公路排水设计之明渠排水的水文水力计算

公路排水设计之明渠排水的水文水力计算

苏交科集团股份有限公司28十一月2022一、概述1.公路排水系统截水沟钢波纹管涵钢筋砼盖板涵排水总体布置排水沟过路涵吊沟截水沟边沟急流槽拦水带一、概述3.水对路面的影响一、概述3.水对路面的影响1）降低路面材料强度；2）加快路面材料损坏；3）唧浆、冲刷；4）使路面因支撑不足而出现疲劳损坏。一、概述4.水对路基的影响一、概述4.水对路基的影响1）地面水对路基产生冲刷和渗透；2）地下水使路基湿软、膨胀、冻胀、翻浆、边坡滑坍、山坡滑坡等。二、明渠的水力水文计算1、主要明渠及注意事项1)边沟边沟排水量不大，一般不需要水文和水力计算，选用标准断面形式。边沟不宜过长，边沟出水口的间距，一般地区不宜超过500米，多雨地区不宜超过300米，三角形和碟形边沟不宜超过200米。边沟的纵坡尽可能与路线纵坡坡度保持一致，并不宜小于0.5%的纵坡。边沟出水口附近以及排水困难路段，应进行特殊设计。二、明渠的水力水文计算边沟的横断面形式：有梯形、矩形、U形（或带盖板

矩形、U形）、三角形、碟形横断面。高速、一级公路边沟的底宽和深度不应小于0.6米，其他等级公路不应小于0.4米。二、明渠的水力水文计算2)排水沟主要用途在于引水，将路基范围内的各种水源的水流,引排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采用梯形，尺寸大小应经过水力水文计算选定。边坡1：1.0～1：1.5，深度和底宽不宜小于0.5米。排水沟的位置，离路基尽可能远些，距路基坡脚不宜小于2米；平面上应力求直捷，连续长度宜短，长不宜超过500米。排水沟应具有合适的纵坡，通过水力水文计算选定，一般情况下，可取0.5%～1.0%，沟底纵坡不宜小于0.5%。二、明渠的水力水文计算3）截水沟截水沟长度以200～500米为宜；超过500米时，可在中间适宜位置处增设泄水口，由急流槽或急流管分流排引。截水沟一般采用梯形横断面，沟坡坡度为1:1.0～1:1.5;沟底宽度和沟的深度不宜小于0.5米。地质或土质条件差，有可能产生渗漏或变形时，应采取相应的防护措施。沟底纵坡不宜小于0.5%。二、明渠渠的水力力水文计计算4)急流槽急流槽的的构造按按水力计计算特点点，亦由由进口、、槽身和和

出口口三部分分组成。。急流槽可可采用由由浆砌片片石铺砌砌或水泥泥混凝土土浇筑的的的矩形形横断面面或梯形形横断面面。浆砌片石石急流槽槽的槽底底厚度可可为0.2～0.4米，槽壁壁厚度为为0.3～0.4米。混凝凝土急流流槽的厚厚度可为为0.2～0.3米。槽顶顶应与两两侧斜坡坡表面齐齐平。槽槽深不小小于0.2米，槽底底宽最小小0.25米。急流槽槽槽底每隔隔2.5～5.0米应设置置一个凸凸榫，嵌嵌入坡体体内0.3～0.5米，以避避免槽体体顺坡下下滑。二、明渠渠的水力力水文计计算1、方法一一按按照照规范的的方法步步骤验算算是否满满足二、明渠渠的水力力水文计计算1.确定汇水水区域汇水面积积=路面汇水水面积+坡面汇水水面积二、明渠渠的水力力水文计计算1.确定汇水水区域二、明渠渠的水力力水文计计算路堑一侧侧边坡汇汇水面积积A1=200（3+4.5+6+6）=3900m2碎落台汇汇水面积积A2=2×200××4=1600m2沥青路面面中线至至边沟汇汇水面积积A3=6×200=1200m2总的汇水水面积F=A1+A2+A3=3900+1600+1200=6700m21.确定汇水水区域2.计算径流流系数查《公路路排水设设计规范范》（JTGTD—2012）表9.1.8知：二、明渠渠的水力力水文计计算2.计算径流流系数查《公路路排水设设计规范范》（JTGTD—2012）表二、明渠渠的水力力水文计计算3.计算汇流流历时及及平均流流速1）按《公路排水水设计规规范》（JTGTD——2012）式9.1.4计算坡面面汇流历历时式中：t——坡面汇流流历时，，min；Lp——坡面流的的长度，，m；ip——坡面流的的坡度；；s——地表粗度度系数，，按《公路排水水设计规规范》（JTGTD——2012）表9.1.4确定。二、明渠渠的水力力水文计计算二、明渠渠的水力力水文计计算路堑边坡坡的粗度度系数s1=0.10，坡度分分别为1：0.5、1：0.75、1：1、1：1。坡面汇流流历时：：碎落台的的粗度系系数s2=0.1，横向坡坡度为3%，汇流历历时：沥青路面面的粗度度系数s3=0.013，横坡为为2%，坡面流流长度为为12.25m，汇流历历时：二、明渠渠的水力力水文计计算按照规范范，在断断面尺寸寸、坡度度变化初初分段计计算各段段汇流历历时，再再叠加，，因此，，坡面汇汇流历时时：2）按《公路排水水设计规规范》（JTGTD——2012）式9.1.5-1计算管沟沟汇流历历时二、明渠渠的水力力水文计计算设边沟底底宽b=0.4m，高h=0.4m，浆砌片片石砌筑筑，沟底底粗糙系系数n=0.025，设计水水深为0.2m（路基设设计规规范P28要求0.2m，排水水设计计规范范P12要求0.1m），过过水断断面面面积A=0.5（0.4+0.8）x0.2=0.12m2，水力力半径径二、明明渠的的水力力水文文计算算沟内平平均流流速为为：沟内汇汇流历历时为为t5=200/1.704=1.96min；综上，，可知知汇流流总历时t=t’’+t5=1.41=9.46+1.96=11.42min。则边沟沟的泄泄水能能力Qc：Qc=vA=1.704x0.12=0.204m/s4.计算泄泄水能能力二、明明渠的的水力力水文文计算算5.计算降降雨强强度根据规规范，，高速公公路、、一级公公路路路界内内坡面面排水水设计计降雨雨的重重现期期为15年，其他等等级公公路为为10年，公路采采用降降雨强强度公公式计计算：：二、明明渠的的水力力水文文计算算（通常常年降降雨量量200mm以下为为干旱旱区，，200mm-500mm之间为为半干干旱区区）二、明渠的的水力水文文计算二、明渠的的水力水文文计算（通常年降降雨量200mm以下为干旱旱区，200mm-500mm之间为半干干旱区）查图9.1.7-2得该区60min降雨强度转转换系数为为C60=0.40由表9.1.7-2可查得降雨雨历时t=12min的转换系数数为Ct=0.93二、明渠的的水力水文文计算二、明渠的的水力水文文计算查图9.1.7-1该区5年重现期10min降雨历时的的降雨强度度为强q5，10=1.2mm/minqp，t=cpctq5,10=1.34x0.93x1.2=1.447mm/min6.计算设计径径流量可按照降雨雨强度由推推理公式计计算设计径径流量Q设计流量Q=0.129m3/s＜泄泄水水能能力力Qc=0.204m3/s，所以以设设计计边边沟沟尺尺寸寸符符合合要要求求。。二、、明明渠渠的的水水力力水水文文计计算算7.冲淤淤检检验验边沟沟的的平平均均流流速速应应使使水水流流在在设设计计流流量量条条件件下下不不产产生生冲冲刷刷和和淤淤泥泥。。为为此此，，应应保保证证设设计计流流速速在在最最大大和和最最小小允允许许流流速速范范围围内内。。对于浆浆砌片片石边边沟，，最大大允许许速度度为3.0m/s，由于于水深深不大大于0.5m，则修修正系数为为0.85，故修修正最最大允允许流流速为为2.55m/s，而最最小允允许速速度为为0.4m/s。对于平平均流流速V=1.704m/s在最大大与最最小范范围内内，故满足足冲淤淤检验验。综上所所述，，边沟沟尺寸寸符合合要求求。二、明明渠的的水力力水文文计算算2、方法法二通通过假假设排排水段段落长长度L，汇流流历时时t的方法求求纵坡与与排水段段落长度度的关系系。路堑一侧侧边坡汇汇水面积积A1=L（3+4.5+6+6）=19.5Lm2碎落台汇汇水面积积A2=2×L×4=8Lm2沥青路面面中线至至边沟汇汇水面积积A3=6×L=6Lm2总的汇水水面积F=A1+A2+A3=33.5Lm21）.确定汇水水区域二、明渠渠的水力力水文计计算2）.计算径流流系数查《公路路排水设设计规范范》（JTGTD—2012）表二、明渠渠的水力力水文计计算3）.降雨历时时及沟内内平均流流速降雨历时时取设计计控制点点的汇流流历时，，其值为为汇水区区最远点点到排水水设施（（出水口口）处的的坡面汇汇流历时时与沟内内的沟管管汇流历历时之和和。设降降雨历时时为12min。4）.设计重现现期根据规范范，高速公路路、一级公路路路界内内坡面排排水设计计降雨的的重现期期为15年，其他等级级公路为为10年。二、明渠渠的水力力水文计计算5）降雨强强度按公路路所在在地区区，查查《公路排排水设设计规规范》得5年设计计重现现期10min降雨历历时的的降雨雨强度度为q5,10＝1.2mm/min，10年设计计重现现期时时的重重现期期转换换系数数为cp=1.34，60min降雨强强度转转换系系数为为c60=0.4，10min降雨历历时转转换系系数为为c5=1。于是是，暴暴雨强强度为为q=1.2×1.34××1=1.608mm/min6）边沟沟最大大排水水距离离计算算根据《公路排排水设设计规规范》JTJ018-97，设计计径流流量为为Q=16.67ΨqF=16.67××0.8××1.608××33.5×l×10-6m3/s当路线纵坡坡为3%时，边沟的的泄水能力力为Qc=vA=1.704x0.12=0.204m/s二、明渠的的水力水文文计算边沟泄水能能力必须大大于其设计计径流量，，即Qc>Q0.204>16.67×0.8×1.608×33.5×L××10-6那么，当路路线纵坡为为3%时，边沟最最长排水距距离l（出水口最最大间距））为L＝0.204/（16.67×0.8×1.608×33.5××10-6）＝284m7）检验汇流流历时假设设因为坡面汇汇流有两部部分，一部部分是路面面水汇流，，另外一部部分是路堑堑坡面水汇汇流，两部部分各自同同时发生，，因此，坡坡面汇流历历时应取二二者的大者者。由前面面的计算可可得，路面面汇流历时时为1.09min；路堑边坡坡汇流历时时为9.46min。因此取t1=9.46min。二、明渠的的水力水文文计算再按式t2=l/(60××v)=283/(60×1.704)=2.77min由此，可得得到汇流历历时为t=t1+t2=9.46+2.77=12.23min>10min再假设降雨雨历时为13min，通过内