路基排水沟边沟水力计算书定稿版
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路基排水沟边沟水力计
算书
HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
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:
×n)=0.377×0.058/3×I0.5/(0.02×0.013)Qc=0.377×h8/3×I1/2/(i
h
注:水力坡度I取路线纵坡;水深h=250×0.02=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=l×19.75×10-6km2
取径流系数Ψ=0.95。
3) 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
5,10=2.8mm/min,5年设计重现期时的重现期转换系数为c
p
=1.0,60min
降雨强度转换系数为c
60=0.5,3min降雨历时转换系数为c
5
=1.40。于是,暴雨强度为
q=1.0×1.40×2.8=3.92mm/min
5)设计径流量
根据《公路排水设计规范》JTJ018-97,设计径流量为
Q=16.67ΨqF=16.67×0.95×3.92×l×19.75×10-6m3/s
6)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=0.377×h8/3×I1/2/(i
h
×n)=0.377×0.058/3×0.0050.5/(0.02×0.013)=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>Q
0.035>16.67×0.95×3.92×l×19.75×10-6
那么,当路线纵坡为5‰时,拦水路缘石最长排水距离l(出水口最大间距)为
l=0.035/(16.67×0.95×3.92×19.75×10-6)=28.55m
7)检验汇流历时假设
由表查得地表粗度系数为m
1=0.013,路面横坡为i
s
=0.02,坡面流长度为Ls=19.75m,
可计算得到坡面汇流历时
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=s s t i L m 1445.1467
.01=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯0.0219.750.0130.4671.445=1.909min
按式v=20i g 0.6得v =20×0.0050.6=0.83m/s ,
再按式t 2= l i /(60×v)=28.55/(60×0.83)=0.57min
由此,可得到汇流历时为
t= t 1+ t 2=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
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60m。
2.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i
g =1:1.5)i
g
=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ρ为
0.72m,水力半径,
R=bh/(b+2h)=0.089
v=n-1R2/3I1/2= 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
t
3
=l/(60×v)=10.5/(60×10.85)=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=16.67ΨqF=16.67×0.85×3.92×l×19.75×10-6m3/s