公路排水設(shè)計(jì)之明渠排水的水文水力計(jì)算

公路排水設(shè)計(jì)之明渠排水的水文水力計(jì)算

蘇交科集團(tuán)股份有限公司28十一月2022一、概述1.公路排水系統(tǒng)截水溝鋼波紋管涵鋼筋砼蓋板涵排水總體布置排水溝過(guò)路涵吊溝截水溝邊溝急流槽攔水帶一、概述3.水對(duì)路面的影響一、概述3.水對(duì)路面的影響1）降低路面材料強(qiáng)度；2）加快路面材料損壞；3）唧漿、沖刷；4）使路面因支撐不足而出現(xiàn)疲勞損壞。一、概述4.水對(duì)路基的影響一、概述4.水對(duì)路基的影響1）地面水對(duì)路基產(chǎn)生沖刷和滲透；2）地下水使路基濕軟、膨脹、凍脹、翻漿、邊坡滑坍、山坡滑坡等。二、明渠的水力水文計(jì)算1、主要明渠及注意事項(xiàng)1)邊溝邊溝排水量不大，一般不需要水文和水力計(jì)算，選用標(biāo)準(zhǔn)斷面形式。邊溝不宜過(guò)長(zhǎng)，邊溝出水口的間距，一般地區(qū)不宜超過(guò)500米，多雨地區(qū)不宜超過(guò)300米，三角形和碟形邊溝不宜超過(guò)200米。邊溝的縱坡盡可能與路線縱坡坡度保持一致，并不宜小于0.5%的縱坡。邊溝出水口附近以及排水困難路段，應(yīng)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。二、明渠的水力水文計(jì)算邊溝的橫斷面形式：有梯形、矩形、U形（或帶蓋板

矩形、U形）、三角形、碟形橫斷面。高速、一級(jí)公路邊溝的底寬和深度不應(yīng)小于0.6米，其他等級(jí)公路不應(yīng)小于0.4米。二、明渠的水力水文計(jì)算2)排水溝主要用途在于引水，將路基范圍內(nèi)的各種水源的水流,引排至橋涵或路基范圍以外的指定地點(diǎn)。排水溝的橫斷面形式一般采用梯形，尺寸大小應(yīng)經(jīng)過(guò)水力水文計(jì)算選定。邊坡1：1.0～1：1.5，深度和底寬不宜小于0.5米。排水溝的位置，離路基盡可能遠(yuǎn)些，距路基坡腳不宜小于2米；平面上應(yīng)力求直捷，連續(xù)長(zhǎng)度宜短，長(zhǎng)不宜超過(guò)500米。排水溝應(yīng)具有合適的縱坡，通過(guò)水力水文計(jì)算選定，一般情況下，可取0.5%～1.0%，溝底縱坡不宜小于0.5%。二、明渠的水力水文計(jì)算3）截水溝截水溝長(zhǎng)度以200～500米為宜；超過(guò)500米時(shí)，可在中間適宜位置處增設(shè)泄水口，由急流槽或急流管分流排引。截水溝一般采用梯形橫斷面，溝坡坡度為1:1.0～1:1.5;溝底寬度和溝的深度不宜小于0.5米。地質(zhì)或土質(zhì)條件差，有可能產(chǎn)生滲漏或變形時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施。溝底縱坡不宜小于0.5%。二、明渠渠的水力力水文計(jì)計(jì)算4)急流槽急流槽的的構(gòu)造按按水力計(jì)計(jì)算特點(diǎn)點(diǎn)，亦由由進(jìn)口、、槽身和和

出口口三部分分組成。。急流槽可可采用由由漿砌片片石鋪砌砌或水泥泥混凝土土澆筑的的的矩形形橫斷面面或梯形形橫斷面面。漿砌片石石急流槽槽的槽底底厚度可可為0.2～0.4米，槽壁壁厚度為為0.3～0.4米?；炷良绷髁鞑鄣暮窈穸瓤蔀闉?.2～0.3米。槽頂頂應(yīng)與兩兩側(cè)斜坡坡表面齊齊平。槽槽深不小小于0.2米，槽底底寬最小小0.25米。急流槽槽槽底每隔隔2.5～5.0米應(yīng)設(shè)置置一個(gè)凸凸榫，嵌嵌入坡體體內(nèi)0.3～0.5米，以避避免槽體體順坡下下滑。二、明渠渠的水力力水文計(jì)計(jì)算1、方法一一按按照照規(guī)范的的方法步步驟驗(yàn)算算是否滿滿足二、明渠渠的水力力水文計(jì)計(jì)算1.確定匯水水區(qū)域匯水面積積=路面匯水水面積+坡面匯水水面積二、明渠渠的水力力水文計(jì)計(jì)算1.確定匯水水區(qū)域二、明渠渠的水力力水文計(jì)計(jì)算路塹一側(cè)側(cè)邊坡匯匯水面積積A1=200（3+4.5+6+6）=3900m2碎落臺(tái)匯匯水面積積A2=2×200××4=1600m2瀝青路面面中線至至邊溝匯匯水面積積A3=6×200=1200m2總的匯水水面積F=A1+A2+A3=3900+1600+1200=6700m21.確定匯水水區(qū)域2.計(jì)算徑流流系數(shù)查《公路路排水設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范范》（JTGTD—2012）表9.1.8知：二、明渠渠的水力力水文計(jì)計(jì)算2.計(jì)算徑流流系數(shù)查《公路路排水設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范范》（JTGTD—2012）表二、明渠渠的水力力水文計(jì)計(jì)算3.計(jì)算匯流流歷時(shí)及及平均流流速1）按《公路排水水設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》（JTGTD——2012）式9.1.4計(jì)算坡面面匯流歷歷時(shí)式中：t——坡面匯流流歷時(shí)，，min；Lp——坡面流的的長(zhǎng)度，，m；ip——坡面流的的坡度；；s——地表粗度度系數(shù)，，按《公路排水水設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》（JTGTD——2012）表9.1.4確定。二、明渠渠的水力力水文計(jì)計(jì)算二、明渠渠的水力力水文計(jì)計(jì)算路塹邊坡坡的粗度度系數(shù)s1=0.10，坡度分分別為1：0.5、1：0.75、1：1、1：1。坡面匯流流歷時(shí)：：碎落臺(tái)的的粗度系系數(shù)s2=0.1，橫向坡坡度為3%，匯流歷歷時(shí)：瀝青路面面的粗度度系數(shù)s3=0.013，橫坡為為2%，坡面流流長(zhǎng)度為為12.25m，匯流歷歷時(shí)：二、明渠渠的水力力水文計(jì)計(jì)算按照規(guī)范范，在斷斷面尺寸寸、坡度度變化初初分段計(jì)計(jì)算各段段匯流歷歷時(shí)，再再疊加，，因此，，坡面匯匯流歷時(shí)時(shí)：2）按《公路排水水設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》（JTGTD——2012）式9.1.5-1計(jì)算管溝溝匯流歷歷時(shí)二、明渠渠的水力力水文計(jì)計(jì)算設(shè)邊溝底底寬b=0.4m，高h(yuǎn)=0.4m，漿砌片片石砌筑筑，溝底底粗糙系系數(shù)n=0.025，設(shè)計(jì)水水深為0.2m（路基設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范P28要求0.2m，排水水設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范范P12要求0.1m），過(guò)過(guò)水?dāng)鄶嗝婷婷娣eA=0.5（0.4+0.8）x0.2=0.12m2，水力力半徑徑二、明明渠的的水力力水文文計(jì)算算溝內(nèi)平平均流流速為為：溝內(nèi)匯匯流歷歷時(shí)為為t5=200/1.704=1.96min；綜上，，可知知匯流流總歷時(shí)t=t’’+t5=1.41=9.46+1.96=11.42min。則邊溝溝的泄泄水能能力Qc：Qc=vA=1.704x0.12=0.204m/s4.計(jì)算泄泄水能能力二、明明渠的的水力力水文文計(jì)算算5.計(jì)算降降雨強(qiáng)強(qiáng)度根據(jù)規(guī)規(guī)范，，高速公公路、、一級(jí)公公路路路界內(nèi)內(nèi)坡面面排水水設(shè)計(jì)計(jì)降雨雨的重重現(xiàn)期期為15年，其他等等級(jí)公公路為為10年，公路采采用降降雨強(qiáng)強(qiáng)度公公式計(jì)計(jì)算：：二、明明渠的的水力力水文文計(jì)算算（通常常年降降雨量量200mm以下為為干旱旱區(qū)，，200mm-500mm之間為為半干干旱區(qū)區(qū)）二、明渠的的水力水文文計(jì)算二、明渠的的水力水文文計(jì)算（通常年降降雨量200mm以下為干旱旱區(qū)，200mm-500mm之間為半干干旱區(qū)）查圖9.1.7-2得該區(qū)60min降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換系數(shù)為為C60=0.40由表9.1.7-2可查得降雨雨歷時(shí)t=12min的轉(zhuǎn)換系數(shù)數(shù)為Ct=0.93二、明渠的的水力水文文計(jì)算二、明渠的的水力水文文計(jì)算查圖9.1.7-1該區(qū)5年重現(xiàn)期10min降雨歷時(shí)的的降雨強(qiáng)度度為強(qiáng)q5，10=1.2mm/minqp，t=cpctq5,10=1.34x0.93x1.2=1.447mm/min6.計(jì)算設(shè)計(jì)徑徑流量可按照降雨雨強(qiáng)度由推推理公式計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)徑徑流量Q設(shè)計(jì)流量Q=0.129m3/s＜泄泄水水能能力力Qc=0.204m3/s，所以以設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)邊邊溝溝尺尺寸寸符符合合要要求求。。二、、明明渠渠的的水水力力水水文文計(jì)計(jì)算算7.沖淤淤檢檢驗(yàn)驗(yàn)邊溝溝的的平平均均流流速速應(yīng)應(yīng)使使水水流流在在設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)流流量量條條件件下下不不產(chǎn)產(chǎn)生生沖沖刷刷和和淤淤泥泥。。為為此此，，應(yīng)應(yīng)保保證證設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)流流速速在在最最大大和和最最小小允允許許流流速速范范圍圍內(nèi)內(nèi)。。對(duì)于漿漿砌片片石邊邊溝，，最大大允許許速度度為3.0m/s，由于于水深深不大大于0.5m，則修修正系數(shù)為為0.85，故修修正最最大允允許流流速為為2.55m/s，而最最小允允許速速度為為0.4m/s。對(duì)于平平均流流速V=1.704m/s在最大大與最最小范范圍內(nèi)內(nèi)，故滿足足沖淤淤檢驗(yàn)驗(yàn)。綜上所所述，，邊溝溝尺寸寸符合合要求求。二、明明渠的的水力力水文文計(jì)算算2、方法法二通通過(guò)假假設(shè)排排水段段落長(zhǎng)長(zhǎng)度L，匯流流歷時(shí)時(shí)t的方法求求縱坡與與排水段段落長(zhǎng)度度的關(guān)系系。路塹一側(cè)側(cè)邊坡匯匯水面積積A1=L（3+4.5+6+6）=19.5Lm2碎落臺(tái)匯匯水面積積A2=2×L×4=8Lm2瀝青路面面中線至至邊溝匯匯水面積積A3=6×L=6Lm2總的匯水水面積F=A1+A2+A3=33.5Lm21）.確定匯水水區(qū)域二、明渠渠的水力力水文計(jì)計(jì)算2）.計(jì)算徑流流系數(shù)查《公路路排水設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范范》（JTGTD—2012）表二、明渠渠的水力力水文計(jì)計(jì)算3）.降雨歷時(shí)時(shí)及溝內(nèi)內(nèi)平均流流速降雨歷時(shí)時(shí)取設(shè)計(jì)計(jì)控制點(diǎn)點(diǎn)的匯流流歷時(shí)，，其值為為匯水區(qū)區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)點(diǎn)到排水水設(shè)施（（出水口口）處的的坡面匯匯流歷時(shí)時(shí)與溝內(nèi)內(nèi)的溝管管匯流歷歷時(shí)之和和。設(shè)降降雨歷時(shí)時(shí)為12min。4）.設(shè)計(jì)重現(xiàn)現(xiàn)期根據(jù)規(guī)范范，高速公路路、一級(jí)公路路路界內(nèi)內(nèi)坡面排排水設(shè)計(jì)計(jì)降雨的的重現(xiàn)期期為15年，其他等級(jí)級(jí)公路為為10年。二、明渠渠的水力力水文計(jì)計(jì)算5）降雨強(qiáng)強(qiáng)度按公路路所在在地區(qū)區(qū)，查查《公路排排水設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》得5年設(shè)計(jì)計(jì)重現(xiàn)現(xiàn)期10min降雨歷歷時(shí)的的降雨雨強(qiáng)度度為q5,10＝1.2mm/min，10年設(shè)計(jì)計(jì)重現(xiàn)現(xiàn)期時(shí)時(shí)的重重現(xiàn)期期轉(zhuǎn)換換系數(shù)數(shù)為cp=1.34，60min降雨強(qiáng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換系系數(shù)為為c60=0.4，10min降雨歷歷時(shí)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換系系數(shù)為為c5=1。于是是，暴暴雨強(qiáng)強(qiáng)度為為q=1.2×1.34××1=1.608mm/min6）邊溝溝最大大排水水距離離計(jì)算算根據(jù)《公路排排水設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》JTJ018-97，設(shè)計(jì)計(jì)徑流流量為為Q=16.67ΨqF=16.67××0.8××1.608××33.5×l×10-6m3/s當(dāng)路線縱坡坡為3%時(shí)，邊溝的的泄水能力力為Qc=vA=1.704x0.12=0.204m/s二、明渠的的水力水文文計(jì)算邊溝泄水能能力必須大大于其設(shè)計(jì)計(jì)徑流量，，即Qc>Q0.204>16.67×0.8×1.608×33.5×L××10-6那么，當(dāng)路路線縱坡為為3%時(shí)，邊溝最最長(zhǎng)排水距距離l（出水口最最大間距））為L(zhǎng)＝0.204/（16.67×0.8×1.608×33.5××10-6）＝284m7）檢驗(yàn)匯流流歷時(shí)假設(shè)設(shè)因?yàn)槠旅鎱R匯流有兩部部分，一部部分是路面面水匯流，，另外一部部分是路塹塹坡面水匯匯流，兩部部分各自同同時(shí)發(fā)生，，因此，坡坡面匯流歷歷時(shí)應(yīng)取二二者的大者者。由前面面的計(jì)算可可得，路面面匯流歷時(shí)時(shí)為1.09min；路塹邊坡坡匯流歷時(shí)時(shí)為9.46min。因此取t1=9.46min。二、明渠的的水力水文文計(jì)算再按式t2=l/(60××v)=283/(60×1.704)=2.77min由此，可得得到匯流歷歷時(shí)為t=t1+t2=9.46+2.77=12.23min>10min再假設(shè)降雨雨歷時(shí)為13min，通過(guò)內(nèi)