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1、第七章第七章 路基路面排水路基路面排水设计总论设计总论路基路面工程精品课程第七章第七章 路基路面排水设计总论路基路面排水设计总论n n第一节第一节 路基路面排水要求及设计一般原则路基路面排水要求及设计一般原则n n第二节第二节 路基排水设备的构造与布置路基排水设备的构造与布置n n第三节第三节 路面排水设计路面排水设计n n第四节第四节 明渠的水文水力计算明渠的水文水力计算n n第五节第五节 暗沟的水文水力计算暗沟的水文水力计算 路基路面工程精品课程路基路面工程精品课程第一节第一节 路基路面排水要求及设计路基路面排水要求及设计一般原则一般原则路基路面工程精品课程路基路面工程精品课程一、排水的目
2、的与要求一、排水的目的与要求一、排水的目的与要求一、排水的目的与要求 目的：保持路基路面常年处于干燥状态，确保路基目的：保持路基路面常年处于干燥状态，确保路基目的：保持路基路面常年处于干燥状态，确保路基目的：保持路基路面常年处于干燥状态，确保路基 及路面具有足够的强度与稳定性。及路面具有足够的强度与稳定性。及路面具有足够的强度与稳定性。及路面具有足够的强度与稳定性。要求：要求：要求：要求：1.1.各项排水设施具有足够的泄水能力；各项排水设施具有足够的泄水能力；各项排水设施具有足够的泄水能力；各项排水设施具有足够的泄水能力；2.2.自由水在路面结构内的渗流时间不能太自由水在路面结构内的渗流时间不
3、能太自由水在路面结构内的渗流时间不能太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；长渗流路径不能太长；长渗流路径不能太长；长渗流路径不能太长；3.3.排水设施要有较好的耐久性；排水设施要有较好的耐久性；排水设施要有较好的耐久性；排水设施要有较好的耐久性；4.4.各种排水设施要形成一个有效的排水各种排水设施要形成一个有效的排水各种排水设施要形成一个有效的排水各种排水设施要形成一个有效的排水 系统。系统。系统。系统。二、路基路面排水设计的一般原则二、路基路面排水设计的一般原则二、路基路面排水设计的一般原则二、路基路面排水设计的一般原则 1.1.排水设施要因地制宜、全面规划、合理布局、综
4、排水设施要因地制宜、全面规划、合理布局、综排水设施要因地制宜、全面规划、合理布局、综排水设施要因地制宜、全面规划、合理布局、综 合治理、讲究实效、注意经济；合治理、讲究实效、注意经济；合治理、讲究实效、注意经济；合治理、讲究实效、注意经济；2.2.各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利配各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利配各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利配各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利配 合；合；合；合；3.3.做到综合设计和分期施工；做到综合设计和分期施工；做到综合设计和分期施工；做到综合设计和分期施工；4.4.尽量不破坏天然水渠，选择有利地质条件布设人尽量不破坏天
5、然水渠，选择有利地质条件布设人尽量不破坏天然水渠，选择有利地质条件布设人尽量不破坏天然水渠，选择有利地质条件布设人 工沟渠；工沟渠；工沟渠；工沟渠；5.5.以防为主，讲究经济效益；以防为主，讲究经济效益；以防为主，讲究经济效益；以防为主，讲究经济效益；6.6.尽量阻止水进入路面结构，提供良好的排水施。尽量阻止水进入路面结构，提供良好的排水施。尽量阻止水进入路面结构，提供良好的排水施。尽量阻止水进入路面结构，提供良好的排水施。路基路面工程精品课程路基路面工程精品课程第二节第二节 路基排水设备的构造路基排水设备的构造与布置与布置一、地面排水设备一、地面排水设备一、地面排水设备一、地面排水设备 1.
6、1.边沟边沟边沟边沟 边沟设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外边沟设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外边沟设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外边沟设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧，多与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内流侧，多与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内流侧，多与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内流侧，多与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内流向路基的少量地面水。向路基的少量地面水。向路基的少量地面水。向路基的少量地面水。设置要点：设置要点：设置要点：设置要点：边沟不宜过长；边沟不宜过长；边沟不宜过长；边沟不宜过长；边沟的纵坡一般与路线纵坡一致；边沟的纵坡一
7、般与路线纵坡一致；边沟的纵坡一般与路线纵坡一致；边沟的纵坡一般与路线纵坡一致；边沟的出水口应与桥涵相适应；边沟的出水口应与桥涵相适应；边沟的出水口应与桥涵相适应；边沟的出水口应与桥涵相适应；路基路面工程精品课程路基路面工程精品课程 2.2.截水沟截水沟截水沟截水沟 又称天沟，一般设置在挖方路基边坡坡顶以外，又称天沟，一般设置在挖方路基边坡坡顶以外，又称天沟，一般设置在挖方路基边坡坡顶以外，又称天沟，一般设置在挖方路基边坡坡顶以外，或山坡路堤上方的适当地点，用以拦截并排除路基上方或山坡路堤上方的适当地点，用以拦截并排除路基上方或山坡路堤上方的适当地点，用以拦截并排除路基上方或山坡路堤上方的适当地
8、点，用以拦截并排除路基上方流向路基的地面径流。流向路基的地面径流。流向路基的地面径流。流向路基的地面径流。设置要点：设置要点：设置要点：设置要点：尽量与绝大多数地面流水方向垂直；尽量与绝大多数地面流水方向垂直；尽量与绝大多数地面流水方向垂直；尽量与绝大多数地面流水方向垂直；应保证水流畅通，就近引入自然水应保证水流畅通，就近引入自然水应保证水流畅通，就近引入自然水应保证水流畅通，就近引入自然水 沟内排出；沟内排出；沟内排出；沟内排出；截水沟水流不应引入边沟，当必须截水沟水流不应引入边沟，当必须截水沟水流不应引入边沟，当必须截水沟水流不应引入边沟，当必须 引入时，应增大边沟横断面，并进引入时，应增
9、大边沟横断面，并进引入时，应增大边沟横断面，并进引入时，应增大边沟横断面，并进 行保护；行保护；行保护；行保护；截水沟长度以截水沟长度以截水沟长度以截水沟长度以200200500m500m为宜；为宜；为宜；为宜；路基路面工程精品课程路基路面工程精品课程 3.3.排水沟排水沟排水沟排水沟 排水沟的主要用途在于引水，将路基范围内的各种排水沟的主要用途在于引水，将路基范围内的各种排水沟的主要用途在于引水，将路基范围内的各种排水沟的主要用途在于引水，将路基范围内的各种水源的水流，引至桥涵或路基范围以外的指定地点。水源的水流，引至桥涵或路基范围以外的指定地点。水源的水流，引至桥涵或路基范围以外的指定地点
10、。水源的水流，引至桥涵或路基范围以外的指定地点。设置要点：设置要点：设置要点：设置要点：排水沟的横断面一般采用梯形，尺寸排水沟的横断面一般采用梯形，尺寸排水沟的横断面一般采用梯形，尺寸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；大小应经过水力水文计算选定；大小应经过水力水文计算选定；大小应经过水力水文计算选定；排水沟位置可根据需要并结合当地地排水沟位置可根据需要并结合当地地排水沟位置可根据需要并结合当地地排水沟位置可根据需要并结合当地地 形等而定；形等而定；形等而定；形等而定；排水沟水流注入其他水渠或水道时，排水沟水流注入其他水渠或水道时，排水沟水流注入其他水渠或水道时，排水
11、沟水流注入其他水渠或水道时，应使原水道不产生冲刷或淤积；应使原水道不产生冲刷或淤积；应使原水道不产生冲刷或淤积；应使原水道不产生冲刷或淤积；排水沟应具有合适的纵坡；排水沟应具有合适的纵坡；排水沟应具有合适的纵坡；排水沟应具有合适的纵坡；路基路面工程精品课程路基路面工程精品课程 4.4.跌水与急流槽跌水与急流槽跌水与急流槽跌水与急流槽 跌水与急流槽是路基地面排水沟渠的特殊形式，用跌水与急流槽是路基地面排水沟渠的特殊形式，用跌水与急流槽是路基地面排水沟渠的特殊形式，用跌水与急流槽是路基地面排水沟渠的特殊形式，用于陡坡地段，沟底纵坡可达于陡坡地段，沟底纵坡可达于陡坡地段，沟底纵坡可达于陡坡地段，沟底
12、纵坡可达4545度。度。度。度。跌水构造：单级和多级之分，沟底有等宽与变宽之跌水构造：单级和多级之分，沟底有等宽与变宽之跌水构造：单级和多级之分，沟底有等宽与变宽之跌水构造：单级和多级之分，沟底有等宽与变宽之别。基本构造可分为进水口、消力池和出水口三个部别。基本构造可分为进水口、消力池和出水口三个部别。基本构造可分为进水口、消力池和出水口三个部别。基本构造可分为进水口、消力池和出水口三个部分。分。分。分。急流槽构造：进口、主槽和出口三部分。急流槽构造：进口、主槽和出口三部分。急流槽构造：进口、主槽和出口三部分。急流槽构造：进口、主槽和出口三部分。路基路面工程精品课程路基路面工程精品课程 5.5
13、.倒虹吸与渡水槽倒虹吸与渡水槽倒虹吸与渡水槽倒虹吸与渡水槽 当水流需要横跨路基，同时受到设计标高的限制，当水流需要横跨路基，同时受到设计标高的限制，当水流需要横跨路基，同时受到设计标高的限制，当水流需要横跨路基，同时受到设计标高的限制，可以通过管道或沟槽，从路基底部或上部架空跨越，前可以通过管道或沟槽，从路基底部或上部架空跨越，前可以通过管道或沟槽，从路基底部或上部架空跨越，前可以通过管道或沟槽，从路基底部或上部架空跨越，前者称为倒虹吸，后者称为渡水槽。者称为倒虹吸，后者称为渡水槽。者称为倒虹吸，后者称为渡水槽。者称为倒虹吸，后者称为渡水槽。倒虹吸管道：圆形和箱形，以水泥混凝土和钢筋混倒虹吸管
14、道：圆形和箱形，以水泥混凝土和钢筋混倒虹吸管道：圆形和箱形，以水泥混凝土和钢筋混倒虹吸管道：圆形和箱形，以水泥混凝土和钢筋混凝土为主。凝土为主。凝土为主。凝土为主。渡水槽结构：进出水口、槽身和下部支撑三部分。渡水槽结构：进出水口、槽身和下部支撑三部分。渡水槽结构：进出水口、槽身和下部支撑三部分。渡水槽结构：进出水口、槽身和下部支撑三部分。6.6.蒸发池蒸发池蒸发池蒸发池 气候干旱、排水困难地段，可利用沿线的集中取土坑气候干旱、排水困难地段，可利用沿线的集中取土坑气候干旱、排水困难地段，可利用沿线的集中取土坑气候干旱、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。或专门设置蒸发
15、池排除地表水。或专门设置蒸发池排除地表水。或专门设置蒸发池排除地表水。路基路面工程精品课程路基路面工程精品课程n n二、地下排水设备二、地下排水设备二、地下排水设备二、地下排水设备n n 1.1.暗沟暗沟暗沟暗沟n n 设置要点：不宜过长，沟底应具有设置要点：不宜过长，沟底应具有设置要点：不宜过长，沟底应具有设置要点：不宜过长，沟底应具有1 12 2的纵的纵的纵的纵n n 坡，出水口底面标高应高出沟外最高水坡，出水口底面标高应高出沟外最高水坡，出水口底面标高应高出沟外最高水坡，出水口底面标高应高出沟外最高水n n 位位位位20cm,20cm,以防水力倒渗。以防水力倒渗。以防水力倒渗。以防水力倒
16、渗。n n 2.2.渗沟渗沟渗沟渗沟n n 结构形式：盲沟式、洞式和管式。结构形式：盲沟式、洞式和管式。结构形式：盲沟式、洞式和管式。结构形式：盲沟式、洞式和管式。n n 设置要点：位置视地下排水的需要而定。设置要点：位置视地下排水的需要而定。设置要点：位置视地下排水的需要而定。设置要点：位置视地下排水的需要而定。n n 3.3.渗井渗井渗井渗井n n 渗井施工不易，单位渗水面积的造价高于渗沟，一渗井施工不易，单位渗水面积的造价高于渗沟，一渗井施工不易，单位渗水面积的造价高于渗沟，一渗井施工不易，单位渗水面积的造价高于渗沟，一n n般尽量少用。般尽量少用。般尽量少用。般尽量少用。n n 路基路
17、面工程精品课程路基路面工程精品课程一、路面表面排水一、路面表面排水一、路面表面排水一、路面表面排水 任务：迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以任务：迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以任务：迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以任务：迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以免造成路面积水而影响行车安全。免造成路面积水而影响行车安全。免造成路面积水而影响行车安全。免造成路面积水而影响行车安全。原则：原则：原则：原则：降落在路面表面的雨水，应通过路面横向降落在路面表面的雨水，应通过路面横向降落在路面表面的雨水，应通过路面横向降落在路面表面的雨水，应通过路面横向 坡度向两侧排走；坡度向两侧
18、排走；坡度向两侧排走；坡度向两侧排走；在路线纵坡平缓汇水量不大路堤较低且边在路线纵坡平缓汇水量不大路堤较低且边在路线纵坡平缓汇水量不大路堤较低且边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，应采用横向坡坡面不会受到冲刷的情况下，应采用横向坡坡面不会受到冲刷的情况下，应采用横向坡坡面不会受到冲刷的情况下，应采用横向 漫坡的方式排水；漫坡的方式排水；漫坡的方式排水；漫坡的方式排水；在路肩外侧边缘设置拦水带；在路肩外侧边缘设置拦水带；在路肩外侧边缘设置拦水带；在路肩外侧边缘设置拦水带；拦水带过水断面的水面，在高速及一级公路拦水带过水断面的水面，在高速及一级公路拦水带过水断面的水
19、面，在高速及一级公路拦水带过水断面的水面，在高速及一级公路 上不得漫过右侧车道外边缘，二级及二级以下上不得漫过右侧车道外边缘，二级及二级以下上不得漫过右侧车道外边缘，二级及二级以下上不得漫过右侧车道外边缘，二级及二级以下 不得漫过右侧车道中心线；不得漫过右侧车道中心线；不得漫过右侧车道中心线；不得漫过右侧车道中心线；路基路面工程精品课程路基路面工程精品课程第三节第三节 路面排水设计路面排水设计二、中央分隔带排水类型：二、中央分隔带排水类型：二、中央分隔带排水类型：二、中央分隔带排水类型：1.1.宽度小于宽度小于宽度小于宽度小于3 3米且表面采用铺面封闭的中央分米且表面采用铺面封闭的中央分米且表
20、面采用铺面封闭的中央分米且表面采用铺面封闭的中央分隔带排水；隔带排水；隔带排水；隔带排水；2.2.宽度大于宽度大于宽度大于宽度大于3 3米且表面未采用铺面封闭的中央米且表面未采用铺面封闭的中央米且表面未采用铺面封闭的中央米且表面未采用铺面封闭的中央分隔带排水；分隔带排水；分隔带排水；分隔带排水；3.3.表面无铺面且未采用表面排水措施的中央表面无铺面且未采用表面排水措施的中央表面无铺面且未采用表面排水措施的中央表面无铺面且未采用表面排水措施的中央分隔带；分隔带；分隔带；分隔带；路基路面工程精品课程路基路面工程精品课程 三、路面内部排水三、路面内部排水三、路面内部排水三、路面内部排水 设置内部排水
21、系统条件：设置内部排水系统条件：设置内部排水系统条件：设置内部排水系统条件：1.1.年降水量为年降水量为年降水量为年降水量为600mm600mm以上的湿润和多雨地区；以上的湿润和多雨地区；以上的湿润和多雨地区；以上的湿润和多雨地区；2.2.路基两侧有滞水，可能渗入路面结构内；路基两侧有滞水，可能渗入路面结构内；路基两侧有滞水，可能渗入路面结构内；路基两侧有滞水，可能渗入路面结构内；3.3.严重冰冻地区，路基为粉性土组成的潮湿路段；严重冰冻地区，路基为粉性土组成的潮湿路段；严重冰冻地区，路基为粉性土组成的潮湿路段；严重冰冻地区，路基为粉性土组成的潮湿路段；4.4.路面改建和改善工程，需排除路面结
22、构内的水；路面改建和改善工程，需排除路面结构内的水；路面改建和改善工程，需排除路面结构内的水；路面改建和改善工程，需排除路面结构内的水；路基路面工程精品课程路基路面工程精品课程四、边缘排水系统四、边缘排水系统四、边缘排水系统四、边缘排水系统 组成：透水性填料集水沟、纵向排水沟、横向出水组成：透水性填料集水沟、纵向排水沟、横向出水组成：透水性填料集水沟、纵向排水沟、横向出水组成：透水性填料集水沟、纵向排水沟、横向出水 管和过滤织物。管和过滤织物。管和过滤织物。管和过滤织物。五、排水基层的排水系统五、排水基层的排水系统五、排水基层的排水系统五、排水基层的排水系统 基层排水系统就是直接在面层下面设置
23、透水性排水基层排水系统就是直接在面层下面设置透水性排水基层排水系统就是直接在面层下面设置透水性排水基层排水系统就是直接在面层下面设置透水性排水基层，在其边缘设置纵向集水沟和排水管以及横向出水基层，在其边缘设置纵向集水沟和排水管以及横向出水基层，在其边缘设置纵向集水沟和排水管以及横向出水基层，在其边缘设置纵向集水沟和排水管以及横向出水管等，组成排水基层排水系统。管等，组成排水基层排水系统。管等，组成排水基层排水系统。管等，组成排水基层排水系统。透水性材料：经水泥或沥青处置，或者未经处置的透水性材料：经水泥或沥青处置，或者未经处置的透水性材料：经水泥或沥青处置，或者未经处置的透水性材料：经水泥或沥
24、青处置，或者未经处置的开级配碎石集料。开级配碎石集料。开级配碎石集料。开级配碎石集料。路基路面工程精品课程路基路面工程精品课程第四节第四节 明渠的水文水力计算明渠的水文水力计算一、设计流量一、设计流量一、设计流量一、设计流量 流量石路基排水设计的基本依据，其大小与汇水流量石路基排水设计的基本依据，其大小与汇水流量石路基排水设计的基本依据，其大小与汇水流量石路基排水设计的基本依据，其大小与汇水面积和一定频率下的径流厚度，以及汇水区域内的地面积和一定频率下的径流厚度，以及汇水区域内的地面积和一定频率下的径流厚度，以及汇水区域内的地面积和一定频率下的径流厚度，以及汇水区域内的地形、地貌及地表植被等因
25、素有关。形、地貌及地表植被等因素有关。形、地貌及地表植被等因素有关。形、地貌及地表植被等因素有关。二、水力计算二、水力计算二、水力计算二、水力计算 1.1.基本计算公式：基本计算公式：基本计算公式：基本计算公式：Q=Q=CR iCR i Q Q水流通过横断面的流量，水流通过横断面的流量，水流通过横断面的流量，水流通过横断面的流量，m3/s;m3/s;水流横断面的面积，水流横断面的面积，水流横断面的面积，水流横断面的面积，m2;m2;C C流速系数；流速系数；流速系数；流速系数；R R水力半径，水力半径，水力半径，水力半径，m;im;i水力坡降；水力坡降；水力坡降；水力坡降；路基路面工程精品课程
26、路基路面工程精品课程 2.2.流速系数流速系数流速系数流速系数 主要取决于水流条件（沟渠、管道或地表等以及其主要取决于水流条件（沟渠、管道或地表等以及其主要取决于水流条件（沟渠、管道或地表等以及其主要取决于水流条件（沟渠、管道或地表等以及其粗糙程度），在试验的基础上建立计算公式。粗糙程度），在试验的基础上建立计算公式。粗糙程度），在试验的基础上建立计算公式。粗糙程度），在试验的基础上建立计算公式。3.3.容许的最小和最大流速容许的最小和最大流速容许的最小和最大流速容许的最小和最大流速 容许最小流速容许最小流速容许最小流速容许最小流速V min=V min=R1/2R1/2 与水中含土粒径有关的
27、系数；与水中含土粒径有关的系数；与水中含土粒径有关的系数；与水中含土粒径有关的系数；R R 水力半径，水力半径，水力半径，水力半径，m;m;为使沟渠不致冲刷，应限制设计流速，即规定容许为使沟渠不致冲刷，应限制设计流速，即规定容许为使沟渠不致冲刷，应限制设计流速，即规定容许为使沟渠不致冲刷，应限制设计流速，即规定容许最大流速。最大流速。最大流速。最大流速。4.4.常用沟渠横断面的水力要素常用沟渠横断面的水力要素常用沟渠横断面的水力要素常用沟渠横断面的水力要素 要素：水流横断面面积、湿周、水力半径。要素：水流横断面面积、湿周、水力半径。要素：水流横断面面积、湿周、水力半径。要素：水流横断面面积、湿
28、周、水力半径。路基路面工程精品课程路基路面工程精品课程第五节第五节 暗沟的水文水力计算暗沟的水文水力计算一、地下水流量及降落曲线方城一、地下水流量及降落曲线方城一、地下水流量及降落曲线方城一、地下水流量及降落曲线方城 1.1.渗流流量与流速的关系：渗流流量与流速的关系：渗流流量与流速的关系：渗流流量与流速的关系：按达西定律，流过土中的水量与水力坡降、水按达西定律，流过土中的水量与水力坡降、水按达西定律，流过土中的水量与水力坡降、水按达西定律，流过土中的水量与水力坡降、水流横断面面积及时间称正比。流横断面面积及时间称正比。流横断面面积及时间称正比。流横断面面积及时间称正比。2.2.完整式渗沟完整
29、式渗沟完整式渗沟完整式渗沟 3.3.不完整式渗沟不完整式渗沟不完整式渗沟不完整式渗沟路基路面工程精品课程路基路面工程精品课程二、渗沟的水力计算二、渗沟的水力计算二、渗沟的水力计算二、渗沟的水力计算 1.1.盲沟盲沟盲沟盲沟 Q=Q=K m iK m i i i 沟底纵坡；沟底纵坡；沟底纵坡；沟底纵坡；Km Km 紊流状态时的渗流系数；紊流状态时的渗流系数；紊流状态时的渗流系数；紊流状态时的渗流系数；2.2.洞式渗沟洞式渗沟洞式渗沟洞式渗沟 Q=J i Q=J i J J 流速特性系数；流速特性系数；流速特性系数；流速特性系数；3.3.管式渗沟管式渗沟管式渗沟管式渗沟 可用表解法计算。可用表解法计算。可用表解法计算。可用表解法计算。路基路面工程精品课程路基路面工程精品课程三、渗井的水力计算三、渗井的水力计算三、渗井的水力计算三、渗井的水力计算 1.1.渗井孔径渗井孔径渗井孔径渗井孔径 2.2.渗井流量渗井流量渗井流量渗井流量路基路面工程精品课程路基路面工程精品课程