路基排水沟、边沟水力计算书

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q5,10＝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c60=0.5，3min降雨历时转换系数为c5=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×h 8/3×I 1/2/（i h ×n）＝0.377×0.058/3×0.0050.5/（0.02×0.013）=0.035 m 3/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

=⎪

⎭⎫

⎝

⎛⨯⨯0.0219.750.0130.467

1.445=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。

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

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=0.064×10.85=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。

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。