覃田華 農建政

(廣西交通科學研究院，廣西 南寧 530007)

公路排水設計及計算實例

覃田華 農建政

(廣西交通科學研究院，廣西 南寧 530007)

介紹了公路網建設運營過程中的常見水害，結合實際情況與設計經驗，探討了處理水害的有效措施，并對各種常見排水結構物進行水文、水力計算，總結了水文計算中應注意的事項，以供參考。

公路，水害，水文計算，水力計算，排水設計

近年來，公路網建設運營過程中，經常出現(xiàn)公路排水設計不當，造成路基、路面水毀現(xiàn)象，本文根據(jù)各種水害現(xiàn)象，提出公路設計中排水結構物選擇的注意事項及常見排水構造物的水文、水力計算。

水害一：邊溝設計斷面過小，未能及時排除路面及邊坡水，造成降水漫過路面，導致路面水毀，加速路面損壞速度。

水害二：二級及二級以下公路在挖方段的超高內側，部分水溝溝底高程低于未超高路段，導致超高彎道內側積水無法排除，積水下滲至路基，導致路基強度降低，加速路面的損壞速度。

水害三：在路線縱坡較大路段，部分路網采用漿砌單邊梯形水溝。如圖1所示，在水流的沖刷下，水溝漿砌片石容易被掏空，導致水溝坍塌毀壞，失去原有排水功能。

水害四：橫斷面設計中，兩端為長挖方路基，而中間夾有填方斷面，距離短而且未設有涵洞路段，設計中幾個中間斷面未填筑或者采用松土來填筑，導致運營過程中，在該填方段，造成積水或者是積水滲入松土中，未能及時排除，在地面橫坡較陡的情況下，無形中加大了下滑力，導致邊坡整體塌方。

水害五:在平交路口設置蓋板邊溝時，未考慮到車輛荷載，導致在通車后，蓋板斷裂，邊溝淤塞，失去排水作用。

水害六:為了節(jié)約占地降低工程造價，部分截水溝未按規(guī)范要求設置，或者未設置在坡頂以外5 m，導致上邊坡土質含水量增大，邊坡滑坡。

水害七:在填挖交界處，邊溝水匯向排水溝時，未在邊坡上設置急流槽，而是設置了排水溝，坡度較陡，水流沖刷下，排水溝容易開裂毀壞，水流直接沖刷路基邊坡，導致路基坍塌。

水害八：在地下水豐富的挖方路段，應在邊溝下設置縱向滲溝，截斷地下水流向路基。

針對以上各種水害，結合以往設計經驗，提出以下處理措施：

1)根據(jù)設計徑流量，通過計算確定邊溝的尺寸，滿足泄水要求。2)在超高路段，從邊溝高程最低點至最近的排水口，加深邊溝，排除超高內側的積水，加深邊溝后，為了通行安全，加設蓋板。3)在縱坡較大路段，采用三面光漿砌片石邊溝，避免水流沖刷漿砌單邊梯形水溝。4)在長挖方路段中間夾有短距離填方斷面且未設置涵洞時，填方斷面內采用加寬填筑，設置三面光邊溝，減少水流下滲，并在該處設置橫向滲溝，排除該低洼處積水。5)在平交路口處設置加強型蓋板邊溝，避免普通邊溝蓋板開裂，堵塞排水。6)在挖方路段，上邊坡匯水面積較大路段，應在坡頂大于5 m的距離外設置截水溝，如果邊坡較高，還需要在邊坡平臺處設置平臺截水溝和邊坡管式滲溝。7)在邊溝向排水溝過渡時，應設置急流槽而不應采用排水溝代替。8)溝體斷面尺寸不宜全線統(tǒng)一采用同一種尺寸，而應按設計流量確定。

根據(jù)以往的設計經驗，本文針對一些常用的排水構造物如邊溝、排水溝，急流槽，截水溝進行水文、水力計算，為以后設計中合理確定構造物尺寸，以節(jié)約工程造價。各種排水溝槽的計算包括水文計算及水力計算，水文計算包括設計徑流量的計算，水力計算包括根據(jù)設計徑流量確定溝管所需的斷面尺寸和檢驗水流速度是否在允許范圍內。

第一步，水文計算，求流經該排水構造物的設計徑流量：

Q=16.67ψqp,tF。

其中，Q為設計徑流量，m3/s；ψ為徑流系數(shù)；F為匯水面積，km2；qp,t為設計重現(xiàn)期和降雨歷時內的平均降雨強度，mm/min。

例1：廣西區(qū)某二級公路邊溝，瀝青混凝土路面，長300 m，路基寬12 m，一級邊坡，坡率1∶0.75，平均坡高為8 m，坡面為粗粒土，不設截水溝，溝底縱坡為1%，挖方邊坡頂以上地表類型為起伏的草地，至分水嶺的高度為45 m，平均坡率為1∶1，求邊溝的設計徑流量。

求匯水面積：路面一側的匯水面積：300×6=1 800 m2；

路塹邊坡及水溝所占面積(設水溝總寬為1.92)：(1.92+8×0.75)×300=2 376 m2；

路塹以上邊坡匯水面積：300×45=13 500 m2；

總的匯水面積為：1 800+2 376+13 500=17 676 m2。

查JTG/T D33—2012公路排水設計規(guī)范(以下簡稱“排水規(guī)范”)表9.1.8得路面的徑流系數(shù)為0.95，路塹邊坡的徑流系數(shù)為0.2，路塹以上邊坡徑流系數(shù)為0.5，所以匯流區(qū)的徑流系數(shù)為：(1 800×0.95+2 376×0.2+13 500×0.5)/(1 800+2 376+13 500)=0.505。

查排水規(guī)范表9.1.2，得設計降雨重現(xiàn)期為10年，排水查規(guī)范表9.1.7-1得重現(xiàn)期轉換系數(shù)Cp=1.17；查排水規(guī)范圖9.1.7-1得該地區(qū)5年重現(xiàn)期10 min降雨歷時的降雨強度為qp,t=2.8，查規(guī)范圖9.1.7-2得該地區(qū)60 min降雨強度C60=0.45，假設匯流歷時為15 min，再查規(guī)范表9.1.7.2得15 min降雨歷時的轉換系數(shù)為C15=0.84，求得10年重現(xiàn)期15 min降雨歷時的降雨強度為：q=1.17×0.84×2.8=2.75。

求設計徑流量Q=16.67×0.505×2.75×17 676×10-6=0.409 m3/s。

檢驗匯流歷時:

路塹邊坡的粗度系數(shù)為0.2，路面的地表粗度系數(shù)為0.013，路塹以上的山坡的粗度系數(shù)為0.4。

路面的匯流歷時，根據(jù)排水規(guī)范式9.1.4：

路塹邊坡的匯流時間：

路塹以上草地邊坡的匯流時間：

t2+t3=2.136+8.55=10.686>t1,上邊坡的匯流時間大于在路面橫坡上匯流時間，所以總的匯流時間為上邊坡的匯流時間與溝內匯流時間的和。

t總=2.136+8.55+4.09=14.776min<15min,符合假設匯流時間。

以上只是邊溝水文計算的示例，水文計算應注意的問題有：1)匯水面積的確定：當計算排水溝時，匯水面積應該包括半幅路面、填方邊坡的面積、護坡道和排水溝本身所占的面積；當計算截水溝時，匯水面積應包括截水溝以上至分水嶺的匯水面積，設置截水溝路段，匯水面積應包括半幅路面、路塹邊坡及挖方邊坡頂至截水溝的面積。2)匯流時間的假定:當假定的匯流時間小于實際計算的匯流時間時，應重新假定匯流時間，以便正確的查表得降雨歷時轉換系數(shù)ct。

第二步，排水構造物的水力計算：

設邊溝如圖2所示，設水深取0.4m(預留0.1m安全高度),經計算得過水斷面為：A=0.5×(0.5+0.9)×0.4=0.28m2,水力半徑：R=0.28/(0.5+0.4+0.565 6)=0.19m,漿砌片石明溝的粗糙系數(shù)n經查表得0.025，按排水規(guī)范式9.2.3得溝內水的平均流速為：

邊溝的泄水能力：Qc=υ×A=1.322×0.28=0.37 m3/s小于設計徑流量Q=0.409 m3,所以溝的尺寸偏?。患哟筮厹铣叽缛鐖D3所示，按以上步驟重新計算得：溝內流速為：υ=1.523 m/s,邊溝的泄水能力為：Qc=υ×A=1.523×0.425=0.647 m3/s大于設計徑流量Q=0.409 m3,所以該邊溝滿足泄水的要求。

檢驗水流速度，查排水規(guī)范表9.2.5-1，漿砌明溝的最大允許流速為3.0 m/s>設計流速=1.523 m/s>明溝的最小流速為0.4 m/s,所以該水溝尺寸如圖3所示。

以上為邊溝水力計算，排水溝、截水溝和急流槽計算類似，不再列舉。實際設計中，應通過計算機編程，針對不同的匯水面積、路線縱坡、結構物形式、結構物長度，計算選取技術經濟的結構斷面。

[1] JTG/T D33—2012，公路排水設計規(guī)范[S].

[2] 交通部第二公路勘察設計院.公路設計手冊·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

覃田華(1981- )，男，工程師； 農建政(1981- )，男，工程師

U417.3

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