公路排水設(shè)計之明渠排水的水文水力計算

公路排水設(shè)計之明渠排水的水文水力計算

蘇交科集團股份有限公司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路涵吊溝截水溝邊溝急流槽攔水帶一、概述3.水對路面的影響一、概述3.水對路面的影響1）降低路面材料強度；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.水對路基的影響一、概述4.水對路基的影響1）地面水對路基產(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、明渠的水力水文計算1、主要明渠及注意事項1)邊溝邊溝排水量不大，一般不需要水文和水力計算，選用標準斷面形式。邊溝不宜過長，邊溝出水口的間距，一般地區(qū)不宜超過500米，多雨地區(qū)不宜超過300米，三角形和碟形邊溝不宜超過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)進行特殊設(shè)計。二、明渠的水力水文計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、一級公路邊溝的底寬和深度不應(yīng)小于0.6米，其他等級公路不應(yīng)小于0.4米。二、明渠的水力水文計算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。排水溝的橫斷面形式一般采用梯形，尺寸大小應(yīng)經(jīng)過水力水文計算選定。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)長度宜短，長不宜超過500米。排水溝應(yīng)具有合適的縱坡，通過水力水文計算選定，一般情況下，可取0.5%～1.0%，溝底縱坡不宜小于0.5%。二、明渠的水力水文計算3）截水溝截水溝長度以200～500米為宜；超過500米時，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，應(yīng)采取相應(yīng)的防護措施。溝底縱坡不宜小于0.5%。二、明渠渠的水力力水文計計算4)急流槽急流槽的的構(gòu)造按按水力計計算特點點，亦由由進口、、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。混凝凝土急流流槽的厚厚度可為為0.2～0.3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計算1、方法一一按按照照規(guī)范的的方法步步驟驗算算是否滿滿足二、明渠渠的水力力水文計計算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計算1.確定匯水水區(qū)域二、明渠渠的水力力水文計計算路塹一側(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.計算徑流流系數(shù)查《公路路排水設(shè)設(shè)計規(guī)范范》（JTGTD—2012）表9.1.8知：二、明渠渠的水力力水文計計算2.計算徑流流系數(shù)查《公路路排水設(shè)設(shè)計規(guī)范范》（JTGTD—2012）表二、明渠渠的水力力水文計計算3.計算匯流流歷時及及平均流流速1）按《公路排水水設(shè)計規(guī)規(guī)范》（JTGTD——2012）式9.1.4計算坡面面匯流歷歷時式中：t——坡面匯流流歷時，，min；Lp——坡面流的的長度，，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)計規(guī)規(guī)范》（JTGTD——2012）表9.1.4確定。二、明渠渠的水力力水文計計算二、明渠渠的水力力水文計計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：：碎落臺的的粗度系系數(shù)s2=0.1，橫向坡坡度為3%，匯流歷歷時：瀝青路面面的粗度度系數(shù)s3=0.013，橫坡為為2%，坡面流流長度為為12.25m，匯流歷歷時：二、明渠渠的水力力水文計計算按照規(guī)范范，在斷斷面尺寸寸、坡度度變化初初分段計計算各段段匯流歷歷時，再再疊加，，因此，，坡面匯匯流歷時時：2）按《公路排水水設(shè)計規(guī)規(guī)范》（JTGTD——2012）式9.1.5-1計算管溝溝匯流歷歷時二、明渠渠的水力力水文計計算設(shè)邊溝底底寬b=0.4m，高h=0.4m，漿砌片片石砌筑筑，溝底底粗糙系系數(shù)n=0.025，設(shè)計水水深為0.2m（路基設(shè)設(shè)計規(guī)規(guī)范P28要求0.2m，排水水設(shè)計計規(guī)范范P12要求0.1m），過過水斷斷面面面積A=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算算溝內(nèi)平平均流流速為為：溝內(nèi)匯匯流歷歷時為為t5=200/1.704=1.96min；綜上，，可知知匯流流總歷時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.計算泄泄水能能力二、明明渠的的水力力水文文計算算5.計算降降雨強強度根據(jù)規(guī)規(guī)范，，高速公公路、、一級公公路路路界內(nèi)內(nèi)坡面面排水水設(shè)計計降雨雨的重重現(xiàn)期期為15年，其他等等級公公路為為10年，公路采采用降降雨強強度公公式計計算：：二、明明渠的的水力力水文文計算算（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算二、明渠的的水力水文文計算（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算二、明渠的的水力水文文計算查圖9.1.7-1該區(qū)5年重現(xiàn)期10min降雨歷時的的降雨強度度為強q5，10=1.2mm/minqp，t=cpctq5,10=1.34x0.93x1.2=1.447mm/min6.計算設(shè)計徑徑流量可按照降雨雨強度由推推理公式計計算設(shè)計徑徑流量Q設(shè)計流量Q=0.129m3/s＜泄泄水水能能力力Qc=0.204m3/s，所以以設(shè)設(shè)計計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計算算7.沖淤淤檢檢驗驗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)計計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)計計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驗。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算算2、方法法二通通過假假設(shè)排排水段段落長長度L，匯流流歷時時t的方法求求縱坡與與排水段段落長度度的關(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計算2）.計算徑流流系數(shù)查《公路路排水設(shè)設(shè)計規(guī)范范》（JTGTD—2012）表二、明渠渠的水力力水文計計算3）.降雨歷時時及溝內(nèi)內(nèi)平均流流速降雨歷時時取設(shè)計計控制點點的匯流流歷時，，其值為為匯水區(qū)區(qū)最遠點點到排水水設(shè)施（（出水口口）處的的坡面匯匯流歷時時與溝內(nèi)內(nèi)的溝管管匯流歷歷時之和和。設(shè)降降雨歷時時為12min。4）.設(shè)計重現(xiàn)現(xiàn)期根據(jù)規(guī)范范，高速公路路、一級公路路路界內(nèi)內(nèi)坡面排排水設(shè)計計降雨的的重現(xiàn)期期為15年，其他等級級公路為為10年。二、明渠渠的水力力水文計計算5）降雨強強度按公路路所在在地區(qū)區(qū)，查查《公路排排水設(shè)設(shè)計規(guī)規(guī)范》得5年設(shè)計計重現(xiàn)現(xiàn)期10min降雨歷歷時的的降雨雨強度度為q5,10＝1.2mm/min，10年設(shè)計計重現(xiàn)現(xiàn)期時時的重重現(xiàn)期期轉(zhuǎn)換換系數(shù)數(shù)為cp=1.34，60min降雨強強度轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換系系數(shù)為為c60=0.4，10min降雨歷歷時轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換系系數(shù)為為c5=1。于是是，暴暴雨強強度為為q=1.2×1.34××1=1.608mm/min6）邊溝溝最大大排水水距離離計算算根據(jù)《公路排排水設(shè)設(shè)計規(guī)規(guī)范》JTJ018-97，設(shè)計計徑流流量為為Q=16.67ΨqF=16.67××0.8××1.608××33.5×l×10-6m3/s當路線縱坡坡為3%時，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算邊溝泄水能能力必須大大于其設(shè)計計徑流量，，即Qc>Q0.204>16.67×0.8×1.608×33.5×L××10-6那么，當路路線縱坡為為3%時，邊溝最最長排水距距離l（出水口最最大間距））為L＝0.204/（16.67×0.8×1.608×33.5××10-6）＝284m7）檢驗匯流流歷時假設(shè)設(shè)因為坡面匯匯流有兩部部分，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發(fā)生，，因此，坡坡面匯流歷歷時應(yīng)取二二者的大者者。由前面面的計算可可得，路面面匯流歷時時為1.09min；路塹邊坡坡匯流歷時時為9.46min。因此取t1=9.46min。二、明渠的的水力水文文計算再按式t2=l/(60××v)=283/(60×1.704)=2.77min由此，可得得到匯流歷歷時為t=t1+t2=9.46+2.77=12.23min>10min再假設(shè)降雨雨歷時為13min，通過內(nèi)