第7章 路基路面排水设计(路基路面工程)

第7章路基路面排水设计路基路面工程2020/2/122本章主要介绍路基路面排水设计的目的、要求、原则，路基排水与路面排水及排水系统的综合设计等内容；本章是非重点，要求了解。7.1排水设计的目的、要求及原则7.2路基排水设备构造和布置7.3路面排水设计7.4排水系统的综合设计本章内容2020/2/123水是危害路基路面的主要自然因素。分析路基沉陷、冲刷、坍塌、翻浆，沥青路面松散、剥落、龟裂、水泥路面唧泥、错台、断裂等病害，都不同程度地与地表水和地下水的侵蚀有关。水的作用加剧了路基路面结构损坏，加快了路面使用性能的变坏，缩短了它们的使用寿命。路基路面排水设计是公路工程设计的重要组成部分，对保证公路的使用性能和使用寿命具有重要作用。7.1.1路基路面排水的目的与要求大气降水至地表后分成两部分：形成地表径流渗入地层（地下水）7.1排水设计的目的、要求及原则2020/2/124地面泾流将沿如下路径进入受水体：路面两侧路基基身、下侧沟渠、河道在此过程中，地面水浸湿和冲刷路基的各个组成部分，削弱其强度、抗变形能力和稳定性；而地下水则使地基或坡体的岩（土）层受到软化、潜蚀，管涌等破坏作用。7.1.1.1路基排水设计的目的目的：汇集路表范围内的地表水，迅速排出路界减少地表水对路基路面的危害、对行车安全的威胁拦截路界外可能流入的地表水。2020/2/125要求：1)拦截路基上方的地面水和地下水，迅速汇集基身内的地面水，把它们导引入顺畅的排水通道，并通过桥涵等将其宣泄到路基的下方。而在排引有困难时，也可将地面水拦蓄在坡顶。2)降落在路基基身范围内的水，则应将其迅速汇集，并引导和宣泄至路基下方，以免停滞在基身范围内浸湿基身而降低强度和稳定性。对于路基下方，应采取措施妥善处理。3)路基上方宣泄下来的水流或者路基下方水道内的水流，应防止它们冲刷路基坡脚，危及路基稳定性。7.1.1.2施工过程路基路面排水的要求校核全线范围排水系统的设计是否完备和妥善，必要时应予以补充或修改;重视排水工程的质量和使用效果;设置施工现场的临时性排水措施，保证路面和路基正常条件下进行施工作业;消除路面路基和土体内与水有关的隐患，保证公路工程质量，提高施工效率。2020/2/1267.1.1.3养护过程路基路面排水的要求定期检查与维修排水设施，保持排水设施正常使用，水流畅通根据实际情况不断改善路基路面排水条件。7.1.2路基排水设计的一般原则（1）排水设计要因地制宜、全面规划、因势利导，综合治理、讲究实效、注意经济（2）充分利用有利地形和自然水系一般情况下地面和地下设置的排水沟渠，宜短不宜长，以使水流不过于汇集，做到及时疏散，就近引流。（3）各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利相配合，必要时可适当增设涵管、加大孔径，以防农业用水影响路基稳定，并做到路基排水有利于农田排灌。路基边沟一般不应用作农田灌溉渠道，两者必需合并使用时，边沟的断面应加大，并予加固，以防水流危害路基。2020/2/127（4）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。考虑路基排水与桥涵布置相配合，地下排水与地面排水相配合，各种排水沟渠的平面布置与竖向布置相配合，综合治理分期修建。（5）对于排水困难和地质不良的地段，应与路基防护加固相配合，进行特殊设计。（6）防止水土流失，尽量不破坏天然水系，不轻易合并自然沟渠和改变水流性质。（7）重点路段的主要排水设施，以及土质松软地段和陡坡地段的排水沟渠，应注意必要的防护和加固。（8）路基排水要结合当地水文条件和道路等级等具体情况，就地取材，以防为主，既要稳固适用，又必须讲究经济效益。可以考虑先重点后一般，先地下后地面，实行分期修建和逐步完善步骤，但要注意不应遗留后患而导致短期内路基，路面的严重破坏，从而影响交通和造成经济等方面的损失。2020/2/1287.1.3路面排水设计的一般原则1)降落在路面上的雨水或融化的雪水，通过路面横坡向两侧排流，避免行车道路面范围内出现积水。2)在路线纵坡平缓，汇水量不大，路提较低且边坡坡面不会受到冲刷的情况下，采用在路堤边坡上横向慢流的方式排除路面表面水。3)在路堤较陡，边坡坡面未做防护而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，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)拦水带过水断面内的水面，高速公路及一级公路上不得漫过右侧车道外边缘，二级及二级以下公路上不得漫过右侧车道中心线。2020/2/1297.2.1地面排水设备常用地面排水设备：边沟、截水沟、排水沟、跌水、急流槽、拦水带、蒸发池。7.2.1.1边沟边沟，挖方路基路肩外侧及低填方路基坡脚外侧和路肩外缘均设置的纵向人工沟渠。功能：汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水，保证路基稳定。7.2路基排水设备构造和布置2020/2/1210作用和要求：1.边沟排水量不大，一般不需要进行水文水力计算，依沿线具体条件，直接选用标准横断面即可。边沟由于紧靠路基，通常不允许其它排水沟渠的水流进入，亦不能与其它人工沟渠合并使用。2.边沟不宜过长，应尽量使沟内水流就近排至路旁自然水沟或低洼地带，必要时增设涵洞，将边沟水引入路基另一侧排出。3.边沟的纵坡（出水口附近除外）一般与路线纵坡一致。平坡路段，边沟仍应保持0.3%～0.5%的最小纵坡。边沟出水口附近，以及排水困难路段，如回头曲线和路基超高较大的平曲线等处，边沟应进行特殊设计。4.边沟按公路等级、所需排泄的流量、设置位置和土质或岩质选用三角形、碟形、梯形或矩形横断面，如图7-1，高速公路及一级公路，宜采用三角形或蝶形边沟；二级及二级以下公路，可采用梯形横断面。2020/2/1211边沟形状示意图2020/2/1212截水沟布置示意图2020/2/12137.2.1.2截水沟截水沟（又称天沟）,设置在挖方路基边坡顶以外或山坡路堤的上方的适当位置，拦截路基上方流向路基的地面水的人工沟渠。功能：减轻边沟的水流负担，保护挖方边坡和填方坡脚不受水流冲刷和损害。上图为路堑段挖方边坡上方设置的截水沟示例之一，图中距离d，一般为5m，土质不良地段可取10.0m或更大。截水沟下方一侧，可堆置挖沟的土方，要求做成顶部向沟倾斜2%的土台。2020/2/1214功能和要求1)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，应设置截水沟，必要时可设置两道或多道截水沟。2)山坡填方路段可能遭上方水流作用时，必设截水沟拦截山坡水流保护路堤。截水沟与坡顶之间，间距不小于2.0m，并做成2%向沟内倾斜的横坡。3)截水沟应结合地形和地质条件沿等高线布置，将拦截的水顺畅地排向自然沟谷或水道。4)长度200m～500m为宜，超过500m时，可在中间适宜位置处增设泄水口，由急流槽或急流管分流排引。5)断面一般为梯形，边坡坡度为1:1.0～1:1.5，沟底宽度及沟深度均不宜小于0.5m。2020/2/12157.2.1.3排水沟排水沟，用于排除来自边沟、截水沟或其它水源的水流，并将其引至路基范围以外的指定地点。排水沟布置应结合地形条件，因势利导，离路基尽可能远。力求短捷平顺，直线为宜，必须转向时，尽可能采用大半径（10ｍ～20m以上）徐缓改变方向。排水沟距路基坡脚距离一般不小于3ｍ～4m，不超过300m，沟底纵坡以1%～3%。纵坡大于3%时，应采取加固措施，大于7%时，应改用跌水或急流槽。断面一般为矩形，也可采用其它形式。截面尺寸由水力、水文计算确定。2020/2/12167.2.1.4跌水与急流槽跌水与急流槽的沟底纵坡可达450，是山区公路路基排水常见的结构物。由于纵坡陡峭，水流湍急，冲刷严重，要求跌水与急流槽的结构稳固耐久，通常采用浆砌块石结构，并且有相应的防护加固措施。1)单级跌水适用于排水沟渠连接处，路基边沟水流通过涵洞排泄时，多采用单级跌水（相当于雨水井）。2)较长陡地段的沟渠，为减缓水流速度，并予以消能，可采用多级跌水。沟底纵坡1%～2%，断面尺寸由水文水力计算确定。急流槽是山区公路回头展线，勾通上下线路基排水沟出水口的一种常见排水设施。其纵坡比跌水的平均纵坡更陡，结构的坚固稳定性要求更高，急流槽主体部分纵坡依地形而定，一般可达1:1.5。急流槽纵坡陡于1:1.5时，宜采用管径至少20cm的金属管。2020/2/12177.2.1.5拦水带拦水带，是排除路面表面水（路基横断面为路堤）排水设施，设置在路肩外侧处。其主要作用是将路面表面水汇集在拦水带同路肩铺面（或者路肩和部分路面铺面）组成的浅三角形过水断面内，然后通过按一定间距设置的泄水口和急流槽集中排放到路基范围以外。高速、一级公路在路堤较高，纵坡较大且土质疏松时，在已采用护面防护的情况下，仍选择拦水带和急流槽的排水方式。1)拦水带顶面应略高于过水断面的设计水位高。设计外露高度（即过水断面的水深）取决于设计流量和路肩横坡。2)高速及一级公路路堤边缘设防撞护拦时，拦水带的高度一般不超过15cm；在不设防撞护拦时，拦水带的高度不应大于10cm，且迎车面的斜坡坡度不宜陡于1:2，以使车轮能滚过拦水带。2020/2/12183)为避免汇集在拦水带内的路表水横向流过相交的道路，在匝道、超高段路面、横坡变换处、流经相衔接结构物处均应设置泄水口。4)泄水口的间距取决于过水断面水面漫流宽度的要求和泄水口的泄水能力，根据流量确定。以保证降水时路面积水能迅速排除，泄水不进入车行道为原则。在凹形竖曲线的底部，须设置3个泄水口。7.2.1.5蒸发池蒸发池，气候干旱、排水困难地段，可利用沿线的集中取土坑或专门开挖的凹坑修筑蒸发池，以汇集路表水，并通过蒸发和渗漏使之消散。要求:1.蒸发池边缘距路基边沟的距离不应小于5m，面积较大的蒸发池不得小于20m。2.蒸发池与边沟或排水沟之间设排水沟相连，池中水位及容量以一个月内的地表水汇入池中的水量能及时完成渗透和蒸发为依据，低于排水沟沟底。每个蒸发池的容量不超过200m3～300m3，蓄水深度不超过1.5m～2.0m。2020/2/1219路基范围内露出地下水或地下水位较高，影响路基路面强度或边坡稳定时，应设置地下排水设施加以排除。常用的地下排水设备有暗沟（管）、渗沟、排水管等，地下排水设备的类型，设置地点及尺寸应根据工程地质和水文地质条件的要求而决定。地下排水设备埋置于地面以下，不易维修，投入使用后又难以查明其失效情况，因此地下排水设备应保证畅通、牢固、有效。7.2.2地下排水设备2020/2/1220暗沟（管）又称盲沟，可利用其透水性将地下水汇集到沟内，并沿沟排至指定地点，水力特性为紊流。路基底部范围有泉水外涌或要排除地下集中水流时，应设置暗沟或暗管将水引排至路堤坡脚外或路堑边沟内。暗沟纵坡不宜小于1%，出水口应高出地表排水沟常水位0.2m。寒冷地区的暗沟，应作防冻保温处理或将暗沟设在冻结深度以下。要求:1）一侧边沟下设置暗沟，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与稳定性。2）路基两侧边沟下均设暗沟，用以降低地下水位，防止毛细水上升到路基工作区范围内，形成水分积聚而造成冻胀和翻浆，或土基过湿而降低强度。3）设在路基挖方与填土交界处的横向暗沟，用以拦截和排除路堑下面层间水或小股泉水，使路堤填土不受水害。7.2.2.1暗沟（管）2020/2/1221为降低地下水位或拦截地下水，可在地面以下设置渗沟，水量较大时，渗沟底部可增设排水管（孔）。管式渗沟,拦截含水层地下水或降低地下水位；洞式渗沟，路基范围外拦截地下水；边坡渗沟，疏干潮湿土质路堑边坡坡体、引排边坡上方局部出露的上层滞水或泉水。渗沟的埋置深度：由地下水的高程（为保证路基或坡体稳定）、地下水位需下降的深度并根据含水层介质的渗透系数等因素考虑确定。含水层内的细粒有可能随渗流进入沟内而堵塞渗沟时，应在渗沟的迎水面沟壁处设置反滤织物。洞式渗沟底部，以片石浆砌成矩形排水槽，槽顶覆盖水泥条形盖板，形成排水洞，横断面尺寸，按设计渗流量的要求确