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1、公路工程概论第7章 道路排水设计 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第七章 道路排水设计本章主要内容：第一节：概 述 第二节：路基排水设计 第三节：路面排水设计第四节：桥面排水第五节：综合排水系统设计 第一节：概 述 主要内容：0 0道路排水设计的包含内容道路排水设计的包含内容1 1排水的目的与要求排水的目的与要求2 2排排水水设设计计的的一一般般原原则则如如何何协协调调配配合合的问题的问题第一节：概 述 0 0道路排水设计的包含内容道路排水设计的包含
2、内容道路排水包括地面排水和地下排水。道路排水包括地面排水和地下排水。地地面面排排水水包包括括路路面面（含含路路肩肩、中中央央分分隔隔带带）排排水水、路基边坡排水、沟渠排水等。路基边坡排水、沟渠排水等。地地下下排排水水包包括括路路基基地地下下排排水水、中中央央分分隔隔带带地地下下排排水、纵向填挖方交界处地下排水等。水、纵向填挖方交界处地下排水等。第一节：概 述 1 1排水的目的与要求排水的目的与要求1)路基排水(1)路基排水设计的分类:地面排水和地下排水(2)路基排水设计的任务：(3)路基排水的要求第一节：概 述 1 1排水的目的与要求排水的目的与要求2)路面排水路面内部排水系统的设计通常满足三
3、方面的要求：一是各种设施应具有足够的泄水能力，排除渗入路面结构内部的自由水；二是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；三是排水设施要有良好的耐久性。第一节：概 述 2 2排排水水设设计计的的一一般般原原则则如如何何协协调调配配合合的的问问题题总总的原的原则则与农田水利配合与农田水利配合与其他防排水设施和道路设施的协调、配合与其他防排水设施和道路设施的协调、配合与天然水系的协调、配合与天然水系的协调、配合稳固经济稳固经济路面防、排水原则：路面防、排水原则：尽量阻止水进入路面结构尽量阻止水进入路面结构 第二节：路基排水设计 一、地面排水设计一、地面排水设计l l常常用用的的路路基
4、基地地面面排排水水设设施施有有边边沟沟、截截水水沟沟、排排水水沟沟、跌跌水水与与急急流流槽槽等等，分分别别设设置置于于路路基基的的不不同同部部位位，各各自自发发挥挥其其主主要要功能。此外还有倒虹吸、渡水槽。功能。此外还有倒虹吸、渡水槽。第二节：路基排水设计 一、地面排水设计一、地面排水设计1 1、边沟、边沟 定定义义：设设置置在在挖挖方方路路基基的的路路肩肩外外侧侧或或低低路路堤堤坡坡脚脚外外侧侧，走走向向与与路路中中线线平平行行，用用以以汇汇集集和和排排除除路路基基范范围围和和流流向向路路基基的的少少量量地面水。地面水。(1)(1)设置设置原则原则一般规定一般规定长度要求长度要求:纵坡要求：
5、纵坡要求：第二节：路基排水设计 图7-1边沟的横断面形式示意图（单位：m）a）、b）梯形；c）、d）流线形；e）三角形；f）矩形(2)边沟的设置形式：边沟的设置形式：第二节：路基排水设计 一般情况下，可采用梯形边沟。少雨浅挖地段土质边沟可采用三角形断面，其内侧边坡宜采用1：21：3，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。三角形边沟的水流条件较差，流量较大时，沟深宜适当加大。流线形边沟流线形边沟，是将路堤横断面的边角修整圆滑，可以防止路基旁侧积沙或堆雪，适用于沙漠或积雪地区的路基。矩形边沟石质或铺砌式边沟，常用矩形或近似梯形，以减少沟顶宽度。第二节：路基排水设计(3)边沟布置边沟布置一般路段边沟的出水
6、口附近，水流冲刷比较严重，必须慎重布置和采取相应措施。第二节：路基排水设计 2、截水沟定义设置在挖方路基边坡坡顶以外或山坡路堤上方的适当位置，用以拦截路基上方流向路基的地面水，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的人工沟渠，称为截水沟(又称天沟)。它是多雨地区、山岭和丘陵地区路基排水的重要设施之一。第二节：路基排水设计 2、截水沟位位置置：截水沟的位置，应尽量与绝大多数地面水流方向垂直,就近引入自然河沟内排出,必要时配以急流槽或涵洞等泄水构造物将水流引入指定地点。图7-6填方路段上的截水沟示意图1土台；2截水沟第二节：路基排水设计 纵纵坡坡：截水沟沟底应具有0.5%以上
7、的纵坡,当条件容许时，纵坡应适当加大，沟底与沟壁要求平整密实、不滞流、不渗水，必要时予以加固和铺砌。长度：长度：截水沟长度一般为200500m为宜。第二节：路基排水设计 3、排水沟(1)定义：将边沟、截水沟或路基附近低洼处汇集的水引向路基外的水沟。排水沟主要用于排除来自边沟、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。(2)设计尺尺寸寸：排水沟的断面形式一般采用梯形，尺寸大小应经过水力水文计算而定。用于边沟、截水沟及取土坑出水口的排水沟，由于流量较小，不需特殊计算，但底宽与沟深均不小于0.5m，土沟的边坡率可取1:11:1.5。第二节：路基排水设计 3、排水沟(2)设计布置：布置
8、：排水沟的布置，必须结合地形等条件，因势利导，离路基尽可能远些，平面上力求短捷平顺，以直线为宜，必须转向时，尽可能采用大半径(1020m以上)，徐缓改变方向；距路基坡脚的距离一般不宜小于24m；连续长度宜短，不宜超过500m；纵纵坡坡：纵面上控制最大最小纵坡，一般情况下，可取0.5%1.0%，并不小于0.3%，亦不宜大于3%。当纵坡大于3%时，需进行加固，大于7%时，则应改用跌水或急流槽。第二节：路基排水设计 4、跌水与急流槽(1)定义：跌跌水水：在陡坡或深沟地段设置的沟底为阶梯形，水流呈瀑布跌落式通过的沟槽。急急流流槽槽：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。第二节：路基排水
9、设计 4、跌水与急流槽跌水跌水：图7-10 等截面多级跌水结构图纵剖面；b)平面；c)横剖面 第二节：路基排水设计 4、跌水与急流槽急流槽急流槽：图7-11 急流槽结构图式（单位：m）第二节：路基排水设计 5、其它路基地面排水设施当水流需要横跨路基，同时受到设计标高的限制，可以采用管道或沟槽，从路基底部或上部架空跨越，前者称倒虹吸，后者为渡水槽，分别相当于涵洞和渡水桥，多半是配合农田水利所需而采用。第二节：路基排水设计 二、地下排水设计二、地下排水设计道路路基常用的地下排水设施有盲沟（渗沟）和渗井等。1.盲沟(1)定义：在路基或地基内设置的充填碎砾石等粗粒材料(有的其中埋设透水管)的排水、截水
10、暗沟。盲沟类型的选择应根据当地材料、土质等条件选择，如乱石盲沟、多孔管（花管）盲沟、无砂管盲沟，或瓦管盲沟等。第二节：路基排水设计(2)设置u设置在上上侧侧路路基基边边沟沟下下面面的的盲盲沟沟，用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害路基。(半填半挖路基)u设置在路路基基两两侧侧边边沟沟下下面面的的盲盲沟沟，用以降低地下水位，防止毛细水上升至路基工作区范围内形成水分积聚而造成冻胀（如图7-12）。u设在路基挖挖方方与与填填方方交交界界处处的的横横向向盲盲沟沟，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影响(如图7-13)。第二节：路基排水设计 图7-12两侧边
11、沟下设盲沟图7-13填挖交界处的横向盲沟1原地下水位；2降低后地下水位；3盲沟1盲沟；2边沟；3路堑；4路堤第二节：路基排水设计 2渗井图7-14渗井结构与布置示意图第三节：路面排水设计 主要内容：一、一般原则和要求一、一般原则和要求 二、路二、路 表表 排排 水水三、中央分隔带排水三、中央分隔带排水四、城市道路路面排水四、城市道路路面排水五、路面结构内部排水五、路面结构内部排水 第三节：路面排水设计 一、一般原则和要求一、一般原则和要求 路面排水基本原则：路面排水基本原则：1 1降降落落在在路路面面上上的的雨雨水水，应应通通过过路路面面横横向向坡坡度度向向两两侧排流，避免行车道路面范围内出现
12、积水。侧排流，避免行车道路面范围内出现积水。2 2在在路路线线纵纵坡坡平平缓缓、汇汇水水量量不不大大、路路堤堤较较低低且且边边坡坡坡坡面面不不会会受受到到冲冲刷刷的的情情况况下下，应应采采用用在在路路堤堤边边坡坡上上横向漫流的方式排除路面表面水。横向漫流的方式排除路面表面水。第三节：路面排水设计 一、一般原则和要求一、一般原则和要求 路面排水基本原则：路面排水基本原则：3 3在在路路堤堤较较高高，边边坡坡坡坡面面未未做做防防护护而而易易遭遭受受路路面面表表面面水水流流冲冲刷刷，或或者者坡坡面面虽虽己己采采取取防防护护措措施施但但仍仍有有可可能能受受到到冲冲刷刷时时，应应沿沿路路肩肩外外侧侧边边
13、缘缘设设置置拦拦水水带带，汇汇集集路面表面水，然后通过泄水口和急流槽排离路堤。路面表面水，然后通过泄水口和急流槽排离路堤。4 4设设置置拦拦水水带带汇汇集集路路面面表表面面水水时时，拦拦水水带带过过水水断断面面内内的的水水面面，在在高高速速公公路路及及一一级级公公路路上上不不得得漫漫过过右右侧侧车车道道外外边边缘缘，在在二二级级及及二二级级以以下下公公路路上上不不得得漫漫过过右右侧侧车道中心线。车道中心线。第三节：路面排水设计 l l路面排水的基本要求路面排水的基本要求：1 1高高等等级级公公路路中中，沥沥青青混混凝凝土土路路面面横横坡坡一一般般应应为为2%2%左左右右，当当为为软软土土路路基
14、基，路路基基完完工工后后沉沉降降较较大大，采采用用过过渡渡路路面面时时，路路面面横横坡坡应应适适当当加加大大到到3%3%。当当位位于于纵纵坡坡小小或或超超高高缓缓和和段段的的扭扭曲曲路路面面时时，最最小小合合成坡度不小于成坡度不小于0.5%0.5%。2 2在在设设有有中中央央分分隔隔带带的的高高等等级级公公路路，为为了了排排水水需需要要，平平面面线线形形应应优优先先考考虑虑采采用用不不设设超超高高的的平平曲曲线半径。线半径。3 3在在公公路路交交叉叉路路口口排排水水困困难难地地段段，路路面面排排水水设设计计应应满满足足行行驶驶动动力力学学和和排排水水技技术术要要求求，在在交交叉叉路路口口前前应
15、应设设置置泄泄水水口口。停停车车广广场场、收收费费站站处处的的排排水水工工程程应应适适当当考考虑虑美美观观，主主车车道道和和附附属属行行车车道道路路面面之间可设相同的排水纵坡和横坡。之间可设相同的排水纵坡和横坡。第三节：路面排水设计 l l路面排水的基本要求路面排水的基本要求：4 4对对于于纵纵坡坡较较大大的的地地段段，弯弯道道内内侧侧车车道道、竖竖曲曲线线的的凹凹部部、高高路路堤堤的的桥桥端端部部等等特特殊殊部部位位，为为防防止止过过大大集集中中水水流流对对路路基基路路肩肩、边边坡坡冲冲刷刷，可可局局部部设设置置挡挡水水缘石和水簸箕。缘石和水簸箕。5 5所所有有排排水水设设施施的的设设置置，
16、除除能能满满足足排排水水要要求求外外，均应满足有利于今后养护维修管理的作业需要。均应满足有利于今后养护维修管理的作业需要。6 6为为减减少少地地表表水水和和地地下下水水对对面面层层、基基层层、路路基基的的侵侵蚀蚀破破坏坏，迅迅速速排排除除路路面面结结构构内内的的层层间间水水，通通常常可可将路面排水与路面结构内部排水系统综合考虑。将路面排水与路面结构内部排水系统综合考虑。第三节：路面排水设计 二、路二、路 表表 排排 水水二二级级及及二二级级以以下下的的公公路路路路面面，一一般般只只有有路路表表排排水水。排排水水设设施施由由路路拱拱横横坡坡，路路肩肩横横坡坡，拦拦水水带带或边沟组成。或边沟组成。
17、高高速速公公路路和和一一级级公公路路路路面面排排水水，一一般般由由路路表表排排水水和和中中央央分分隔隔带带排排水水两两部部分分组组成成。路路表表排排水水设设施施由由路路拱拱及及路路肩肩横横坡坡、拦拦水水带带、三三角角形形集集水水槽槽、泄泄水水口口和和急急流流槽槽等等组组成成;中中央央分分隔隔带带排排水水设设施施由由纵纵向向排排水水沟沟(明明沟沟、暗暗沟沟)、渗渗沟沟、雨雨水水井井、集水井、横向排水管等组成。集水井、横向排水管等组成。第三节：路面排水设计二、路二、路 表表 排排 水水1 1分散漫流式路表排水分散漫流式路表排水2集中截流式路表排水集中截流式路表排水(1)拦水带拦水带(2)泄水口泄水
18、口(3)路肩急流槽路肩急流槽(4)路肩排水沟路肩排水沟第三节：路面排水设计三、三、中央分隔带排水中央分隔带排水1直线段中央分隔带排水直线段中央分隔带排水(1)凸形中央分隔带凸形中央分隔带第三节：路面排水设计(2)凹形中央分隔带凹形中央分隔带第三节：路面排水设计(3)封闭式中央分隔带封闭式中央分隔带第三节：路面排水设计2、超高段中央分隔带排水、超高段中央分隔带排水(1)分隔带上的过水明槽分隔带上的过水明槽(2)分隔带内设置纵向排水沟分隔带内设置纵向排水沟(3)封闭式刚性护栏底部设置孔洞封闭式刚性护栏底部设置孔洞第三节：路面排水设计四、城市道路路面排水四、城市道路路面排水街沟：在城市道路上，利用露
19、出路面部分街沟：在城市道路上，利用露出路面部分的缘石与路面边缘的缘石与路面边缘(或平石或平石)，作为排除地，作为排除地面水的沟道。也称偏沟。面水的沟道。也称偏沟。雨水口按进水方式有三种类型，如图雨水口按进水方式有三种类型，如图7-24所示。所示。第三节：路面排水设计四、城市道路路面排水四、城市道路路面排水图7-24雨水口（单位：mm）a)平篦式雨水口b)联合式雨水口第三节：路面排水设计五、路面结构内部排水五、路面结构内部排水1一般原则和要求不是所有等级公路都必须设置内部排水系统，只有遇到以下几种情况才宜设置。a年降水量在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
20、-5cm/s)组成的高速公路、一级或重要的二级公路。b路基两侧有滞水、可能渗入路面结构内。c严重冰冻地区，路基为由粉性土组成的潮湿、过湿路段。d现有路面改建或改善工程，需排除积滞在路面结构内的水分。第三节：路面排水设计五、路面结构内部排水五、路面结构内部排水1一般原则和要求一般原则和要求路面结构内部排水系统的一般要求如下：路面结构内部排水系统的一般要求如下：在进行路面内部排水系统的设计时，通常从泄水能力、在进行路面内部排水系统的设计时，通常从泄水能力、渗流时间、耐久性三方面来综合考虑，只有同时满足渗流时间、耐久性三方面来综合考虑，只有同时满足了这三方面的要求，才能真正起到迅速排水的作用。了这三
21、方面的要求，才能真正起到迅速排水的作用。a各项排水设施应具有足够的泄水能力，以排除渗各项排水设施应具有足够的泄水能力，以排除渗入路面结构内的水量。由于渗入量的估计和透水材料入路面结构内的水量。由于渗入量的估计和透水材料系数的测定精度较低，因此对设计泄水量通常采用系数的测定精度较低，因此对设计泄水量通常采用2以以上的安全系数，才能保证排水设施具有足够的泄水能上的安全系数，才能保证排水设施具有足够的泄水能力。力。第三节：路面排水设计五、路面结构内部排水五、路面结构内部排水1一般原则和要求一般原则和要求 b自由水在路面结构内的渗透时间不能太长，路自由水在路面结构内的渗透时间不能太长，路径不能太远。自
22、由水滞留时间长，会使路面结构处于径不能太远。自由水滞留时间长，会使路面结构处于饱水的状态的时间久，从而影响路面的使用寿命饱水的状态的时间久，从而影响路面的使用寿命;在冰在冰冻地区，滞留时间过长还会使水分在基层内结冰，从冻地区，滞留时间过长还会使水分在基层内结冰，从而损坏路面结构，并使排水受阻。渗入水在路面结构而损坏路面结构，并使排水受阻。渗入水在路面结构中的最大渗流时间，冰冻地区不应超过中的最大渗流时间，冰冻地区不应超过1小时，其他地小时，其他地区不应超过区不应超过2小时小时(重交通时重交通时)4小时小时(轻交通时轻交通时)。渗流。渗流水在路面结构内的渗流路径长度不宜超过水在路面结构内的渗流路
23、径长度不宜超过4560m。第三节：路面排水设计五、路面结构内部排水五、路面结构内部排水1一般原则和要求一般原则和要求c路面结构内部排水设施很容易被从路面结构、路路面结构内部排水设施很容易被从路面结构、路基、或路肩中流水带来的细粒逐步堵塞，应考虑采基、或路肩中流水带来的细粒逐步堵塞，应考虑采取反滤措施以防止细粒随流水渗入。同时为保证排取反滤措施以防止细粒随流水渗入。同时为保证排水功能的持久性，各项设施要便于经常性的检查、水功能的持久性，各项设施要便于经常性的检查、清扫、疏通。清扫、疏通。第三节：路面排水设计五、路面结构内部排水五、路面结构内部排水2排水设施(1)路面边缘排水系统图7-25路面边缘
24、排水系统第三节：路面排水设计五、路面结构内部排水五、路面结构内部排水2排水设施（2）排水基层的排水系统图7-27全宽透水基层a.全宽式排水基层第三节：路面排水设计b.组合式排水基层图7-28设纵向集水沟和管的透水基层排水系统第三节：路面排水设计五、路面结构内部排水五、路面结构内部排水2排水设施（3）排水垫层的排水系统图7-29路堤上透水垫层图7-30路堑上透水垫层第三节：路面排水设计五、路面结构内部排水五、路面结构内部排水3透水性材料第四节：桥面排水 一、一般原则一、一般原则目的：可避免桥下的行人、车辆、或船只受到桥面水的冲淋。第四节：桥面排水 二、排水设施二、排水设施（1）桥面横坡第四节：桥
25、面排水（2）泄水口与泄水管图7-32常用泄水管的构造（尺寸单位：cm）第四节：桥面排水（2）泄水口与泄水管1设置位置设置位置横向横向：泄水口宜设置在桥面行车道边缘处。纵向纵向：泄水口的间距可依据设计径流量计算确定，但最大间距不宜超过20m。在桥面伸缩逢的上游方向应增设泄水口，在凹形竖曲线的最低点及其前后35m处也应各设置一个泄水口。一般情况，当桥梁纵坡大于2%，桥长超过50m时，泄水口间距为1215m；当桥梁纵坡小于2%，泄水口间距为68m。由于设置泄水口，部分桥面板钢筋被切断，泄水口周泄水口周围应设置补强钢筋围应设置补强钢筋，使之具有足够的强度承受车辆荷载作用。第四节：桥面排水（2）泄水口与
26、泄水管2设置尺寸设置尺寸泄水管的横截面面积一般按3倍的设计径流量考虑。通常采用铸铁管或钢筋混凝土管。可采用圆形或矩形两种断面形式。圆形泄水管的直径宜为1520cm，矩形泄水口的宽度宜为2030cm，长度为3040cm。泄水口顶部应采用格栅盖板，其顶面应比周围路面低5l0mm，其构造见图7-32所示。在设双向坡的桥面上，泄水管可沿行车道两侧左右对称排列，也可交错排列；在设单向坡的桥面上，泄水管沿行车道一侧排列。对于一些低等级公路上跨径不大，不设人行道的小桥，有时可简化构造和节省材料，也有直接在行车道两侧的安全带或缘石上预留横向孔道，用铁管、竹管等将水排出桥外，见图7-33。这种排水系统因孔道坡度
27、平缓，易于堵塞，需加强养护，这种排水系统因孔道坡度平缓，易于堵塞，需加强养护，确保排水畅通。确保排水畅通。第四节：桥面排水(3)排水管与排水槽排水管与排水槽的作用作用：是迅速将泄水管中的水引出。设置位置：设置位置：通常排水管或排水槽设置在悬臂板的外侧或护拦内，当有景观要求时，对裸露的排水管或排水槽可采取遮盖或装饰处理措施予以遮掩。设置尺寸：设置尺寸：排水管可采用铸铁管、塑料管或钢管，其内径应大于泄水管的内径。排水槽宜采用铝质或钢质材料，也可用水泥混凝土预制件，其横断面为矩形或U形，宽度和深度均宜为20cm左右。纵向排水管或排水槽的坡度不得小于0.5%。桥面伸缩逢处的纵向排水管或排水槽应设置可供
28、伸缩的柔性套筒。寒冷地区的竖向排水管，其末端宜距地面50cm以上。第五节：综合排水系统设计 为什么要做综合排水设计？为什么要做综合排水设计？综综合合设设计计的的含含义义，包包括括地地面面排排水水与与地地下下排排水水设设备备的的协协调调配配合合，路路面面排排水水设设备备与与路路基基排排水水设设备备以以及及它它们们与与桥桥涵涵等等泄泄水水结结构构物物的的合合理理布布置置，排排水水工工程程与与防防护护加加固固工工程程的的相相互互配配合合，路路基基排排水水与与沿沿线线农农田田水水利利规规划划及及有有关关其其他他基基本本建建设设项项目目之之间间的的联联系系等等。但但主主要要目目的的在在于于确确保保路路基基路路面面的的强强度度和和稳稳定性，提高道路的使用效果。定性，提高道路的使用效果。第五节：综合排水系统设计 图7-34路基排水综合设计平面布置图例