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1、大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段路基排水设施水力计算书一、双向八车道大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段，选用沥青砼路面，路面和路肩（半幅）横向排水的宽度为19.75m（双向八车道），路面和硬路肩横坡为2%，土路肩为4%，路线最小纵坡为5。本项目拟设置排水沟、急流槽、边沟、平台截水沟和截水沟等排水设施来排除和拦截路界范围内外的雨水。现按照公路排水设计规范JTJ 018-97的规定，通过计算设计径流量反算各种排水设施各型号的最大排水距离(即出水口距离)和面积，为确定各路段各种排水设施型号的选取提供参考。1拦水路缘石最大排水距离的计算
2、1）降雨历时降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和。设降雨历时为3min。拦水路缘石与路肩铺面构成的浅三角型过水断面的泄水能力为：Qc0.377h8/3I1/2/（ihn）0.3770.058/3I0.5/（0.020.013）注：水力坡度I取路线纵坡；水深h2500.025cm（即水深小于5cm时，浅三角型过水断面的水面入侵硬路肩小于2.5m，保证行车安全。）2) 汇水面积和径流系数当出水口间距为l时，两个出水口之间的汇水面积为F=l19.7510-6km2取径流系数=0.95。3) 设计重现期根据公路排水设计规范JTJ
3、018-97的规定，高速公路路面和路肩表面排水设计重现期为5年。4）降雨强度按公路所在地区，查公路排水设计规范JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,102.8mm/min，5年设计重现期时的重现期转换系数为cp=1.0,60min降雨强度转换系数为c60=0.5，3min降雨历时转换系数为c5=1.40。于是，暴雨强度为q=1.01.402.8=3.92mm/min5）设计径流量根据公路排水设计规范JTJ018-97，设计径流量为Q=16.67qF=16.670.953.92l19.7510-6m3/s6）拦水缘石最大排水距离的计算当路线纵坡为5时，浅三角型过水
4、断面的泄水能力为Qc0.377h8/3I1/2/（ihn）0.3770.058/30.0050.5/（0.020.013）=0.035 m3/s浅三角型过水断面的泄水能力必须大于其设计径流量，即QcQ0.03516.670.953.92l19.7510-6那么，当路线纵坡为5时，拦水路缘石最长排水距离l（出水口最大间距）为l0.035/（16.670.953.9219.7510-6）28.55m7）检验汇流历时假设由表查得地表粗度系数为m1=0.013,路面横坡为is=0.02,坡面流长度为Ls=19.75m，可计算得到坡面汇流历时=1.909min按式v=20ig0.6得v200.0050.
5、6=0.83m/s，再按式t2= li /(60v)=28.55/(600.83)=0.57min由此，可得到汇流历时为 t= t1+ t2=1.909+0.57=2.48minQ。因此，按拦水缘石出水口间距来设置急流槽是满足要求的。3排水沟最大排水距离的计算1）降雨历时 降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和。设降雨历时为10min。PSG1型的过水能力按水深达到48cm计算（留20安全高度），过水断面面积A为0.288m2，过水断面湿周为1.56m，水力半径RA/=0.185m，当排水沟纵坡为0.3%时，那么v=n-1
6、R2/3I1/2= 0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s2) 汇水面积和径流系数设出水口间距为l，两个出水口之间的汇水面积(设路基填土高度为7m)由两部分组成：一部分为路面范围的汇水面积F119.75l，径流系数取10.95；另外一部分为路堤坡面的汇水面积F2(71.5+1)l =11.5l(7为边坡高度，1.5为边坡坡率，1为护坡道宽度，)，径流系数取20.65；那么，总的汇水面积F= 31.25l10-6km2取径流系数=(0.95F1+0.65F2)/(31.25l)=0.843) 设计重现期根据公路排水设计规范JTJ018-97的规定，高速公路路界内坡面排水设
7、计重现期为15年。4）降雨强度按公路所在地区，查公路排水设计规范JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,102.8mm/min，15年设计重现期时的重现期转换系数为cp=1.27,60min降雨强度转换系数为c60=0.5，10min降雨历时转换系数为c5=1.0。于是，暴雨强度为q=1.271.02.8=3.556mm/min5）PSG1型排水沟最大排水距离计算根据公路排水设计规范JTJ018-97，设计径流量为Q=16.67qF=16.670.843.55631.25l10-6m3/s当路线纵坡为3时，排水沟的泄水能力为QcAv=0.2881.18=0.341
8、m3/s排水沟泄水能力必须大于其设计径流量，即QcQ0.34116.670.843.556l31.2510-6那么，当沟底纵坡为3时，矩形排水沟最长排水距离l（出水口最大间距）为l0.341/（16.670.843.55631.2510-6）219m7）检验汇流历时假设由于路面水是通过拦水缘石汇集，经过急流槽而排入排水沟，而路堤坡面水则直接通过坡面径流汇入排水沟，因此，坡面汇流历时应取二者的大者。由前面拦水缘石的计算可得，路面汇流历时为2.48min；路堤边坡的地表粗度系数为m1=0.4，坡面横坡为is=0.667，坡面流长度为Ls=13.62m（填土高度7m，护坡道1m），可计算得到路堤边坡
9、坡面汇流历时=3.51min2.48因此，取t13.51min按式v=n-1R2/3I1/2得v 0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s再按式t2= l /(60v)=219/(601.18)=3.09min由此，可得到汇流历时为 t= t1+ t2=3.51+3.09=6.6min10min再假设降雨历时为7min，通过内插得出降雨历时转换系数ct=1.15，暴雨强度为q=1.271.152.8=4.089mm/min，通过以上过程的计算得到，当沟底纵坡为3时，矩形排水沟最长排水距离l（出水口最大间距）为191m，且汇流历时t=6.19min4.0%696 1084
10、1641 BGA型4边沟最大排水距离的计算1)降雨历时降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和。设降雨历时为5min。BGA型边沟的过水能力按浅三角形过水断面计算，面积A0.50.322.080.333m2，水力半径R=0.143m，当边沟纵坡为0.3%时，那么v=n-1R2/3I1/2= 0.05-10.1432/30.0031/2=0.30m/s2) 汇水面积和径流系数设出水口间距为l，两个出水口之间的汇水面积由两部分组成：一部分为路面范围的汇水面积F119.75l，径流系数取10.95；另外一部分为路堑坡面的汇水面积F
11、2(81.0+2.6+1.5)l =12.1l(8为第一级边坡高度，1.0为第一级边坡坡率，2.6为碎落台和边沟的宽度，1.5为平台截水沟范围外平台宽度)，径流系数取20.65；那么，总的汇水面积F= 31.85l10-6km2拟定坡面为细粒土坡面，取径流系数=(0.95F1+0.65F2)/(31.85l)=0.8363) 设计重现期根据公路排水设计规范JTJ018-97的规定，高速公路路界内坡面排水设计重现期为15年。4）降雨强度按公路所在地区，查公路排水设计规范JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,102.8mm/min，15年设计重现期时的重现期转换系数
12、为cp=1.27，60min降雨强度转换系数为c60=0.5，5min降雨历时转换系数为c5=1.25。于是，暴雨强度为q=1.271.252.8=4.445mm/min5）BGA型边沟最大排水距离计算根据公路排水设计规范JTJ018-97，设计径流量为Q=16.67qF=16.670.8364.44531.85l10-6m3/s当路线纵坡为3时，边沟的泄水能力为QcAv=0.3330.3=0.1m3/s矩形边沟泄水能力必须大于其设计径流量，即QcQ0.116.670.8364.44531.85l10-6那么，当路线纵坡为3时，边沟最长排水距离l（出水口最大间距）为l0.1/（16.670.8
13、364.44531.8510-6）51m7）检验汇流历时假设因为坡面汇流有两部分，一部分是路面水汇流，另外一部分是路堑坡面水汇流，两部分各自同时发生，因此，坡面汇流历时应取二者的大者。由前面拦水缘石的计算可得，路面汇流历时为2.48min；路堑边坡的地表粗度系数为m1=0.4,坡面横坡为is=1.0，坡高8m，坡面流长度为Ls=(11.3+2.6+1.5)=15.4m(11.3为第一级边坡坡面长度，2.6为碎落台和边沟的宽度，1.5为平台截水沟范围外平台宽度)，可计算得到路堑边坡坡面汇流历时=3.38min2.48因此，取t13.38min按式v=n-1R2/3I1/2，得v0.05-10.1
14、432/30.0031/2=0.3m/s再按式t2= l /(60v)=51/(600.3)=2.83min由此，可得到汇流历时为 t= t1+ t2=3.38+2.83=6.21min5min再假设降雨历时为7min，通过内插得出降雨历时转换系数ct=1.15，通过以上过程的计算得到，当路线纵坡为3时，边沟最长排水距离l（出水口最大间距）为55m，且汇流历时t=6.44min4.0%200 978 1618 5暗埋式边沟最大排水距离的计算浅碟型边沟上的路面水通过设置一定间隔的沉砂井流入到底部的排水管。由排水管底纵坡（假设边沟纵坡为0.3%），可计算得到圆管(直径d=0.5)的平均流速。圆形排
15、水管的过水断面面积A3.14*d2/40.196m2，水力半径，R=d/4=0.125v=n-1R2/3I1/2= 0.013-10.1252/30.0031/2=1.053m/s泄水能力为QcAv=0.1961.053=0.206m3/s5.1沉砂井间距计算根据浅碟型边沟的水力计算可知，当沟底纵坡为0.3时，浅碟型边沟的最大排水距离为55m，此时的设计径流量Q=16.67qF=16.670.8364.44531.85l10-6m3/s0.1085 m3/s，由此可知，浅碟型边沟下的圆形排水管泄水能力Qc=0.206m3/s大于该设计径流量，即QcQ。因此，按浅碟型边沟的出水口间距来设置沉砂井
16、是满足要求的。当沟底纵坡为其它数值时，按照上述计算过程进行计算，验证按浅碟型边沟的最大排水距离来设置沉砂井是否满足要求。结果列于下表。表11圆形排水管（d50cm）泄水能力沟底纵坡(%)浅碟型边沟的最大排水距离(m)设计径流量(m3/s)圆形排水管平均流速（m3/s）圆形排水管泄水能力Qc (m3/s)0.3%55 0.109 1.053 0.206 0.5%71 0.140 1.360 0.267 0.7%84 0.166 1.609 0.315 1.0%100 0.197 1.923 0.377 1.5%123 0.243 2.355 0.462 2.0%142 0.280 2.720 0
17、.533 2.5%159 0.314 3.041 0.596 3.0174 0.343 3.331 0.653 3.5188 0.371 3.598 0.705 4.0201 0.397 3.846 0.754 由上表可知，浅碟型边沟下圆形排水管的泄水能力均大于按各种浅碟型边沟的最大排水距离来设置沉砂井时的设计径流量，即QcQ。因此，按浅碟型边沟的最大排水距离来设置沉砂井是满足要求的。5.2暗埋式边沟最大排水距离的计算1)降雨历时降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和。设降雨历时为5min。暗埋式边沟下圆形排水管的过水断面
18、面积A3.14*d2/40.196m2，水力半径，R=d/4=0.125v=n-1R2/3I1/2= 0.013-10.1252/30.0031/2=1.053m/s2) 汇水面积和径流系数设出水口间距为l，两个出水口之间的汇水面积由两部分组成：一部分为路面范围的汇水面积F119.75l，径流系数取10.95；另外一部分为路堑坡面的汇水面积F2(81.0+2.6+1.5)l =12.1l(8为第一级边坡高度，1.0为第一级边坡坡率，2.6为碎落台和边沟的宽度，1.5为平台截水沟范围外平台宽度)，径流系数取20.65；那么，总的汇水面积F= 31.85l10-6km2拟定坡面为细粒土坡面，取径流
19、系数=(0.95F1+0.65F2)/(31.85l)=0.8363) 设计重现期根据公路排水设计规范JTJ018-97的规定，高速公路路界内坡面排水设计重现期为15年。4）降雨强度按公路所在地区，查公路排水设计规范JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,102.8mm/min，15年设计重现期时的重现期转换系数为cp=1.27，60min降雨强度转换系数为c60=0.5，5min降雨历时转换系数为c5=1.25。于是，暴雨强度为q=1.271.252.8=4.445mm/min5）暗埋式边沟最大排水距离计算根据公路排水设计规范JTJ018-97，设计径流量为Q=
20、16.67qF=16.670.8364.44531.85l10-6m3/s当路线纵坡为3时，暗埋式边沟的泄水能力(浅碟式边沟与圆管的泄水能力之和)为QcAv+Av=0.1961.053+0.3330.3=0.306m3/s暗埋式边沟泄水能力必须大于其设计径流量，即QcQ0.30616.670.8364.44531.85l10-6那么，当路线纵坡为3时，暗埋式边沟最长排水距离l（出水口最大间距）为l0.306/（16.670.8364.44531.8510-6）155m7）检验汇流历时假设因为坡面汇流有两部分，一部分是路面水汇流，另外一部分是路堑坡面水汇流，两部分各自同时发生，因此，坡面汇流历时
21、应取二者的大者。由前面拦水缘石的计算可得，路面汇流历时为2.48min；路堑边坡的地表粗度系数为m1=0.4,坡面横坡为is=1.0，坡高8m，坡面流长度为Ls=(11.3+2.6+1.5)=15.4m(11.3为第一级边坡坡面长度，2.6为碎落台和边沟的宽度，1.5为平台截水沟范围外平台宽度)，可计算得到路堑边坡坡面汇流历时=3.38min2.48因此，取t13.38min按式v=n-1R2/3I1/2，得v=n-1R2/3I1/2= 0.013-10.1252/30.0031/2=1.053m/s再按式t2= l /(60v)=155/(601.053)=2.45min由此，可得到汇流历时
22、为 t= t1+ t2=3.38+2.45=5.84min5min再假设降雨历时为6min，通过内插得出降雨历时转换系数ct=1.20，通过以上过程的计算得到，当路线纵坡为3时，暗埋式边沟最长排水距离l（出水口最大间距）为162m，且汇流历时t=5.94min4.0%591 877 1277 6超高路段纵向集水沟最大排水距离的计算1)降雨历时降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和。设降雨历时为5min。集水沟过水能力按水深达到48cm计算（留10安全高度），过水断面面积A为0.192m2，过水断面湿周为1.36m，水力半径
23、RA/=0.141m，当排水沟纵坡为0.3%时，那么v=n-1R2/3I1/2= 0.012-10.1412/30.0031/2=1.24m/s2) 汇水面积和径流系数设出水口间距为l，两个出水口之间的汇水面积为路面范围的汇水面积F118.75l，径流系数取10.95，汇水面积为F= 18.75l10-6km2径流系数=0.953) 设计重现期根据公路排水设计规范JTJ018-97的规定，高速公路路界内坡面排水设计重现期为15年。4）降雨强度按公路所在地区，查公路排水设计规范JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,102.8mm/min，15年设计重现期时的重现期
24、转换系数为cp=1.27,60min降雨强度转换系数为c60=0.5，5min降雨历时转换系数为c5=1.25。于是，暴雨强度为q=1.271.252.8=4.445mm/min5）集水沟最大排水距离计算根据公路排水设计规范JTJ018-97，设计径流量为Q=16.67qF=16.670.954.44518.75l10-6m3/s当路线纵坡为3时，边沟的泄水能力为QcAv=0.1921.24=0.238m3/s集水沟泄水能力必须大于其设计径流量，即QcQ0.23816.670.954.44518.75l10-6那么，当路线纵坡为3时，集水沟最长排水距离l（出水口最大间距）为l0.238/（16
25、.670.954.44518.7510-6）180m6）检验汇流历时假设因路面水汇流历时为2.48min，因此，取t12.43min再按式t2= l /(60v)=180/(601.24)=2.42min由此，可得到汇流历时为 t= t1+ t2=2.43+2.42=4.85min5min当路线纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对纵向集水沟最大排水距离进行计算，并对汇流历时进行检验，结果列于下表。表16不同路线纵坡纵向集水沟（0.4X0.6）最大排水距离(降雨历时为5min)沟底纵坡(%)泄水能力(m3/s)出水口间距(m)汇流历时(min)0.3%0.238 180 4.85 0.5%0.307 232 4.85 0.7%0.363 275 4.85 1.0%0.434 329 4.85 1.5%0.531 403 4.85 2.0%0.613 465 4.85 2.5%0.686 520 4.85 3.00.751 569 4.85 3.50.812 615 4.85 4.00.868 657 4.85 表17不