较多，且暴雨频率较高，山坡覆盖层比较松软，坡面较高，水土流失比较严重的地段，必要时可设置两道或多道截水沟。 1）形式：一般为梯形，矩形形式 2）尺寸：按实际流量计算 3）长度：200-500m为宜 4）出水口 A.保证水流畅通，就近引入自然沟内排除

12、 B.一般不能引入边沟。 5）截水沟离开路基的距离的确定 6）截水沟的沟槽加固 一般要求不能使水下渗，影响边坡稳定。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； 平台上设的边沟，防止水流渗漏影响稳定。 截水沟根据路基填挖情况和所处位置可分为路堤截水沟、堑顶截水沟和平台截水沟。 如图所示，为堑顶截水沟设置示意图。堑顶截水沟与挖方边坡坡口距离d应在5m以上，地质不良地段可取10m或更大。截水沟下方一侧，可堆置挖沟的土方，要求做成顶部向沟内倾斜2%的土台。路堑上方设置弃土堆时，截水沟的位置及断面尺寸，如图所示。路堑边沟堑顶截水沟d15m弃 土 堆2%路 堑 边 沟堑 顶 截 水 沟

13、d 10m堑顶截水沟示意图堑顶截水沟与弃土堆关系图 山坡填方路段可能遭到上方水流破坏作用时，此时必须设路堤截水沟，以拦截山坡水流保护路堤。如图所示，截水沟与坡脚之间，要有不小于2.0m的间距，并做成2%的向沟倾斜横坡，确保路堤不受水害。路 堤路 堤 截 水 沟土 台2 %2 %土 台路 堤 截 水 沟 2 m路 堤 路堤截水沟示意图 当挖方路段土质边坡高度较大，汇水宽度较宽时，可在边坡上设置平台截水沟，平台宽度不小于1.0m，台顶向沟内做2%的斜坡，如图所示。 1 m平 台 截 水 沟2 %路 堑 边 沟堑 顶 截 水 沟平台截水沟示意图 截水沟的横断面形式应结合设置位置、排水量、地形及边坡情

14、况确定，一般为采用梯形断面，如图a所示，沟的底宽不小于0.5m，深度通过设计流量确定，同时不小于0.5m，沟壁边坡坡度视土质而定，一般采用1：1.01：1.5，石质截水沟沟壁坡度视石质而定。山坡覆盖层较薄（小于1.5m），稳定性较差时，可将沟底设在基岩上，如图b所示。b)a)h150734521Bd65431215bB54321 1 1）填石渗沟 填石渗沟也称盲沟，一般用于流量不大、渗沟较短的地段，是目前公路上常用的一种渗沟形式，设计时应考虑淤塞失效问题。其纵坡不宜小于1%。 2 2）管式渗沟 管式渗沟，一般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，将渗沟内的水流分段排除。沟底最

15、小纵坡不宜小于0.5%，以免淤积。最大流速一般以不大于1.0m/s为宜。 3 3）洞式渗沟 洞式渗沟用于地下水流量较大，或缺乏水管时。即在沟底设置石砌隧洞，洞口大小依设计流量而定。沟底纵坡不宜小于0.5%，有条件时适当采用较大纵坡，以利排水。 渗沟的埋置深度按地下水位的高程、地下水位需下降的深度以及含水层介质的渗透系数等因素考虑确定。渗沟的排水孔（管），应设在冻结深度以下不小于0.25m处。截水渗沟的基底宜埋入隔水层内不小于0.5m。 渗沟出水口段宜加大纵坡，寒冷地区的渗沟出水口，应采取防冻措施。 渗井属于立式地下排水设备，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

16、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。图所示为圆形渗井的结构与布置图例。反 滤 层路 面透 水 层储 水 层隔 水 层图 渗井结构与布置图例 渗井的平面布置，以及孔径与渗水量，按水力计算而定，一般为直径1.01.5m的圆柱形。亦可是边长为1.01.5m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，分别填入由粗而细的砂石材料，粗料渗水，细料反滤。填充料要求筛分冲洗，施工时需用铁皮套筒分隔填入不同粒径的材料，要求层次分明，不得粗细材料混杂，以保证渗井达到预期排水效果。 鉴于渗井施工不

17、易，单位渗水面积的造价高于渗沟，一般尽量少用。有时，因土基含水量较大，严重影响路基、路面的强度，其他地下排水设备不易布置，其他技术措施如隔离层的造价较高，此时渗井可作为方式之一，设计时应进行分析比较，有条件地选用。三、排水综合设计概述 上述的各种地面和地下排水设施，均是针对某一水源，为满足某一方面的要求而设置。在实际工程中，由于自然条件、路线位置及其它人为因素的不同，情况往往复杂的多，对于某些重点路段则需要进行路基排水的综合设计，以提高排水效果，发挥各类排水设施的优点，降低工程费用。 实践经验表面，排水系统综合设计的好坏，对路基稳定性的影响很大。特别是在多雨的山区、黄土高原地区、寒冷潮湿地带，

18、水网密布、地基软弱的平原区，以及水文地质条件不良等情况下，修建高等级公路时，更应重视路基排水的综合设计。 综合设计的含义，应包括地表排水与地下排水设施的协调配合，路基排水设施与桥涵等泄水结构物的合理布置，排水工程与防护加固工程的相互配合，以及路基排水与沿线农田水利规划及有关其它基本建设项目之间的联系，但主要目的在于确保路基的强度与稳定性。 在综合设计中，地面水的排除可利用边沟、截水沟等地表排水设施，将流向路基的山坡水和路基表面水分截留，引入自然沟谷、荒地、取土坑或低洼处，排出路基范围之外。自然沟谷及沟渠与涵洞等排水设备，既密切配合，又各自分工，充分发挥其效用，使排水流畅，避免对路基的冲刷，又不

19、致形成淤积而危害路基。地下水的处理，应与地面水的排除统一考虑，因地制宜，设置必要的地下排水设施，充分利用地面排水沟渠，把危害路基的地下渗水、泉水予以排除。路基排水综合设计基本要求 照顾当地农田水利规划是路基排水综合设计的一项重要原则。为此，必须事先摸清路基附近的农田排灌现状及其规划意图，以便在防范路基水害的同时，不致损害农田水利。 流向路基的地表水和地下水，需在路基范围以外的适当地点，设置截水沟、排水沟或渗沟进行拦截，并引至指定地点。路基范围内的水源，分别采用边沟、渗沟、渗井与排水沟予以排除。路基排水一般向低洼一侧排除，必须横跨路基时，尽量利用拟设的桥涵，必要时增设涵洞。水流落差较大时，应设置

20、跌水或急流槽。总之，因地制宜和综合治理，是路基排水综合设计的基本要求之一。 对于明显的天然沟槽，宜依沟设涵，不必勉强改沟合并。对于沟槽不明显的漫流，应在上游设置束流设施，加以调节，汇集成沟，导流排除。对于较大水流，注意因势利导，不可轻易改变流向，必要时配以防护加固工程，进行分流或束流。 为了提高截留效果，减少工程量，地表沟渠宜大体沿等高线布置，尽可能使沟渠垂直于流水方向，且应力求短捷，水流通畅。沟渠转弯处要求以圆曲线相接，以减少流水阻力。 各种排水设施，必须地基稳固，不得渗漏或滞留，并具有适当纵坡，以控制与保持适当流速。沟槽的基底与沟底及沟壁，必要时予以加固，不得溢水渗水，防止损害路基，引起水

21、土流失。 路基排水综合设计，必须事先做好调查研究工作，查明水源和有关现状，测绘现场地形图，进行必要的水文水力计算，作出总体规划，提出总体布置方案，逐段逐项进行细部设计计算，并进行效益分析与经济核算。路基排水综合设计的内容 路基排水系统综合设计的成果用沿线路基排水设计图表示。 一般公路排水困难地段应绘制沿线路基排水设计图。比例尺根据需要确定。高速公路、一级公路应绘在公路总体布置图内。 沿线路基排水设计图的主要内容： 绘出路堤坡脚线和路堑坡顶线； 桥涵位置、中心桩号、水流方向、进出口沟底标高及其附属工程等； 取土坑、弃土场的位置； 其它有关工程的平面布置，如交叉口、灌溉渠道等； 各种排水设施（如边

22、沟、截水沟、跌水、急流槽、倒虹吸等）的平面位置，以及沟渠长度、排水流向、排水纵坡、出水口与分界点位置等。谢 谢第二节 路基排水设施的构造与布置 路基排水设计分为地表排水设计和地下排水设计两部分。 常用的地表排水设备，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、蒸发池、排水泵站等，应结合地形和天然水系进行布设，并做好进出口的位置选择和处理，防止出现堵塞、溢流、渗漏、淤积、冲刷和冻结等现象。这些排水设备，分别设在路基不同部位，各自的排水功能、布置要求和构造形式，均有所不同。 路基地表排水设计中，对于降雨的重现期：高速公路、一级公路应采用15年，其它等级公路应采用10年。各类地

23、表排水设施的断面尺寸应满足设计排水流量的要求，沟顶应高出沟内设计水面0.2m以上。地表排水沟管排放的水流不得直接排入饮用水水源、养殖池。挖 方 边 沟急 流 槽 集 水 井急 流 槽 集 水 井防 滑 台平 面跌 水 井填 方 边 沟纵 剖 面i急 流 槽路 基填 方 边 沟跌 水 井急 流 槽挖 方 边 沟图 填挖路段边沟连接边沟的设计 1）、路堤边沟设计 根据经验、沿线具体条件和前述边沟设计要求，且公路路堤填土较高，因此路堤边沟采用梯形断面，底宽0.6m，深0.61.0m，采用C25混凝土预制块，厚度0.08m，为便于施工，边沟底设置0.1m厚砂砾垫层，如图所示。810路堤沟底标高60砂 砾16060100C25混凝土预制块图 路堤边沟结构图 （单位cm） 边沟的出水口 1）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。 1)形式：一般梯形 2)尺寸：经水力水文计算确定。B