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1、第八章 道路排水工程设计,第八章 道路排水工程设计,第一节 概述第二节 路基排水设施设计第三节 路基排水设施水文与水力计算第四节 路面结构排水设计,8.1 概述一、道路排水的目的及要求 道路的强度和稳定性与水的关系十分密切。路基路面的病害及形成病害的原因很多，但水的作用是主要因素之一，因此道路的设计、施工和养护，都必须重视排水工程的设计。影响路基路面的水可分为地表水和地下水两类，与此相适应的道路排水工程则分为，地表排水和地下排水。水对路面的危害可表现为：降低路面材料的强度和使用性能。水从水泥混凝土路面的接缝和路肩处渗入，使基层的强度和承载能力下降，甚至造成唧泥；沥青路面材料受水的长期浸泡，黏结
2、性降低，使路面材料变得很松散；在季节性冰冻地区，春融季节水会引起路面承载能力的普遍下降。,第八章 道路排水工程设计,地表水有两种来源，一是雨雪直接落至路面的大气降水；二是贯穿路基的沟、溪、河流水。地表水对路基产生冲刷和渗透，冲刷可能导致路基路面整体稳定性受损害，形成水毁现象。渗入路面结构层及路基土体的水分，使得结构体系内部潮湿并造成强度和刚度降低。地下水主要来源有三：一是滞水，滞留于上层相对不透水层上的地下水；二是潜水，在地面以下第一个隔水层以上的含水层的水，距地面较近，在重力作用下可沿土层流动；三是层间水，在地面以下任何两个隔水层之间含水层中的地下水，当水源高于地面时，可以通过岩层裂缝冒出地
3、面而成泉水。地下水主要对路基产生影响，其危害的程度因条件不同而异，轻者能使路基湿软，降低路基强度；重者会引起冻胀、翻浆或边坡滑坍，甚至整个路基沿倾斜基底滑动。,第八章 道路排水工程设计,道路排水的任务，就是将路基范围内的路床湿度降低到一定的范围内，保持路基路面常年处于干燥、中湿状态，确保结构的强度和稳定，以及避免积水，特别是路面积水，以延长和确保其正常使用寿命，避免公路结构受水的危害。路界地表排水的目的是把降落在路界范围内的地表水有效的汇集并迅速排除出路界，同时把路界外可能流入的地表水拦截在路界范围外，以减少地表水对路基和路面的危害以及对行车安全的不利。,第八章 道路排水工程设计,二、排水设计
4、的一般原则在进行公路排水设计时，应遵循如下原则：路基排水设计要结合当地气象、水文、地形、地质条件和道路等级、桥涵和隧道设置等具体情况，遵循总体规划、合理布局、防排疏结合、少占农田、保护环境及景观协调的原则，设置完善、畅通的防排水系统，并与当地农田排灌系统协调。公路路基排水设计应采取防、排、截、疏相结合的综合措施，并与路面排水，路基防护，地基处理，桥梁、涵洞、隧道等防排水系统以及特殊路基地区（段）的其它处治措施等相协调。路界地表水不宜流入桥面、隧道及其排水系统。,第八章 道路排水工程设计,为了减少水对路面的破坏作用，应尽量阻止水进入路面结构，并提供良好的排水措施，以便迅速排除路面结构内的水，亦可
5、建筑具有能承受荷载和雨水共同作用的路面结构。路基排水要注意防止附近山坡的水土流失，尽量不破坏天然水系，不轻易合并自然沟溪和改变水流性质，尽量选择有利地质条件布设人工沟渠，减少排水沟渠的防护与加固工程。对于重点路段的主要排水设施，以及土质松软和纵坡较陡地段的排水沟渠，应注意必要的防护与加固。沿河路基防护设计应根据河流水文特性、设计洪水位、流量及河道地形地质条件，合理布设排水设施，做好排水设施出口处理，并与河道导流设施和调治构造物相协调，防止水流冲刷路基边坡及河岸。,第八章 道路排水工程设计,低填、浅挖路基以及排水困难地段，可采取拦截有可能进入路界的地表水，排除路基内自由水，降低地下水位，设置隔离
6、层等措施，使路基处于干燥或中湿状态。施工场地的临时性排水设施，应尽可能与永久性排水设施相结合。各类排水设施的设计应满足使用功能要求，结构安全可靠，便于施工、检查和养护维修。排水设施所用材料的强度应不低于表8-1的要求。,第八章 道路排水工程设计,8.2 路基排水设施设计一、路基地表排水设施 常用的路基地表排水设施有：边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽、蒸发池、油水分离池、排水泵站等，必要时还有渡水槽、倒虹吸及积水池等。路基地表排水主要是排除路基范围内的地表径流、地表积水、边坡雨水及公路临近地带影响路基稳定的地表水。各种排水设施应结合地形和天然水系进行布设，分别设置在路基的不同部位，共同形成完整
7、的排水系统。各排水设施应做好进出口的位置选择和处理，防止产生堵塞、溢流、渗漏、淤积、冲刷和冻结。地表排水设施的断面尺寸应满足设计排水流量的要求，沟顶应高出沟内设计水面0.2m以上。位于水环境敏感地段的路基地表排水设计，应采取必要措施，保护水环境。,第八章 道路排水工程设计,1边沟边沟分为路堑边沟和路堤边沟，位于土路肩或护坡道外侧，用于汇集和排除路面、路肩及边坡范围内的地表水。边沟走向多与路中线平行，紧靠路基，通常不允许其他排水沟渠的水流引入，亦不能与其它人工沟渠合并使用。边沟不宜过长，尽量使边沟的水流就近排至路旁自然水系或低洼地带，必要时增设涵洞，将边沟水经涵洞引至路基另一侧排出。常用的边沟断
8、面形式有：梯形、矩形、三角形、浅碟形、带盖板矩形、暗埋式边沟等，如图8-1所示，各断面形式适用范围参见表8-2。,第八章 道路排水工程设计,边沟断面形式应根据降雨强度、汇水面积、边坡高度、排水功能、地形地质条件以及对路侧安全与环境景观的影响程度等，因地制宜，合理选用。边沟断面尺寸需根据地形、地貌、降雨强度、汇水面积、路基填挖情况等，经过水文、水力计算，并结合当地的经验确定。当路基边坡高度不大、汇水面积较小时，可采用三角形或浅碟型边沟。,第八章 道路排水工程设计,季节冻土地区，浅碟形边沟的暗埋管（沟）应设置在最大路基冻深线以下，暗埋管（沟）出水口应采取保温防冻措施。,第八章 道路排水工程设计,2
9、截水沟截水沟又称天沟，一般设置在挖方路基边坡坡顶以外，或深路堑高边坡分台碎落台上，或高填方分台碎落台（亦称护坡道）上，或山坡路堤上方的适当地点。截水沟走向与路中线基本平行，用以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水流冲刷。降水量较少或坡面坚硬和边坡高度较低以及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。,第八章 道路排水工程设计,截水沟应根据地形条件及汇水面积等进行设置。挖方路基的堑顶截水沟应设置在坡口510m以外，并宜结合地形进行布设，如
10、图8-2所示。填方路段斜坡上方的路堤截水沟距路堤坡脚的距离，应不小于2m，并做成2%的向沟倾斜的横坡，确保路堤不受水害，如图8-3所示。截水沟下方一侧，可堆置挖沟的弃方，要求做成顶部向沟倾斜2%的土台。,第八章 道路排水工程设计,截水沟的横断面形式及尺寸应结合设置位置、排水量、地形及边坡情况确定，一般采用梯形断面。 截水沟沟底应具有不小于0.3的纵坡，当条件允许时，纵坡应适当加大，亦不宜超过3，否则应进行加固和铺砌。 沟底和沟壁要求平整密实，不渗水，不滞水，当边坡较高，且地质不良时予以加固。 截水沟的位置，应尽量与绝大多数地面水流方向垂直，以提高其拦截能力及缩短沟长。 截水沟应保证水流通畅，排
11、至路界之外并就近引入自然河沟内排出，不宜引入路堑边沟，必要时配以急流槽或涵洞等构造物，将路堑或路堤坡面截水沟汇集的雨水导入天然水沟或排水沟；同时也应避免急流槽在坡面断开，以防止水流对截水沟下部边坡坡面的冲刷。,第八章 道路排水工程设计,3排水沟排水沟主要用于排除来自边沟、截水沟、取（弃）土场和路基附近低洼处汇集的水或其他水源的水流，并将其引至桥涵或路基范围以外的指定地点。当路线受到多段沟渠或水道影响时，为保证路基不受水害，可设置排水沟或改移河道，以调节水流，整治水道。排水沟的横断面形式，一般采用梯形，尺寸大小应经水力水文计算确定。用于边沟、截水沟及取土坑出水口的排水沟，由于流量较小，不需特别计
12、算，但深度与底宽不宜小于0.5m，土沟的边坡坡度为11.011.5，石质排水沟或加固排水沟，可采用矩形断面形式。,第八章 道路排水工程设计,排水沟水流注入其它沟渠或水道时衔接应顺畅，使原水道不产生冲刷或淤积。通常应使排水沟与原水道两者成锐角相交，即交角不大于45，有条件时可用半径R=10b(b为沟顶宽) 的圆曲线朝向下游与其它水道相接，如图8-4所示。,第八章 道路排水工程设计,路基排水沟渠的加固类型有多种，表8-3为土质沟渠各种加固类型。图8-5为沟渠加固横断面图，设计时可结合当地条件，根据沟渠土质、水流速度、沟底纵坡和使用要求等而定。,第八章 道路排水工程设计,第八章 道路排水工程设计,4
13、跌水与急流槽跌水与急流槽均为路基地面排水沟渠的特殊形式，用于纵坡大于10%，水头高差大于1.0m的陡坡地段或特殊陡坎地段。由于纵坡陡、水流速度快、冲刷力大，要求跌水与急流槽的结构物必须稳固耐久，通常应采用浆砌片石或水泥混凝土预制块砌筑，并具有相应的防护加固措施。跌水的构造，有单级和多级之分，沟底有等宽和变宽之别。单级跌水一般用于沟渠连接处，此处水位落差较大，需要消能或改变水流流向。多级跌水如图8-6所示，多级跌水底宽和每级长度，依地形与需要而定，可以相等，也可以做成变宽或长度与高度不等的形式。,第八章 道路排水工程设计,按照水力计算特点，跌水的基本构造可分为进水部分、消力池和出水部分三个组成部
14、分，如图8-7所示。各个组成部分的尺寸，由计算而定。跌水两端的土质沟渠，应注意加固，保持水流畅通，不致产生水流冲刷和淤积，以充分发挥跌水的排水效能。,第八章 道路排水工程设计,急流槽的构造亦由进口、主槽（槽身）和出口三部分组成，如图8-8所示。进出口与主槽连接处，因沟槽横断面尺寸不同，应设置过渡段，以便平顺衔接，出口部分设有消力池。急流槽的基础必须稳固，端部及槽身每隔25m，在槽底设耳墙埋入地面以下，以防止滑动。当槽身较长时，宜分段砌筑，每段长510m，预留伸缩缝，并用防水材料填塞。,第八章 道路排水工程设计,5倒虹吸与渡水槽当水流需要横跨路基，而又受设计标高限制时，可以采用管道或沟槽从路基底
15、部通过或上部架空跨越，前者为倒虹吸，后者为渡水槽。分别相当于涵洞和渡水桥。两者均属于路基地面排水的特殊结构物，常是配合农田水利、电站引水所需而采用的。当路线跨越沟渠，而沟渠水位与路基标高相差不多，既不变设明涵，又不能修建架空渡水槽时，采用竖井式倒虹吸是一种可行的方案。倒虹吸布置如图8-9所示。,第八章 道路排水工程设计,渡水槽相当于渡水桥，如图8-10所示。其作用是在路基上空将两侧沟渠连接起来，以保证水流畅通。当原水道与设计路基标高相差较大，路基两侧地形有利，且确有必要，可采用架设渡水槽或管道的方案，沟通路基两侧的水流。渡水槽的受力特点与桥梁相似，故其设计方法亦与桥梁相近。但由于其主要作用是输
16、水，所以除在结构上应具有足够的强度外，还必须考虑输水能力，进出水口的衔接，以及防止冲刷和渗漏等。此外，渡水槽的架设应满足道路对净空和美化的要求。渡水槽由进出水口、槽身和下部支承等几部分组成，其中进（出）水口段构造如图8-11所示。,第八章 道路排水工程设计,第八章 道路排水工程设计,6蒸发池和油水分离池气候干旱区且路域范围排水困难地段，可利用沿线的集中取土坑或专门设置蒸发池排除地表水。水环境敏感地段路基排水沟出口宜设置油水分离池，用于处理公路路面排出的污水，排泄的水质应满足现行污水综合排放标准的有关规定。蒸发池与路基边沟（或排水沟）间应设排水沟连接。蒸发池边缘与路基边沟距离不应小于5m，湿陷性
17、黄土地区不得小于湿陷半径。面积较大的蒸发池不得小于20m。池中水位应低于排水沟的沟底。蒸发池的容量应以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，并经水力、水文计算后确定。每个蒸发池的容水量不宜超过200300m3，蓄水深度不应大于1.52.0m。蒸发池的设置不应使附近地面形成盐渍化或沼泽化。,第八章 道路排水工程设计,7下挖式通道排水解决下挖式通道的排水问题是保证下穿公路使用功能与安全运营的关键措施之一。下挖式通道排水设计的主要技术问题是地面径流量的控制标准、排水系统与排水方式的选择。下挖式通道应设置独立、完善的排水系统，排除汇水区域的地表径流水和影响道路功能的地下水。排水
18、设施的布设应与周围其他排水设施相协调。地表排水径流量计算，设计重现期不宜小于5年。下挖式通道宜采用自流排水方式。当条件受限制时，可按表8-4确定排水方式。,第八章 道路排水工程设计,二、地下排水设施 路基及边坡土体中的上层滞水、潜水、承压水称为地下水。地下排水工程设计时，应进行工程地质和水文地质调查、勘探和测试，查明水文地质条件，获取有关水文地质参数。地下水影响路基稳定或强度时，应根据地下水类型、含水层埋藏深度、地层的渗透性等条件对环境的影响，采取拦截、汇集、疏干、引排、降低或隔离等措施，地下排水设施应与地表排水设施相协调。地下排水设施的特点是排水量不大，主要是以渗流的方式汇集水流，并就近排出
19、路基范围以外。对于流量较大的地下水，应设置专用地下管道予以排除。埋置于地下的排水设施，经常性的养护维修比较困难，故要求其牢固有效。,第八章 道路排水工程设计,公路上常用的地下排水设施（或地下排水结构物）有：排水垫层、隔离层、暗沟（管）、渗沟、渗井、渗水隧洞、仰斜式排水孔、检查疏通井等。当地下水埋藏浅或无固定含水层时，可采用隔离层、排水垫层、暗沟、渗沟等。当地下水埋藏较深或存在固定含水层时，可采用仰斜式排水孔、渗井、排水隧洞等。1排水垫层和隔离层当黏质土地段地下水埋深小于0.5m或粉质土地段地下水埋深小于1.0m时，细粒土填筑的低路堤底部应设置排水垫层和隔离层。排水垫层厚度不应小于0.3m，垫层
20、材料宜选用天然砂砾或中粗砂。采用复合防排水板作为隔离层时，可不设排水垫层。隔离层可选用土工膜、复合土工膜、复合防排水板等土工合成材料。,第八章 道路排水工程设计,2暗沟（管）暗沟（管）又称盲沟是设在地面以下用于排除泉水或集中的地下水流。当路基遇到泉眼，泉水外涌，路线不能绕行时，为将泉水引至填方坡脚以外或挖方边沟加以排出，可在泉眼与出水口之间开挖沟槽，修建暗沟或暗管。市区或穿过集、镇路段的街道污水管或雨水管，以及公路中央分隔带处的排水设施，也有采用暗沟或暗管排除集积水。图8-12为一侧边沟下面所设的暗沟，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和稳定性。图8-13是路
21、基两侧边沟下均设暗沟，用以降低地下水位，防止毛细水上升至路基工作区范围内，形成水分积聚而造成冻胀翻浆，或土基过湿而降低强度等。,第八章 道路排水工程设计,3渗沟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，这种设施统称为渗沟。渗沟具有疏干表层土体，增加坡面稳定性，截断及引排地下水，降低地下水位，防止地下细颗粒土被冲移的作用。在有地下水出露的挖方路基、斜坡路堤、路基填挖交界结合部以及地下水埋深小于0.5m的低路堤等路段，应设置排水渗沟。保证路基处于干燥或中湿状态。,第八章 道路排水工程设计,渗沟的位置与作用，同上述简易暗沟相仿，但尺寸更大，埋置更深。渗沟类型应根据地下水赋存条件
22、、渗流量、使用部位及排水距离等，按表8-5确定，渗沟横断面尺寸应通过水力计算按地下水渗流量计算确定。填石渗沟也称盲沟式渗沟，与上述简易暗沟相仿，但构造更完善，使用中较易淤塞，一般适用于地下水流量不大、渗沟不长的地段，如图8-14 a)所示。当地下水流量较大，引水较长的地段，要求埋置更深时，可在沟底设洞或管，前者称 为洞式渗沟，如图8-14 b)所示。后者称为管式渗沟，如图8-14 c)所示。,第八章 道路排水工程设计,条件允许时，应优先采用管式渗沟。洞式渗沟施工麻烦，质量不易保证。实际工程中多采用管式渗沟代替填石渗沟和洞式渗沟。,第八章 道路排水工程设计,图8-15是涵洞式渗沟结构示意图，其洞
23、宽b约20cm，高约2030cm。当排除地下水的流量更大，或排水距离长，可考虑采用管式渗沟。设于边沟下的管式渗沟如图8-16所示。,第八章 道路排水工程设计,用于疏干边坡坡体的边坡渗沟、支撑渗沟应垂直嵌入边坡坡体，根据边坡情况其结构形式可采用条带形结构；对于范围较大的潮湿坡体，应采用增设支沟的分岔形或拱形结构形式布设，间距宜为610m，如图8-17所示。,第八章 道路排水工程设计,4渗井渗井是一种立式（竖向）排水设施，可用于拦截、汇集、引排有多层固定含水层的深层地下水，以及排除下挖式通道的地表水。在多层含水的地基上，当影响路基的地下含水层较薄，且平式排水渗沟不宜布置时，可考虑设置立式渗水井，向
24、地下穿过不透水层，将上层地下水引入更深的含水层中，以降低上层的地下水位或全部予以排除疏干路基。因此，采用渗井排水措施前必须探明路基下层是否存在透水层，能否通过渗井汇集并排除地下水。图8-18为路基内圆形渗井的结构与布置示意图。渗井上部结构为集水结构，下部为排水结构。用于拦截和引排地下水的渗井，宜成井群布设，并与排水隧洞等排水设施配合使用。渗井排列方向宜垂直于渗流方向，其深度宜穿过含水层，断面尺寸与间距应通过渗流计算确定。,第八章 道路排水工程设计,渗井一般为直径为 1.01.5m的圆柱形；亦可是边长为1.01.5m的正方形。井深视地层构造情况而定，井内由中心向四周按层次，渗井内部应分别采用由粗
25、而细的洁净砂砾或碎石等填充，粗料渗水，细料过滤。井壁与填充料之间应设反滤层。,第八章 道路排水工程设计,5仰斜式排水孔仰斜式排水孔可用于引排边坡内的地下水，是采用小直径的排水管在边坡坡体内排除深层地下水的一种有效方法，一般用于排泄坡体内部有固定的含水层、坡面上有集中地下水出露的地下水，通常成群布置，疏干坡体内地下水的效果较好。仰斜式排水孔的直径一般为75150，仰角不小于6，长度应伸至地下水富集部位或潜在滑动面，并应根据边坡渗水情况成群分布。仰斜式排水孔内透水管直径一般为50100，进水口及透水管段应包裹12层渗水土工布，防止泥土将渗水孔堵塞。6排水隧洞排水隧洞适用于拦截和引排深层地下水，与渗
26、井或渗管群联合使用，以排除具有多层含水层的复杂地层中的地下水。,第八章 道路排水工程设计,排水隧洞埋设深度应根据主要含水层的埋藏深度确定，要埋入欲拦截和引排的主要含水层附近的稳定地层中。滑坡区的隧洞，其顶部需设置在滑动面或滑动带以下稳定地层中不小于0.5m。对滑动面以上的其他含水层，可采用在渗水隧洞顶上设置渗井或渗管等将水引入洞内。渗水隧洞以下为承压含水层时，应在洞底部设置渗水孔。排水隧洞的平面轴线应顺直，洞底纵坡要根据地下水埋藏深度及水力坡度、地层情况、出水口位置的高程等因素综合考虑决定，一般不应小于0.5%，不同坡段可采用折线坡或设台阶跌水等形式连接。排水隧洞的横断面尺寸应根据地下水涌水量
27、计算确定，横断面净空高度不宜小于1.8m，净宽不宜小于1.0m。,第八章 道路排水工程设计,三、路基排水系统设计 路基排水的设计，必须分别情况，因地制宜。有些路段（如回头弯、地质不良或高填深挖等处）尚应对路基排水系统进行整体规划、综合设计。照顾当地农田水利规划是路基排水综合设计的一项重要原则。为此，必须事先摸清路基附近的农田排灌现状及其规划意图，以便在防范路基水害的同时，不致损害农田水利。在综合设计中，对于地面水的排除可利用边沟、截水沟等排水设备，将流向路基的山坡水和路基表面水分段截留，引入自然沟谷、荒地、取土坑或低洼处，排出路基范围之外。自然沟谷及沟渠与涵洞等排水设备，既密切配合，又各自分工
28、，充分发挥其效用，使排水顺畅，避免对路基的冲刷，又不致形成淤积而危害路基。,第八章 道路排水工程设计,在丘陵及山岭地区除边沟排水外，还须注意挖方边坡上方水流下泄，影响路基边坡稳定造成边沟淤塞。这时就需根据流量大小来决定边坡上方是否设置截水沟，引导水流离开路基。有关路段综合排水系统示例如图8-19所示。,第八章 道路排水工程设计,8.3 路基排水设施水文与水力计算一、设计流量水文计算 路基排水设施几何尺寸（过水断面）设计，需考虑泄水量即排水设施的设计流量。设计流量应通过水文分析确定，可根据公路沿线汇水区域内的水文和气象资料，或是参考邻近既有排水构造物的相关资料，分析水文特性，确定路基排水设施在设
29、计降雨重现期的设计流量。1设计流量设计流量是路基排水设计的基本依据，其大小与汇水面积和一定频率下的径流厚度，以及汇水区域内的地形、地貌及地表植被等因素有关。设计流量的计算方法有多种，在有流量记录时，可按历年流量资料推算；在仅有雨量记录时，可由雨量资料依据雨量与径流的关系间接推算；在无记录地区，则可参照经验公式推算。,第八章 道路排水工程设计,在公路界内各类排水设施所需排泄的设计径流量，可按降雨强度由下列经验公式推算。2径流系数径流系数受降雨强度、降雨历时、地面（坡面）坡度、地表覆盖状况、土壤类型和湿度等多种因素的影响，可通过实地试验确定。也可按汇水区域内的地表种类参照表8-6确定。当汇水区域内
30、有多种类型的地表时，应分别为每种类型选取径流系数后，按相应的面积大小取加权平均值。,第八章 道路排水工程设计,3降雨强度设计降雨重现期为某一强度的降雨预期重复出现的平均周期。例如，10年重现期即为平均10年出现一次该强度的降雨。设计频率为重现期的倒数。公路排水设施应以适当降雨重现期或频率的流量作为设计流量。设计降雨重现期应根据公路等级、排水设施的重要性以及经济性和安全性等综合考虑选定。路基地表排水设施设计降雨的重现期，如表8-7所示。,第八章 道路排水工程设计,不同设计降雨重现期和降雨历时的降雨强度，可按照下述方法确定。公路沿线或附近区域有适当的降雨强度公式时，可选用相应的公式推算，我国一些城
31、市和地区的降雨强度计算公式，参见城市道路设计手册等相关资料。当地气象站有10年以上的自记雨量计资料时，可由雨量记录中选取历年最大的连续雨量，采用如下式（8-2）所示的降雨强度公式，推求降雨强度q与降雨历时t的关系。,第八章 道路排水工程设计,当地缺乏自记雨量计资料时，可利用标准降雨强度等值线图及重现期转换系数和降雨历时转换系数的方法，计算确定设计重现期和降雨历时内的降雨强度q，公式如(8-3)所示。,第八章 道路排水工程设计,4降雨历时降雨历时可按设计控制点的汇流历时确定。汇流历时t为由汇水区域内最远点（按水流时间计）流达排水设施处所需的时间，它由坡面汇流（或地面汇流）历时t1和沟渠（管）内由
32、入口到控制点的沟渠（管）汇流历时t2组成。坡面汇流（或地面汇流）历时t1，可参照下列经验公式计算确定。,第八章 道路排水工程设计,沟渠（管）汇流历时t2计算时，先在断面尺寸、坡度变化点或者有支沟（支管）汇入处分段，分别计算各段的汇流历时后再叠加而得，即：,第八章 道路排水工程设计,设计径流量的计算可参照图8-21所示的框图进行。,第八章 道路排水工程设计,二、通过流量水力计算 1水力计算各种断面形状的排水沟渠和不同材料的排水管，进行水力计算的目的是确定为排泄设计流量所需的沟渠（管）的断面形状和尺寸。与此同时，检验其流速是否会引起冲刷或造成淤堵。沟渠（管）的排水能力应大于设计流量。对于具有规则断
33、面形状的沟渠（管），沟管内的水流无回水影响，可假设为等流速，按如下公式计算流速和流量：,第八章 道路排水工程设计,2冲淤检验沟渠（管）内的平均流速应使水流在设计流量条件下不产生冲刷和淤积。为此，应保证设计流速控制在允许的最大和最小范围内。为了使沟渠不致产生泥砂淤积，设计时应保证沟渠内的水流具有一定流速。明沟的最小允许流速为0.4m/s，暗沟和管的最小允许流速为0.75m/s。,第八章 道路排水工程设计,沟渠的允许最小流速Vmin(m/s)，与水中所含泥砂粒径有关，一般可按如下经验公式计算：为了使沟渠不致产生冲刷，应限制设计流速。允许的最大流速Vmax(m/s)，如表8-10所示。,第八章 道路
34、排水工程设计,3常用沟渠断面的水力要素计算过水断面湿周x是指水流与沟底及两侧在断面上的接触长度，而水力半径则为水流断面面积w与湿周x之比。常用沟渠（管）断面的水力要素计算参见下表8-11。,第八章 道路排水工程设计,8.4 路面结构排水设计一、路面表面排水 路面表面排水的目的是通过排水设施将降落在公路用地范围内的表面水有效地汇集，并迅速排出路界外，同时将可能流入路界的地表水拦截在路界范围外（但不包括横穿路界的自然水道内的水流），以减少地表水对路基和路面的危害，以及对行车安全的威胁。1拦水带拦水带一般由沥青混凝土、水泥混凝土或块石制作。其中常用构造及断面尺寸见图8-22。沥青混凝土拦水带可用自动
35、化缘石机或带有缘石成型附件的沥青混合料摊铺机制作。沥青混凝土拦水带整体性好，线形流畅，外形美观，多被采用。,第八章 道路排水工程设计,水泥混凝土拦水带通常采用预制块，由人工铺砌而成。,第八章 道路排水工程设计,2路肩排水沟在硬路肩宽度较窄或爬车道占用了路肩过水断面，而路面的汇水宽度或汇水量都较大，拦水带的流水断面不足时，可在路肩上设置由浅碟形（U）形水泥混凝土预制件铺筑的路肩排水沟，沟底纵坡同路肩纵坡，并不小于0.3。路堤边沟：当路堤较高，边坡坡面易遭受路面表面水冲刷的情况下，也可沿硬路肩外测边缘设置三角形或碟形水泥混凝土边沟，以汇集路面表面水，见图8-23。,第八章 道路排水工程设计,路堑边
36、沟：在挖方路段，可沿硬路肩边缘或者在无铺面路肩内或边缘设置边沟，以汇集路面表面水和路堑边坡坡面水，如图8-24和图8-25所示。,第八章 道路排水工程设计,缘石边沟（街沟）：行车道外侧设有人行道时，可沿其边缘设置路缘石（侧石），由它和平石组成I形边沟（或称街沟），以汇集路面和人行道铺面的表面水。,第八章 道路排水工程设计,3泄水口路面表面排水中，由拦水带或缘石所构成的过水断面的泄水口，包括开口式、格栅式泄水口和组合式。格栅式泄水口也用作中央分隔带内排水沟或其他沟渠的泄水口。开口式泄水口的泄水能力低于格栅式，特别在道路纵坡大时，因而在设计流量相同的情况，开口式泄水口的结构断面尺寸要大于格栅式。4
37、路肩急流槽排除路肩积水用的急流槽，其纵坡应与所在的路基边坡坡度一致，槽身的横断面为槽形，多由水泥混凝土预制构件拼装、砌筑而成。进水口为喇叭式的簸箕形，出水口设置消能设施，下端与路基下边坡的排水沟相接要顺适，防止水流冲出排水沟。,第八章 道路排水工程设计,二、路面结构内部排水与排水系统 降落在路面上的水，除大部分沿路面表面的横向和纵向坡度流向路肩和路基外，还有相当一部分水可以通过裂缝、接缝、路面混合料的孔隙和无铺面的路肩渗入路面结构内部；通过高水位地下水、截断的含水层及当地的泉水进入路面结构。长期积滞在路面结构内的自由水会对路基路面产生各种有害影响。使粒料类材料和路基土的强度降低。使水泥混凝土路
38、面产生唧泥，随之产生错台、开裂和路肩破坏。由于高速行驶的车流所产生的高压水流，使沥青路面基层的细颗粒产生唧浆，导致路面产生车辙、开裂，最后失去支撑。沥青路面面层底与水经常接触，将使沥青混合料剥落，影响混凝土路面的耐久性。,第八章 道路排水工程设计,1路面结构内部排水要求各项排水设施应具有足够的泄水能力，以排除渗入路面结构内的自由水。自由水在路面结构内的渗流时间不能太长，渗流路径不能太长。排水设施应满足耐久性要求。渗入路面结构内的自由水可以通过水平（向两侧路肩）渗流方式和垂直（向下）渗流方逐渐排除，因此通常可采用两类排水设施：一类是在路肩结构内设置可使路面结构内的自由水横向排流出路基的设施，称为
39、路面边缘排水系统；另一类是在路面结构内设置由透水性材料组成的排水层，根据排水层设置位置的不同又分为排水基层和排水垫层两种排水系统。,第八章 道路排水工程设计,2路面边缘排水系统路面边缘排水系统就是沿路面外侧边缘设置的纵向集水沟和集水、出水管。渗入路面结构内的水分，先沿路面结构层的层间空隙或某一透水层次横向流入由透水性材料组成的纵向集水沟，并汇流入沟中的带孔集水管内，再由间隔一定距离的横向出水管排除路基之外。路面边缘排水系统可以将面层-基层-路肩界间滞留的自由水排离路面结构内，常用于基层透水性小的水泥混凝土路面，特别适用于改善排水状况不良的旧水泥混凝土路面，因为边缘排水系统可以在不扰动原路面结构
40、的情况下改善排水状况，从而改善原路面的使用性能和增加其使用寿命。-,第八章 道路排水工程设计,3排水层系统设计排水层排水系统是直接在路面内部设置透水性排水层，渗入路面结构中的水分，先通过竖向渗流进入透水层，然后横向渗流到路基边坡以外，或进入纵向集水沟和管，再由横向出 水管排引出路基。排水层系统有全宽式排水层和组合式排水基层等形式。全宽式排水层：排水层可修筑成全宽式，渗入层内的水分横向直接排流到路基边坡坡面以外，见图8-26。这种形式便于施工，但存在一个主要缺点，排水层再坡面出口处易于生长杂草或被其他杂物堵塞，使用几年后排泄渗入水便出现困难，造成路面结构出现破坏，因此，如果使用这种形式的排水基层
41、就必须克服上述缺点。,第八章 道路排水工程设计,组合式排水基层：这种方式的排水系统由排水层、纵向集水沟管和横向出水管等组成，是全宽式排水层与路面边缘排水系统的组合，在新建道路中常采用。集水沟、纵向排水管和出水管的尺寸和布设要求可按边缘排水系统设置，其具体布置方式见图8-27。,第八章 道路排水工程设计,4排水层材料选择排水层的透水性材料可选用三类混合料：透水性粒料类；多孔隙沥青稳定碎石类；多孔隙水泥稳定碎石类等。排水层由水泥或沥青稳定不含或含少量4.75mm以下粒径细集料的开级配碎石集料组成，或者由开级配碎石粒料组成。厚度按所需排水量和基层材料的渗透系数通过水利计算确定，通常在815cm范围内
42、选用，最小厚度不得小于6cm（沥青处治碎石）或8cm（水泥处治碎石）。排水基层的集料应选用洁净、坚硬而耐久的碎石，其压碎值不应大于30，最大粒径可为1953mm，但不得超过层厚得2/3。粒径4.75mm以下得细料含量不应大于10。集料级配应满足透水性要求，渗透系数不得小于300m/d。水泥稳定碎石集料的水泥用量不宜少于160kg/m3，其7d浸水抗压强度不得低于34MPa。沥青稳定碎石集料的沥青用量约为集料干重的2.54.5，集料的孔隙率约在1525范围内。,第八章 道路排水工程设计,三、水文分析和水力计算 路面结构内部排水设计时，进行水文分析和水力计算的目的是确定排水设施的设计（渗入）流量和
43、所需的结构尺寸，检验自由水在排水设施内的渗流时间和速度。1设计渗入量路表水渗入路面结构内部的数量，与降雨条件：降雨强度和降雨历时；路面状况：接缝或裂缝的缝隙宽度和堵塞情况、结构层的孔隙率或透水程度等有关，且变化很大。不同路面结构的设计渗入量，可按下列公式计算：,第八章 道路排水工程设计,2排水基层的排水能力排水基层排水系统的排水能力应大于表面水的设计渗入量。由于设计渗入量难以准确估计，透水材料渗透系数更难以准确测定和控制，并且在使用过程中易于堵塞，排水系统的排水能力要留有充足的余地，一般应采用2倍以上的安全系数。自由水在排水基层在的渗流量，可近似按达西（Darcy）公式计算确定：,第八章 道路排水工程设计,3排水层中的渗流时间渗入路面结构层内的自由水，在排水层中的渗流时间（或称滞留时间），与渗流路径长度和渗流速度有关，可按下式计算：,第八章 道路排水工程设计,4排水管和出水管的排水能力排水管和出水管中的排水量，可按曼宁公式计算确定。排水管和出水管中的排水能力应大于等于路表面水的设计渗入量，由此确定所需的管径大小。而表面水的渗入量随出水管间距的增大而增加。因此，所需管径大小与出水管间距布置应同步考虑，选择较长的出水管间距和较大的管径，或者选择较密的的出水管间距和较小的管径。,第八章 道路排水工程设计,
