道路排水设计ppt课件.ppt

1,道路排水设计,2,排水设计原则,设计目的设计标准和目标协调配合环境保护维修方便,3,道路排水的类型,路界表面排水横向穿越路界排水地下排水路面结构内部排水道路构造物排水,4,排水设计的内容和步骤,调查和采集数据排水设施布设水文分析水力计算结构设计冲刷防护,5,排水设计的内容和步骤,调查和采集数据排水设施布设水文分析水力计算结构设计冲刷防护,公路沿线汇水区的特性、地形、地貌、河川水系公路沿线汇水区的土质特性、土类型和性质公路沿线汇水区的地表覆盖情况，植物生态分布公路沿线汇水区的地下水类型和补给来源当地气象资料公路沿线汇水区水系的水位和流量，河道冲淤情况等,6,设计降雨重现期或设计频率,降雨重现期：某一强度的降雨预期重复出现的平均周期频率：重现期的倒数道路排水设施：以适当降雨重现期或频率的流量作为设计流量设计重现期的选择：综合考虑道路等级、设施的重要性以及经济性和安全性,7,设计降雨重现期或设计频率,8,路界表面排水,排水设施类型路面表面排水中央分隔带排水坡面排水相邻地带排水,9,路界表面排水,目的：把降落在路界范围内的表面水有效地汇集并迅速排除出路界；把路界外可能流入的地表水拦截在路界范围外减少地表水对路基和路面的危害以及对行车安全的威胁,10,路界表面排水,设计内容：按功能选择沟、管类型并合理布置，组成一个排水系统确定各项表面排水设施的汇水面积并计算其设计径流量选择出水口的位置、间距和构造计算满足排泄设计流量要求的沟、管断面形状和尺寸分析沟渠和出水口周围地面冲刷和侵蚀的可能性，采取有效防护措施,11,路面表面排水方案,横坡路堤坡面漫流路堤坡面集中排水路堤边沟路堑边沟缘石边沟（街沟）,12,横 坡,横坡设置：无中间带或采用分离式路基公路 未设超高路段：双向横坡 设超高路段：单向横坡设中间带公路：设单向横坡注：单向车道数超过3个的高速及一级公 路，每个行车方向设置双向横坡,13,横 坡,横坡大有利于迅速排水，不利于行车安全路肩：较行车道横坡值大12硬路肩边缘设拦水带：5路肩铺面的横向坡度：5或5以上六车道、八车道的高速公路宜采用较大的路面横坡,14,路堤坡面漫流,前提条件路线纵坡平缓汇水量不大路堤较低边坡坡面不会受到冲刷路面表面水以横向漫流形式向路堤坡面分散排放,15,路堤坡面集中排水,前提条件路堤较高边坡坡面未作防护而易遭受路面表面水流冲刷坡面虽已采用防护措施但仍有可能受到冲刷沿硬路肩外侧边缘设置拦水带，由拦水带和路肩铺面组成浅三角形边沟汇集路面表面水，且通过一定距离设置出水口,16,路堤边沟,前提条件路堤较高边坡坡面易遭受路面表面水流冲刷沿硬路肩外侧边缘设置三角形或碟形水泥混凝土边沟,17,路堑边沟,前提条件挖方路段沿硬路肩边缘或者在无铺面路肩内或边缘处设置边沟边沟断面类型：三角形、碟形、梯形或者矩形,18,缘石边沟,前提条件行车道外侧设有人行道沿其边缘设置路缘石（侧石），由它和平石组成L形边沟（或称街沟）,19,中央分隔带排水方案,不同排水方案选择因素：分隔带宽度、绿化要求、交通安全设施的形式、分隔带表面的处理方式等不同方案：宽度小于3m表面采用铺面封闭宽度大于3m采用表面微凹且无铺面封闭宽度大于3m采用表面凸起且无铺面封闭,20,坡面排水方案,自然坡面截水沟路堑边坡坡面边沟和排水沟路堤边坡坡面边沟和排水沟竖向排水沟,21,自然坡面截水沟,设置条件：路堑或路堤边坡上方自然坡面流入路界的地表水径流量大时汇流长度大的坡面上坡体稳定性较差或有可能形成滑坡的路段,22,桥面排水,必要性：桥面上的积水会使交通阻滞行车出现漂滑事故含氯化物的冰雪融水会促使桥面板混凝土内的钢精锈蚀，降低桥梁的使用寿命,23,桥面排水,桥面表面水首先靠桥面横坡和纵坡组成的合成坡排向车道两侧进水口一般设置在桥面行车道边缘处桥梁伸缩缝的上游方向约1.5m处应增设进水口，以减少流向伸缩缝的水量排水管和排水槽的架设位置应考虑与桥梁外观融为一体，一般设置在悬臂板外侧,24,排水设施设计,沟渠进水口集水井竖向排水沟（吊沟）,25,沟 渠,类型：边沟、截水沟、排水沟沟渠材料：土质、石质、水泥混凝土、沥青混合料等形状：L形、三角形、碟形、矩形、梯形、J形、圆形等,26,土质或石质沟渠,就地开挖的边沟、截水沟或排水沟土质：三角形、梯形、碟形石质：矩形、梯形边沟的纵坡坡度应尽可能与路线纵坡坡度保持一致边沟出水口间距设置,27,土质或石质沟渠,土质沟渠的沟壁加固防护措施草皮加固稳定土加固干砌片石加固浆砌片石加固,28,水泥混凝土沟渠,L形沟主要用作缘石边沟三角形沟用于路堤边沟或路堑边沟碟形沟用于设在中央分隔带内的边沟，或者用作路堑边沟U形沟主要用作排水沟，也可用作路堑边沟带缝隙的圆形沟主要用作中央分隔带边沟,29,沥青混合料边沟,由沥青混凝土拦水带和沥青铺面构成的路堤或路堑边沟按拦水带设在硬路肩外侧边缘的位置分为：高拦水带中拦水带低拦水带,30,进水口,形式：开口式、格栅式、组合式位置及间距：竖曲线的最低点及其前后约3m处或前后高差0.6m处弯道内侧及反向曲线的路面横坡方向转弯处交叉口的路面最低点下穿道路的入口处,31,集水井,尺寸：视进水口泄水量和排水管尺寸定长度和宽度的最小尺寸为40cm底部高程应至少低于排水管管底15cm,32,竖向排水沟,定义：设在路堑或路堤边坡坡面上，将集中的表面水从坡顶引排到坡脚的水沟称为竖向排水沟（或吊沟）。边坡坡度缓于1：1.5时：浆砌片石铺砌的矩形或梯形断面沟槽边坡坡度大于1：1.5时：采用U形钢筋混凝土预制件修筑,33,设计流量确定,定义：决定排水设施尺寸（过水断面）的泄水量推算方法：有流量记录时由历年流量资料推算仅有雨量记录时由雨量资料依据雨量与径流的关系间接推算无记录地区由经验公式推算,34,设计流量确定,按降雨量强度推理公式式中：Q设计径流量（ ） C径流系数 I 在设计重现期和降雨历时内的降雨强度 （mm/min） F汇水面积（ ）,35,水力计算,沟、管等速流水力计算式中：Qc沟或管的泄水能力 v沟或管内的平均流速 A过水断面面积 R水力半径 I 水力坡度 C流速系数,36,水力计算,浅三角形沟的水力计算式中：ih边沟或过水断面的横向坡度， ih =h/B h边沟或过水断面的水深 B边沟或过水断面的水面宽,37,水力计算,冲淤检验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管的最大允许流速为：金属管10m/s，非金属管5m/s明沟的最大允许流速，参照有关表格选用,38,水力计算,进水口的水力计算栅格式进水口 连续坡段上、竖曲线底部开口式进水口 连续坡段上、竖曲线底部进水口间距,39,水力计算,格栅式进水口式中：Lg格栅孔口的最小净长度（m） Vg格栅宽度范围内水流的平均流速（m/s） hi格栅上面的水深（m） tb格栅栅条的厚度（m）,40,水力计算,变速流水力计算单位能量临界水深收缩水深急流槽水力计算跌水水力计算,41,水力计算,变速流水力计算单位能量临界水深收缩水深急流槽水力计算跌水水力计算,式中：P由基准水平面到过水断面最低面的距离（m）h过水断面的水深（m）v过水断面的平均流速（m/s）a流速不均匀系数，常取1g重力加速度（9.81m/s2）,42,水力计算,变速流水力计算单位能量临界水深收缩水深急流槽水力计算跌水水力计算,水深h ，临界水深hhh缓流状态h=h临界状态,43,水力计算,变速流水力计算单位能量临界水深收缩水深急流槽水力计算跌水水力计算,式中：Eo以下游沟底为基准的跳坎前断面的单位能量（m） 流速系数，可根据跌水坎壁的高度确定Ac收缩水深处的断面面积（m2）,44,道路横向排水,涵洞形式、构造和布置设计流量确定水力计算,45,涵洞形式、构造和布置,结构形式圆管涵、盖板涵、拱涵、箱涵、倒虹吸涵洞组成由进水洞口、洞身、出水洞口组成洞口形式八字翼墙式、端墙式、锥形护坡式、直墙翼墙式、平头式、走廊式、流线式,46,涵洞形式、构造和布置,布置位置凹行竖曲线底部、天然河沟、排水沟槽、农田灌溉渠、低洼地等处布置要求依照上、下游水流线型涵洞方向应尽量与水流方向一致尽可能与路线正交，也可采用斜交布置进、出水口沟床处理,47,设计流量确定,不同设计频率时的设计流量推算方法形态调查法推理法 采用设计暴雨频率与形成洪峰流量的频率相等的同频率概念，间接推求设计洪峰流量径流形成法 依据影响径流产生和汇流的因素推算设计流量,48,水 力 计 算,水力性质计算内容基本计算式,49,水 力 性 质,分类：无压力式进水口水深低于该处涵洞净高，水流 流经涵洞的全部长度上都保持自由水面； 按底坡、涵长、下游天然水深不同分为： 无压自由式、无压淹没式半压力式涵洞进水口被水淹没，呈有压状态， 但涵洞内仍为自由水面，呈无压状态；有压力式涵洞进水口被水淹没，且水流充满全 涵，无自由水面，涵洞出口一般被下游没 淹没。,50,计 算 内 容,计算涵洞所需的孔径验算壅水深度验算涵内最大流速涵底纵坡大时，验算涵洞出口水流的流速,51,基 本 计 算 式,水流状态判别式须计算涵内临界水深hc，临界坡度i0涵内正常水深h0，下游天然水深ht无压自由流基本计算式式中：hd涵洞进水口处的净高（m），无升高管节 时即为涵洞净高； 涵洞进水口处水面以上的最小净空高度 （m）要求,52,地下排水设计,地下水的性状地下水调查和测试地下排水设施地下排水沟流量计算,53,地下水的性状,岩土空隙性孔隙、裂隙、溶隙、混合岩土中水的存在形式气态水、吸着水、薄膜水（弱结合水）、毛细管水、重力水、固态水地下水的类型包气带水、潜水、承压水泉水的类型下降泉、上升泉地下水渗流运动层流、紊流、混合流,54,地下水调查和测试,地下水调查地下水流向和实际流速的测定渗透系数的测定,55,地下水流向、实际流速的测定,流向测定：三点法测定，三个钻孔间的距离一般取为50150cm实际流速测定：指示剂式中：vs地下水实际流速（m/h） l 投剂孔与观测孔之间的距离（m） t 自指示剂投放入投剂孔起到观测孔内指示 剂浓度出现峰值所需的时间（h）式中：ne含水层的有效孔隙率（）,56,渗透系数的测定,抽水试验确定渗透系数 在含水层内钻数个孔，一个主孔其他为观测孔，通过主孔内抽水量测主孔涌水量与各孔水位变化的关系，计算确定含水层介质的渗透系数。渗水试验确定渗透系数适用于包气带非饱和岩土层采用方法：试坑法、单环法、双环法（测定精度最高）,57,地下排水设施,设置场合：地下水危及路基稳定或者严重影响路基强度的情况下地下排水沟类型：管式、洞式组成：透水管、排水洞、沟槽、反滤层、反滤织物、织物的性能要求：渗透能力高于邻近粒料或土的渗流能力阻挡细粒通过具有一定的强度其他地下排水设施：边坡渗沟、水平排水管,58,地下排水沟流量计算,采用渗流定律不同渗流量计算公式的差异：不透水层的坡度和排水沟不透水层，横向坡度25时式中：q单位长度排水沟的排水量 ih不透水层横向坡度 K渗透系数 Hg排水管埋设位置处的地下水位降低量,59,地下排水沟流量计算,不透水层，横向坡度25时式中：q每延米排水沟由一侧沟壁渗入的流量 Hc含水层内地下水位的高度 K含水层材料的渗透系数 hg排水沟内的水流深度 rs地下水位受渗沟影响而降落的水平距离,60,地下排水沟流量计算,不透水层很深的情况式中：rg两相邻排水沟间距的一半（m） Hg排水沟位置处地下水位下降幅度（m）,61,路面内部排水,设置场合内部排水系统组成和布置方案边缘排水系统排水层排水系统排水材料水文分析和水力计算,62,设 置 场 合,年降水量600mm以上的湿润和多雨地区，路基由透水性差的细粒土组成的高速公路、一级公路或重要的二级公路路基两侧有滞水，可能渗入路面结构内严重冰冻地区，路基为由粉性土组成的潮湿、过湿路段,63,排 水 材 料,透水性粒料透水性、渗透系数多孔隙沥青稳定碎石应满足的性质要求：必须具有足够的透水能力；应具有一定的承载能力具有足够的水稳定性（耐久性）多孔隙水泥稳定碎石必须具有足够的透水能力；应具有一定的承载能力复合土工排水板：塑料排水芯板、土工织物,64,水文分析、水力计算,目的：确定排水设施的设计流量和所需的结构尺寸检验自由水在设施内的渗流时间和速度原则和要求：设施的排水能力足，且有较大的安全度系统中各项设施的排水能力从上游到下游逐项增加自由水在路面结构内的渗流时间不能太久、渗流路径不能太长各项排水设施采取反滤措施以防止细粒随渗流进入而堵塞失效,65,3、排水设置 2/11,加盖板矩型边沟安全美观大方,66,3、排水设置 3/11,加盖板矩型边沟既安全又美观,67,3、排水设置 4/11,未加盖板的巨大石砌边沟不安全、不经济、不美观,68,3、排水设置 5/11,未加盖板的边沟安全性差,69,3、排水设置 7/11,浅碟式边沟安全、流畅，适应于低填、浅挖,70,3、排水设置 6/11,浅碟式边沟安全、流畅，适应于低填、浅挖,71,3、排水设置 8/11,植草边沟,72,3、排水设置 9/11,边沟尺寸应因需而设,73,3、排水设置 10/11,若改浅碟植草边沟、取消护坡，效果会大有改进,74,3、排水设置 11/11,用心设计不足的代表作,