路基排水沟、边沟水力计算书1.docx

大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段路基排水设施水力计算书一、双向八车道大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段，选用沥青砼路面，路面 和路肩（半幅）横向排水的宽度为19.75m （双向八车道），路面和硬路肩横坡为 2%，土路肩为4%，路线最小纵坡为5%本项目拟设置排水沟、急流槽、边沟、 平台截水沟和截水沟等排水设施来排除和拦截路界范围内外的雨水现按照《公 路排水设计规范》JTJ 018-97的规定，通过计算设计径流量反算各种排水设施各 型号的最大排水距离（即出水口距离）和面积，为确定各路段各种排水设施型号的 选取提供参考1 .拦水路缘石最大排水距离的计算1） 降雨历时降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水 口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和设降雨历时为3min拦水路缘石与路肩铺面构成的浅三角型过水断面的泄水能力为：Qc = 0.377xh8/3xl1/2/ （宁0.377*0.058/询.5/ （0.02x°.013）注：水力坡度I取路线纵坡；水深h=250x0.02 = 5cm （即水深小于5cm时，浅三角型过水断面的水面入侵硬路肩小于2.5m，保证行车安全。

2） 汇水面积和径流系数当出水口间距为l时，两个出水口之间的汇水面积为F=lx19.75x10-6km2取径流系数中=0.953） 设计重现期根据《公路排水设计规范》JTJ018-97的规定，高速公路路面和路肩表面排 水设计重现期为5年4） 降雨强度按公路所在地区，查《公路排水设计规范》JTJ018-97得5年设计重现期10min 降雨历时的降雨强度为q =2.8mm/min，5年设计重现期时的重现期转换系数为 c=1.0,60min降雨强度转换系数为c60=0.5，3min降雨历时转换系数为c5=1.40o 于是，暴雨强度为q=1.0x1.40x2.8=3.92mm/min5） 设计径流量根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量为Q=16.67WqF=16.67x0.95x3.92xlx19.75x10-6m3/s6） 拦水缘石最大排水距离的计算当路线纵坡为5%时，浅三角型过水断面的泄水能力为Qc = 0.377xh8/3xIi/2/(ihxn) = 0.377x0.058/3x0.0050.5/( 0.02x0.013) =0.035 m3/s 浅三角型过水断面的泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q0.035>16.67x0.95x3.92x/x19.75x10-6那么，当路线纵坡为5%。

时，拦水路缘石最长排水距离/(出水口最大间距) 为1=0.035/ (16.67x0.95x3.92x19.75x10-6)=28.55m7) 检验汇流历时假设由表查得地表粗度系数为 m1=0.013,路面横坡为is=0.02,坡面流长度为Ls=19.75m，可计算得到坡面汇流历时J1.445 x|m1X = 1.445 x0.467=1.909min(0.013x19.75 )按式 v=20ig0.6 得 v = 20x0.0050.6=0.83m/s， 再按式 t2= 1i /(60xv)=28.55/(60x0.83)=0.57min 由此，可得到」汇流历时为t= t1+ t2=1.909+0.57=2.48min<3min当路线纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对拦水路缘石最大排水距离进 行计算，并对汇流历时进行检验，结果列于表1表1不同路线纵坡拦水路缘石最大排水距离路线纵坡(％)泄水能力(m3/s)出水口间距(m)汇流历时(min)0.5%0.035282.480.7%0.041342.461.0%0.049402.441.5%0.060492.422.0%0.070572.402.5%0.078632.393.0%0.085702.383.5%0.092752.384.0%0.098802.37由表1可知，拦水路缘石的最大排水距离随着路线纵坡的加大而增大，汇流 历时均小于3min。

因此，现拟定：当路线纵坡为0・5%~0・7%时，出水口间距设为30m；当路线纵坡为0.7%~1・0%时，出水口间距设为35m；当路线纵坡为1.0%~1.5%时，出水口间距设为40m；当路线纵坡为1.5%~2.0%时，出水口间距设为50m；当路线纵坡为大于2.0%时，出水口间距设为60m2.急流槽水力计算拦水缘石汇集路面水后，通过设置一定间隔的急流槽将水排到路堤边坡底部 的排水沟由急流槽槽底纵坡(即路堤边坡坡度ig =1:1.5)ig=66.7%，可计算得 到矩形(b=0.4, h=0.2)沟平均流速现拟采用的矩形急流槽宽0.40m,高0.2m若矩形急流槽的过水能力按水深 达到16cm计算(留20%安全高度)，则过水断面面积A为0.064m2，过水断面 湿周p为0.72m，水力半径，R=bh/(b+2h)=0.089v=n-1R2/3l1/2= 0.015-10.0892/30.6671/2=10.85m/s设路基填土为7米高，则急流槽长度l为10.5m，可得到急流槽的沟管汇流 历时t3=l/(60xv)=10.5/(60x10.85)=0.016min由于急流槽内平均流速较快，所以急流槽内的沟管汇流历时较小，对暴雨强 度的影响可忽略不计。

因此，降雨历时仍为3min时，暴雨强度为3.92mm/min因此，根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量仍为Q=16.67WqF=16.67x0.85x3.92xlx19.75x10-6m3/s当急流槽沟底纵坡为66.7%时，矩形急流槽的泄水能力为Qc=Av=0.064x10.85=0.694m3/s根据拦水缘石的水力计算得出，不同出水口间距的设计径流量，结果列于表2表2不同出水口间距的设计径流量出水口间距(m)设计径流量(m3/s)300.033350.038400.044500.055600.066由表2可知，急流槽泄水能力远大于按各种间距设置出水口时的设计径流 量，即Qc>Q因此，按拦水缘石出水口间距来设置急流槽是满足要求的3 .排水沟最大排水距离的计算1）降雨历时埼刿水桥魂腿囹㈡降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水 口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和设降雨历时为10minPSG-1型的过水能力按水深达到48cm计算（留20%安全高度），过水断面 面积A为0.288m2，过水断面湿周p为1.56m，水力半径R=A/p=0.185m，当排 水沟纵坡为0.3%时，那么v=n-1R2/3l1/2= 0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s2） 汇水面积和径流系数设出水口间距为/，两个出水口之间的汇水面积（设路基填土高度为7m）由两 部分组成：一部分为路面范围的汇水面积F1 = 19.75x/，径流系数取中］=0.95； 另外一部分为路堤坡面的汇水面积F2=（7x1.5+1）x/ =11.5x/（7为边坡高度，1.5为 边坡坡率，1为护坡道宽度，），径流系数取中2=0应；那么，总的汇水面积F= 31.25x/x10-6km2取径流系数中=（0.95xFi+0.65xF2）/（31.25x/）=0.843） 设计重现期根据《公路排水设计规范》JTJ018-97的规定，高速公路路界内坡面排水设 计重现期为15年。

4） 降雨强度按公路所在地区，查《公路排水设计规范》JTJ018-97得5年设计重现期10min 降雨历时的降雨强度为q5,i=2.8mm/min，15年设计重现期时的重现期转换系数 为c =1.27,60min降雨强度转换系数为c60=0.5，10min降雨历时转换系数为c5=1.0 于是，暴雨强度为q=1.27x1.0x2.8=3.556mm/min 5） PSG-1型排水沟最大排水距离计算根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量为Q=16.67WqF=16.67x0.84x3.556x31.25xlx10-6m3/s当路线纵坡为3%时，排水沟的泄水能力为Qc=Av=0.288x1.18=0.341m3/s排水沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q0.341>16.67x0.84x3.556xlx31.25x10-6那么，当沟底纵坡为3%时，矩形排水沟最长排水距离/(出水口最大间距) 为1=0.341/ (16.67x0.84x3.556x31.25x10-6)=219m7)检验汇流历时假设由于路面水是通过拦水缘石汇集，经过急流槽而排入排水沟，而路堤坡面水 则直接通过坡面径流汇入排水沟，因此，坡面汇流历时应取二者的大者。

由前面 拦水缘石的计算可得，路面汇流历时为2.48min ；路堤边坡的地表粗度系数为 m1=0.4，坡面横坡为is=0.667，坡面流长度为Ls=13.62m (填土高度7m，护坡道 1m)，可计算得到路堤边坡坡面汇流历时I m x L I0'467=1.445 X 1 $ I= 1.445 xf瞠2 匚…"^0667因此，取 t1 = 3.51min按式 v=n-1R2/3l1/2 得 v= 0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s再按式 t2= l /(60xv)=219/(60x1.18)=3.09min由此，可得到汇流历时为t= t1+ t2=3.51+3.09=6.6min<10min再假设降雨历时为7min，通过内插得出降雨历时转换系数ct=1.15，暴雨强 度为q=1.27x1.15x2.8=4.089mm/min，通过以上过程的计算得到，当沟底纵坡为 3%时，矩形排水沟最长排水距离l (出水口最大间距)为191m，且汇流历时 t=6.19min<7min，因此，取降雨历时为7min当沟底纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对PSG-1型最大排水距离进 行计算，并对汇流历时进行检验，结果列于表3。

表3不同沟底纵坡PSG-1最大排水距离(降雨历时为7min)沟底纵坡(％)泄水能力(m3/s)出水口间距(m)汇流历时(min)0.3%0.3411916.190.5%0.4402466.190.7%0.5212916.191.0%0.6233486.191.5%0.7624266.192.0%0.8804926.192.5%0.9845506.193.0%1.0786036.193.5%1.1656516.194.0%1.2456966.19同样，对PSG-2、PSG-3进行计算得出其在不同纵坡下的最大排水距离， 结果列于表4、5表4不同沟底纵坡PSG-2(80X60)最大排水距离(降雨历时为8min)沟底纵坡(％)泄水能力(m3/s)出水口间距(m)汇流历时(min)0.3%0.5082977.250.5%0.6563837.250.7%0.7764547.251.0%0.9285427.251.5。