道路排水工程设计.ppt

第九章 道路排水工程设计,第九章 道路排水工程设计,第一节 概述 第二节 路基排水设计 第三节 路面排水设计,第一节 概述,一、道路排水的目的及要求影响路基路面的水可分为地面水和地下水两类，地面水对路基产生冲刷和渗透，冲刷可能导致路基整体稳定性受损害，形成水毁现象。地下水主要对路基产生影响，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。道路排水的任务，就是将路基范围内的土基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，延长和确保其正常使用寿命。,二、排水设计的一般原则,排水设计的一般原则,a、根据具体情况进行系统分析，遵循先主后次，先重点后辅 助，先地下后地面，先排水后防护原则 b、排水设施要因地制宜、全面规划、合理布局、综合治理、讲究时效、注意经济，并充分利用有利地形和自然水系 c、各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利相配合 d、设计前必须进行调查研究，查明水源与地质条件，重点路段 要进行排水系统的全面规划 e、防止附近山坡的水土流失，尽量不破坏天然水系，f、结合当地水文条件和道路等级等具体情况，注意就地取材，以防为主 g、尽量阻止水进入路面结构，并提供良好的排水措施,第二节 路基排水设计,一、地面排水设施常用的路基地面排水设施有边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽、蒸发池、排水泵站等，必要时还有渡水槽、倒虹吸及积水池等。,1、边沟 边沟设置在挖方路基的路肩外侧或矮路堤的坡脚外侧，上坡上路堤靠上坡一侧的坡脚应设置不透水的边沟。边沟不宜过长，横段面形式有：梯形、矩形、三角形及流线形，如图，各断面形式适用范围（见教材）表9-1,2、截水沟 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，或护坡道上，或山坡路堤上方的适当地点。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。下图是设置在路堑边坡上方的截水沟示意图。山坡填方路段可能遭到上方水流的冲刷而破坏，因此必须设置截水沟，以拦截山坡水流，保护路堤。如图：,横断面形式一般为梯形，沟的边坡坡度，因岩土条件而定，采用11.011.5，如图所示：位置尽量与绝大多数地面水流方向垂直沟底应具有0.5以上的纵坡，亦不宜超过3截水沟下游应有急流槽,3、排水沟 用于排除来自边沟、截水沟或其他水源的水流，并将其引至桥涵或路基范围以外的指定地点。横断面形式，一般采用梯形，尺寸大小应经水利水文计算确定位置根据需要并结合当地地形条件而定排水沟水流注入其它沟渠或水道时，应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，排水沟与其它水道衔接示意图如图：1、排水沟；2、其它沟渠；3、路基中心线；4、桥涵,路基排水沟渠的加固类型有多种，下图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按简明公路施工手册选定。a)石灰三合土抹平层；b）干砌片石（碎石垫平）；c）平铺草皮；d)浆砌片石（碎石垫平）；e）竖铺草皮，砌石底；f）砖砌水槽；,4、跌水与急流槽为人工排水沟渠的特殊形式，用于陡坡地段，沟底纵坡可达45，跌水的构造，有单级和多级之分，基本构造可分为进水口、消力池和出水口三个组成部分，如图：多级跌水如图，其底宽和每级长度依地形和需要而定,急流槽的构造亦由进口、主槽（槽身）和出口三部分组成，如下图所示。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，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。1、耳墙;2、消力池;3、混凝土槽底;4、钢筋混凝土槽底;5、横向沟渠;6、砌石护底,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部通过或上部架空跨越，前者为倒虹吸，后者为渡水槽当路线跨越沟渠，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，采用倒虹吸是一种可行的方案。倒虹吸布置如下图所示。1、路基;2、原沟渠;3、洞身;4、垫层;5、竖井;6、沉淀池,倒虹吸借助上下游水位差，采用势能迫使水流降落，经路基下部管道流向路基另一侧，再利用动能上升流入下游沟渠，倒虹吸管有箱形和圆形两种。以水泥混凝土和钢筋混凝土结构为主，倒虹吸两端设竖井，井底标高低于管道，起沉积泥沙和杂物的作用。渡水槽相当于渡水桥，如图所示，作用是在路基上空将两侧沟渠连接起来，以保证水流畅通,由进出水口、槽身和下部支承三部分组成,其中进出水口构造如图：6、蒸发池利用沿线的集中取土坑或专门设置蒸发池蒸发池与路基边沟（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，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。,二、地下排水设施,常用的地下排水设施有：暗（明）沟（管）、渗沟、渗水隧洞、渗井、仰斜式排水孔、检查疏通井等。特点：排水量不大，主要是以渗流的方式汇集水流就近排出。1、明沟针对路基及边坡土体中的上层滞水或埋藏很浅的潜水和地下承压水，分梯形断面和矩形槽式断面，如图所示，梯形断面明沟一般适用于地下水埋藏很浅的潜水和承压水，深度仅在12m之内；矩形槽式断面明沟一般用于处理地下水埋藏相应较深，或地质不良、水沟边坡容易发生滑塌的地方，其深度可达3m左右。,浆砌片石梯形断面明沟 浆砌片石矩形断面明沟,2、盲沟 盲沟又称暗沟是设在地面以下引排、集中水流的沟渠，无排渗水和汇水的作用。在水利特性上属于紊流。一侧边沟下面所设的盲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。路基两侧边沟下均设盲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，如图所示；一侧边沟下设盲沟 两侧边沟下设盲沟,下图设在路基挖方与填方交界处的横向盲沟，用以拦截和排除路堑下面层间水或小股泉水，保持填方路段不受水害。1、盲沟;2、边沟;3、路堑;4、路堤简易盲沟的排水能力较小，不宜过长，沟底具有12%的纵坡，出水口底面标高应高出沟外最高水位20cm，以防水流倒渗。暗沟通常在以下两种情况下设置：（1）路基遇有个别泉眼，泉水外涌，路线不能绕行（2）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弯道处的排水设施,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。有三种结构形式：盲沟式、洞式和管式a)盲沟式 b)洞式 c)管式,渗沟设洞或管，相当于沟底埋置可以渗水的涵洞。下图是洞式渗沟结构图，其洞宽b约20cm，高约2030cm；盖板用条石或混凝土预制板，板长约为2b,板厚P15cm，并预留渗水孔，以便将渗入沟内的水汇集于洞内排出。一般将洞身埋置于不透水层内，洞身埋在透水层中时，必要时在两侧和底部加设隔水层，以达到排水的目的；如果地基软弱，应铺设砂石基础；洞身应具有大于0.5%的纵坡，使集水通畅排出。1、浆砌块石;2、碎砾石;3、盖板;4、砂;5、双层反铺草皮6、基础,当排除地下水的流量更大，或排水距离较长，可考虑采用管式渗沟。管式渗沟的排水管可采用预制渗水管。设于边沟下的管式渗沟如图所示。,4、渗井汇集地面不深处含水层中的地下水，使其通过不渗水层渗入更深的含水层中，以降低浅层的地下水位或全部予以排出，疏干路基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走的地下水 路基内圆形渗井的结构与布置如图：,三、路基排水系统设计,1、路基排水的设计，必须分别情况，因地制宜。2、利用边沟、截水沟等排水设备分段截留，引入自然沟谷、荒地、取土坑或低洼处，排出路基范围之外。3、丘陵及山岭地区除边沟排水须注意挖方边坡上方水流下泄。4、地下水的处理，应与地面水的排除统一考虑，因地制宜5、排水系统综合设计，应合理选定各种排水设备的类型和位置，恰当确定排水功能。6、在路基排水设计中，农田用水宜自成系统。,注意问题,下图是路基综合排水系统示例,地下水的处理，应与地面水的排除统一考虑，因地制宜。设置必要的地下排水设备，充分利用地面排水沟渠，把危及路基的地下渗水、泉水予以排除。下图是路基排水综合设计的一个简例，利用渗沟将路基上方出现的泉水汇集经涵洞排至路基下方。,第三节 路面排水设计,一、路面表面排水目的：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。对于高速和一级公路通常选用拦水带和急流槽的排水方式，对于二级及二级以下的公路通常都采用横向漫流分散排水的方式。,（1）分散漫流式路表排水主要是依靠路面及路肩的横坡及时将降水排除路面。适用于路线纵坡平缓、汇水量不大，路堤较低、且边坡坡面不会受到冲刷的路段，主要用于等级较低的公路。通过在行车道和路肩上设置的横向坡度，使表面水流向路基边缘。路面横披大，有利于迅速排水，但不利于行车安全。路肩的横披值应较行车道横披值大12。（2）集中截流式路表排水避免路堤边坡坡面受排水冲刷，在硬路肩外测边缘设置拦水带或路肩排水沟，将路面水拦在硬路肩范围内，通过一定距离设置的泄水口和急流槽排入边沟。适用于路堤较高，边坡坡面未作防护且易遭受路面表面水流冲刷，或虽已采取防护措施但仍有可能受冲刷的地段，主要应用在等级较高的公路上。,路表排水设施主要有路拱及路肩横坡、拦水带、三角形或矩形集水槽、泄水口和急流槽等。（一）拦水带1、主要形式:一般由沥青混凝土、水泥混凝土或块石制作。a)沥青混凝土拦水带;b)水泥混凝土拦水带(1硬路肩边缘),2、设置原则及构造：对于高速公路和一级公路，过水断面内的水面只能覆盖路肩宽度，对于二级及二级以下公路，规定过水断面内的水面不能漫过毗邻车道的一半宽度 拦水带的顶面应略高于过水断面的设计水位高；拦水带的设计外露高度（即过水断面的水深），还取决于设计流量和路肩的横向坡度，可按设计流量计算确定；（二）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U形水泥混凝土预制件铺筑的路肩排水沟。采用汇集路面表面水集中排放的方式，或在土路肩上设置边沟的方式汇集表面水,1、路堤边沟 1-行车道；2-硬路肩；3-碟形混凝土边沟；4-基层；5-垫层,2、路堑边沟 1-硬路肩；2-三角形或皿形边沟3-沟底铺砌4-排水沟透水性回填料5-排水管6-标线7-沟底和坡面铺砌8-砂砾,路堑混凝土边沟1-硬路肩；2-无铺面路肩3-碟形混凝土边沟；4-基层；5-面层；6-基层7-底基层；8-边坡边沟可采用三角形、碟形、U形、梯形或矩形断面，按公路等级、所需排泄的设计流量、设置位置和土质或岩质选定。高速和一级公路，宜采用三角形或碟形边沟。,（三）泄水口1、主要形式：开口式、格栅式和组合式开口式对于道路交通的干扰和受漂浮垃圾堵塞的影响较少；格栅式泄水口适用于在路上车辆不靠近路缘石行驶，纵坡较大（3以上），以及漂浮垃圾较少的情况下；复合式泄水口适用于设计流量较大的情况下2、设置及构造：可设置成开口（喇叭口）式。长度不得小于50cm；间距设置一般为2050m；泄水口宜设在凹曲线的底部、道路交叉口、匝道口、与桥梁等构造物连接处、超高路段与一般路段的横坡转换处。（四）路肩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,二、路面内部排水与排水系统,路面内部排水必要性：长期积滞在路面结构内的自由水对路面产生各种有害影响，侵蚀各结构层材料和路基土，使其强度降低变形增加，从而使路面的承载力降低。设计通常从泄水能力、渗流时间和渗流路径、耐久性三方面来综合考虑。（一）路面结构内部排水的要求,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,路面结构内部排水的要求,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,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,（二）路面边缘排水系统路面边缘排水系统是沿路面外侧边缘设置的纵向集水沟和集水、出水管。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。（三）排水层系统设计定义：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。1、排水层组合形式：全宽式排水层和组合式排水基层,（1）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，见下图。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。,（2）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，其具体布置方式见下图。,2、排水层材料选择：排水层的透水性材料可选用三类混合料：不含或含少量细料的开级配碎石（或砾石）集料。沥青处治开级配碎石集料。水泥处治开级配碎石（或砾石）集料。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2050mm，但不得超过层厚得2/3。在多孔隙粒料中掺加少量水泥，也可以使排水层在施工时较易于压实平整，并提高其抗变形能力或强度。采用沥青处治透水性粒料可以改善粒料排水基层在施工时较难以压实平整，且抗变形能力较差的情况。,