公路排水設(shè)施水力計(jì)算書

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 一、雙向八車道

現(xiàn)按照 《公 路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ 018-97的規(guī)定,通過計(jì)算設(shè)計(jì)徑流量反算各種排水設(shè)施各 型號的最大排水距離 (即出水口距離 ) 和面積,為確定各路段各種排水設(shè)施型號的 選取提供參考。

1.攔水路緣石最大排水距離的計(jì)算

1)降雨歷時(shí)

降雨歷時(shí)取設(shè)計(jì)控制點(diǎn)的匯流歷時(shí), 其值為匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)到排水設(shè)施 (出水 口)處的坡面匯流歷時(shí)與溝內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)之和。設(shè)降雨歷時(shí)為 3min 。

攔水路緣石與路肩鋪面構(gòu)成的淺三角型過水?dāng)嗝娴男顾芰?

Qc =0.377×h 8/3×I 1/2/(i h ×n )=0.377×0.058/3×I 0.5/(0.02×0.013)

注:水力坡度 I 取路線縱坡;水深 h =250×0.02=5cm (即水深小于 5cm 時(shí), 淺三角型過水?dāng)嗝娴乃嫒肭钟猜芳缧∮?2.5m ,保證行車安全。 )

2) 匯水面積和徑流系數(shù)

當(dāng)出水口間距為 l 時(shí),兩個(gè)出水口之間的匯水面積為

F=l ×19.75×10-6km 2

取徑流系數(shù) Ψ=0.95。

3) 設(shè)計(jì)重現(xiàn)期

根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97的規(guī)定,高速公路路面和路肩表面排 水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為 5年。

4)降雨強(qiáng)度

按公路所在地區(qū), 查 《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97得 5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 10min 降雨歷時(shí)的降雨強(qiáng)度為 q 5,10=2.8mm/min, 5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期時(shí)的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)為

c p =1.0,60min降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 60=0.5, 3min 降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 5=1.40。 于是,暴雨強(qiáng)度為

q=1.0×1.40×2.8=3.92mm/min

5)設(shè)計(jì)徑流量

根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量為

Q=16.67ΨqF=16.67×0.95×3.92×l ×19.75×10-6m 3/s

6)攔水緣石最大排水距離的計(jì)算

大慶至廣州高速公路粵境連平至從化段 D1合同段

2 當(dāng)路線縱坡為 5‰ 時(shí),淺三角型過水?dāng)嗝娴男顾芰?/p>

Qc =0.377×h 8/3×I 1/2/(i h ×n ) =0.377×0.058/3×0.0050.5/(0.02×0.013) =0.035 m3/s 淺三角型過水?dāng)嗝娴男顾芰Ρ仨毚笥谄湓O(shè)計(jì)徑流量,即 Qc>Q

0.035>16.67×0.95×3.92×l ×19.75×10-6

那么,當(dāng)路線縱坡為 5‰ 時(shí),攔水路緣石最長排水距離 l (出水口最大間距) 為

l =0.035/(16.67×0.95×3.92×19.75×10-6)=28.55m

7)檢驗(yàn)匯流歷時(shí)假設(shè)

由表查得地表粗度系數(shù)為 m 1=0.013,路面橫坡為 i s =0.02,坡面流長度為 Ls=19.75m,可計(jì)算得到坡面匯流歷時(shí)

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=s s t L m 1445. 1467. 01=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯0.0219.750.0130.4671.445=1.909min 按式 v=20ig 0.6得 v =20×0.0050.6=0.83m/s,

再按式 t 2= li /(60×v)=28.55/(60×0.83)=0.57min

由此,可得到匯流歷時(shí)為

t= t1+ t2=1.909+0.57=2.48min<3min

當(dāng)路線縱坡為其它數(shù)值時(shí), 按照上述計(jì)算過程對攔水路緣石最大排水距離進(jìn) 行計(jì)算,并對匯流歷時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果列于表 1。

由表 1可知, 攔水路緣石的最大排水距離隨著路線縱坡的加大而增大, 匯流 歷時(shí)均小于 3min 。因此,現(xiàn)擬定 :

當(dāng)路線縱坡為 0.5%~0.7%時(shí),出水口間距設(shè)為 30m ;

當(dāng)路線縱坡為 0.7%~1.0%時(shí),出水口間距設(shè)為 35m ;

當(dāng)路線縱坡為 1.0%~1.5%時(shí),出水口間距設(shè)為 40m ;

當(dāng)路線縱坡為 1.5%~2.0%時(shí),出水口間距設(shè)為 50m ;

當(dāng)路線縱坡為大于 2.0%時(shí),出水口間距設(shè)為 60m 。

2.急流槽水力計(jì)算

攔水緣石匯集路面水后, 通過設(shè)置一定間隔的急流槽將水排到路堤邊坡底部 的排水溝。由急流槽槽底縱坡(即路堤邊坡坡度 i g =1:1.5) i g =66.7%,可計(jì)算得 到矩形 (b=0.4, h=0.2)溝平均流速

現(xiàn)擬采用的矩形急流槽寬 0.40m , 高 0.2m 。 若矩形急流槽的過水能力按水深 達(dá)到 16cm 計(jì)算(留 20%安全高度) ,則過水?dāng)嗝婷娣e A 為 0.064m 2,過水?dāng)嗝?濕周 ρ為 0.72m ,水力半徑,

R=bh/(b+2h)=0.089

v=n-1R 2/3I 1/2= 0.015-10.0892/30.6671/2=10.85m/s

設(shè)路基填土為 7米高,則急流槽長度 l 為 10.5m ,可得到急流槽的溝管匯流 歷時(shí)

t 3=l /(60×v)=10.5/(60×10.85)=0.016min

由于急流槽內(nèi)平均流速較快, 所以急流槽內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)較小, 對暴雨強(qiáng) 度的影響可忽略不計(jì)。因此,降雨歷時(shí)仍為 3min 時(shí),暴雨強(qiáng)度為 3.92mm/min。 因此,根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量仍為

Q=16.67ΨqF=16.67×0.85×3.92×l ×19.75×10-6m 3/s

當(dāng)急流槽溝底縱坡為 66.7%時(shí),矩形急流槽的泄水能力為

Qc =Av=0.064×10.85=0.694m3/s

根據(jù)攔水緣石的水力計(jì)算得出, 不同出水口間距的設(shè)計(jì)徑流量, 結(jié)果列于表 2。

由表 2可知,急流槽泄水能力遠(yuǎn)大于按各種間距設(shè)置出水口時(shí)的設(shè)計(jì)徑流 量,即 Qc>Q。因此,按攔水緣石出水口間距來設(shè)置急流槽是滿足要求的。

4 3.排水溝最大排水距離的計(jì)算

1)降雨歷時(shí)

降雨歷時(shí)取設(shè)計(jì)控制點(diǎn)的匯流歷時(shí), 其值為匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)到排水設(shè)施 (出水 口)處的坡面匯流歷時(shí)與溝內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)之和。設(shè)降雨歷時(shí)為 10min 。

PSG -1型的過水能力按水深達(dá)到 48cm 計(jì)算 (留 20%安全高度) , 過水?dāng)嗝?面積 A 為 0.288m 2,過水?dāng)嗝鏉裰?ρ為 1.56m ,水力半徑 R =A/ρ=0.185m,當(dāng)排 水溝縱坡為 0.3%時(shí),那么

v=n-1R 2/3I 1/2= 0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s

2) 匯水面積和徑流系數(shù)

設(shè)出水口間距為 l ,兩個(gè)出水口之間的匯水面積 (設(shè)路基填土高度為 7m) 由兩 部分組成:一部分為路面范圍的匯水面積 F 1=19.75×l ,徑流系數(shù)取 Ψ1=0.95; 另外一部分為路堤坡面的匯水面積 F 2=(7×1.5+1)×l =11.5×l (7為邊坡高度, 1.5為 邊坡坡率, 1為護(hù)坡道寬度, ) ,徑流系數(shù)取 Ψ2=0.65;那么,總的匯水面積

F= 31.25×l ×10-6km 2

取徑流系數(shù) Ψ=(0.95×F 1+0.65×F 2)/(31.25×l )=0.84

3) 設(shè)計(jì)重現(xiàn)期

根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97的規(guī)定,高速公路路界內(nèi)坡面排水設(shè) 計(jì)重現(xiàn)期為 15年。

4)降雨強(qiáng)度

按公路所在地區(qū), 查 《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97得 5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 10min 降雨歷時(shí)的降雨強(qiáng)度為 q 5,10=2.8mm/min, 15年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期時(shí)的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c p =1.27,60min 降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 60=0.5, 10min 降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 5=1.0。 于是,暴雨強(qiáng)度為

q=1.27×1.0×2.8=3.556mm/min

5) PSG -1型排水溝最大排水距離計(jì)算

根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量為

Q=16.67ΨqF=16.67×0.84×3.556×31.25×l ×10-6m 3/s

當(dāng)路線縱坡為 3‰ 時(shí),排水溝的泄水能力為

Qc =Av=0.288×1.18=0.341m3/s

排水溝泄水能力必須大于其設(shè)計(jì)徑流量,即 Qc>Q

0.341>16.67×0.84×3.556×l ×31.25×10-6

5 那么,當(dāng)溝底縱坡為 3‰ 時(shí),矩形排水溝最長排水距離 l (出水口最大間距) 為

l =0.341/(16.67×0.84×3.556×31.25×10-6)=219m

7)檢驗(yàn)匯流歷時(shí)假設(shè)

由于路面水是通過攔水緣石匯集, 經(jīng)過急流槽而排入排水溝, 而路堤坡面水 則直接通過坡面徑流匯入排水溝, 因此, 坡面匯流歷時(shí)應(yīng)取二者的大者。 由前面 攔水緣石的計(jì)算可得,路面匯流歷時(shí)為 2.48min ;路堤邊坡的地表粗度系數(shù)為 m 1=0.4,坡面橫坡為 i s =0.667,坡面流長度為 Ls=13.62m(填土高度 7m ,護(hù)坡道 1m ) ,可計(jì)算得到路堤邊坡坡面匯流歷時(shí)

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=s s t L m p 1445. 1467. 0=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯667. 62. 1340. 0467. 0445. 1=3.51min>2.48 因此,取 t 1=3.51min

按式 v=n-1R 2/3I 1/2得 v = 0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s

再按式 t 2= l /(60×v)=219/(60×1.18)=3.09min

由此,可得到匯流歷時(shí)為

t= t1+ t2=3.51+3.09=6.6min<10min

再假設(shè)降雨歷時(shí)為 7min ,通過內(nèi)插得出降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù) c t =1.15,暴雨強(qiáng) 度為 q=1.27×1.15×2.8=4.089mm/min,通過以上過程的計(jì)算得到,當(dāng)溝底縱坡為 3‰ 時(shí),矩形排水溝最長排水距離 l (出水口最大間距)為 191m ,且匯流歷時(shí) t=6.19min<7min,因此,取降雨歷時(shí)為 7min 。

當(dāng)溝底縱坡為其它數(shù)值時(shí), 按照上述計(jì)算過程對 PSG -1型最大排水距離進(jìn) 行計(jì)算,并對匯流歷時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果列于表 3。

同樣,對 PSG -2、 PSG -3進(jìn)行計(jì)算得出其在不同縱坡下的最大排水距離, 結(jié)果列于表 4、 5

綜上, 各型號的排水溝隨著溝底縱坡的增大, 其最大排水距離也在增大。 在 設(shè)計(jì)選型時(shí),應(yīng)根據(jù)溝底縱坡和出水口間的間距來選定,在滿足排水的前提下, 應(yīng)優(yōu)先選用小尺寸的型號,具體詳見下表。公路排水設(shè)施水力計(jì)算書_7

7 4.邊溝最大排水距離的計(jì)算

1) 降雨歷時(shí)

降雨歷時(shí)取設(shè)計(jì)控制點(diǎn)的匯流歷時(shí), 其值為匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)到排水設(shè)施 (出水 口)處的坡面匯流歷時(shí)與溝內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)之和。設(shè)降雨歷時(shí)為 5min 。

BG -A 型邊溝的過水能力按淺三角形過水?dāng)嗝嬗?jì)算, 面積 A =0.5×0.32×2.08=0.333m 2,水力半徑 R =225. 35. 308

. 25. 0+++⨯=0.143m,當(dāng)邊溝縱坡為 0.3%時(shí),

那么

v=n-1R 2/3I 1/2= 0.05-10.1432/30.0031/2=0.30m/s

2) 匯水面積和徑流系數(shù)

設(shè)出水口間距為 l , 兩個(gè)出水口之間的匯水面積由兩部分組成:一部分為路面 范圍的匯水面積 F 1=19.75×l ,徑流系數(shù)取 Ψ1=0.95;另外一部分為路塹坡面的 匯水面積 F 2=(8×1.0+2.6+1.5)×l =12.1×l (8為第一級邊坡高度, 1.0為第一級邊坡 坡率, 2.6為碎落臺和邊溝的寬度, 1.5為平臺截水溝范圍外平臺寬度 ) ,徑流系 數(shù)取 Ψ2=0.65;那么,總的匯水面積

F= 31.85×l ×10-6km 2

擬定坡面為細(xì)粒土坡面,取徑流系數(shù) Ψ=(0.95×F 1+0.65×F 2)/(31.85×l )=0.836

3) 設(shè)計(jì)重現(xiàn)期

根據(jù) 《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97的規(guī)定, 高速公路路界內(nèi)坡面排水設(shè)計(jì) 重現(xiàn)期為 15年。

4)降雨強(qiáng)度

按公路所在地區(qū), 查 《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97得 5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 10min 降雨歷時(shí)的降雨強(qiáng)度為 q 5,10=2.8mm/min, 15年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期時(shí)的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c p =1.27, 60min 降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 60=0.5, 5min 降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 5=1.25。于是,暴雨強(qiáng)度為

q=1.27×1.25×2.8=4.445mm/min

5) BG -A 型邊溝最大排水距離計(jì)算

根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量為

Q=16.67ΨqF=16.67×0.836×4.445×31.85×l ×10-6m 3/s

8 當(dāng)路線縱坡為 3‰ 時(shí),邊溝的泄水能力為

Qc =Av=0.333×0.3=0.1m3/s

矩形邊溝泄水能力必須大于其設(shè)計(jì)徑流量,即 Qc>Q

0.1>16.67×0.836×4.445×31.85×l ×10-6

那么,當(dāng)路線縱坡為 3‰ 時(shí),邊溝最長排水距離 l (出水口最大間距)為 l =0.1/(16.67×0.836×4.445×31.85×10-6)=51m

7)檢驗(yàn)匯流歷時(shí)假設(shè)

因?yàn)槠旅鎱R流有兩部分, 一部分是路面水匯流, 另外一部分是路塹坡面水匯 流,兩部分各自同時(shí)發(fā)生,因此,坡面匯流歷時(shí)應(yīng)取二者的大者。由前面攔水緣 石的計(jì)算可得,路面匯流歷時(shí)為 2.48min ;路塹邊坡的地表粗度系數(shù)為 m 1=0.4,坡面橫坡為 i s =1.0,坡高 8m ,坡面流長度為 Ls=(11.3+2.6+1.5)=15.4m(11.3為第 一級邊坡坡面長度, 2.6為碎落臺和邊溝的寬度, 1.5為平臺截水溝范圍外平臺寬 度 ) ,可計(jì)算得到路塹邊坡坡面匯流歷時(shí)

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=s s t L m p 1445. 1467. 0=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯0. 4. 1540. 0467. 0445. 1=3.38min>2.48

因此,取 t 1=3.38min

按式 v=n-1R 2/3I 1/2,得 v =0.05-10.1432/30.0031/2=0.3m/s

再按式 t 2= l /(60×v)=51/(60×0.3)=2.83min

由此,可得到匯流歷時(shí)為

t= t1+ t2=3.38+2.83=6.21min>5min

再假設(shè)降雨歷時(shí)為 7min ,通過內(nèi)插得出降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù) c t =1.15,通過以 上過程的計(jì)算得到,當(dāng)路線縱坡為 3‰ 時(shí),邊溝最長排水距離 l (出水口最大間 距)為 55m ,且匯流歷時(shí) t=6.44min<7min,因此,取降雨歷時(shí)為 7min 。

當(dāng)溝底縱坡為其它數(shù)值時(shí),按照上述計(jì)算過程對 BG -A 型最大排水距離進(jìn) 行計(jì)算,并對匯流歷時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果列于表 7。

同樣, 對 BG -B1、 BG -B2進(jìn)行計(jì)算得出其在不同縱坡下的最大排水距離, 結(jié)果列于表 8、 9、 10

綜上, 各型號的邊溝隨著路線縱坡的增大, 其最大排水距離也在增大。 在設(shè) 計(jì)選型時(shí), 應(yīng)根據(jù)路線縱坡和出水口間的間距來選定, 在滿足排水的前提下, 應(yīng) 優(yōu)先選用小尺寸的型號,具體詳見下表。

5.暗埋式邊溝最大排水距離的計(jì)算

淺碟型邊溝上的路面水通過設(shè)置一定間隔的沉砂井流入到底部的排水管。 由 排水管底縱坡 (假設(shè)邊溝縱坡為 0.3%) , 可計(jì)算得到圓管 (直徑 d=0.5)的平均流速。

圓形排水管的過水?dāng)嗝婷娣e A =3.14*d2/4=0.196m 2,水力半徑,

R=d/4=0.125

v=n-1R 2/3I 1/2= 0.013-10.1252/30.0031/2=1.053m/s

泄水能力為 Qc =Av=0.196×1.053=0.206m3/s

5.1沉砂井間距計(jì)算

根據(jù)淺碟型邊溝的水力計(jì)算可知,當(dāng)溝底縱坡為 0.3%時(shí),淺碟型邊溝的最 大 排 水 距 離 為 55m , 此 時(shí) 的 設(shè) 計(jì) 徑 流 量 Q=16.67ΨqF=16.67×0.836×4.445×31.85×l ×10-6m 3/s=0.1085 m3/s, 由此可知, 淺碟 型邊溝下的圓形排水管泄水能力 Qc=0.206m3/s大于該設(shè)計(jì)徑流量, 即 Qc>Q。 因 此,按淺碟型邊溝的出水口間距來設(shè)置沉砂井是滿足要求的。

當(dāng)溝底縱坡為其它數(shù)值時(shí), 按照上述計(jì)算過程進(jìn)行計(jì)算, 驗(yàn)證按淺碟型邊溝 的最大排水距離來設(shè)置沉砂井是否滿足要求。結(jié)果列于下表。

由上表可知, 淺碟型邊溝下圓形排水管的泄水能力均大于按各種淺碟型邊溝 的最大排水距離來設(shè)置沉砂井時(shí)的設(shè)計(jì)徑流量,即 Qc>Q。因此,按淺碟型邊溝 的最大排水距離來設(shè)置沉砂井是滿足要求的。

5.2暗埋式邊溝最大排水距離的計(jì)算

1) 降雨歷時(shí)

降雨歷時(shí)取設(shè)計(jì)控制點(diǎn)的匯流歷時(shí), 其值為匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)到排水設(shè)施 (出水 口)處的坡面匯流歷時(shí)與溝內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)之和。設(shè)降雨歷時(shí)為 5min 。 暗埋式邊溝下圓形排水管的過水?dāng)嗝婷娣e A =3.14*d2/4=0.196m 2,水力半 徑, R=d/4=0.125

v=n-1R 2/3I 1/2= 0.013-10.1252/30.0031/2=1.053m/s

2) 匯水面積和徑流系數(shù)

設(shè)出水口間距為 l , 兩個(gè)出水口之間的匯水面積由兩部分組成:一部分為路面 范圍的匯水面積 F 1=19.75×l ,徑流系數(shù)取 Ψ1=0.95;另外一部分為路塹坡面的 匯水面積 F 2=(8×1.0+2.6+1.5)×l =12.1×l (8為第一級邊坡高度, 1.0為第一級邊坡 坡率, 2.6為碎落臺和邊溝的寬度, 1.5為平臺截水溝范圍外平臺寬度 ) ,徑流系 數(shù)取 Ψ2=0.65;那么,總的匯水面積

F= 31.85×l ×10-6km 2

擬定坡面為細(xì)粒土坡面,取徑流系數(shù) Ψ=(0.95×F 1+0.65×F 2)/(31.85×l )=0.836 3) 設(shè)計(jì)重現(xiàn)期

根據(jù) 《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97的規(guī)定, 高速公路路界內(nèi)坡面排水設(shè)計(jì) 

 重現(xiàn)期為 15年。

4)降雨強(qiáng)度

按公路所在地區(qū), 查 《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97得 5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 10min 降雨歷時(shí)的降雨強(qiáng)度為 q 5,10=2.8mm/min, 15年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期時(shí)的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c p =1.27, 60min 降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 60=0.5, 5min 降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 5=1.25。于是,暴雨強(qiáng)度為

q=1.27×1.25×2.8=4.445mm/min

5)暗埋式邊溝最大排水距離計(jì)算

根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量為

Q=16.67ΨqF=16.67×0.836×4.445×31.85×l ×10-6m 3/s

當(dāng)路線縱坡為 3‰ 時(shí), 暗埋式邊溝的泄水能力 (淺碟式邊溝與圓管的泄水能力 之和 ) 為

Qc =Av+Av=0.196×1.053+0.333×0.3=0.306m3/s

暗埋式邊溝泄水能力必須大于其設(shè)計(jì)徑流量,即 Qc>Q

0.306>16.67×0.836×4.445×31.85×l ×10-6

那么,當(dāng)路線縱坡為 3‰ 時(shí),暗埋式邊溝最長排水距離 l (出水口最大間距) 為 l =0.306/(16.67×0.836×4.445×31.85×10-6)=155m

7)檢驗(yàn)匯流歷時(shí)假設(shè)

因?yàn)槠旅鎱R流有兩部分, 一部分是路面水匯流, 另外一部分是路塹坡面水匯 流,兩部分各自同時(shí)發(fā)生,因此,坡面匯流歷時(shí)應(yīng)取二者的大者。由前面攔水緣 石的計(jì)算可得,路面匯流歷時(shí)為 2.48min ;路塹邊坡的地表粗度系數(shù)為 m 1=0.4,坡面橫坡為 i s =1.0,坡高 8m ,坡面流長度為 Ls=(11.3+2.6+1.5)=15.4m(11.3為第 一級邊坡坡面長度, 2.6為碎落臺和邊溝的寬度, 1.5為平臺截水溝范圍外平臺寬 度 ) ,可計(jì)算得到路塹邊坡坡面匯流歷時(shí)

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=s s t L m p 1445. 1467. 0=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯0. 4. 1540. 0467. 0445. 1=3.38min>2.48

因此,取 t 1=3.38min

按式 v=n-1R 2/3I 1/2,得 v=n-1R 2/3I 1/2= 0.013-10.1252/30.0031/2=1.053m/s

再按式 t 2= l /(60×v)=155/(60×1.053)=2.45min

由此,可得到匯流歷時(shí)為

t= t1+ t2=3.38+2.45=5.84min>5min

再假設(shè)降雨歷時(shí)為 6min ,通過內(nèi)插得出降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù) c t =1.20,通過以 上過程的計(jì)算得到,當(dāng)路線縱坡為 3‰ 時(shí),暗埋式邊溝最長排水距離 l (出水口 最大間距)為 162m ,且匯流歷時(shí) t=5.94min<6min,因此,取降雨歷時(shí)為 6min 。

當(dāng)溝底縱坡為其它數(shù)值時(shí), 按照上述計(jì)算過程對暗埋式邊溝最大排水距離進(jìn) 行計(jì)算,并對匯流歷時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果列于表 13。

同樣,對暗埋式邊溝(d =60cm 、 d =70cm )進(jìn)行計(jì)算得出其在不同縱坡下 的最大排水距離,結(jié)果列于表 13、 14。

14 綜上, 各型號的暗埋式邊溝隨著路線縱坡的增大, 其最大排水距離也在增大。 在設(shè)計(jì)選型時(shí), 應(yīng)根據(jù)路線縱坡和出水口間的間距來選定, 在滿足排水的前提下, 應(yīng)優(yōu)先選用小尺寸的型號,具體詳見下表。

6.超高路段縱向集水溝最大排水距離的計(jì)算

1) 降雨歷時(shí)

降雨歷時(shí)取設(shè)計(jì)控制點(diǎn)的匯流歷時(shí), 其值為匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)到排水設(shè)施 (出水 口)處的坡面匯流歷時(shí)與溝內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)之和。設(shè)降雨歷時(shí)為 5min 。

集水溝過水能力按水深達(dá)到 48cm 計(jì)算(留 10%安全高度) ,過水?dāng)嗝婷娣e

A 為 0.192m 2,過水?dāng)嗝鏉裰?ρ為 1.36m ,水力半徑 R =A/ρ=0.141m ,當(dāng)排水溝

縱坡為 0.3%時(shí),那么

v=n-1R 2/3I 1/2= 0.012-10.1412/30.0031/2=1.24m/s

2) 匯水面積和徑流系數(shù)

設(shè)出水口間距為 l ,兩個(gè)出水口之間的匯水面積為路面范圍的匯水面積 F 1=18.75×l ,徑流系數(shù)取 Ψ1=0.95,匯水面積為

F= 18.75×l ×10-6km 2

徑流系數(shù) Ψ=0.95

15 3) 設(shè)計(jì)重現(xiàn)期

根據(jù) 《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97的規(guī)定, 高速公路路界內(nèi)坡面排水設(shè)計(jì) 重現(xiàn)期為 15年。

4)降雨強(qiáng)度

按公路所在地區(qū), 查 《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97得 5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 10min 降雨歷時(shí)的降雨強(qiáng)度為 q 5,10=2.8mm/min, 15年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期時(shí)的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c p =1.27,60min 降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 60=0.5, 5min 降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 5=1.25。 于是,暴雨強(qiáng)度為

q=1.27×1.25×2.8=4.445mm/min

5)集水溝最大排水距離計(jì)算

根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量為

Q=16.67ΨqF=16.67×0.95×4.445×18.75×l ×10-6m 3/s

當(dāng)路線縱坡為 3‰ 時(shí),邊溝的泄水能力為

Qc =Av=0.192×1.24=0.238m3/s

集水溝泄水能力必須大于其設(shè)計(jì)徑流量,即 Qc>Q

0.238>16.67×0.95×4.445×18.75×l ×10-6

那么,當(dāng)路線縱坡為 3‰ 時(shí),集水溝最長排水距離 l (出水口最大間距)為 l =0.238/(16.67×0.95×4.445×18.75×10-6)=180m

6)檢驗(yàn)匯流歷時(shí)假設(shè)

因路面水匯流歷時(shí)為 2.48min ,因此,取 t 1=2.43min

再按式 t 2= l /(60×v)=180/(60×1.24)=2.42min

由此,可得到匯流歷時(shí)為

t= t1+ t2=2.43+2.42=4.85min<5min

當(dāng)路線縱坡為其它數(shù)值時(shí), 按照上述計(jì)算過程對縱向集水溝最大排水距離進(jìn) 行計(jì)算,并對匯流歷時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果列于下表。

集水井匯集路面水后, 通過橫向排水管將水排到路堤邊坡的急流槽。 由橫向 排水管管底縱坡 i g =2%,可計(jì)算得到圓管的 (直徑=0.3m) 平均流速。

圓形排水管的過水?dāng)嗝婷娣e A =3.14*d2/4=0.071m 2, 水力半徑, R=d/4=0.075 v=n-1R 2/3I 1/2= 0.01-10.0752/30.021/2=2.515m/s

因此,橫向排水管的泄水能力為

Qc =Av=0.071×2.515=0.179m3/s

縱向集水溝通過橫向排水管排出路面匯水, 但由于單根橫向排水管的泄水能 力小于縱向集水溝的泄水能力,

因此, 需要按單根橫向排水管的泄水能力來計(jì)算 縱向集水溝的最大排水距離。

根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量為

Q=16.67ΨqF=16.67×0.95×4.445×18.75×l ×10-6m 3/s

橫向排水管的泄水能力為 0.179m 3/s

橫向排水管的泄水能力必須大于其設(shè)計(jì)徑流量,即 Qc>Q

0.179>16.67×0.95×4.445×18.75×l ×10-6

那么,按橫向排水管的泄水能力來控制集水溝最長排水距離 l (出水口最大 間距)為

l =0.179/(16.67×0.95×4.445×18.75×10-6)=135m

當(dāng)超高路段位于較長的挖方路段,挖方路段長度(縱向集水溝的排水長度) 大于上表的最大排水距離時(shí) (即單根橫向排水管的泄水能力小于該挖方路段的設(shè) 計(jì)徑流量) ,應(yīng)在填挖交界位置(較低一側(cè))加密設(shè)置橫向排水管。設(shè)置間距為 13.90m (與急流槽對應(yīng)) ,設(shè)置數(shù)量應(yīng)根據(jù)挖方路段長度(縱向集水溝的排水長 度)決定, 計(jì)算公式如下:

L=l*n-13.9*(n-1)

L —— 挖方路段長度(縱向集水溝的排水長度)

l —— 按單根橫向排水管泄水能力控制的縱向集水溝最大排水距離

n —— 橫向排水管設(shè)置數(shù)量

計(jì)算結(jié)果如下表所示。

7.邊溝型式的選擇

1) 對于路塹邊溝排水長度 L ≤ 250m 的路段, 采用淺碟式邊溝或暗埋式邊溝, 具體型式選擇如下:

① 對于路塹邊溝排水長度 L ≤ 50m 的路段,采用邊溝 (一 ) ;

② 對于路塹邊溝排水長度 50m <L ≤ 150m 的路段,前 50m 路段采用邊溝 (一 ) ,剩余路段采用邊溝 (二 ) ;

③ 對于路塹邊溝排水長度 150m <L ≤ 250m 的路段,前 50m 路段采用邊溝 (一 ) ,后 100m 路段采用邊溝 (二 ) ,剩余路段采用邊溝 (三 ) ;

備注:1、各類邊溝的排水長度應(yīng)為其最大排水距離減去前面邊溝的排水長度。例如, 對于長度為 150m 的路塹路段,前面 50m 采用 BG-1,后面 100m 采用 BG-2(BG-2的排水 距離(100m )=其最大排水距離(約為 150m )-前面 BG-1的排水長度(50m ) ) 。 2、各 類邊溝之間通過沉砂井進(jìn)行銜接。

2) 對于路塹邊溝排水長度 L >250m 的路段, 均采用矩形邊溝, 具體型式選 擇應(yīng)根據(jù)排水長度和溝底縱坡進(jìn)行雙控選擇。

19 二、雙向六車道

大慶至廣州高速公路粵境連平至從化段 D1合同段,選用瀝青砼路面,路面 和路肩(半幅)橫向排水的寬度為 16.0m (雙向六車道) ,路面和硬路肩橫坡為 2%,土路肩為 4%,路線最小縱坡為 5‰ 。本項(xiàng)目擬設(shè)置排水溝、急流槽、邊溝、 平臺截水溝和截水溝等排水設(shè)施來排除和攔截路界范圍內(nèi)外的雨水。 現(xiàn)按照 《公 路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ 018-97的規(guī)定,通過計(jì)算設(shè)計(jì)徑流量反算各種排水設(shè)施各 型號的最大排水距離 (即出水口距離 ) 和面積,為確定各路段各種排水設(shè)施型號的 選取提供參考。

1.攔水路緣石最大排水距離的計(jì)算

1)降雨歷時(shí)

降雨歷時(shí)取設(shè)計(jì)控制點(diǎn)的匯流歷時(shí), 其值為匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)到排水設(shè)施 (出水 口)處的坡面匯流歷時(shí)與溝內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)之和。設(shè)降雨歷時(shí)為 3min 。

攔水路緣石與路肩鋪面構(gòu)成的淺三角型過水?dāng)嗝娴男顾芰?

Qc =0.377×h 8/3×I 1/2/(i h ×n )=0.377×0.058/3×I 0.5/(0.02×0.013)

注:水力坡度 I 取路線縱坡;水深 h =250×0.02=5cm (即水深小于 5cm 時(shí), 淺三角型過水?dāng)嗝娴乃嫒肭钟猜芳缧∮?2.5m ,保證行車安全。 )

2) 匯水面積和徑流系數(shù)

當(dāng)出水口間距為 l 時(shí),兩個(gè)出水口之間的匯水面積為

F=l ×16.0×10-6km 2

取徑流系數(shù) Ψ=0.95。

3) 設(shè)計(jì)重現(xiàn)期

根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97的規(guī)定,高速公路路面和路肩表面排 水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為 5年。

4)降雨強(qiáng)度

按公路所在地區(qū), 查 《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97得 5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 10min 降雨歷時(shí)的降雨強(qiáng)度為 q 5,10=2.8mm/min, 5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期時(shí)的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)為c p =1.0,60min降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 60=0.5, 3min 降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 5=1.40。 于是,暴雨強(qiáng)度為

q=1.0×1.40×2.8=3.92mm/min

5)設(shè)計(jì)徑流量

根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量為

Q=16.67ΨqF=16.67×0.95×3.92×l ×16.0×10-6m 3/s

6)攔水緣石最大排水距離的計(jì)算

當(dāng)路線縱坡為 5‰ 時(shí),淺三角型過水?dāng)嗝娴男顾芰?/p>

Qc =0.377×h 8/3×I 1/2/(i h ×n ) =0.377×0.058/3×0.0050.5/(0.02×0.013) =0.035 m3/s 淺三角型過水?dāng)嗝娴男顾芰Ρ仨毚笥谄湓O(shè)計(jì)徑流量,即 Qc>Q

20 0.035>16.67×0.95×3.92×l ×16.0×10-6

那么,當(dāng)路線縱坡為 5‰ 時(shí),攔水路緣石最長排水距離 l (出水口最大間距) 為

l =0.035/(16.67×0.95×3.92×16.0×10-6)=35m

7)檢驗(yàn)匯流歷時(shí)假設(shè)

由表查得地表粗度系數(shù)為 m 1=0.013,路面橫坡為 i s =0.02,坡面流長度為 Ls=16.0m,可計(jì)算得到坡面匯流歷時(shí)

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=s s t L m 1445. 1467. 01=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯0.0216.00.0130.4671.445=1.73min 按式 v=20ig 0.6得 v =20×0.0050.6=0.83m/s,

再按式 t 2= li /(60×v)=35/(60×0.83)=0.70min

由此,可得到匯流歷時(shí)為

t= t1+ t2=1.73+0.70=2.43min<3min

當(dāng)路線縱坡為其它數(shù)值時(shí), 按照上述計(jì)算過程對攔水路緣石最大排水距離進(jìn) 行計(jì)算,并對匯流歷時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果列于表 1。

由表 1可知, 攔水路緣石的最大排水距離隨著路線縱坡的加大而增大, 匯流 歷時(shí)均小于 3min 。因此,現(xiàn)擬定 :

當(dāng)路線縱坡為 0.5%~0.7%時(shí),出水口間距設(shè)為 35m ;

當(dāng)路線縱坡為 0.7%~1.0%時(shí),出水口間距設(shè)為 40m ;

當(dāng)路線縱坡為 1.0%~1.5%時(shí),出水口間距設(shè)為 50m ;

當(dāng)路線縱坡為 1.5%~2.0%時(shí),出水口間距設(shè)為 60m ;

當(dāng)路線縱坡為大于 2.0%時(shí),出水口間距設(shè)為 70m 。

2.急流槽水力計(jì)算

攔水緣石匯集路面水后, 通過設(shè)置一定間隔的急流槽將水排到路堤邊坡底部 的排水溝。由急流槽槽底縱坡(即路堤邊坡坡度 i g =1:1.5) i g =66.7%,可計(jì)算得 到矩形 (b=0.4, h=0.2)溝平均流速

現(xiàn)擬采用的矩形急流槽寬 0.40m , 高 0.2m 。 若矩形急流槽的過水能力按水深

達(dá)到 16cm 計(jì)算(留 20%安全高度) ,則過水?dāng)嗝婷娣e A 為 0.064m 2,過水?dāng)嗝?濕周 ρ為 0.72m ,水力半徑,

R=bh/(b+2h)=0.089

v=n-1R 2/3I 1/2= 0.015-10.0892/30.6671/2=10.85m/s

設(shè)路基填土為 7米高,則急流槽長度 l 為 10.5m ,可得到急流槽的溝管匯流 歷時(shí)

t 3=l /(60×v)=10.5/(60×10.85)=0.016min

由于急流槽內(nèi)平均流速較快, 所以急流槽內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)較小, 對暴雨強(qiáng) 度的影響可忽略不計(jì)。因此,降雨歷時(shí)仍為 3min 時(shí),暴雨強(qiáng)度為 3.92mm/min。

因此,根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量仍為

Q=16.67ΨqF=16.67×0.85×3.92×l ×16.0×10-6m 3/s

當(dāng)急流槽溝底縱坡為 66.7%時(shí),矩形急流槽的泄水能力為

Qc =Av=0.064×10.85=0.694m3/s

根據(jù)攔水緣石的水力計(jì)算得出, 不同出水口間距的設(shè)計(jì)徑流量, 結(jié)果列于表 2。

由表 2可知,急流槽泄水能力遠(yuǎn)大于按各種間距設(shè)置出水口時(shí)的設(shè)計(jì)徑流 量,即 Qc>Q。因此,按攔水緣石出水口間距來設(shè)置急流槽是滿足要求的。

3.排水溝最大排水距離的計(jì)算

1)降雨歷時(shí)

降雨歷時(shí)取設(shè)計(jì)控制點(diǎn)的匯流歷時(shí), 其值為匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)到排水設(shè)施 (出水 口)處的坡面匯流歷時(shí)與溝內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)之和。設(shè)降雨歷時(shí)為 10min 。

PSG -1型的過水能力按水深達(dá)到 48cm 計(jì)算 (留 20%安全高度) , 過水?dāng)嗝?/p>

面積 A 為 0.288m 2,過水?dāng)嗝鏉裰?ρ為 1.56m ,水力半徑 R =A/ρ=0.185m,當(dāng)排

水溝縱坡為 0.3%時(shí),那么

 v=n-1R 2/3I 1/2= 0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s

2) 匯水面積和徑流系數(shù)

設(shè)出水口間距為 l ,兩個(gè)出水口之間的匯水面積 (設(shè)路基填土高度為 7m) 由兩 部分組成:一部分為路面范圍的匯水面積 F 1=16.0×l ,徑流系數(shù)取 Ψ1=0.95;另 外一部分為路堤坡面的匯水面積 F 2=(7×1.5+1)×l =11.5×l (7為邊坡高度, 1.5為邊 坡坡率, 1為護(hù)坡道寬度, ) ,徑流系數(shù)取 Ψ2=0.65;那么,總的匯水面積

F=27.5×l ×10-6km 2

取徑流系數(shù) Ψ=(0.95×F 1+0.65×F 2)/(27.5×l )=0.825

3) 設(shè)計(jì)重現(xiàn)期

根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97的規(guī)定,高速公路路界內(nèi)坡面排水設(shè) 計(jì)重現(xiàn)期為 15年。

4)降雨強(qiáng)度

按公路所在地區(qū), 查 《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97得 5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 10min 降雨歷時(shí)的降雨強(qiáng)度為 q 5,10=2.8mm/min, 15年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期時(shí)的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c p =1.27,60min 降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 60=0.5, 10min 降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 5=1.0。 于是,暴雨強(qiáng)度為

q=1.27×1.0×2.8=3.556mm/min

5) PSG -1型排水溝最大排水距離計(jì)算

根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量為

Q=16.67ΨqF=16.67×0.825×3.556×27.5×l ×10-6m 3/s

當(dāng)路線縱坡為 3‰ 時(shí),排水溝的泄水能力為

Qc =Av=0.288×1.18=0.341m3/s

排水溝泄水能力必須大于其設(shè)計(jì)徑流量,即 Qc>Q

0.341>16.67×0.825×3.556×l ×27.5×10-6

那么,當(dāng)溝底縱坡為 3‰ 時(shí),矩形排水溝最長排水距離 l (出水口最大間距) 為

l =0.341/(16.67×0.825×3.556×27.5×10-6)=254m

7)檢驗(yàn)匯流歷時(shí)假設(shè)

由于路面水是通過攔水緣石匯集, 經(jīng)過急流槽而排入排水溝, 而路堤坡面水 則直接通過坡面徑流匯入排水溝, 因此, 坡面匯流歷時(shí)應(yīng)取二者的大者。 由前面 攔水緣石的計(jì)算可得,路面匯流歷時(shí)為 2.43min ;路堤邊坡的地表粗度系數(shù)為 m 1=0.4,坡面橫坡為 i s =0.667,坡面流長度為 Ls=13.62m(填土高度 7m ,護(hù)坡道 1m ) ,可計(jì)算得到路堤邊坡坡面匯流歷時(shí)

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=s s t L m p 1445. 1467. 0=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯667. 62. 1340. 0467. 0445. 1=3.51min>2.43 因此,取 t 1=3.51min

按式 v=n-1R 2/3I 1/2= 0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s

再按式 t 2= l /(60×v)=254/(60×1.18)=3.57min

由此,可得到匯流歷時(shí)為

t= t1+ t2=3.51+3.57=7.08min<10min

再假設(shè)降雨歷時(shí)為 7min ,通過內(nèi)插得出降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù) c t =1.15,暴雨強(qiáng) 度為 q=1.27×1.15×2.8=4.089mm/min,通過以上過程的計(jì)算得到,當(dāng)溝底縱坡為 3‰ 時(shí),矩形排水溝最長排水距離 l (出水口最大間距)為 220m ,且匯流歷時(shí) t=6.61min<7min,因此,取降雨歷時(shí)為 7min 。

當(dāng)路線縱坡為其它數(shù)值時(shí), 按照上述計(jì)算過程對 PSG -1型最大排水距離進(jìn) 行計(jì)算,并對匯流歷時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果列于表 3。

同樣,對 PSG -2、 PSG -3進(jìn)行計(jì)算得出其在不同縱坡下的最大排水距離, 結(jié)果列于表 4、

綜上, 各型號的排水溝隨著溝底縱坡的增大, 其最大排水距離也在增大。 在 設(shè)計(jì)選型時(shí),應(yīng)根據(jù)溝底縱坡和出水口間的間距來選定,在滿足排水的前提下, 應(yīng)優(yōu)先選用小尺寸的型號,具體詳見下表。

邊溝 徑流 匯水

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