路基路面工程第七章

第七章路基路面排水设计第一节路基路面排水要求及设计一般原则第二节路基排水设备的构造与布置第三节路面排水设计第四节明渠的水文水力计算第五节暗沟的水文水力计算第一节路基路面排水设计概述

及设计一般原则一、排水的目的、分类与要求地面水：大气降水（雨和雪）、海、河、湖、水渠、水库水地下水：上层滞水、潜水、层间水对路面的影响：由裂缝、接缝等处入渗，道路两侧水也可能渗入（如边沟）。降低路面材料的强度，降低承载能力。↓路面排水对路基的影响：对路基产生冲刷、渗透：冲刷→水毁渗透→降低强度

↓路基排水→地面排水对路基的影响：轻者→使路基湿软，降低路基强度；重者→引起冻胀、翻浆、边坡滑坍、路基整体沿倾斜基底下滑。还可能造成掺有膨胀土的路基工程毁灭性的破坏。

↓路基排水→地下排水路面排水的目的：迅速排除降落到路面范围内的水，保证行车安全。路基排水的目的：确保路基范围内的土基湿度降到一定范围以内（特别是路床工作区内）的土基处于干燥或中湿状态。确保路基具有足够的强度和稳定性。路基排水的方式：将地面水排除和拦截于路基之外；将影响路基稳定性的地下水予以割断和降低水位，并引导至路基以外。路面排水的要求：①泄水能力足以排除路面结构内的水；②水在路面结构内渗流时间不能太长，渗流路径不能太长；③排水设施要有较好的耐久性。路面排水的组成：一般公路：路拱横坡+路肩横坡+坡面排水；高等级公路：路面排水+中央分隔带排水+路面结构排水二、排水设计的一般原则1.排水设施要因地制宜、全面规划、合理布局、综合治理、讲究实效、注意经济。2.注意与农田水利相配合。3.设计前必须进行调查研究，重点路段要进行排水系统的全面规划。4.要注意防止附近山坡的水土流失。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。6.尽量阻止水进入路面结构，提供良好的排水措施，迅速排除路面结构内的水。第二节路基排水设备的

构造与布置一、路基地面排水设备1．边沟1)位置与用途：位置：路堑的路基外侧或低路堤的坡脚外侧，多与路中线平行。用途：汇集和排除路基范围内的降水和流向路基的少量地面水。2)几何形状与尺寸：长度：不宜过长，尽量使沟内水流就近排至路旁自然水沟或低洼地带，必要时设置涵洞，将边沟水横穿路基从另一侧排出。纵坡度：一般与路线纵坡保持一致。当路线为平坡时，边沟的纵坡不小于，特殊情况允许，但长度应短。横断面：边沟的排水量不大，不需进行水文水力计算，选用标准横断面形式。有梯形、矩形、三角形与流线形等。边沟紧靠路基，通常不允许其他排水沟渠的水流引入，亦不能与其他人工沟渠合并使用。梯形：一般的土方路段均采用。底宽与深度均约；内侧坡度为，外侧坡度：若是挖方，与挖方坡度相同；若是填方，也为。矩形：石方路段采用。底宽与深度均约。内侧边坡直立，外侧坡度与挖方坡度相同。实际上也是梯形，只不过内侧边坡坡度更陡。三角形：少雨浅挖地段的土质边沟，其内侧边坡宜采用1:2-1:3，外侧坡度与挖方边坡坡度相同。流线形：适用于沙漠或积雪地区的路基。3)防护：浆砌片石、水泥混凝土预制块、栽砌卵石等。4)设置路堑设置；矮路堤设置（隔断渗向路基的水流）。其它路堤不一定设置，它主要依据路基边坡受到的冲刷是否严重。一般与降雨量、路基宽度、路基高度、边坡防护的类型有关。一般高路堤、高速公路和一级公路会设。2．截水沟1)位置与用途：位置：设在挖方路基边坡坡顶以外，或山坡路堤上方的适当地点。用途：拦截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流水冲刷。山坡填方路段可能遭到上方水流的破坏作用，此时必需设截水沟，以拦截山坡水流保护路堤。数量：降水量较少或坡面坚硬和边坡较低以致冲刷影响不大的地段，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。路堑段挖方边坡上方设置的截水沟示例之一，图中距离d一般为5m，土质不良地段可取10m或更大。截水沟下方一侧，可堆置挖沟的土方，要求做成顶部向沟倾斜2%的土台。山坡填方路段可能遭上方水流作用，此时必需设截水沟，以拦截山坡水流保护路堤。截水沟与坡顶之间，要有不小于2.0m间距，并做成2%的向沟倾斜横坡，如土质良好，路堑边坡不高或沟壁进行铺砌时，路堑距坡顶的距离也可小于2m。截水沟应结合地形和地质条件沿等高线布置，将拦截的水顺畅地排向自然沟谷或水道。截水沟长度以200~500m为宜，超过500m时，可在中间适宜位置增设泄水口，由急流槽或急流管分流排引。2)几何形状与尺寸：横断面：梯形，底宽不小于0.5m，沟深依设计流量而定，边坡坡度一般为1:1.0-1:1.5。纵坡度：≥0.5%。长度：200-500m。3)布设：截水沟与绝大多数地面水流方向垂直。4)设置地面边坡倾向于路基侧。3．排水沟1)作用: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。2)几何形状与尺寸：可采用三角形或梯形横断面，当水量较大时，宜设置30cm×30cm的矩形、三角形或U形排水沟，排水沟可用水泥预制构件拼装，沟壁厚度5~10cm。纵坡：应经过水文水力计算而定，不淤积、不冲刷。3)布设：连续长度不超过500m。4)路基排水沟渠的防护与加固：可结合当地条件，根据沟渠土质、水流速度、沟底纵坡和使用要求等而定。分为简易式（包括铺草皮、石灰三合土抹平等）、干砌和浆砌。主要与沟底纵坡有关。4.跌水1)用途：设置在需要排水的高差较大而距离较短或坡度陡峻的地段。2)构造：是阶梯形建筑物，水流以瀑布形式通过的排水设施；一般为矩形，用浆砌片石和水泥混凝土预制块砌筑；包括进水口、消力池和出水口三个组成部分，出水口连接桥涵、自然沟、排水沟；尺寸根据地形、地质条件等通过水力计算确定。3)作用：降低流速和削减水的能量或改变水流方向。4)分类：单级和多级。单级跌水适用于排水沟渠的连接处。多级跌水适用于较长陡坡地段的沟渠。5.急流槽是具有很陡坡度的水槽，水流以陡坡形式通过的排水设施，但水流不离开槽底。1）作用：主要是在很短的距离内，水面落差很大的情况下进行排水。2）位置：多用于涵洞的进出水口和高路堑边沟流入排水沟的进出水口，或在特殊情况下，截水沟流向边沟的场合。3）构造：由进水口、主槽(槽身)和出水口三部分组成，出水口连接桥涵、自然沟、排水沟；一般为矩形，用浆砌片石或混凝土预制块砌筑，需水力计算确定尺寸，水流量不大时，可用标准尺寸；沟底纵坡可达45度。6、拦水带拦水带是路基横断面为路堤时路面表面水的排除方法，设置在路肩外侧处，目的是将路面表面水汇集在拦水带同路肩铺面（或者路肩和部分路面铺面）组成的浅三角形过水断面内，然后通过按一定间距设置的泄水口和急流槽集中排放到路堤坡脚外，对于高速及一级公路，在路堤较高、纵坡较大且土质疏松情况下，虽采用护面防护，仍要选择拦水带和急流槽的排水方式；对于二级及二级以下公路，只有在多雨地区、大纵坡和土质坡面的高路堤才考虑设置拦水带。对于高速公路及一级公路，要求路表积水只能覆盖路肩宽度；对于二级及二级以下公路，要求路表积水面不能漫过毗邻车道的一半宽度；对于中央分隔带设缘石的高速及一级公路超高段上侧半幅路面，以及未设路肩的道路（如设非机动车道分隔带的道路断面），其拦水带的水面不能漫过毗邻车道的一半宽度。按汇集路面表面水的要求，拦水带的顶面应略高于过水断面的设计水位高，而后者的限值受制于水面不漫过右侧车道外边缘或中心线的要求，拦水带的设计外露高度（即过水断面的水深），还取决于设计流量和路肩的横向坡度。在高速及一级公路路堤边缘设防撞护拦时，拦水带的高度可以大些，但一般不超过15cm；在不设防撞护拦时，为了保障偶尔驶出路肩的车辆安全，拦水带的高度不应大于10cm，并且迎车面的斜坡坡度不宜陡于1：2（最好采用1：4），以便车轮能滚过拦水带。

拦水带泄水口可做成对称式或非对称式的喇叭口，其间距应根据流量确定，以保证降水时路面积水能迅速排除，泄水不能进入车行道为原则，一般为20~50m，干旱少雨地区可达100m。泄水口长度一般为2~4m。对称式便于施工，但在有纵坡的路段上，非对称式泄水口的泄水能力由于水流顺畅而优于对称式。因而对于设在纵坡坡段上的泄水口，建议采用非对称式。水流通过泄水口时的水流状态为孔口流，为提高泄水口的泄水量，可在泄水口处设置低凹区。为便于施工，低凹区可设在拦水带内边缘的外侧。低凹区采用与路肩相同的铺面结构，以免受到水流的冲刷破坏。（a）水泥混凝土（b）沥青混凝土为了避免汇集在拦水带内的路表水横向流过相交的道路、匝道、超高段路面、横坡变换处的路面，或者流经相衔接结构物的铺面，应在这些地点设置泄水口，将汇集的水排除出去。泄水口的间距取决于过水断面水面漫流宽度的要求和泄水口的泄水能力。在凹形竖曲线的低部，须设置3个泄水口，以备设在最低点的泄水口被杂物堵塞后还有2个后备的泄水口可以排放汇集的地表水。1-水流流向；2-硬路肩边缘；3-底凹风；4-拦水顶；5-路堤边坡坡顶；6-急流槽7.倒虹吸与渡水槽1)倒虹吸设置条件：当原有沟渠水位高于路基设计标高，但高出不多时，可以以倒虹吸的形式通过水流。构造：简单讲沉淀池与拦泥栅。虹吸管道：箱形和圆形两种评价：水流条件较差，容易漏水和堵塞，难以清理和修复，故一般不提倡使用。造价相对渡槽低一些。1-路基；2-竖井；3-管道；4-沟渠；5-基底倒虹吸管示意图1-沟渠；2-过渡段；3-沉砂池；4-拦泥栅；5-斜管；6-竖井（5与6选一种）倒虹吸管进口结构图2)渡水槽设置条件：原水道与路基设计标高相差较大，当原有沟渠水位远高于路基设计标高，可设简易桥梁，架设水槽或管道，从路基上部跨越，以勾通路基两侧的水流。构造：渡水槽组成：由进出水口、槽身和下部支承三部分组成。注意：渡水槽应满足道路对净空和美化的要求，在效能上应满足结构强度和排水要求，防止冲刷和渗漏。渡槽布置示意图1-沟渠；2-过渡段；3-主槽；4-支撑；5-防渗加固段渡槽进出口结构图8．蒸发池布设：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出地表水。在年降雨量不大，晴天日数多，空气相对湿度小，多风易蒸发的地区，如我国西北地区，路线经过平坦地段时，可以设置蒸发池。蒸发池的容量：池的面积大小依降雨量而定，一般满足一个月内路基汇流入池中的雨水能及时完成渗透与蒸发作为设计依据，一般深度不大于，沿路线方向呈梯形（即长边沿路线方向）。

二、地下排水设备地下水又可分为：上层滞水，即从地面渗入，滞留于上层相对不透水层上的地下水。层间水，即在地面以下任何两个隔水层之间的含水层中的水。当地面低于水源时，它可以通过岩层裂隙冒出地面而成为泉水。潜水，即在地面以下第一个隔水层以上的含水层中的水，距地面较近，在重力作用下可沿土层流动。㈠暗沟（盲沟）⒈构造⑴组成：底部中间：填以粒径较大（3-5cm）碎石。两侧和上部：按一定比例分层（层厚约10cm）填以较细粒径的粒料，逐层粒径比例大致按6倍递减。顶部、底部：设厚30cm以上的不透水层，或顶部设有双层反铺草皮。沟顶：设置石盖板，盖板顶面上的填土厚度不应小于50cm。⑵几何尺寸①横断面矩形梯形：上宽下窄沟壁倾斜度约1：0.2

底宽和深度的比大致为1：3，深约1.0-1.5m，底宽约0.3-0.5m。②沟底纵坡1%-2%③出水口底面应高出沟外最高水位20cm，以防水流倒渗。④长度：排水能力小，不宜过长。⒉作用设在地面以下引导水流的沟渠，无渗水和汇水作用，地下排水沟。⒊适用路基底局部范围由泉水外涌或要排除地下集中水流时，设暗沟将水引排至路堤坡脚外或路堑边沟内。⒋注意寒冷地区的暗沟，应做防冻保温处理或将暗沟设在冻结深度以下。⒌举例⑴一侧边沟下暗沟用以拦截流向路基的层间水，防止路基边坡滑坍和毛细水上升危及路基的强度与稳定性。暗沟；2-层间水；3-毛细水；4-可能滑坡线⑵二侧边沟下暗沟用以降低地下水位，防止毛细水上升到路基工作区范围内，形成水分积聚而造成冻胀和翻浆，或土基过湿而降低强度等。1-原地下水；2-降低后的地下水；3-暗沟⑶挖填交界处横向暗沟用以拦截和排除路堑下面层间水或小股泉水，使路堤填土不受水害。1-暗沟；2-边沟；3-路堑；4-路堤㈡渗沟⒈定义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的地下排水设备。⒉作用：降低地下水位或拦截地下水。⒊结构形式⑴盲沟式渗沟与盲沟相似，但构造更为完善。⑵洞式渗沟构造：沟顶覆盖不透水封闭层双层反铺草皮或土工布砂碎砾石渗沟底部：以浆砌片石组成矩形排水槽，槽顶覆盖条石或混凝土预制板盖板，形成排水洞。槽的横断面尺寸按设计渗流量的要求确定。洞宽约20cm，高约20-30cm。盖板长为40cm，板厚不小于15cm，并预留渗水孔，以便渗入沟内的水汇集于洞内排出。在盖板顶面铺以透水的土工织物。洞身应具有大于0.5%的纵坡，使集水通畅排出。如果地基软弱，应铺设砂石基础。1-浆砌块石；2-碎砾石；3-盖板；4-砂；5-双层反铺草皮或土工布；6-基础另外：含水层内的细粒有可能随渗流进入沟内而堵塞渗沟时，应在渗沟的迎水面沟壁处按渗滤要求设置若干层粒料反滤层，每层反滤层由厚度为15~25cm的粒料组成。一般将洞身埋置于不透水层内，洞身埋在透水层中时，必要时在两侧和底部加设隔水层，以达到排水的目的。

⑶管式渗沟当排除地下水的流量更大，或排水距离较长，可考虑采用管式渗沟。构造：沟顶覆盖不透水封闭层双层反铺草皮或土工布砂碎砾石——透水性填料1-带槽孔排水管；2-透水性填料；3-反滤织物渗沟底部：设排水管排水管用陶瓷管、混凝土、石棉、水泥或塑料等材料制成。管径按设计渗流量确定，但最小内径宜为15cm（渗沟长度不大于150m时）或20cm（渗沟长度大于150m时）。排水管周围回填透水性材料，管底回填料的厚度为15cm，管两侧的回填料宽度不宜少于30cm。透水性回填料可采用粒径5~40mm的碎石或砾石，但粒径小于2.36mm的细粒含量不得大于5%。含水层内的细粒有可能随渗流进入沟内而堵塞渗沟时，应在渗沟的迎水面沟壁处设置反滤织物。带孔排水管，其圆孔的内径为5~10mm，纵向间距为15mm。注意：寒冷地区的管式渗沟，应做防冻保温处理或将管道埋在冰冻线以下。3．渗井作用：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。（将地面水通过竖井，渗入地下排除。）布设：平面布置以及孔径与渗水量，按水力计算而定，一般为直径1.0-1.5m的圆柱形。亦可是边长为1.0-1.5m的方形。渗进结构图使用条件及说明①路线高度与原地面相仿，因建筑物障碍不能贯通边沟，而距地面不深处有渗透性土层，且地下水流向背离路基，地面水流量不大，此时可以将边沟水流通过渗井分散到透水层中。②在凹形竖曲线处有通道，如通道下层有良好的渗水性土层。构造：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。路基排水的综合设计

排水系统综合设计必须满足如下基本要求：1.路基排水，必须与农田排灌和水土保持工作结合起来考虑。2.对于明显的天然沟槽，一般宜依沟设涵，不必勉强改沟与合并。对于沟槽不明显的慢流，应在上游设置束流设施，加以调节，尽量汇集成沟，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。3.地面沟渠宜大体沿等高线布置。可提高截流效果，减少工程量。尽可能使沟渠垂直于流水方向，且应力求短捷，水流通畅。沟渠转弯处应以圆曲线相接，以减少水流的阻力。4.路基排水系统的布置与桥涵布置相结合。5.收集现有资料，进行总体规划。对于排水系统中各沟渠排引方向及出水口位置的具体布置，可按下列步骤进行：1.将主要流向路基的天然沟和排水沟规划成横向排水系统（垂直路线方向）。2.拦截山坡水流，设置成纵向排水系统，并汇集排入横向排水系统，或者拦蓄山坡水流，作成纵向蓄水系统。3.在横向和纵向排水沟渠之间的山坡上，根据面积大小和地形，确定是否需要设置支沟和各种排水沟渠，以构成排水网络。4.在路基两侧设置边沟、排水沟等，或利用取土坑排水，保证路基经常干燥。5.选定桥涵的位置，并使这些沟渠同桥涵联成网。6.考虑是否需要设置地下排水系统。利用渗沟将路基上方出现的泉水汇集，经排水沟排至自然沟内，同时，截水沟与边沟拦截并汇集地面水也排至自然沟内，在自然沟路线处设置涵洞将水流排至路基下方。上述几种排水设施，构成该段路基的排水系统，同时解决地面流水与地下泉水对路基的危害，疏干路堑顶部的泉水，防止边坡滑塌等危害。第三节路面排水设计一、路面（表面）排水任务：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。原则：1通过路面横向坡度向两侧排走；2应采用在边坡上横向漫坡的方式排除路面表面水；3边坡坡面在未做防护而易遭受路面表面水流冲刷，或者坡面虽已采取防护措施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，然后通过泄水口和急流槽排离路堤。组成：路面排水由路面横坡、路肩横坡、拦水带、或路肩矩形边沟、路肩排水沟、泄水口和急流槽等组成。路堑：散排路堤：有两种形式：（1）集中排水组成：路面横坡、拦水带（路缘石）、急流槽使用范围：表面水对边坡坡面造成冲刷，如路堤高、降雨量大、路基宽、坡面未经防护等等。（2）散排

组成：路面横坡。使用范围：表面水对边坡坡面造成冲刷。另外要考虑经济因素，比较修筑拦水带和急流槽的造价与坡面防护造价。二、中央分隔带排水1.宽度小于3m且表面采用铺面封闭：①一般路段：在中央分隔带上设横坡，排向两侧行车道，其坡度与路面的横坡度相同；②超高路段：在分隔带上侧设置缘石或泄水口，或者在中央分隔带内设置缝隙式集水管或碟形混凝土浅沟和泄水口，拦截和排泄上侧路面的表面水。当然后者要配以地下排水设施。2.宽度大于3