路面排水计算

第三章排水设计
3.1 气候与地质条件介绍
本路段连州至怀集K34+400～K35+800段，路区属中纬度亚热带季风性湿润气候；夏季盛行东南风，冬季盛行西北风；全年日照时间长，雨水充沛，有“三月低温阴雨、六月江河暴满、十月寒风”的气候特征。

多年平均气温19.4℃，最高气温39.8℃；每年雨季集中在3～9月，占全年降雨量的85%左右，多年平均降雨量1628.5～1785.4mm，年蒸量1419mm；风向具明显的季节变化，风速平均1.2～2m/s，较大风力相当于7级风力。

位于海拔高程228.2～1002米之间的路线段在冬季不同程度存在冰、雪、雾等影响行车安全的不良气象因素。

山区，特别是高寒山区，霜期长，冰冻及降雪现象年年都有，初霜期在十一月中旬，终霜期在次年二月中旬，霜期一般三个月左右，平原区霜期较短。

连州市河流属北江支流之连江水系，市内主要河流有星子河、东陂河、三江河、九陂河，四条河汇合市内称连江，河流的共同特点是：流程短，水流湍急，坡降较大，水位涨落迅速，四季水位流量变化显著。

水量受大气降雨影响较大，一般春夏季节降雨较多，河流水量充沛，遇暴雨常满溢两岸；秋冬旱季降雨量较少，河流水量锐减，河床多暴露。

3.2 边沟设计验算
在K34+460至K34+640之间的挖方段为挖方最大汇水面积段，本次设计以沥青混凝土路面为例。

路堑坡度为1：0.5,坡面流长度为14m，路基宽度26m,取单侧路面和路肩横向排水宽度为13m,路拱横坡为2%在纵断面方面，在纵断面方面，此处纵坡i=-2.03%，边坡坡脚和路肩边缘间设置矩形边沟。

计算简图如图3-1。

3.2.1 计算汇水面积和径流系数：
由图一计算汇水区域在路堑一侧（由平台沟到边坡平台）的面积A
1
=0.5×14×(48+180)=1596m2。

由于坡面上采用植草防护，则由《公路排水设计
规范》得坡面径流系数取C
1=0.5。

汇水区域在边沟平台上的面积A
2
=2×180=360m2,
取坡面径流系数(浆砌片石护面)C
2
=0.4，汇水区域在路面一侧(公路路中线到边
沟）的面积为A
3=180×13=2340m2,由表查得沥青路面径流系数为C
3
=0.95。

由此，
总的汇水面积为F=1596+360+2340=4296m2，汇水区的径流系数为C=(1596×0.5+360×0.4+2340×0.95)/4296=0.74。

图3-1 边沟计算示意图
3.2.2 计算汇流历时：
由克毕公式
467.0s s 11)i L m (
*445.1t =计算坡面汇流历时， 其中：L s 为坡面流长度；
i s 为坡面流坡度；
m 1地表粗糙系数；
由表查得草皮防护路堑边坡的粗度系数m 1=0.4，且路堑坡度为1：0.5,得路
堑坡面汇流历时t 1=0.4671.445 2.116⎛⎫⨯=min 。

由表查得边沟平台（浆砌片石护面）的粗度系数m 1=0.02,横向坡度为2%，
则0.4671 1.4450.801min t =⨯=
查表得沥青混凝土路面粗糙系数为m 1=0.013，横坡2%，坡面流长度为13m ，
所以历时时间为0.467
1 1.445 1.570min t =⨯=。

因此取坡面汇流历时t 1=2.116min(取最大值)。

设边沟底宽为0.6m ，高0.6m ，以浆砌片石砌筑，沟壁粗糙系数n=0.025。

设计水深为0.4m 。

求得过水断面段面积为2mh bh A +==0.40m 2
水力半径为R =χA =(0.6×0.4+1×0.4=⨯++)4.01126.0/()22=0.23
按曼宁公式,得沟内平均流速为：
s /m 211.20066.023.00.025
11V 21
322132
=⨯⨯==i n R ，因此沟内汇流历时为 2260 3.549min 1.221L t V ===。

=2.457 由上可得汇流历时为 12 2.116 3.549 5.665min t t t =+=+=。

=4.673
3.2.3 计算降雨强度：
按照规范表3.0.2，取设计降雨重现期为15年。

查图3.0.7-1，广东省5年重现期和10min 降雨历时的标准降雨强度为q 5，10=2.0,由表3.0.7-1可知该地区15年重现期转换系数C p =1.27.查图3.0.7-2得该地区60min 降雨强度转换系数C 60=0.40，由表3.0.7-2查得10min 降雨量得转换系数C t =1.00.由此，按照式(3.0.7)，15年重现期10min 降雨历时得降雨强度为：I=1.27×1.0×2.0=2.54mm/min
3.2.4 计算设计径流量：
可按降雨强度由推理公式确定：F I C 67.16Q ⨯⨯⨯=，
式中Q---设计径流量；
C---径流系数；
F---汇水面积（Km 2）;
所以6316.670.74 1.9616200100.150/Q m s -=⨯⨯⨯⨯=。

=16.67-0.74-2.54-4296-106
3.2.5 检验径流：
设定边沟的截面形式为矩形，宽0.6m，过水断面为宽0.6m，水深0.4m，断
=0.24×1.221=0.293m3/s。

面积为0.24m2，则泄水能力Q
c
=0.293m3/s，所以假定的边沟尺因为设计径流量Q=0.150m3/s<泄水能力Q
c
寸符合要求。

3.2.6 冲淤检验：
边沟的平均流速应使水流在设计流量条件下不产生冲刷和淤泥。

为此，应保证设计流速在最大和最小允许流速范围内。

对于浆砌片石边沟，最大允许速度为3.0m/s，由于水深不大于0.4m，则修正系数为0.85,故修正最大允许流速为2.55m/s,而最小允许速度为0.4m/s。

对于平均流速V=1.221m/s在最大与最小范围内，故满足冲淤检验。

综上所述，边沟尺寸符合要求。

3.3 拦水带设计验算：
本次设计以沥青路面设计为例，单侧路面和路肩横向排水的宽度为13m,出水口的间距初拟为50m，以K34+810～K34+870段为设计段，纵坡坡度为2.01%,路拱横坡度为2%。

计算图见图3-2：
图3-2 拦水带设计示意图
3.3.1设计径流量计算
（1）设计重现期
按公路重要程度（高速公路），对路面和路肩表面排水取设计重现期为5年。

（2）汇水面积和径流系数
设出水口间距为50米，则两个出水口之间的汇水面积为
F=50×13×10-6=650×10-6km 2,对于沥青混凝土路面取径流系数C=0.95。

（3） 汇流历时 由克毕公式467.0s s
11)i L m (*445.1t =计算坡面汇流历时t 1，
由表查得地表粗度系数m 1=0.013,路面横坡为i s =2%,坡面流长度L S =13m,可计算得到坡面汇流历时0.467
1 1.445 1.570min t =⨯=
由沟底（即路线）纵坡i g =2.01%,则由齐哈近似公式估算：
6.020g
i v == 0.6200.00660.983/m s ⨯=,所以沟内汇流历时为： t 2=50/(60×0.983)=0.848min
由此，可得到汇流历时为t=t 1+t 2=2.418min
（4） 降雨强度
降雨强度公式为：5,10 1.0 1.25 2.25 2.8125p t q c c q m ==⨯⨯=,
由此得到设计径流量为：
F I C 67.16Q ⨯⨯⨯==16.67×0.95×2.8125×650×10-6=0.0290m 3/s
3.3.2 确定路缘带内的水深与水面宽度
硬路肩宽为3m,外侧边缘设沥青路缘带，近路缘带60cm 宽度范围内路肩横坡采用3%，由以上求得设计径流量Q=0.0290m 3/s 。

折线型底边的过水断面图见图3-3。

查表得，光滑沥青表面的粗糙系数为n=0.013。

对于浅三角形沟的水力计算采用修正的曼宁公式来计算泄水能力，由
Q C =21
381377.0i h n
i h ，带入Q=0.0290m 3/s ，i h =0.03,i=0.0066,来反算h a =0.0515m 。

则离路缘带60cm 处的水深h b =h a -B w i a =0.0515-0.6×0.03=0.0335m 。

水深为0.0166、横坡为0.05的过水断面的泄水量按修正的曼宁公式来计算。

21
3810066.00335.0013.003.0377.0⨯⨯⨯=Q =0.00916m 3/s
图3－3
路缘带内60cm 宽度范围内的泄水量为:
310.02900.009160.01984/a Q Q Q m s =-=-=
路缘带内60cm 宽度范围外的泄水量为:
21
380066.00335.0013.002.0377.0⨯⨯⨯=b Q =0.013m 3/s 。

总泄水量Q a +Q b =0.03284m 3/s ,接近于设计流量Q=0.0290m 3/s ，因而，拦水
带边沟水深为 5.15cm,沟内水面宽度到达离硬路肩边缘0.6+0.03/0.02=2.0m 。

3.3.3 确定拦水带尺寸：
水力计算主要关心边沟排泄设计流量时的水深和水面宽度，前者影响到路缘带或缘石的高度，后者用于检验沟内水面是否超过设计规定的限值（硬路肩内侧边缘）。

根据拦水带边沟水深为 5.15cm ，以及水面宽度为2m(硬路肩宽度为3m),选择拦水带的形式为沥青混凝土拦水带，拦水带堤高10cm,正面边坡1：0.5,背面边坡直立。

具体尺寸见中间带设计图。

本节设计的公式均来自于公路排水设计手册。