路基路面排水设计.ppt

第九章第九章 路基路面排水设计路基路面排水设计9-1 概述概述9-2 路基排水设计路基排水设计9-3 路面排水设计路面排水设计9-4 明渠的水文水力计算明渠的水文水力计算(自学自学)目录1 描述路基排水的任务；描述路基排水的任务；2 解释常用地面排水设施的构造特点、作用解释常用地面排水设施的构造特点、作用及要求；及要求；3 叙述地下排水的类型与构造；叙述地下排水的类型与构造；4 简述路面排水包括哪些方面；简述路面排水包括哪些方面；学习目标：学习目标：路面唧泥路面唧泥水是造成路基路面病害的主要原因之一水是造成路基路面病害的主要原因之一由于排水不良造成公由于排水不良造成公路破坏路破坏第一节第一节 概述概述一、路基排水的意义一、路基排水的意义保持路基材料的强度稳定性，进而保持路基的稳定性。保持路基材料的强度稳定性，进而保持路基的稳定性。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.设计前必须进行深入细致的调查研究，详细划分流域；设计前必须进行深入细致的调查研究，详细划分流域；2.路基排水沟渠的设置尽量与环境协调；路基排水沟渠的设置尽量与环境协调；3.排水设施要因地制宜、就地取材、经济适用，并做到系统排水设施要因地制宜、就地取材、经济适用，并做到系统规划，合理布局，与当地排水设施相协调；规划，合理布局，与当地排水设施相协调；4.排水设计应讲求经济效益，临时排水设施应该尽可能与永排水设计应讲求经济效益，临时排水设施应该尽可能与永久排水设施相结合。久排水设施相结合。常用设施：常用设施：边沟，截水沟，排水沟，跌水与急流槽边沟，截水沟，排水沟，跌水与急流槽边沟边沟山区排水山区排水第二节第二节 路基排水设计路基排水设计一、地表排水设备一、地表排水设备（一）边沟一）边沟用于汇集和排除降落在路基范围内以及流向路基的少量地表水用于汇集和排除降落在路基范围内以及流向路基的少量地表水2.布置布置（1）横向位置）横向位置边沟一般布置在路堑的路肩外侧或较低矮路堤坡脚外侧边沟一般布置在路堑的路肩外侧或较低矮路堤坡脚外侧（2）边沟的纵坡）边沟的纵坡边沟的纵坡边沟的纵坡宜与路线纵坡相一致宜与路线纵坡相一致，并，并不宜小于不宜小于，困难情况困难情况下可以减至下可以减至0.3%（3）边沟的长度）边沟的长度单向排水长度单向排水长度每每300500米米设出水口。设出水口。矮矮路路堤堤1.功能功能3.横断面横断面（二）截水沟（天沟）（二）截水沟（天沟）1.功能功能 用以拦截并排除路基上方流向路基的地面径流，减轻边用以拦截并排除路基上方流向路基的地面径流，减轻边沟的水流负担，保证挖方边坡和填方坡脚不受流水冲刷。沟的水流负担，保证挖方边坡和填方坡脚不受流水冲刷。2.布置布置（1）横向位置）横向位置截水沟一般布置在路堑边坡或陡坡路堤上侧，垂直于山坡水流截水沟一般布置在路堑边坡或陡坡路堤上侧，垂直于山坡水流方向或基本与等高线平行。视降雨量，可以不设或设计多道。方向或基本与等高线平行。视降雨量，可以不设或设计多道。填方截水沟截水沟填方截水沟截水沟挖方截水沟挖方截水沟5m挖方坡顶的截水沟挖方坡顶的截水沟将截水沟的水引下来将截水沟的水引下来（2）纵坡与长度）纵坡与长度截水沟的纵坡截水沟的纵坡不宜小于，不宜小于，长度的考虑以汇水既不造成过大长度的考虑以汇水既不造成过大的冲刷，又不淤积为原则。的冲刷，又不淤积为原则。3.横断面横断面 一般为梯形，沟的边坡坡度，因岩土条件而定，一般采一般为梯形，沟的边坡坡度，因岩土条件而定，一般采用用1：1：。沟底宽度：。沟底宽度b不小于，沟深不小于，沟深h按设计流量而定，亦按设计流量而定，亦不应小于。不应小于。土质土质石质石质（三）排水沟三）排水沟 将路基范围内各种水源的水流（如边沟、截水沟、取土将路基范围内各种水源的水流（如边沟、截水沟、取土坑、边坡和路基附近积水），引排至桥涵或路基范围以外的坑、边坡和路基附近积水），引排至桥涵或路基范围以外的指定地点。指定地点。2.布置布置（1）排水沟的布置可以根据需要并结合当地地形条件而定，）排水沟的布置可以根据需要并结合当地地形条件而定，距离路基坡脚不宜小于距离路基坡脚不宜小于34m，平面上应力求直捷，需要转平面上应力求直捷，需要转弯时亦应尽量圆顺，做成弧形，其半径不宜小于弯时亦应尽量圆顺，做成弧形，其半径不宜小于1020m，连续长度宜短，一般不超过连续长度宜短，一般不超过500m。（2）排水沟应具有合适的纵坡，以保证水流畅通，不致流）排水沟应具有合适的纵坡，以保证水流畅通，不致流速太大而产生冲刷，亦不可流速太小而形成淤积，为此宜通速太大而产生冲刷，亦不可流速太小而形成淤积，为此宜通过水文水力计算而择优选定。一般情况下，可取过水文水力计算而择优选定。一般情况下，可取1.0%，不小于，亦不宜大于不小于，亦不宜大于3。1.功能功能排水沟与水道衔接示意图排水沟与水道衔接示意图1排水沟；排水沟；2其它渠道；其它渠道；3路基中心线；路基中心线；4桥涵桥涵3.横断面横断面 排水沟的横断面，一般采用排水沟的横断面，一般采用梯形梯形，尺寸大小应经过水力，尺寸大小应经过水力水文计算选定。水文计算选定。（3）排水沟水流注入其他沟渠或水道时，应使原水道不产）排水沟水流注入其他沟渠或水道时，应使原水道不产生冲刷或淤积。通常应使排水沟与原水道两者成锐角相交，生冲刷或淤积。通常应使排水沟与原水道两者成锐角相交，交角不大于交角不大于45，有条件可用半径，有条件可用半径R=10b（b为沟顶宽）的为沟顶宽）的圆曲线朝下游与其它水道相接。圆曲线朝下游与其它水道相接。4.防护防护包括排水沟在内的土质沟渠在有可能受到冲刷和渗漏包括排水沟在内的土质沟渠在有可能受到冲刷和渗漏时必须进行时必须进行防护和防渗处理防护和防渗处理纵纵坡坡（%）11335577加固加固类类型型不加固不加固1.土土质质好，好，不加固不加固2.土土质质不好，不好，简简易加固易加固简简易加固易加固或干砌式或干砌式加固加固干砌式或干砌式或浆浆砌式加砌式加固固浆浆砌式加砌式加固或改用固或改用跌水跌水加固类型与沟底纵坡关系加固类型与沟底纵坡关系（四）跌水四）跌水 在陡坡或深沟地段设置的沟底为阶梯，水流呈瀑布式跌落在陡坡或深沟地段设置的沟底为阶梯，水流呈瀑布式跌落的沟槽称作跌水。的沟槽称作跌水。跌水的作用是在较短的距离内，降低跌水的作用是在较短的距离内，降低水流流速，消减水流水流流速，消减水流能量能量，进而防止冲刷（，进而防止冲刷（用于坡度大于用于坡度大于10，水头高差大于的陡，水头高差大于的陡坡地段坡地段）2.布置和运用布置和运用边沟与涵洞单级跌水连接图边沟与涵洞单级跌水连接图1边沟；边沟；2路基；路基；3跌水井；跌水井；4涵洞涵洞多级跌水纵剖面图多级跌水纵剖面图1沟顶线；沟顶线；2沟底线沟底线1.功能功能跌水跌水（五）急流槽五）急流槽 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称作急流槽。槽称作急流槽。急流槽的作用是在较短的距离内以沟渠的方式引排水流、急流槽的作用是在较短的距离内以沟渠的方式引排水流、降低水头，进而防止冲刷（可用于比跌水更陡的坡度降低水头，进而防止冲刷（可用于比跌水更陡的坡度,可达可达600）1.功能功能急流槽急流槽排水沟排水沟山区排水山区排水2.急流槽的布置和运用急流槽的布置和运用高路堤边坡地段急流槽高路堤边坡地段急流槽路堑与高路堤连接处急流槽路堑与高路堤连接处急流槽路堑边坡急流槽路堑边坡急流槽急流槽设置通常设置在急流槽设置通常设置在高路堤边坡、高路堤边坡、高路堑边坡、路堑与高路堤连接处、高路堑边坡、路堑与高路堤连接处、回头曲线上下边沟回头曲线上下边沟等位置，是山区等位置，是山区公路沟通上下线路路基排水及沟渠公路沟通上下线路路基排水及沟渠出水口的一种常见排水设施。出水口的一种常见排水设施。（六）倒虹吸与渡水槽（六）倒虹吸与渡水槽1.功能功能 当水流需要横跨路基，同时受到设计标高的限制，可以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，前者称采用管道或沟槽，从路基底部或上部架空跨越，前者称倒虹倒虹吸吸，后者为，后者为渡水槽渡水槽，分别相当于涵洞和渡水桥。，分别相当于涵洞和渡水桥。两者属于路基地面排水的特殊结构物，并且多半是配合两者属于路基地面排水的特殊结构物，并且多半是配合农田水利所需而采用。农田水利所需而采用。2.布置布置倒虹吸的设置往往是因路基横跨原有沟渠，且沟渠水位倒虹吸的设置往往是因路基横跨原有沟渠，且沟渠水位高于路基设计标高，不能按正常条件下设置涵洞，此时高于路基设计标高，不能按正常条件下设置涵洞，此时采用倒虹吸是可行的方案之一。采用倒虹吸是可行的方案之一。原水道与路基设计标高相差较大，如果路基两侧地形有原水道与路基设计标高相差较大，如果路基两侧地形有利，或当地确有必要，可设简易桥梁，架设水槽或管道，利，或当地确有必要，可设简易桥梁，架设水槽或管道，从路基上部跨越，以勾通路基两侧的水流。从路基上部跨越，以勾通路基两侧的水流。东江深圳渡水槽东江深圳渡水槽墨西哥格雷塔罗市的古渡槽墨西哥格雷塔罗市的古渡槽南水北调北京永定河倒虹吸工程南水北调北京永定河倒虹吸工程引大入秦先明峡倒虹吸引大入秦先明峡倒虹吸作用作用:拦截拦截,汇集汇集,排除流向路基地下水或降低地下水排除流向路基地下水或降低地下水位位二、地下排水设施二、地下排水设施常用地下排水设施：暗沟，渗沟与渗井、渗水隧洞常用地下排水设施：暗沟，渗沟与渗井、渗水隧洞（一）暗沟（一）暗沟 u1、作用：地面以下引导水流、作用：地面以下引导水流u2、条件：、条件：1）路基范围内的泉眼）路基范围内的泉眼 2）市区污水管或雨水管）市区污水管或雨水管 雨水井雨水井u3、构造：洞式，管式、构造：洞式，管式 盖板周围用碎（砾）石做成反滤层，颗粒直径自上而下，盖板周围用碎（砾）石做成反滤层，颗粒直径自上而下，由外及里，逐渐增大。由外及里，逐渐增大。u4、纵坡：、纵坡：i 1%，出口为边沟高出最高水位，出口为边沟高出最高水位20cm （二）渗沟（二）渗沟u1、作用：汇集流向路基地下水、作用：汇集流向路基地下水 截断路堑层间水的渗沟截断路堑层间水的渗沟拦截潜水流向路堤的渗沟拦截潜水流向路堤的渗沟降低地下水位的渗沟降低地下水位的渗沟u2、构造：、构造：由排水层（石缝，管，洞），反滤层和封闭层所组成由排水层（石缝，管，洞），反滤层和封闭层所组成 封闭层：防止地面水的下渗（浆砌片石）封闭层：防止地面水的下渗（浆砌片石）反滤层：汇集水流，防止水层中的土粒堵塞排水层，由大反滤层：汇集水流，防止水层中的土粒堵塞排水层，由大小均匀的砂石材料，分层填埋小均匀的砂石材料，分层填埋 反滤层反滤层封闭层封闭层排水层排水层u3、分类、分类 1填石渗沟（盲沟）：流量不大，渗沟不长。纵坡一般采用填石渗沟（盲沟）：流量不大，渗沟不长。纵坡一般采用5%2管式渗沟：适用地下引水较长的地段，纵坡一般不大于管式渗沟：适用地下引水较长的地段，纵坡一般不大于1%3洞式渗沟：流量较大，缺乏水管。有条件采用较大纵坡。洞式渗沟：流量较大，缺乏水管。有条件采用较大纵坡。盲沟布置图例盲沟布置图例塑料管渗沟：带孔聚乙烯管，土工布组成塑料管渗沟：带孔聚乙烯管，土工布组成 土工布：聚丙烯纤维，有一定厚度，柔软，而且具有力学土工布：聚丙烯纤维，有一定厚度，柔软，而且具有力学强度。水分可通过土工布，土壤均被挡住。强度。水分可通过土工布，土壤均被挡住。土工织物做反滤层土工织物做反滤层塑料带孔排水管渗沟塑料带孔排水管渗沟排水管的固定排水管的固定排水管上填入砂砾料排水管上填入砂砾料渗沟施工图片渗沟施工图片接头连接接头连接横向排水管排水横向排水管排水（三）渗井（三）渗井 u1、作用：、作用：将地下水（或地表水）通过竖井，渗入地下排除将地下水（或地表水）通过竖井，渗入地下排除u2、使用条件：、使用条件：（1）路线高度与原地面相仿，排水困难，距地面有渗透性）路线高度与原地面相仿，排水困难，距地面有渗透性土层土层 （2）高速公路或城市道路立交桥下，路线为凹形竖曲线）高速公路或城市道路立交桥下，路线为凹形竖曲线（同雨水井）（同雨水井）3、构造：、构造：p上部：井口（圆或方）上部：井口（圆或方）集水结构集水结构p下部：填充由中心向四周由粗到细的砂砾石下部：填充由中心向四周由粗到细的砂砾石 排水结构排水结构p上层不透水层范围内填砂或砾石上层不透水层范围内填砂或砾石;下层透水层范围内填碎石或下层透水层范围内填碎石或卵石。卵石。p井壁和填充料之间设反滤层。井壁和填充料之间设反滤层。p井顶四周（进口除外）用粘土筑堤围护，井顶加筑砼盖。井顶四周（进口除外）用粘土筑堤围护，井顶加筑砼盖。p缺：造价高，不轻易用缺：造价高，不轻易用 第三节第三节 路面排水设计路面排水设计主要包括：路面（路肩）表面、中央分隔带、路主要包括：路面（路肩）表面、中央分隔带、路面内部、边缘排水系统面内部、边缘排水系统 排水路面排水路面排水基层排水基层一、路面表面排水一、路面表面排水（一）路面表面排水的目的（一）路面表面排水的目的路面表面排水的主要目的是迅速把降落在路面和路肩表面的路面表面排水的主要目的是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降水排走，以免造成路面积水而影响行车安全（二）路面表面排水的方式（二）路面表面排水的方式1.在路线纵坡平缓、汇水量不大、路堤较低且边坡坡面不会在路线纵坡平缓、汇水量不大、路堤较低且边坡坡面不会受到冲刷的情况下，应采用在路拱和路堤边坡上横向漫坡的受到冲刷的情况下，应采用在路拱和路堤边坡上横向漫坡的方式排除路面表面水。方式排除路面表面水。2.在路堤较高，边坡坡面在未做防护而易遭受路面表面水流在路堤较高，边坡坡面在未做防护而易遭受路面表面水流冲刷，应沿路肩外侧边缘设置拦水带，汇集路拱漫流路面表冲刷，应沿路肩外侧边缘设置拦水带，汇集路拱漫流路面表面水，然后通过泄水口和急流槽排离路堤。面水，然后通过泄水口和急流槽排离路堤。3.当硬路肩汇水量大，或硬路肩狭窄，或爬坡、加速车道占当硬路肩汇水量大，或硬路肩狭窄，或爬坡、加速车道占用了路肩过水断面，可以采用路肩排水沟的方式代替拦水带用了路肩过水断面，可以采用路肩排水沟的方式代替拦水带高路堤利用急流槽排水高路堤利用急流槽排水设置拦水带汇集路面表面水时，拦水带过水断面内的水面，设置拦水带汇集路面表面水时，拦水带过水断面内的水面，在高速公路及一级公路上不得漫过右侧车道外边缘，在二级及在高速公路及一级公路上不得漫过右侧车道外边缘，在二级及二级以下公路上不得漫过右侧车道中心线。二级以下公路上不得漫过右侧车道中心线。现浇（铺）拦水带现浇（铺）拦水带预制拦水带预制拦水带预制路肩排水沟预制路肩排水沟拦水带与急流槽的组合拦水带与急流槽的组合拦水带汇集的水流应以拦水带汇集的水流应以2050间距的急流槽排下路基间距的急流槽排下路基纵坡上的不对称喇叭形泄水口纵坡上的不对称喇叭形泄水口路面表面排水应遵循原则：路面表面排水应遵循原则：（1）路面横坡排路面雨水）路面横坡排路面雨水（2）边坡横向漫流排除路面表面水（路堤较矮，边坡坡面不）边坡横向漫流排除路面表面水（路堤较矮，边坡坡面不易受冲刷）易受冲刷）（3）路肩边缘设置拦水带（路堤较高，边坡坡面易受冲刷）。）路肩边缘设置拦水带（路堤较高，边坡坡面易受冲刷）。拦水带高出路肩拦水带高出路肩12cm，顶宽，顶宽810cm。路肩边缘设置拦水带路肩边缘设置拦水带二、中央分隔带排水二、中央分隔带排水 （高速，一级公路）（高速，一级公路）中央分隔带排水分三种类型：中央分隔带排水分三种类型：（1）表面铺面封闭的中央分隔带）表面铺面封闭的中央分隔带 采用两侧外倾横坡，排向两侧行车道（同路面横坡）采用两侧外倾横坡，排向两侧行车道（同路面横坡）;超高段在分隔带上侧边缘设置缘石或泻水口，拦截和排除超高段在分隔带上侧边缘设置缘石或泻水口，拦截和排除上半幅路面的表面水。上半幅路面的表面水。（2）表面未铺面且未采用表面排水的中央分隔带）表面未铺面且未采用表面排水的中央分隔带 （表面种植绿化）（表面种植绿化）设纵向排水管渗沟设纵向排水管渗沟 高速公路中央分隔带高速公路中央分隔带高速公路中央分隔带盲沟排高速公路中央分隔带盲沟排水系统现场水系统现场 总结：总结：我国通常采用较窄的中央分隔带，仅在中间设预留我国通常采用较窄的中央分隔带，仅在中间设预留车道时才采用宽的中央分隔带。各地在选用排水设施类车道时才采用宽的中央分隔带。各地在选用排水设施类型时，并未拘泥于以分隔带宽度限值作为唯一的依据，型时，并未拘泥于以分隔带宽度限值作为唯一的依据，而是结合地区和工程需要确定，形式是多样的。因而，而是结合地区和工程需要确定，形式是多样的。因而，上述分类中的宽度标准并不是绝对的。上述分类中的宽度标准并不是绝对的。三、路面内部排水三、路面内部排水 排除滞留在路面结构内的水分（接缝，裂隙，空隙，路基，排除滞留在路面结构内的水分（接缝，裂隙，空隙，路基，路肩渗入）路肩渗入）（一）路面边缘排水系统（一）路面边缘排水系统n路面边缘排水系统：透水性填料集水沟，纵向排水管，横路面边缘排水系统：透水性填料集水沟，纵向排水管，横向出水管，土工织物向出水管，土工织物 n纵向排水管：纵向排水管：PVC或或PE塑料管（带孔口或槽口），通常塑料管（带孔口或槽口），通常与基底底面齐平，纵坡与路线纵坡相同。与基底底面齐平，纵坡与路线纵坡相同。n透水填料底面和外侧围以反滤织物（土工布）透水填料底面和外侧围以反滤织物（土工布）路面路面路肩面层路肩面层碎石盲沟碎石盲沟排水层排水层安装纵向集水管安装纵向集水管每每10m设置一处横向排水管设置一处横向排水管路面边缘排水施工路面边缘排水施工（二）排水基层的排水系统（二）排水基层的排水系统 n在面层下设置在面层下设置n排水基层由水泥或沥青处治不含或含少量粒径排水基层由水泥或沥青处治不含或含少量粒径以下细料的开以下细料的开级配碎石集料组成或未经结合料处治的开级集料组成。级配碎石集料组成或未经结合料处治的开级集料组成。(基层基层厚度一般厚度一般815cm，hmin=6或或8cm）n透水性基层排水系统：纵向集水沟，排水管，横向出水管透水性基层排水系统：纵向集水沟，排水管，横向出水管n纵向集水沟：设在面层边缘外侧、路肩下或路肩边缘外侧。纵向集水沟：设在面层边缘外侧、路肩下或路肩边缘外侧。作业1.路基路面排水的任务是什么？排水设计的一路基路面排水的任务是什么？排水设计的一般原则有哪些？般原则有哪些？2.地面、地下排水设备有哪些？各有何功能？地面、地下排水设备有哪些？各有何功能？3.路面表面排水的任务是什么？有哪些措施？路面表面排水的任务是什么？有哪些措施？4.路面结构内的水分会产生哪些危害？有哪些路面结构内的水分会产生哪些危害？有哪些排水措施？排水措施？