同济大三下路基排水设计

路基排水设计双向四车道高速公路，路面形状尺寸如图：道路横断面4% 2% 2% 4%本文所有图表数据均采用 《公路排水设计规范》（JTG018－97）设计，下文中不在说明。一、路基高度 2m由于路堤路线平缓， 汇水量不大，所以路面表面水采取坡面漫流的形式排放。有中央分隔带排水设施和排水沟。

排水设施中央分隔带中央分隔带采用无铺面封闭的形式，降落在分隔带上的表面水汇集在带中央的低洼处，由分隔带内的排水设施排走。中央分隔中带央排分水隔系带统排水系统中央分隔带排水系统4%4%2%2%2%2%4%4%4%2%2%4%H集井集水井集水井Φ10cm横Φ向10cm排水横管向排水管Φ10cm横向排水管Φ10cm纵向排水管集水井正立面集水井侧立面集水井侧集立水面井侧立面中央分隔中带央分隔带中央分隔带2%2%:1面层面层2%2%2%2%1基层11:11:11:基层2%底基层:1:111底基层2%2%1%2%2%2%1%1%备注:本图中所有单位均以cm计。备注:本备图注中:所本有图单中位所均有以单位cm均计集水井俯视集水井俯集视水井俯视100%100% 100%集水井1%-1-/17集水井集水井1% 1%中央分隔带排水系统1:112%2%1%2%4%4%2%

基层底基层H备注:本图中所有单位均以cm计。Φ10cm纵向排水管集水井Φ10cm横向排水管集水井俯视集水井正立面集水井侧立面中央分隔带2%2%1面层100%:基层:111底基层2%2%1%集水井1%备注:本图中所有单位均以cm计。集水井俯视1、设计重现期由表查得高速公路路面和路肩表面排水的设计重现期为 5年；2、汇水面积和径流系数100%设横向排水管间距为 40m，两个排水管之间的汇水面积为F 40 2 80m2 集水井由表查得径流系数0.953、汇流历时

1%设汇流历时为 5min；4、降雨强度由图查得上海市5年重现期10min降雨历时的降雨强度：q5,102.0mm/min；由表查得该上海市5年重现期时的重现期转换系数为cp1.00。由图查得上海市60min降雨强度转换系数为c600.40，再由表查得5min降雨历时转换系数为c51.25。按照《公路排水设计规范》，计算降雨强度为：qcpctq5,101.001.252.02.5mm/min5、设计流量设计流量为：Q=16.67qF式中：Q——设计径流量(m3/s)；q——设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度(mm/min)；ψ——径流系数；F——汇水面积(km2)；计算可得：Q16.67qF16.670.952.510360800.053m3/s-2-/176、检验汇流历时假设由表查得地表粗度系数为 m1 0.013，中央分隔带侧边坡度为 100%，可计算得到侧面汇流历时：t11.445(m1Ls0.4670.01310.4670.190minis)1.445(1.00)由纵向排水管坡度ig1%，可计算得到平均流速为：v20ig0.6200.010.61.26m/s可计算得到纵向排水管汇流历时：t2l400.53min601.2660v汇流历时为：tt1t20.190.530.72min5min假设汇流历时验算合格，设计径流量取为：0.053m3/s7、中央分隔带的泄水能力验算Q vA式中：Q—— 沟或管的泄水能力 (m2/s);v—— 沟或管内的平均流速 (m/s);A—— 过水断面面积 (m2)。计算横向排水管过水断面的面积：A0.120.0314m2排水管的水力半径：d0.2R0.0544计算排水管的平均流速：11R3I2n式中：n——沟壁或管壁的粗糙系数，采用塑料材质，n=0.010；R——水力半径(m)；I—— 水力坡度，可取用沟或管的底坡。由此，平均流速为：121v30.0221.92m/s3m/s0.050.010-3-/17排水管的泄水能力： Q v A 1.92 0.0314 0.0603m3/s 0.053m3/s所以，满足要求。排水沟排水沟的主要用途在于引水，将路基范围内各种水源的水流，引至桥涵或者路基范围以外的指定地点。排水沟的断面形式一般采用梯形，其截面尺寸由水力、水文计算确定。排水沟底宽不应小于0.5m，深度按流量确定，且不宜小于0.5m。边坡坡度视土质而定，一般土沟边坡可用1：1~1：1.5。沟底纵坡以1%～3%为宜，当纵坡大于3%，需进行加固，大于7%时，应设置跌水或急流槽。排水沟的长度应根据实际需要确定，通常宜在500m以内。排水沟距路基的距离一般不小于3～4m，不宜大于300米。根据以上规定，采用梯形排水沟，用浆砌片石防护，其内侧边坡为1：1；地面宽度为0.6m，深度为0.6m，其中水深为排水沟深度的3/4，排水沟纵坡为1%，距坡脚3m。排水沟横断面1:1 1:11、设计重现期按公路的重要程度，由表查得设计重现期为 15年；2、汇水面积和径流系数出水口间距为 40m汇水面积：F 40 (13 3 3) 106 7.9104km2由表查得径流系数：13 0.95 6 0.7193、汇流历时设汇流历时为 5min；4、降雨强度

0.87由图查得上海市5年重现期10min降雨历时的降雨强度：q5,102.0mm/min；由表查得该上海市15年重现期时的重现期转换系数为cp1.27。由图查得上海市60min降雨强度转换系数为c600.40，再由表查得5min降雨历时转换系数为-4-/17c3 1.25。按照《公路排水设计规范》 ，计算降雨强度为：q cpctq5,10 1.27 1.25 2.0 3.175mm/min5、设计流量Q=16.67qF16.670.873.17510-3607900.606m3/s6、检验汇流历时假设由表查得地表粗度系数为m10.013，行车道横向坡度为2%，硬路肩横向坡度为4%，可计算得到地面汇流历时：t11.445(m1Ls)0.4671.445(0.0138.25)0.4671.445(0.0133.75)0.4671.445(0.026)0.467is0.020.040.672.61min由线路纵坡ig 1%，可计算得到平均流速为：v20ig0.6200.010.61.26m/s可计算得到沟管汇流历时：l40t2600.53min60v1.26汇流历时为：tt1t22.610.533.14min5min假设汇流历时验算合格；7、排水沟泄水能力验算排水沟的泄水能力按下式计算：Q vA式中：Q—— 沟或管的泄水能力 (m2/s);V—— 沟或管内的平均流速 (m/s);A—— 过水断面面积 (m2)。计算排水沟过水断面的面积：A 0.5 (0.6 1.5) 0.45 0.4725m2排水沟的水力半径：-5-/170.5(b1b2)h0.5(1.50.6)0.45R0.2523mb2h(1m121m22)0.60.45(1111)计算排水沟的平均流速：11R3I2n式中：n——沟壁或管壁的粗糙系数，采用浆砌片石防护，n=0.025；R——水力半径(m)；I—— 水力坡度，可取用沟或管的底坡。由此，平均流速为：121v0.0121.60m/s0.252330.025所以，排水沟的泄水能力：Q vA 1.6 0.4725 0.75m3/s 0.606m3/s泄水能力满足要求。8、检验容许的最大和最小流速为避免沟渠残生泥沙淤积， 设计时应保证沟渠内的水流具有一定得流速， 沟渠的最小流速vmin(m/s)同水中所含泥沙粒径有关，可按下列经验公式计算：vmin R1/2式中：α——与所含土粒有关的系数；R——水力半径（ m）。当0.5时，vmin0.50.25231/20.25m/s查表可得容许的最大流速vmax3.0m/s故排水沟平均流速满足要求。二、路基高度 4m由于路堤较高，坡面易受到路面表面水的冲刷应在硬路肩外侧边缘设置拦水带， 并通过一定距离间隔设置出水口，通过急流槽排入排水沟。-6-/17中央分隔带中央分隔中带央排分水隔系带统排水系统中央分隔带排水系统4%4%2%2%2%2%4%4%4%2%2%4%4%2%2%4%HH集水井集水井集水井Φ10cm横Φ向10cm排水横管向排水管Φ10cm纵向排水管Φ10cm横向排水管Φ10cm纵向排水管集水井Φ10cm横向排水管集水井正立面集水井侧立面中央分隔中带央分隔带中央分隔带集水井正立面集水井侧立面中央分隔带面层2%2%:1面层2%2%2%2%基层2%2%11:11:1基层:1面层:1111中央分隔带排水系统1基层2%1:1:底基层:12%2%1%1底基层2%2%2%2%1%1%2% 1%4% 2%10cm纵向排水管集水井俯视集水井正立面

2% 4%备注:本图中所有单位均以 cm计。H备注:本图中所有单位均以cm计。 备注:本备图注中:所本有图单中位所均有以单位cm均计以。集水井俯视集水井 Φ10cm横向排水管集水井俯集视水井俯视集水井侧立面 中央分隔带100%2%2%1面层100%100%100%1:基层1:1集水井底基层1%2%2%1%集水井集水井集水井1%备注1%:本图中1%所有单位均以cm计。集水井俯视1、设计重现期由表查得高速公路路面和路肩表面排水的设计重现期为 5年；2、汇水面积和径流系数100%设横向排水管间距为 40m，两个排水管之间的汇水面积为F 40 2 80m2 集水井由表查得径流系数0.953、汇流历时

1%设汇流历时为 5min；4、降雨强度由图查得上海市 5年重现期 10min降雨历时的降雨强度： q5,10 2.0mm/min；-7-/17由表查得该上海市 5年重现期时的重现期转换系数为 cp 1.00。由图查得上海市 60min降雨强度转换系数为 c60 0.40，再由表查得 5min降雨历时转换系数为 c5 1.25。按照《公路排水设计规范》 ，计算降雨强度为：q cp ct q5,10 1.00 1.25 2.0 2.5mm/min5、设计流量设计流量为： Q=16.67 qF式中：Q——设计径流量 (m3/s)；q—— 设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度 (mm/min)；ψ—— 径流系数；F—— 汇水面积(km2)；计算可得：Q 16.67 qF 16.67 0.95 2.5 103 60 80 0.053m3/s6、检验汇流历时假设由表查得地表粗度系数为 m1 0.013，中央分隔带侧边坡度为 100%，可计算得到侧面汇流历时：t11.445(m1Ls)0.4670.01310.4670.190minis1.445(1.00)由纵向排水管坡度ig1%，可计算得到平均流速为：v20ig0.6200.010.61.26m/s可计算得到纵向排水管汇流历时：t2l400.53min601.2660v汇流历时为：tt1t20.190.530.72min5min假设汇流历时验算合格，设计径流量取为：0.053m3/s7、中央分隔带的泄水能力验算Q vA式中：Q—— 沟或管的泄水能力 (m2/s);v—— 沟或管内的平均流速 (m/s);A—— 过水断面面积 (m2)。-8-/17计算横向排水管过水断面的面积：A0.120.0314m2排水管的水力半径：d 0.2R 0.054 4计算排水管的平均流速：121I2vR3n式中：n——沟壁或管壁的粗糙系数，采用塑料材质，n=0.010；R——水力半径(m)；I—— 水力坡度，可取用沟或管的底坡。由此，平均流速为：121v30.0221.92m/s3m/s0.050.010排水管的泄水能力：QvA1.920.03140.0603m3/s0.053m3/s所以，满足要求。拦水带沿硬路肩外侧或路面外侧边缘设置的拦截路面和路肩表面水的堤埂， 由沥青混凝土铺筑或水泥混凝土预制而成。选用沥青混凝土路面，单侧路面和路肩横向排水的宽度为 11.25m，行车道横向坡度为2%，硬路肩横向坡度为 4%，线路纵向坡度为 1%；拦水带1、汇水面积和径流系数设拦水带出水口间距为 40m，两个出水口之间的汇水面积为-9-/17F 40 11.25 106 4.5 104km2由表查得径流系数0.952、汇流历时设汇流历时为 5min；3、设计重现期由表查得高速公路路面和路肩表面排水的设计重现期为 5年；4、降雨强度由图查得上海市5年重现期10min降雨历时的降雨强度：q5,102.0mm/min；由表查得该上海市5年重现期时的重现期转换系数为cp1.00。由图查得上海市60min降雨强度转换系数为c600.40，再由表查得5min降雨历时转换系数为c31.25。按照《公路排水设计规范》，计算降雨强度为：qcpctq5,101.001.252.02.5mm/min5、设计流量设计流量为：Q=16.67qF式中：Q——设计径流量(m3/s)；q——设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度(mm/min)；ψ——径流系数；F——汇水面积(km2)；计算可得：Q16.67qF16.670.952.5103604500.297m3/s6、检验汇流历时假设由表查得地表粗度系数为m10.013，行车道横向坡度为2%，硬路肩横向坡度为4%，可计算得到地面汇流历时：t1m1Ls)0.4670.0138.250.4670.0133)0.4671.94min1.445(1.445()1.445(0.04is0.02由线路纵坡ig 1%，可计算得到平均流速为：v20ig0.61.26m/s200.010.6-10-/17可计算得到沟管汇流历时：l40t2600.53min60v1.26汇流历时为：tt1t21.940.532.47min5min假设汇流历时验算合格，设计径流量取为：0.297m3/s7、拦水带泄水能力计算浅三角形沟或过水断面的泄水能力按下述修正公式计算0.377181Qh3I2ihn式中:横向坡度ih4%；查表可得沟壁或管壁的粗糙系数n0.013；沟或过水断面的水深h3.04%0.12m12cm；拦水带的水力坡度I1%；1810.508m3/s>0.297m3/s可得：Q0.3770.020.1230.0120.013故设计满足要求。-11-/17急流槽急流槽设计示意图1 234%4i=0:17.55123400465 76排水沟进口 过渡 主槽 过渡消力与出口1-1 2-2-12-/173-3 4-45-5 6-61、槽底宽度b 0.765Q2/5 0.765 0.2970.4 0.47m，故取设计尺寸为 0.5m。2、矩形过水断面的临界水深3aQs231.00.29720.33mkb2g0.529.81相应的临界横断面积：Akbhk0.50.330.165m2水力半径：bhk0.50.33mRk(b2hk)(0.520.33)0.142流速：VkQs0.297msms，故满足要求。bhk0.1422.09/3/3、槽内正常水深 h0和流速v0计算流量：QAV假设陡槽内的水流为均匀流,槽身纵坡为i=1：1.5=0.667，取h030.330.248m，4得到：横断面积：Abh0.50.2480.124m2-13-/17水力半径：Rbh0.50.2480.124m2h)(0.52(b0.248)流速：取n=0.025，V10.1242/30.6670.58.123m/s0.025QAV1.01m/s0.297m/s（设计流量），故水深满足要求。4、降水曲线临界水深时的断面比能为：aQ20.331.00.29720.495mEkhk29.810.16522gAk2按陡槽坡度i=1：1.5=0.667，取3.33，按槽壁情况，取n=0.025，临界水深时的流速系数和临界坡度为：流速系数：Ck1R1/63.3310.1421/68.676n0.025临界坡度：ikQ20.29720.303Ck2Ak2Rk8.67620.16520.142正常水深时的断面比能为：E0h0aQ20.2481.00.29720.54m2gA0229.810.1242按陡槽坡度i=1：1.5=0.667，取3.33，按槽壁情况，取n=0.025，正常水深时的流速系数和坡度为：流速系数：C01R1/63.3310.1241/68.482n0.025坡度：Q20.29720.643i08.48220.12420.124C02A02R0平均坡度：ip1(i0ik)1(0.6430.303)0.473225、终点断面终点断面水深等于槽内正常水深，h10.248m；流速等于槽内正常流速V 8.123m/s；6、槽后消能由h1 0.248m，则h1/hk 0.75，查表可得共轭水深 h2/hk 1.284，由此可得h2 0.424m，需设置消能设施。-14-/177、设置消力池由公式算得：d(1.05~1.10)(h2h1)1.1(0.4240.248)0.194m，取池深为0.25m；消力池长度算得：l3h21.272m，取池长为1.3m；池后铺砌长度：l0(2.5~3.0)l31.33.9m；排水沟根据规定，采用梯形排水沟，用浆砌片石防护，其内侧边坡为1：1；地面宽度为0.6m，深度为0.6m，其中水深为排水沟深度的3/4，排水沟纵坡为1%，距坡脚3m。排水沟横断面1:1 1:11、设计重现期按公路的重要程度，由表查得设计重现期为 15年；2、汇水面积和径流系数出水口间距为 40m汇水面积：F 40 (13 6 3) 106 8.8104km2由表查得径流系数：13 0.95 10 0.7236、汇流历时设汇流历时为 5min；7、降雨强度

0.84由图查得上海市5年重现期10min降雨历时的降雨强度：q5,102.0mm/min；由表查得该上海市15年重现期时的重现期转换系数为cp1.27。由图查得上海市60min降雨强度转换系数为c600.40，再由表查得5min降雨历时转换系数为-15-/17c3 1.25。按照《公路排水设计规范》 ，计算降雨强度为：q cpctq5,10 1.27 1.25 2.0 3.175mm/min8、设计流量Q=16.67qF16.670.843.17510-3608800.652m3/s6、检验汇流历时假设由表查得地表粗度系数为m10.013，行车道横向坡度为2%，硬路肩横向坡度为4%，可计算得到地面汇流历时：t11.445(m1Ls)0.4671.445(0.0138.25)0.4671.445(0.0133.75)0.467