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08三月2023一、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、明渠的的水力水文文计算4)急流槽急流槽的构构造按水力力计算特点点，亦由进进口、槽身身和

出口口三部分组组成。急流槽可采采用由浆砌砌片石铺砌砌或水泥混混凝土浇筑筑的的矩形形横断面或或梯形横断断面。浆砌片石急急流槽的槽槽底厚度可可为0.2～0.4米，槽壁厚厚度为0.3～0.4米。混凝土土急流槽的的厚度可为为0.2～0.3米。槽顶应应与两侧斜斜坡表面齐齐平。槽深深不小于0.2米，槽底宽宽最小0.25米。急流槽槽底底每隔2.5～5.0米应设置一一个凸榫，，嵌入坡体体内0.3～0.5米，以避免免槽体顺坡坡下滑。二、明渠的的水力水文文计算1、方法一按按照规范的的方法步骤骤验算是否否满足二、明渠的的水力水文文计算1.确定汇水区区域汇水面积=路面汇水面面积+坡面汇水面面积二、明渠的的水力水文文计算1.确定汇水区区域二、明渠的的水力水文文计算路堑一侧边边坡汇水面面积A1=200（3+4.5+6+6）=3900m2碎落台汇水水面积A2=2×200×4=1600m2沥青路面中中线至边沟沟汇水面积积A3=6×200=1200m2总的汇水面面积F=A1+A2+A3=3900+1600+1200=6700m21.确定汇水区区域2.计算径流系系数查《公路排排水设计规规范》（JTGTD—2012）表9.1.8知：二、明渠的的水力水文文计算2.计算径流系系数查《公路排排水设计规规范》（JTGTD—2012）表二、明渠的的水力水文文计算3.计算汇流历历时及平均均流速1）按《公路排水设设计规范》（JTGTD—2012）式9.1.4计算坡面汇汇流历时式中：t——坡面汇流历历时，min；Lp——坡面流的长长度，m；ip——坡面流的坡坡度；s——地表粗度系系数，按《公路排水设设计规范》（JTGTD—2012）表9.1.4确定。二、明渠的的水力水文文计算二、明渠的的水力水文文计算路堑边坡的的粗度系数数s1=0.10，坡度分别别为1：0.5、1：0.75、1：1、1：1。坡面汇流历历时：碎落台的粗粗度系数s2=0.1，横向坡度度为3%，汇流历时时：沥青路面的的粗度系数数s3=0.013，横坡为2%，坡面流长长度为12.25m，汇流历时时：二、明渠的的水力水文文计算按照规范，，在断面尺尺寸、坡度度变化初分分段计算各各段汇流历历时，再叠叠加，因此此，坡面汇汇流历时：：2）按《公路排水设设计规范》（JTGTD—2012）式9.1.5-1计算管沟汇汇流历时二、明渠的的水力水文文计算设边沟底宽宽b=0.4m，高h=0.4m，浆砌片石石砌筑，沟沟底粗糙系系数n=0.025，设计水深深为0.2m（路基设计规规范P28要求0.2m，排水设计计规范P12要求0.1m），过水断断面面积A=0.5（0.4+0.8）x0.2=0.12m2，水力半径径二、明渠的的水力水文文计算沟内平均流流速为：沟内汇流历历时为t5=200/1.704=1.96min；综上，可知知汇流总历时t=t’+t5=1.41=9.46+1.96=11.42min。则边沟的泄泄水能力Qc：Qc=vA=1.704x0.12=0.204m/s4.计算泄水能能力二、明渠的的水力水文文计算5.计算降雨强强度根据规范，，高速公路、、一级公路路路界内坡面面排水设计计降雨的重重现期为15年，其他等级公公路为10年，公路采用降降雨强度公公式计算：：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）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＜泄水能力力Qc=0.204m3/s，所以设计边边沟尺寸符符合要求。。二、明渠的的水力水文文计算7.冲淤检验边沟的平均均流速应使使水流在设设计流量条条件下不产产生冲刷和和淤泥。为为此，应保保证设计流流速在最大大和最小允允许流速范范围内。对于浆砌片片石边沟，，最大允许许速度为3.0m/s，由于水深深不大于0.5m，则修正系数为0.85，故修正最最大允许流流速为2.55m/s，而最小允允许速度为为0.4m/s。对于平均流流速V=1.704m/s在最大与最最小范围内内，故满足冲淤淤检验。综上所述，，边沟尺寸寸符合要求求。二、明渠的的水力水文文计算2、方法二通通过假设排排水段落长长度L，汇流历时时t的方法求纵纵坡与排水水段落长度度的关系。。路堑一侧边边坡汇水面面积A1=L（3+4.5+6+6）=19.5Lm2碎落台汇水水面积A2=2×L××4=8Lm2沥青路面中中线至边沟沟汇水面积积A3=6×L=6Lm2总的汇水面面积F=A1+A2+A3=33.5Lm21）.确定汇水区域二、明渠的水力力水文计算2）.计算径流系数查《公路排水设设计规范》（JTGTD—2012）表二、明渠的水力力水文计算3）.降雨历时及沟内内平均流速降雨历时取设计计控制点的汇流流历时，其值为为汇水区最远点点到排水设施（（出水口）处的的坡面汇流历时时与沟内的沟管管汇流历时之和和。设降雨历时时为12min。4）.设计重现期根据规范，高速公路、一级公路路界内内坡面排水设计计降雨的重现期期为15年，其他等级公路为为10年。二、明渠的水力力水文计算5）降雨强度按公路所在地区区，查《公路排水设计规规范》得5年设计重现期10min降雨历时的降雨雨强度为q5,10＝1.2mm/min，10年设计重现期时时的重现期转换换系数为cp=1.34，60min降雨强度转换系系数为c60=0.4，10min降雨历时转换系系数为c5=1。于是，暴雨强强度为q=1.2×1.34×1=1.608mm/min6）边沟最大排水水距离计算根据《公路排水设计规规范》JTJ018-97，设计径流量为为Q=16.67ΨqF=16.67×0.8×1.608×33.5×l×10-6m3/s当路线纵坡为3%时，边沟的泄水水能力为Qc=vA=1.704x0.12=0.204m/s二、明渠的水力力水文计算边沟泄水能力必必须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，当路线纵纵坡为3%时，边沟最长排排水距离l（出水口最大间间距）为L＝0.204/（16.67×0.8×1.608×33.5×10-6）＝284m7）检验汇流历时时假设因为坡面汇流有有两部分，一部部分是路面水汇汇流，另外一部部分是路堑坡面面水汇流，两部部分各自同时发发生，因此，坡坡面汇流历时应应取二者的大者者。由前面的计计算可得，路面面汇流历时为1.09min；路堑边坡汇流流历时为9.46min。因此取t1=9.46min。二、明渠的水力力水文计算再按式t2=l/(60×v)=283/(60×1.704)=2.77min由此，可得到汇汇流历时为t=t1+t2=9.46+2.77=12.23min>10min再假设降雨历时时为13min，通过内插得出出降雨历时转换换系数ct=0.89，通过以上过程程的计算得到，，当路线纵坡为为3%时，边沟最长排排水距离l（出水口最大间间距）为319m，且汇流历时t=12.58min