公路排水设计及计算实例

覃田华 农建政

(广西交通科学研究院，广西 南宁 530007)

公路排水设计及计算实例

覃田华 农建政

(广西交通科学研究院，广西 南宁 530007)

介绍了公路网建设运营过程中的常见水害，结合实际情况与设计经验，探讨了处理水害的有效措施，并对各种常见排水结构物进行水文、水力计算，总结了水文计算中应注意的事项，以供参考。

公路，水害，水文计算，水力计算，排水设计

近年来，公路网建设运营过程中，经常出现公路排水设计不当，造成路基、路面水毁现象，本文根据各种水害现象，提出公路设计中排水结构物选择的注意事项及常见排水构造物的水文、水力计算。

水害一：边沟设计断面过小，未能及时排除路面及边坡水，造成降水漫过路面，导致路面水毁，加速路面损坏速度。

水害二：二级及二级以下公路在挖方段的超高内侧，部分水沟沟底高程低于未超高路段，导致超高弯道内侧积水无法排除，积水下渗至路基，导致路基强度降低，加速路面的损坏速度。

水害三：在路线纵坡较大路段，部分路网采用浆砌单边梯形水沟。如图1所示，在水流的冲刷下，水沟浆砌片石容易被掏空，导致水沟坍塌毁坏，失去原有排水功能。

水害四：横断面设计中，两端为长挖方路基，而中间夹有填方断面，距离短而且未设有涵洞路段，设计中几个中间断面未填筑或者采用松土来填筑，导致运营过程中，在该填方段，造成积水或者是积水渗入松土中，未能及时排除，在地面横坡较陡的情况下，无形中加大了下滑力，导致边坡整体塌方。

水害五:在平交路口设置盖板边沟时，未考虑到车辆荷载，导致在通车后，盖板断裂，边沟淤塞，失去排水作用。

水害六:为了节约占地降低工程造价，部分截水沟未按规范要求设置，或者未设置在坡顶以外5 m，导致上边坡土质含水量增大，边坡滑坡。

水害七:在填挖交界处，边沟水汇向排水沟时，未在边坡上设置急流槽，而是设置了排水沟，坡度较陡，水流冲刷下，排水沟容易开裂毁坏，水流直接冲刷路基边坡，导致路基坍塌。

水害八：在地下水丰富的挖方路段，应在边沟下设置纵向渗沟，截断地下水流向路基。

针对以上各种水害，结合以往设计经验，提出以下处理措施：

1)根据设计径流量，通过计算确定边沟的尺寸，满足泄水要求。2)在超高路段，从边沟高程最低点至最近的排水口，加深边沟，排除超高内侧的积水，加深边沟后，为了通行安全，加设盖板。3)在纵坡较大路段，采用三面光浆砌片石边沟，避免水流冲刷浆砌单边梯形水沟。4)在长挖方路段中间夹有短距离填方断面且未设置涵洞时，填方断面内采用加宽填筑，设置三面光边沟，减少水流下渗，并在该处设置横向渗沟，排除该低洼处积水。5)在平交路口处设置加强型盖板边沟，避免普通边沟盖板开裂，堵塞排水。6)在挖方路段，上边坡汇水面积较大路段，应在坡顶大于5 m的距离外设置截水沟，如果边坡较高，还需要在边坡平台处设置平台截水沟和边坡管式渗沟。7)在边沟向排水沟过渡时，应设置急流槽而不应采用排水沟代替。8)沟体断面尺寸不宜全线统一采用同一种尺寸，而应按设计流量确定。

根据以往的设计经验，本文针对一些常用的排水构造物如边沟、排水沟，急流槽，截水沟进行水文、水力计算，为以后设计中合理确定构造物尺寸，以节约工程造价。各种排水沟槽的计算包括水文计算及水力计算，水文计算包括设计径流量的计算，水力计算包括根据设计径流量确定沟管所需的断面尺寸和检验水流速度是否在允许范围内。

第一步，水文计算，求流经该排水构造物的设计径流量：

Q=16.67ψqp,tF。

其中，Q为设计径流量，m3/s；ψ为径流系数；F为汇水面积，km2；qp,t为设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，mm/min。

例1：广西区某二级公路边沟，沥青混凝土路面，长300 m，路基宽12 m，一级边坡，坡率1∶0.75，平均坡高为8 m，坡面为粗粒土，不设截水沟，沟底纵坡为1%，挖方边坡顶以上地表类型为起伏的草地，至分水岭的高度为45 m，平均坡率为1∶1，求边沟的设计径流量。

求汇水面积：路面一侧的汇水面积：300×6=1 800 m2；

路堑边坡及水沟所占面积(设水沟总宽为1.92)：(1.92+8×0.75)×300=2 376 m2；

路堑以上边坡汇水面积：300×45=13 500 m2；

总的汇水面积为：1 800+2 376+13 500=17 676 m2。

查JTG/T D33—2012公路排水设计规范(以下简称“排水规范”)表9.1.8得路面的径流系数为0.95，路堑边坡的径流系数为0.2，路堑以上边坡径流系数为0.5，所以汇流区的径流系数为：(1 800×0.95+2 376×0.2+13 500×0.5)/(1 800+2 376+13 500)=0.505。

查排水规范表9.1.2，得设计降雨重现期为10年，排水查规范表9.1.7-1得重现期转换系数Cp=1.17；查排水规范图9.1.7-1得该地区5年重现期10 min降雨历时的降雨强度为qp,t=2.8，查规范图9.1.7-2得该地区60 min降雨强度C60=0.45，假设汇流历时为15 min，再查规范表9.1.7.2得15 min降雨历时的转换系数为C15=0.84，求得10年重现期15 min降雨历时的降雨强度为：q=1.17×0.84×2.8=2.75。

求设计径流量Q=16.67×0.505×2.75×17 676×10-6=0.409 m3/s。

检验汇流历时:

路堑边坡的粗度系数为0.2，路面的地表粗度系数为0.013，路堑以上的山坡的粗度系数为0.4。

路面的汇流历时，根据排水规范式9.1.4：

路堑边坡的汇流时间：

路堑以上草地边坡的汇流时间：

t2+t3=2.136+8.55=10.686>t1,上边坡的汇流时间大于在路面横坡上汇流时间，所以总的汇流时间为上边坡的汇流时间与沟内汇流时间的和。

t总=2.136+8.55+4.09=14.776min<15min,符合假设汇流时间。

以上只是边沟水文计算的示例，水文计算应注意的问题有：1)汇水面积的确定：当计算排水沟时，汇水面积应该包括半幅路面、填方边坡的面积、护坡道和排水沟本身所占的面积；当计算截水沟时，汇水面积应包括截水沟以上至分水岭的汇水面积，设置截水沟路段，汇水面积应包括半幅路面、路堑边坡及挖方边坡顶至截水沟的面积。2)汇流时间的假定:当假定的汇流时间小于实际计算的汇流时间时，应重新假定汇流时间，以便正确的查表得降雨历时转换系数ct。

第二步，排水构造物的水力计算：

设边沟如图2所示，设水深取0.4m(预留0.1m安全高度),经计算得过水断面为：A=0.5×(0.5+0.9)×0.4=0.28m2,水力半径：R=0.28/(0.5+0.4+0.565 6)=0.19m,浆砌片石明沟的粗糙系数n经查表得0.025，按排水规范式9.2.3得沟内水的平均流速为：

边沟的泄水能力：Qc=υ×A=1.322×0.28=0.37 m3/s小于设计径流量Q=0.409 m3,所以沟的尺寸偏小；加大边沟尺寸如图3所示，按以上步骤重新计算得：沟内流速为：υ=1.523 m/s,边沟的泄水能力为：Qc=υ×A=1.523×0.425=0.647 m3/s大于设计径流量Q=0.409 m3,所以该边沟满足泄水的要求。

检验水流速度，查排水规范表9.2.5-1，浆砌明沟的最大允许流速为3.0 m/s>设计流速=1.523 m/s>明沟的最小流速为0.4 m/s,所以该水沟尺寸如图3所示。

以上为边沟水力计算，排水沟、截水沟和急流槽计算类似，不再列举。实际设计中，应通过计算机编程，针对不同的汇水面积、路线纵坡、结构物形式、结构物长度，计算选取技术经济的结构断面。

[1] JTG/T D33—2012，公路排水设计规范[S].

[2] 交通部第二公路勘察设计院.公路设计手册·路基[M].第2版.北京：人民交通出版社，2004.

On road drainage design and calculation

Qin Tianhua Nong Jianzheng

(GuangxiCommunicationsScientificResearchInstitute,Nanning530007,China)

The paper introduces common water disasters in construction and operation process of road net, explores the effective measures for dealing with water disasters by combining with factual circumstances, undertakes the hydrological and hydropower calculation of common drainage structures, and sums up some precautions in the hydrological calculation, so as to provide some reference.

road, water disasters, hydrological calculation, hydropower calculation, drainage design

1009-6825(2015)07-0150-02

2014-12-24

覃田华(1981- )，男，工程师； 农建政(1981- )，男，工程师

U417.3

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