.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JTJ018-97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v200.0050.6=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-1R2/3I1/2= 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=0.341m3/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=6.19min7min，因此，取降雨历时为7min。当沟底纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对PSG1型最大排水距离进行计算，并对汇流历时进行检验，结果列于表3。表3不同沟底纵坡PSG1最大排水距离(降雨历时为7min)沟底纵坡(%)泄水能力(m3/s)出水口间距(m)汇流历时(min)0.3%0.341 191 6.19 0.5%0.440 246 6.19 0.7%0.521 291 6.19 1.0%0.623 348 6.19 1.5%0.762 426 6.19 2.0%0.880 492 6.19 2.5%0.984 550 6.19 3.01.078 603 6.19 3.51.165 651 6.19 4.01.245 696 6.19 同样，对PSG2、PSG3进行计算得出其在不同纵坡下的最大排水距离，结果列于表4、5表4不同沟底纵坡PSG2(80X60)最大排水距离(降雨历时为8min)沟底纵坡(%)泄水能力(m3/s)出水口间距(m)汇流历时(min)0.3%0.508 297 7.25 0.5%0.656 383 7.25 0.7%0.776 454 7.25 1.0%0.928 542