第三章 路基排水设计

L/O/G/O路基排水设计第一节路基排水的意义和要求一、路基排水的意义保持路基材料的强度稳定性，进而保持路基的稳定性二、路基排水设计的一般原则1.路基排水设计应防、排、疏结合，全面规划，做到正确合理2.路基排水沟渠的设置尽量与环境协调；3.路基排水困难地段，可采取降低地下水位、设置隔离层等措施；4.因地制宜，经济适用→边沟→截水沟→排水沟→跌水、急流槽→蒸发池→油水分离池→排水泵站路基地表排水设施第二节路基排水设施的构造与布置一、地表排水设施（一）边沟1.边沟的功能用于汇集和排除降落在路基范围内以及流向路基的少量地表水2.边沟的布置（1）横向位置边沟一般布置在路堑的路肩外侧或较低矮路堤坡脚外侧（2）边沟的纵坡边沟的纵坡宜与路线纵坡相一致，并不宜小于0.3％，困难情况下可以减至0.1%（3）边沟的长度单向排水长度每300—500米设出水口边沟的横断面形式示意图：a)、b)梯形；c)、d)流线形；e)三角形；f)矩形边沟bHa)bHb)R=0.3R=0.3R1=5.60.3~0.5c)R=0.3R=0.30.3~0.5d)He)1:nbHf)深度or宽度0.4-0.6m横断面梯形边沟优美的碟形边沟（二）截水沟（天沟）1.截水沟的功能用以拦截并排除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流水冲刷。2.截水沟的布置（1）横向位置截水沟一般布置在路堑边坡或陡坡路堤上侧，垂直于山坡水流方向或基本与等高线平行。视降雨量，可以不设或设计多道。填方截水沟截水沟挖方截水沟5m挖方坡顶的截水沟将截水沟的水引下来（2）截水沟的纵坡与长度截水沟的纵坡不宜小于0.3％，长度的考虑以汇水既不造成过大的冲刷，又不淤积为原则。3.截水沟的横断面一般为梯形，沟的边坡坡度，因岩土条件而定，一般采用1：1.0～1：1.5。沟底宽度b不小于0.5m，沟深h按设计流量而定，亦不应小于0.5m。土质石质（三）排水沟（引水沟）将路基范围内各种水源的水流（如边沟、截水沟、取土坑、边坡和路基附近积水），引排至桥涵或路基范围以外的指定地点。2.排水沟的布置（1）排水沟的布置可以根据需要并结合当地地形条件而定，距离路基坡脚不宜小于3～4m，平面上应力求美观大方，需要转弯时亦应尽量圆顺，做成弧形，其半径不宜小于10～20m，连续长度宜短，一般不超过500m。（2）排水沟应具有合适的纵坡，以保证水流畅通，不致流速太大而产生冲刷，亦不可流速太小而形成淤积，为此宜通过水文水力计算而择优选定。一般情况下，可取0.5～1.0%，不小于0.3％，亦不宜大于3％。1.排水沟的功能排水沟与水道衔接示意图1—排水沟；2—其它渠道；3—路基中心线；4—桥涵3.排水沟的横断面排水沟的横断面，一般采用梯形，尺寸大小应经过水力水文计算选定。（3）排水沟水流注入其他沟渠或水道时，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，交角不大于45，有条件可用半径R=10b（b为沟顶宽）的圆曲线朝下游与其它水道相接。4.排水沟的防护包括排水沟在内的土质沟渠在有可能受到冲刷和渗漏时必须进行防护和防渗处理纵坡（%）〈11～33～55～7〉7加固类型不加固1.土质好，不加固2.土质不好，简易加固简易加固或干砌式加固干砌式或浆砌式加固浆砌式加固或改用跌水加固类型与沟底纵坡关系型式名称铺砌厚度（cm）平铺草皮单层竖铺草皮迭铺简易式水泥砂浆抹平层2～3石灰三合土抹平层3～5粘土碎（砾）石加固层10～15石灰三合土碎（砾）石加固层10～15干砌片石15～25干砌式干砌片石砂浆匀缝15～25干砌片石砂浆抹平20～25浆砌片石20～25浆砌式混凝土预制块6～10砖砌水槽沟渠加固类型（四）跌水1.跌水的功能在陡坡或深沟地段设置的沟底为阶梯，水流呈瀑布式跌落的沟槽称作跌水，跌水的作用是在较短的距离内，降低水流流速，消减水流能量，进而防止冲刷（用于坡度大于10％，水头高差大于1.0m的陡坡地段）2.跌水的布置和运用边沟与涵洞单级跌水连接图1—边沟；2—路基；3—跌水井；4—涵洞多级跌水纵剖面图1—沟顶线；2—沟底线跌水（五）急流槽1.急流槽的功能在陡坡或深沟地段设置的坡度较陡、水流不离开槽底的沟槽称作急流槽。急流槽的作用是在较短的距离内以沟渠的方式引排水流、降低水头，进而防止冲刷（可用于比跌水更陡的坡度,可达600）急流槽平面图急流槽蒸发池蒸发池是在气候干燥地区的排水困难地段，于公路两侧每隔一定的距离，为汇集边沟流水，任其蒸发所设置的积水池。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。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。每个蒸发池的容水量不宜超过200～300m3，蓄水深度不应大于1.5～2.0m。油水分离池路基排水沟出口位于水质特别敏感区沉淀法格栅沉砂池排水泵站路基汇水无法自流排除时，可设置排水泵站。第三节地下排水设施路基地下排水设施包括暗沟(管)、渗沟、渗井、仰斜式排水孔、检查疏通井等。一、暗沟（管）暗沟（管）用于排除泉水或地下集中水流，无渗水和汇水的功能。暗沟横断面一般为矩形，泉井壁和沟底、沟壁用浆砌片石或水泥混凝土预制块砌筑，沟顶设置混凝土或石盖板，盖板顶面上的填土厚度不应小于0.50米。沟底的纵坡不宜小于1%,条件困难时亦不得小于0.5%,出水口处应加大纵坡,并应高出地表排水沟常水位0.2米以上。二、渗沟渗沟及渗井用于降低地下水位或拦截地下水。当地下水埋藏较浅或无固定含水层时，宜采用渗沟，如图5-20，图5-21所示。根据构造的不同，将渗沟分为填石渗沟、管式渗沟、洞式渗沟。填石渗沟，也称为盲沟，一般适用于地下水流量不大、渗沟不长的地段，填石渗沟较易淤塞。洞式及管式渗沟，一般适用于地下水流量较大、引水较长的地段，条件允许时，应优先采用管式渗沟。渗沟由排水层、反滤层、封闭层组成盲沟式、洞式、管式渗沟（1）渗沟的槽宽(人工开挖)视沟深而定，一般深度在2m时，宽度为0.6~0.8m深度在3~4m时，宽度不小于1m。沟内用作排水和渗水的砂石填料，应经过筛选和清洗。（2）封闭层是为了防止土粒落进填充石料的孔隙，以免造成渗沟堵塞而设置的，同时也能起到防止地面水渗入沟内的作用。（3）反滤层是为了汇集水流，并用以防止含水层中土粒堵塞排水层而设置的。反滤层应尽可能选用颗粒大小均匀的砂石材料，分层填埋，相邻两层颗粒直径之比不小于1:4，设计时填料的颗粒应为含水层土的最大粒径的8～10倍。竖直方向上的地下排水设备，穿过不透水层，将路基范围内的上层地下水，引入更深的含水层中去，以降低上层的地下水或全部予以排除。渗井一般施工不易，造价高，土基含水量较大，导致强度降低，设计时应分析比较。3.渗井的构造上部构造:渗水井面积的大小，取决于路基表面的流量，一般可采用直径为0.7m的圆井，或0.6mx0.66m~1.0mx1.0m的方井。渗水井的顶部四周(进口部分除外)用粘土筑堤围护。顶上也可加筑混凝土盖，严防渗井淤塞。上部构造为集水结构，下部为排水结构。下部构造:渗水井的下部，必须穿过不透水层而深达渗透层。井内填充材料用碎石或卵石，上部不透水土层内填充砂和砾石。透水性土层离地面较深时，可甩钻井机钻孔，但钻井的直径不应小于15cm，有时可达50一60cm。a)渗井构造b)渗水扩散曲线五、仰斜式排水孔仰斜式排水孔是排泄挖方路基边坡上地下水的有效措施，当坡面上有集中地下水时，采用仰斜式排水孔排泄，且成群布置，能取得较好的效果；仰斜式排水孔钻孔直径一般为75～150毫米，仰角不小于6°，长度应伸至地下水富集或潜在滑动面。孔内透水管直径一般为50～100毫米。透水管应外包l～2层渗水土工布，防止泥土将渗水孔堵塞，管体四周宜用透水土工布作为反滤层。1）路面表面排水设计2）中央分隔带排水设计3）路面内部排水系统设计4）路面边缘排水设计5）排水基层或面层排水设计◆1、设计内容第四节路面排水设施构造与布置•1）路面表面排水基本原则：–1）降落在路面上的雨水，应通过路面横向坡度向两侧排流，避免行车道路路面范围内出现积水。–2）在路线纵坡平缓、汇水量不大、路堤较低且边坡坡面不会受到冲刷的情况下，应采用在路堤边坡上横向漫坡的方式排除路面表面水。第四节路面排水设施构造与布置•1）路面表面排水基本原则：–3）在路堤较高，边坡坡面在未做防护而易遭受路面表面水流冲刷，或者坡面虽已采取防护措施但仍有可能受到冲刷时，应沿路肩外侧边缘设置拦水带，汇集路面表面水，然后通过泄水口和急流槽排离路堤。–4）设置拦水带汇集路面表面水时，拦水带过水断面内的水面，在高速公路及一级公路上不得漫过右侧车道外边缘，在二级及二级以下公路上不得漫过右侧车道中心线。第四节路面排水设施构造与布置•1）路面表面排水–拦水带可由沥青混凝土现场浇筑，或者由水泥混凝土预制块铺砌而成。–采用水泥混凝土预制块拦水带时，应避免预制块影响路面内部水的排泄。拦水带的顶面应略高于过水断面的设计水面高（水深），按设计流量公式（7-1）计算确定。21381377.0IhniQhc公式（7-1）第四节路面排水设施构造与布置•1）路面表面排水第四节路面排水设施构造与布置•2）一般路段中央分隔带第四节路面排水设施构造与布置•3）超高路段中央分隔带三个要求–（1）宽度小于3m且表面采用铺面封闭的中央分隔带排水，降落在分隔带上的表面水排向两侧行车道，其坡度与路面的横坡度相同；•在超高路段上，可在分隔带上侧边缘处设置缘石或泄水口，或者在分隔带内设置缝隙式圆形集水管或碟形混凝土浅沟和泄水口，以拦截和排泄上侧半幅路面的表面水。•缘石过水断面的泄水口可采用开口式，格栅式或组合式；碟形混凝土浅沟的泄水口采用格栅式。第四节路面排水设施构造与布置•3）超高路段中央分隔带–（2）宽度大于3m且表面未采用铺面封闭的中央分隔带排水，降落在分隔带上的表面水汇集在分隔带中央的低洼处，并通过纵坡排流到泄水口或横穿路界的桥涵水道中。–（3）表面无铺面且未采用表面排水措施的中央分隔带，降落在分隔带上的表面水下渗，由分隔带内的地下排水设施排除。第四节路面排水设施构造与布置•3）超高路段中央分隔带第四节路面排水设施构造与布置•3）超高路段中央分隔带第四节路面排水设施构造与布置•4）路面结构内部排水路面结构内部水的危害–（1）浸湿各结构层材料和路基土，易造成无粘结粒状材料和地基土的强度降低；–（2）使水泥混凝土路面产生唧泥，随之出现错台、开裂和整个路肩破坏；–（3）进入空隙的自由水在行车荷载的作用下，会形成高孔隙水压力和高流速的水流，引起路面基层的细颗粒产生唧泥，结果失去支承；第四节路面排水设施构造与布置•4）路面结构内部排水路面结构内部水的危害–（4）在冰冻深度大于路面厚度的地方，高地下水位会造成冻胀，并在冻融期间降低承载能力；–（5）水使冻胀土产生不均匀冻胀；–（6）与水经常接触将使沥青混合料剥落，影响沥青混凝土耐久性和产生龟裂。第四节路面排水设施构造与布置•4）路面结构内部排水设置条件–（1）年降水量为600mm以上的湿润和多雨地区，路基由透水性差的细粒土（渗透系数不大于10-5cm/s）组成的高速公路、一级公路或重要的二级公路。–（2）路基两侧有滞水，可能渗入路面结构内。–（3）严重冰冻地区，路基为由粉性土组成的潮湿、过湿路段。–（4）现有路面改建或改善工程，需排除积滞在路面结构内的水份。第四节路面排水设施构造与布置•4）路面结构内部排水设置要求–（1）路面内部排水系统中各项排水设施的泄水能力均应大于渗入路面结构内的水量，且下游排水设施的泄水能力应超过上游排水设施的泄水能力。–（2）渗入水在路面结构内的最大渗流时间，冰冻地区不应超过1小时，其它地区不应超过2小时（重交通）～4小时（轻交通）。渗入水在路面结构内的渗流路径长度不宜超过45m～60m。–（3）各项排水设施不应被渗流从路面结构、路基或路肩中带来的细料堵塞，以保证系统的排水能力不随时间推移而很快丧失。