路面排水计算

二广高速连州至怀集段K34+400～K35+800段路基路面综合设计第三章排水设计3.1气候与地质条件介绍本路段连州至怀集K34+400～K35+800段，路区属中纬度亚热带季风性湿润气候；夏季盛行东南风，冬季盛行西北风；全年日照时间长，雨水充沛，有“三月低温阴雨、六月江河暴满、十月寒风”的气候特征。多年平均气温19.4℃，最高气温39.8℃；每年雨季集中在3～9月，占全年降雨量的85%左右，多年平均降雨量1628.5～1785.4mm，年蒸量1419mm；风向具明显的季节变化，风速平均1.2～2m/s，较大风力相当于7级风力。位于海拔高程228.2～1002米之间的路线段在冬季不同程度存在冰、雪、雾等影响行车安全的不良气象因素。山区，特别是高寒山区，霜期长，冰冻及降雪现象年年都有，初霜期在十一月中旬，终霜期在次年二月中旬，霜期一般三个月左右，平原区霜期较短。连州市河流属北江支流之连江水系，市内主要河流有星子河、东陂河、三江河、九陂河，四条河汇合市内称连江，河流的共同特点是：流程短，水流湍急，坡降较大，水位涨落迅速，四季水位流量变化显著。水量受大气降雨影响较大，一般春夏季节降雨较多，河流水量充沛，遇暴雨常满溢两岸；秋冬旱季降雨量较少，河流水量锐减，河床多暴露。3.2边沟设计验算在K34+460至K34+640之间的挖方段为挖方最大汇水面积段，本次设计以沥青混凝土路面为例。路堑坡度为1：0.5,坡面流长度为14m，路基宽度26m,取单侧路面和路肩横向排水宽度为13m,路拱横坡为2%在纵断面方面，在纵断面方面，此处纵坡i=-2.03%，边坡坡脚和路肩边缘间设置矩形边沟。计算简图如图3-1。3.2.1计算汇水面积和径流系数：由图一计算汇水区域在路堑一侧（由平台沟到边坡平台）的面积A1=0.5×14×(48+180)=1596m2。由于坡面上采用植草防护，则由《公路排水设计规范》得坡面径流系数取C1=0.5。汇水区域在边沟平台上的面积A2=2×180=360m2,取坡面径流系数(浆砌片石护面)C2=0.4，汇水区域在路面一侧(公路路中线到边沟）的面积为A3=180×13=2340m2,由表查得沥青路面径流系数为C3=0.95。由此，总的汇水面积为F=1596+360+2340=4296m2，汇水区的径流系数为C=(1596×0.5+360×0.4+2340×0.95)/4296=0.74。二广高速连州至怀集段K34+400～K35+800段路基路面综合设计边沟平台一级边坡排水路面表面排水汇水区边缘路面中线边沟以沥青混凝土路面设计浆砌片石护面草皮图3-1边沟计算示意图3.2.2计算汇流历时：由克毕公式467.0ss11)iLm(*445.1t计算坡面汇流历时，其中：Ls为坡面流长度；is为坡面流坡度；m1地表粗糙系数；由表查得草皮防护路堑边坡的粗度系数m1=0.4，且路堑坡度为1：0.5,得路堑坡面汇流历时t1=0.4670.481.4452.11610.5min。由表查得边沟平台（浆砌片石护面）的粗度系数m1=0.02,横向坡度为2%，则0.46710.0221.4450.801min0.02t查表得沥青混凝土路面粗糙系数为m1=0.013，横坡2%，坡面流长度为13m，二广高速连州至怀集段K34+400～K35+800段路基路面综合设计所以历时时间为0.46710.013131.4451.570min0.02t。因此取坡面汇流历时t1=2.116min(取最大值)。设边沟底宽为0.6m，高0.6m，以浆砌片石砌筑，沟壁粗糙系数n=0.025。设计水深为0.4m。求得过水断面段面积为2mhbhA=0.40m2水力半径为R=A=(0.6×0.4+1×0.4)4.01126.0/()22=0.23按曼宁公式,得沟内平均流速为：s/m211.20066.023.00.02511V21322132inR，因此沟内汇流历时为22603.549min1.221LtV。=2.457由上可得汇流历时为122.1163.5495.665minttt。=4.6733.2.3计算降雨强度：按照规范表3.0.2，取设计降雨重现期为15年。查图3.0.7-1，广东省5年重现期和10min降雨历时的标准降雨强度为q5，10=2.0,由表3.0.7-1可知该地区15年重现期转换系数Cp=1.27.查图3.0.7-2得该地区60min降雨强度转换系数C60=0.40，由表3.0.7-2查得10min降雨量得转换系数Ct=1.00.由此，按照式(3.0.7)，15年重现期10min降雨历时得降雨强度为：I=1.27×1.0×2.0=2.54mm/min3.2.4计算设计径流量：可按降雨强度由推理公式确定：FIC67.16Q，式中Q---设计径流量；C---径流系数；F---汇水面积（Km2）;所以6316.670.741.9616200100.150/Qms。=16.67-0.74-2.54-4296-1063.2.5检验径流：二广高速连州至怀集段K34+400～K35+800段路基路面综合设计设定边沟的截面形式为矩形，宽0.6m，过水断面为宽0.6m，水深0.4m，断面积为0.24m2，则泄水能力Qc=0.24×1.221=0.293m3/s。因为设计径流量Q=0.150m3/s泄水能力Qc=0.293m3/s，所以假定的边沟尺寸符合要求。3.2.6冲淤检验：边沟的平均流速应使水流在设计流量条件下不产生冲刷和淤泥。为此，应保证设计流速在最大和最小允许流速范围内。对于浆砌片石边沟，最大允许速度为3.0m/s，由于水深不大于0.4m，则修正系数为0.85,故修正最大允许流速为2.55m/s,而最小允许速度为0.4m/s。对于平均流速V=1.221m/s在最大与最小范围内，故满足冲淤检验。综上所述，边沟尺寸符合要求。3.3拦水带设计验算：本次设计以沥青路面设计为例，单侧路面和路肩横向排水的宽度为13m,出水口的间距初拟为50m，以K34+810～K34+870段为设计段，纵坡坡度为2.01%,路拱横坡度为2%。计算图见图3-2：道路中线路肩边缘出水口图3-2拦水带设计示意图3.3.1设计径流量计算（1）设计重现期按公路重要程度（高速公路），对路面和路肩表面排水取设计重现期为5年。（2）汇水面积和径流系数设出水口间距为50米，则两个出水口之间的汇水面积为二广高速连州至怀集段K34+400～K35+800段路基路面综合设计F=50×13×10-6=650×10-6km2,对于沥青混凝土路面取径流系数C=0.95。（3）汇流历时由克毕公式467.0ss11)iLm(*445.1t计算坡面汇流历时t1，由表查得地表粗度系数m1=0.013,路面横坡为is=2%,坡面流长度LS=13m,可计算得到坡面汇流历时0.46710.013131.4451.570min0.02t由沟底（即路线）纵坡ig=2.01%,则由齐哈近似公式估算：6.020giv=0.6200.00660.983/ms,所以沟内汇流历时为：t2=50/(60×0.983)=0.848min由此，可得到汇流历时为t=t1+t2=2.418min（4）降雨强度降雨强度公式为：5,101.01.252.252.8125ptqccqm,由此得到设计径流量为：FIC67.16Q=16.67×0.95×2.8125×650×10-6=0.0290m3/s3.3.2确定路缘带内的水深与水面宽度硬路肩宽为3m,外侧边缘设沥青路缘带，近路缘带60cm宽度范围内路肩横坡采用3%，由以上求得设计径流量Q=0.0290m3/s。折线型底边的过水断面图见图3-3。查表得，光滑沥青表面的粗糙系数为n=0.013。对于浅三角形沟的水力计算采用修正的曼宁公式来计算泄水能力，由QC=21381377.0ihnih，带入Q=0.0290m3/s，ih=0.03,i=0.0066,来反算ha=0.0515m。则离路缘带60cm处的水深hb=ha-Bwia=0.0515-0.6×0.03=0.0335m。二广高速连州至怀集段K34+400～K35+800段路基路面综合设计水深为0.0166、横坡为0.05的过水断面的泄水量按修正的曼宁公式来计算。213810066.00335.0013.003.0377.0Q=0.00916m3/s图3－3路缘带内60cm宽度范围内的泄水量为:310.02900.009160.01984/aQQQms路缘带内60cm宽度范围外的泄水量为:21380066.00335.0013.002.0377.0bQ=0.013m3/s。总泄水量Qa+Qb=0.03284m3/s,接近于设计流量Q=0.0290m3/s，因而，拦水带边沟水深为5.15cm,沟内水面宽度到达离硬路肩边缘0.6+0.03/0.02=2.0m。3.3.3确定拦水带尺寸：水力计算主要关心边沟排泄设计流量时的水深和水面宽度，前者影响到路缘带或缘石的高度，后者用于检验沟内水面是否超过设计规定的限值（硬路肩内侧边缘）。根据拦水带边沟水深为5.15cm，以及水面宽度为2m(硬路肩宽度为3m),选择拦水带的形式为沥青混凝土拦水带，拦水带堤高10cm,正面边坡1：0.5,背面边坡直立。具体尺寸见中间带设计图。本节设计的公式均来自于公路排水设计手册。