道路排水工程设计

第八章道路排水工程设计第八章道路排水工程设计第一节概述第二节路基排水设施设计第三节路基排水设施水文与水力计算第四节路面结构排水设计§8.1概述一、道路排水的目的及要求道路的强度和稳定性与水的关系十分密切。路基路面的病害及形成病害的原因很多，但水的作用是主要因素之一，因此道路的设计、施工和养护，都必须重视排水工程的设计。影响路基路面的水可分为地表水和地下水两类，与此相适应的道路排水工程则分为，地表排水和地下排水。水对路面的危害可表现为：降低路面材料的强度和使用性能。水从水泥混凝土路面的接缝和路肩处渗入，使基层的强度和承载能力下降，甚至造成唧泥；沥青路面材料受水的长期浸泡，黏结性降低，使路面材料变得很松散；在季节性冰冻地区，春融季节水会引起路面承载能力的普遍下降。第八章道路排水工程设计地表水有两种来源，一是雨雪直接落至路面的大气降水；二是贯穿路基的沟、溪、河流水。地表水对路基产生冲刷和渗透，冲刷可能导致路基路面整体稳定性受损害，形成水毁现象。渗入路面结构层及路基土体的水分，使得结构体系内部潮湿并造成强度和刚度降低。地下水主要来源有三：一是滞水，滞留于上层相对不透水层上的地下水；二是潜水，在地面以下第一个隔水层以上的含水层的水，距地面较近，在重力作用下可沿土层流动；三是层间水，在地面以下任何两个隔水层之间含水层中的地下水，当水源高于地面时，可以通过岩层裂缝冒出地面而成泉水。地下水主要对路基产生影响，其危害的程度因条件不同而异，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，甚至整个路基沿倾斜基底滑动。第八章道路排水工程设计道路排水的任务，就是将路基范围内的路床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，特别是路面积水，以延长和确保其正常使用寿命，避免公路结构受水的危害。路界地表排水的目的是把降落在路界范围内的地表水有效的汇集并迅速排除出路界，同时把路界外可能流入的地表水拦截在路界范围外，以减少地表水对路基和路面的危害以及对行车安全的不利。第八章道路排水工程设计二、排水设计的一般原则在进行公路排水设计时，应遵循如下原则：路基排水设计要结合当地气象、水文、地形、地质条件和道路等级、桥涵和隧道设置等具体情况，遵循总体规划、合理布局、防排疏结合、少占农田、保护环境及景观协调的原则，设置完善、畅通的防排水系统，并与当地农田排灌系统协调。公路路基排水设计应采取防、排、截、疏相结合的综合措施，并与路面排水，路基防护，地基处理，桥梁、涵洞、隧道等防排水系统以及特殊路基地区（段）的其它处治措施等相协调。路界地表水不宜流入桥面、隧道及其排水系统。第八章道路排水工程设计为了减少水对路面的破坏作用，应尽量阻止水进入路面结构，并提供良好的排水措施，以便迅速排除路面结构内的水，亦可建筑具有能承受荷载和雨水共同作用的路面结构。路基排水要注意防止附近山坡的水土流失，尽量不破坏天然水系，不轻易合并自然沟溪和改变水流性质，尽量选择有利地质条件布设人工沟渠，减少排水沟渠的防护与加固工程。对于重点路段的主要排水设施，以及土质松软和纵坡较陡地段的排水沟渠，应注意必要的防护与加固。沿河路基防护设计应根据河流水文特性、设计洪水位、流量及河道地形地质条件，合理布设排水设施，做好排水设施出口处理，并与河道导流设施和调治构造物相协调，防止水流冲刷路基边坡及河岸。第八章道路排水工程设计低填、浅挖路基以及排水困难地段，可采取拦截有可能进入路界的地表水，排除路基内自由水，降低地下水位，设置隔离层等措施，使路基处于干燥或中湿状态。施工场地的临时性排水设施，应尽可能与永久性排水设施相结合。各类排水设施的设计应满足使用功能要求，结构安全可靠，便于施工、检查和养护维修。排水设施所用材料的强度应不低于表8-1的要求。第八章道路排水工程设计§8.2路基排水设施设计一、路基地表排水设施常用的路基地表排水设施有：边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽、蒸发池、油水分离池、排水泵站等，必要时还有渡水槽、倒虹吸及积水池等。路基地表排水主要是排除路基范围内的地表径流、地表积水、边坡雨水及公路临近地带影响路基稳定的地表水。各种排水设施应结合地形和天然水系进行布设，分别设置在路基的不同部位，共同形成完整的排水系统。各排水设施应做好进出口的位置选择和处理，防止产生堵塞、溢流、渗漏、淤积、冲刷和冻结。地表排水设施的断面尺寸应满足设计排水流量的要求，沟顶应高出沟内设计水面0.2m以上。位于水环境敏感地段的路基地表排水设计，应采取必要措施，保护水环境。第八章道路排水工程设计1．边沟边沟分为路堑边沟和路堤边沟，位于土路肩或护坡道外侧，用于汇集和排除路面、路肩及边坡范围内的地表水。边沟走向多与路中线平行，紧靠路基，通常不允许其他排水沟渠的水流引入，亦不能与其它人工沟渠合并使用。边沟不宜过长，尽量使边沟的水流就近排至路旁自然水系或低洼地带，必要时增设涵洞，将边沟水经涵洞引至路基另一侧排出。常用的边沟断面形式有：梯形、矩形、三角形、浅碟形、带盖板矩形、暗埋式边沟等，如图8-1所示，各断面形式适用范围参见表8-2。第八章道路排水工程设计边沟断面形式应根据降雨强度、汇水面积、边坡高度、排水功能、地形地质条件以及对路侧安全与环境景观的影响程度等，因地制宜，合理选用。边沟断面尺寸需根据地形、地貌、降雨强度、汇水面积、路基填挖情况等，经过水文、水力计算，并结合当地的经验确定。当路基边坡高度不大、汇水面积较小时，可采用三角形或浅碟型边沟。第八章道路排水工程设计季节冻土地区，浅碟形边沟的暗埋管（沟）应设置在最大路基冻深线以下，暗埋管（沟）出水口应采取保温防冻措施。第八章道路排水工程设计2．截水沟截水沟又称天沟，一般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，或高填方分台碎落台（亦称护坡道）上，或山坡路堤上方的适当地点。截水沟走向与路中线基本平行，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。降水量较少或坡面坚硬和边坡高度较低以及冲刷影响不大的地段，可以不设截水沟；反之，如果降水量较多，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，必要时可设置两道或多道截水沟。第八章道路排水工程设计截水沟应根据地形条件及汇水面积等进行设置。挖方路基的堑顶截水沟应设置在坡口5~10m以外，并宜结合地形进行布设，如图8-2所示。填方路段斜坡上方的路堤截水沟距路堤坡脚的距离，应不小于2m，并做成2%的向沟倾斜的横坡，确保路堤不受水害，如图8-3所示。截水沟下方一侧，可堆置挖沟的弃方，要求做成顶部向沟倾斜2%的土台。第八章道路排水工程设计截水沟的横断面形式及尺寸应结合设置位置、排水量、地形及边坡情况确定，一般采用梯形断面。截水沟沟底应具有不小于0.3％的纵坡，当条件允许时，纵坡应适当加大，亦不宜超过3％，否则应进行加固和铺砌。沟底和沟壁要求平整密实，不渗水，不滞水，当边坡较高，且地质不良时予以加固。截水沟的位置，应尽量与绝大多数地面水流方向垂直，以提高其拦截能力及缩短沟长。截水沟应保证水流通畅，排至路界之外并就近引入自然河沟内排出，不宜引入路堑边沟，必要时配以急流槽或涵洞等构造物，将路堑或路堤坡面截水沟汇集的雨水导入天然水沟或排水沟；同时也应避免急流槽在坡面断开，以防止水流对截水沟下部边坡坡面的冲刷。第八章道路排水工程设计3．排水沟排水沟主要用于排除来自边沟、截水沟、取（弃）土场和路基附近低洼处汇集的水或其他水源的水流，并将其引至桥涵或路基范围以外的指定地点。当路线受到多段沟渠或水道影响时，为保证路基不受水害，可设置排水沟或改移河道，以调节水流，整治水道。排水沟的横断面形式，一般采用梯形，尺寸大小应经水力水文计算确定。用于边沟、截水沟及取土坑出水口的排水沟，由于流量较小，不需特别计算，但深度与底宽不宜小于0.5m，土沟的边坡坡度为1∶1.0～1∶1.5，石质排水沟或加固排水沟，可采用矩形断面形式。第八章道路排水工程设计排水沟水流注入其它沟渠或水道时衔接应顺畅，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°，有条件时可用半径R=10b(b为沟顶宽)的圆曲线朝向下游与其它水道相接，如图8-4所示。第八章道路排水工程设计路基排水沟渠的加固类型有多种，表8-3为土质沟渠各种加固类型。图8-5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而定。第八章道路排水工程设计第八章道路排水工程设计4．跌水与急流槽跌水与急流槽均为路基地面排水沟渠的特殊形式，用于纵坡大于10%，水头高差大于1.0m的陡坡地段或特殊陡坎地段。由于纵坡陡、水流速度快、冲刷力大，要求跌水与急流槽的结构物必须稳固耐久，通常应采用浆砌片石或水泥混凝土预制块砌筑，并具有相应的防护加固措施。跌水的构造，有单级和多级之分，沟底有等宽和变宽之别。单级跌水一般用于沟渠连接处，此处水位落差较大，需要消能或改变水流流向。多级跌水如图8-6所示，多级跌水底宽和每级长度，依地形与需要而定，可以相等，也可以做成变宽或长度与高度不等的形式。第八章道路排水工程设计按照水力计算特点，跌水的基本构造可分为进水部分、消力池和出水部分三个组成部分，如图8-7所示。各个组成部分的尺寸，由计算而定。跌水两端的土质沟渠，应注意加固，保持水流畅通，不致产生水流冲刷和淤积，以充分发挥跌水的排水效能。第八章道路排水工程设计急流槽的构造亦由进口、主槽（槽身）和出口三部分组成，如图8-8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，端部及槽身每隔2~5m，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5~10m，预留伸缩缝，并用防水材料填塞。第八章道路排水工程设计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。分别相当于涵洞和渡水桥。两者均属于路基地面排水的特殊结构物，常是配合农田水利、电站引水所需而采用的。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，采用竖井式倒虹吸是一种可行的方案。倒虹吸布置如图8-9所示。第八章道路排水工程设计渡水槽相当于渡水桥，如图8-10所示。其作用是在路基上空将两侧沟渠连接起来，以保证水流畅通。当原水道与设计路基标高相差较大，路基两侧地形有利，且确有必要，可采用架设渡水槽或管道的方案，沟通路基两侧的水流。渡水槽的受力特点与桥梁相似，故其设计方法亦与桥梁相近。但由于其主要作用是输水，所以除在结构上应具有足够的强度外，还必须考虑输水能力，进出水口的衔接，以及防止冲刷和渗漏等。此外，渡水槽的架设应满足道路对净空和美化的要求。渡水槽由进出水口、槽身和下部支承等几部分组成，其中进（出）水口段构造如图8-11所示。第八章道路排水工程设计第八章道路排水工程设计6．蒸发池和油水分离池气候干旱区且路域范围排水困难地段，可利用沿线的集中取土坑或专门设置蒸发池排除地表水。水环境敏感地段路基排水沟出口宜设置油水分离池，用于处理公路路面排出的污水，排泄的水质应满足现行《污水综合排放标准》的有关规定。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，湿陷性黄土地区不得小于湿陷半径。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，并经水力、水文计算后确定。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。蒸发池的设置不应使附近地面形成盐渍化或沼泽化。第八章道路排水工程设计7．下挖式通道排水解决下挖式通道的排水问题是保证下穿公路使用功能与安全运营的关键措施之