路基排水沟、边沟水力计算书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》JTJ018-97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：Qc＝0.377×h8/3×I1/2/（ih×n）＝0.377×0.058/3×I0.5/（0.02×0.013）注：水力坡度I取路线纵坡；水深h＝250×0.02＝5cm（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=l×19.75×10-6km2取径流系数Ψ=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q5,10＝2.8mm/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=1.0×1.40×2.8=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=16.67ΨqF=16.67×0.95×3.92×l×19.75×10-6m3/s6）拦水缘石最大排水距离的计算36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段当路线纵坡为5‰时，浅三角型过水断面的泄水能力为Qc＝0.377×h8/3×I1/2/（ih×n）＝0.377×0.058/3×0.0050.5/（0.02×0.013）=0.035m3/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Qc>Q0.035>16.67×0.95×3.92×l×19.75×10-6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l＝0.035/（16.67×0.95×3.92×19.75×10-6）＝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v＝20×0.0050.6=0.83m/s，再按式t2=li/(60×v)=28.55/(60×0.83)=0.57min由此，可得到汇流历时为t=t1+t2=1.909+0.57=2.48min<3min当路线纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对拦水路缘石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1。表1不同路线纵坡拦水路缘石最大排水距离路线纵坡(%)泄水能力(m3/s)出水口间距(m)汇流历时(min)0.5%0.035282.480.7%0.041342.461.0%0.049402.441.5%0.060492.422.0%0.070572.402.5%0.078632.393.0%0.085702.383.5%0.092752.384.0%0.098802.37由表1可知，拦水路缘石的最大排水距离随着路线纵坡的加大而增大，汇流历时均小于3min。因此，现拟定:当路线纵坡为0.5%~0.7%时，出水口间距设为30m；当路线纵坡为0.7%~1.0%时，出水口间距设为35m；当路线纵坡为1.0%~1.5%时，出水口间距设为40m；当路线纵坡为1.5%~2.0%时，出水口间距设为50m；当路线纵坡为大于2.0%时，出水口间距设为60m。36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段2．急流槽水力计算拦水缘石汇集路面水后，通过设置一定间隔的急流槽将水排到路堤边坡底部的排水沟。由急流槽槽底纵坡（即路堤边坡坡度ig=1:1.5）ig=66.7％，可计算得到矩形(b=0.4，h=0.2)沟平均流速现拟采用的矩形急流槽宽0.40m，高0.2m。若矩形急流槽的过水能力按水深达到16cm计算（留20％安全高度），则过水断面面积A为0.064m2，过水断面湿周ρ为0.72m，水力半径，R=bh/(b+2h)=0.089v=n-1R2/3I1/2=0.015-10.0892/30.6671/2=10.85m/s设路基填土为7米高，则急流槽长度l为10.5m，可得到急流槽的沟管汇流历时t3=l/(60×v)=10.5/(60×10.85)=0.016min由于急流槽内平均流速较快，所以急流槽内的沟管汇流历时较小，对暴雨强度的影响可忽略不计。因此，降雨历时仍为3min时，暴雨强度为3.92mm/min。因此，根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量仍为Q=16.67ΨqF=16.67×0.85×3.92×l×19.75×10-6m3/s当急流槽沟底纵坡为66.7％时，矩形急流槽的泄水能力为Qc＝Av=0.064×10.85=0.694m3/s根据拦水缘石的水力计算得出，不同出水口间距的设计径流量，结果列于表2。表2不同出水口间距的设计径流量出水口间距(m)设计径流量(m3/s)300.033350.038400.044500.055600.066由表2可知，急流槽泄水能力远大于按各种间距设置出水口时的设计径流量，即Qc>Q。因此，按拦水缘石出水口间距来设置急流槽是满足要求的。36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段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。PSG－1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ρ为1.56m，水力半径R＝A/ρ=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F1＝19.75×l，径流系数取Ψ1＝0.95；另外一部分为路堤坡面的汇水面积F2＝(7×1.5+1)×l=11.5×l(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Ψ2＝0.65；那么，总的汇水面积F=31.25×l×10-6km2取径流系数Ψ=(0.95×F1+0.65×F2)/(31.25×l)=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q5,10＝2.8mm/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=1.27×1.0×2.8=3.556mm/min5）PSG－1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=16.67ΨqF=16.67×0.84×3.556×31.25×l×10-6m3/s当路线纵坡为3‰时，排水沟的泄水能力为Qc＝Av=0.288×1.18=0.341m3/s排水沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段0.341>16.67×0.84×3.556×l×31.25×10-6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l＝0.341/（16.67×0.84×3.556×31.25×10-6）＝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==3.51min>2.48因此，取t1＝3.51min按式v=n-1R2/3I1/2得v＝0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s再按式t2=l/(60×v)=219/(60×1.18)=3.09min由此，可得到汇流历时为t=t1+t2=3.51+3.09=6.6min<10min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=1.27×1.15×2.8=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=6.19min<7min，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PSG－1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PSG－1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%0.3411916.190.5%0.4402466.190.7%0.5212916.191.0%0.6233486.191.5%0.7624266.192.0%0.8804926.192.5%0.9845506.193.0％1.0786036.193.5％1.1656516.194.0％1.2456966.19同样，对PSG－2、PSG－3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、536 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段表4不同沟底纵坡PSG－2(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%0.5082977.250.5%0.6563837.250.7%0.7764547.251.0%0.9285427.251.5%1.1366647.252.0%1.3127677.252.5%1.4678577.253.0％1.6079397.253.5％1.73610147.254.0％1.85610847.25表5不同沟底纵坡PSG－3(80X80)最大排水距离(降雨历时为9min)沟底纵坡(%)泄水能力(m3/s)出水口间距(m)汇流历时(min)0.3%0.7344498.730.5%0.9485808.730.7%1.1226878.731.0%1.3418218.731.5%1.64210058.732.0%1.89611608.732.5%2.12012978.733.0％2.32214218.733.5％2.50815358.734.0％2.68116418.73综上，各型号的排水沟随着沟底纵坡的增大，其最大排水距离也在增大。在设计选型时，应根据沟底纵坡和出水口间的间距来选定，在满足排水的前提下，应优先选用小尺寸的型号，具体详见下表。表6不同沟底纵坡PSG最大排水距离沟底纵坡(%)PSG-1PSG-2PSG-30.3%～0.5%1912974490.5%～0.7%2463835800.7%～1.0%2914546871.0%～1.5%3485428211.5%～2.0%42666410052.0%～2.5%49276711602.5%～3.0％55085712973.0％～3.5％60393914213.5％～4.0％65110141535>4.0%6961084164136 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段BG－A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。BG－A型边沟的过水能力按浅三角形过水断面计算，面积A＝0.5×0.32×2.08＝0.333m2，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F1＝19.75×l，径流系数取Ψ1＝0.95；另外一部分为路堑坡面的汇水面积F2＝(8×1.0+2.6+1.5)×l=12.1×l(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Ψ2＝0.65；那么，总的汇水面积F=31.85×l×10-6km2拟定坡面为细粒土坡面，取径流系数Ψ=(0.95×F1+0.65×F2)/(31.85×l)=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q5,10＝2.8mm/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=1.27×1.25×2.8=4.445mm/min5）BG－A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36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段Q=16.67ΨqF=16.67×0.836×4.445×31.85×l×10-6m3/s当路线纵坡为3‰时，边沟的泄水能力为Qc＝Av=0.333×0.3=0.1m3/s矩形边沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q0.1>16.67×0.836×4.445×31.85×l×10-6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l＝0.1/（16.67×0.836×4.445×31.85×10-6）＝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==3.38min>2.48因此，取t1＝3.38min按式v=n-1R2/3I1/2，得v＝0.05-10.1432/30.0031/2=0.3m/s再按式t2=l/(60×v)=51/(60×0.3)=2.83min由此，可得到汇流历时为t=t1+t2=3.38+2.83=6.21min>5min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=6.44min<7min,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BG－A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7。表7不同沟底纵坡BG－A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%0.100556.440.5%0.129716.440.7%0.152846.441.0%0.1821006.441.5%0.2231236.442.0%0.2581426.442.5%0.2881596.443.0％0.3151746.443.5％0.3411886.444.0％0.3642016.4436 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段同样，对BG－B1、BG－B2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8、9、10表8不同沟底纵坡BG－B1（60X80）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%0.4862686.910.5%0.6283466.910.7%0.7434096.911.0%0.8884896.911.5%1.0875996.912.0%1.2566926.912.5%1.4047736.913.0％1.5388476.913.5％1.6619156.914.0％1.7769786.91表9不同沟底纵坡BG－B3(80X80)最大排水距离(降雨历时为9min)沟底纵坡(%)泄水能力(m3/s)出水口间距(m)汇流历时(min)0.3%0.7344438.530.5%0.9485728.530.7%1.1226778.531.0%1.3418098.531.5%1.6429918.532.0%1.89611448.532.5%2.12012798.533.0％2.32214018.533.5％2.50815138.534.0％2.68116188.53综上，各型号的边沟随着路线纵坡的增大，其最大排水距离也在增大。在设计选型时，应根据路线纵坡和出水口间的间距来选定，在满足排水的前提下，应优先选用小尺寸的型号，具体详见下表。36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段表10不同沟底纵坡BG最大排水距离沟底纵坡(%)BG-A（浅碟型）BG－B1（60X80）BG－B2(80X80)0.3%～0.5%552684430.5%～0.7%703465720.7%～1.0%854096771.0%～1.5%1004898091.5%～2.0%1255999912.0%～2.5%14069211442.5%～3.0％16077312793.0％～3.5％17584714013.5％～4.0％1909151513>4.0%20097816185．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。圆形排水管的过水断面面积A＝3.14*d2/4＝0.196m2，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Qc＝Av=0.196×1.053=0.206m3/s5.1沉砂井间距计算36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段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=16.67ΨqF=16.67×0.836×4.445×31.85×l×10-6m3/s＝0.1085m3/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Qc>Q。因此，按浅碟型边沟的出水口间距来设置沉砂井是满足要求的。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（d＝50cm）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%550.1091.0530.2060.5%710.1401.3600.2670.7%840.1661.6090.3151.0%1000.1971.9230.3771.5%1230.2432.3550.4622.0%1420.2802.7200.5332.5%1590.3143.0410.5963.0％1740.3433.3310.6533.5％1880.3713.5980.7054.0％2010.3973.8460.754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Qc>Q。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面积A＝3.14*d2/4＝0.196m2，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F1＝19.75×l，径流系数取Ψ1＝0.95；另外一部分为路堑坡面的汇水面积F2＝(8×1.0+2.6+1.5)×l=12.1×l(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Ψ2＝0.65；那么，总的汇水面积F=31.85×l×10-6km2拟定坡面为细粒土坡面，取径流系数Ψ=(0.95×F1+0.65×F2)/(31.85×l)=0.8363)设计重现期36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段根据《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q5,10＝2.8mm/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=1.27×1.25×2.8=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=16.67ΨqF=16.67×0.836×4.445×31.85×l×10-6m3/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Qc＝Av+Av=0.196×1.053+0.333×0.3=0.306m3/s暗埋式边沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q0.306>16.67×0.836×4.445×31.85×l×10-6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l＝0.306/（16.67×0.836×4.445×31.85×10-6）＝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==3.38min>2.48因此，取t1＝3.38min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/(60×v)=155/(60×1.053)=2.45min由此，可得到汇流历时为t=t1+t2=3.38+2.45=5.84min>5min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=5.94min<6min,因此，取降雨历时为6min。当沟底纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对暗埋式边沟最大排水距离进行计算，并对汇流历时进行检验，结果列于表13。36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段表12不同沟底纵坡暗埋式边沟（d＝50cm）最大排水距离(降雨历时为6min)沟底纵坡(%)泄水能力(m3/s)出水口间距(m)汇流历时(min)0.3%0.3071625.940.5%0.3962095.940.7%0.4682475.941.0%0.5602965.941.5%0.6863625.942.0%0.7924185.942.5%0.8854675.943.0％0.9695125.943.5％1.0475535.944.0％1.1195915.94同样，对暗埋式边沟（d＝60cm、d＝70cm）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13、14。表13不同沟底纵坡暗埋式边沟（d＝60cm）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%0.4362406.750.5%0.5633106.750.7%0.6663676.751.0%0.7964396.751.5%0.9755376.752.0%1.1266206.752.5%1.2596936.753.0％1.3797606.753.5％1.4898216.754.0％1.5928776.75表14不同沟底纵坡暗埋式边沟（d＝70cm）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%0.6073507.800.5%0.7844517.800.7%0.9275347.801.0%1.1086387.801.5%1.3577827.802.0%1.5679037.802.5%1.75210097.803.0％1.92011067.803.5％2.07311947.804.0％2.21712777.8036 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段综上，各型号的暗埋式边沟随着路线纵坡的增大，其最大排水距离也在增大。在设计选型时，应根据路线纵坡和出水口间的间距来选定，在满足排水的前提下，应优先选用小尺寸的型号，具体详见下表。表15不同沟底纵坡暗埋式边沟最大排水距离沟底纵坡(%)d＝50d＝60d＝700.3%～0.5%1622403500.5%～0.7%2093104510.7%～1.0%2473675341.0%～1.5%2964396381.5%～2.0%3625377822.0%～2.5%4186209032.5%～3.0％46769310093.0％～3.5％51276011063.5％～4.0％5538211194>4.0%59187712776．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ρ为1.36m，水力半径R＝A/ρ=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F1＝18.75×l，径流系数取Ψ1＝0.95，汇水面积为F=18.75×l×10-6km2径流系数Ψ=0.9536 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段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q5,10＝2.8mm/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=1.27×1.25×2.8=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=16.67ΨqF=16.67×0.95×4.445×18.75×l×10-6m3/s当路线纵坡为3‰时，边沟的泄水能力为Qc＝Av=0.192×1.24=0.238m3/s集水沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q0.238>16.67×0.95×4.445×18.75×l×10-6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l＝0.238/（16.67×0.95×4.445×18.75×10-6）＝180m6）检验汇流历时假设因路面水汇流历时为2.48min，因此，取t1＝2.43min再按式t2=l/(60×v)=180/(60×1.24)=2.42min由此，可得到汇流历时为t=t1+t2=2.43+2.42=4.85min<5min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%0.2381804.850.5%0.3072324.850.7%0.3632754.851.0%0.4343294.851.5%0.5314034.852.0%0.6134654.852.5%0.6865204.853.0％0.7515694.853.5％0.8126154.854.0％0.8686574.8536 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段表17不同沟底纵坡纵向集水沟最大排水距离沟底纵坡(%)纵向集水沟0.3%～0.5%1800.5%～0.7%2320.7%～1.0%2751.0%～1.5%3291.5%～2.0%4032.0%～2.5%4652.5%～3.0％5203.0％～3.5％5693.5％～4.0％615>4.0%657集水井汇集路面水后，通过横向排水管将水排到路堤边坡的急流槽。由横向排水管管底纵坡ig=2％，可计算得到圆管的(直径＝0.3m)平均流速。圆形排水管的过水断面面积A＝3.14*d2/4＝0.071m2，水力半径，R=d/4=0.075v=n-1R2/3I1/2=0.01-10.0752/30.021/2=2.515m/s因此，横向排水管的泄水能力为Qc＝Av=0.071×2.515=0.179m3/s纵向集水沟通过横向排水管排出路面汇水，但由于单根横向排水管的泄水能力小于纵向集水沟的泄水能力，因此，需要按单根横向排水管的泄水能力来计算纵向集水沟的最大排水距离。根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量为Q=16.67ΨqF=16.67×0.95×4.445×18.75×l×10-6m3/s横向排水管的泄水能力为0.179m3/s横向排水管的泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q0.179>16.67×0.95×4.445×18.75×l×10-6那么，按横向排水管的泄水能力来控制集水沟最长排水距离l（出水口最大间距）为l＝0.179/（16.67×0.95×4.445×18.75×10-6）＝135m表17-1按单根横向排水管泄水能力控制纵向集水沟最大排水距离管底坡度(%)泄水能力(m3/s)最大排水距离l(m)1.0%0.126952.0%0.1791353.0％0.2191664.0％0.253191当超高路段位于较长的挖方路段，挖方路段长度（纵向集水沟的排水长度）大于上表的最大排水距离时（即单根横向排水管的泄水能力小于该挖方路段的设计径流量），应在填挖交界位置（较低一侧）加密设置横向排水管。设置间距为13.90m（与急流槽对应），设置数量应根据挖方路段长度（纵向集水沟的排水长度）决定，计算公式如下：36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段L=l*n-13.9*(n-1)L——挖方路段长度（纵向集水沟的排水长度）l——按单根横向排水管泄水能力控制的纵向集水沟最大排水距离n——横向排水管设置数量计算结果如下表所示。表17-2填挖交界位置（较低一侧）横向排水管设置数量横向排水管管底坡度(%)横向排水管设置数量n泄水能力(m3/s)满足纵向集水沟的最大排水长度L(m)1.0％10.1269520.25217630.37825740.5043382.0%10.17913520.35825630.53737740.7164983.0％10.21916620.43831830.65747040.8766224.0％10.25319120.50636830.75954541.0127227．边沟型式的选择1）对于路堑边沟排水长度L≤250m的路段，采用浅碟式边沟或暗埋式边沟，具体型式选择如下：①对于路堑边沟排水长度L≤50m的路段，采用边沟(一)；②对于路堑边沟排水长度50m＜L≤150m的路段，前50m路段采用边沟(一)，剩余路段采用边沟(二)；③对于路堑边沟排水长度150m＜L≤250m的路段，前50m路段采用边沟(一)，后100m路段采用边沟(二)，剩余路段采用边沟(三)；表18拟采用BG最大排水距离沟底纵坡(%)BG-1浅碟式BG-2暗埋式50BG-3暗埋式600.3%～0.5%551622400.5%～0.7%7020931036 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段表19BG型式选择一览表排水距离边沟形式50m100m100mL≤50mBG-1　　　50＜L≤150mBG-1BG-2　　150＜L≤250mBG-1BG-2BG-3备注：1、各类边沟的排水长度应为其最大排水距离减去前面边沟的排水长度。例如，对于长度为150m的路堑路段，前面50m采用BG-1，后面100m采用BG-2（BG-2的排水距离（100m）＝其最大排水距离（约为150m）－前面BG-1的排水长度（50m））。2、各类边沟之间通过沉砂井进行衔接。2）对于路堑边沟排水长度L＞250m的路段，均采用矩形边沟，具体型式选择应根据排水长度和沟底纵坡进行双控选择。36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段二、双向六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16.0m（双向六车道），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》JTJ018-97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：Qc＝0.377×h8/3×I1/2/（ih×n）＝0.377×0.058/3×I0.5/（0.02×0.013）注：水力坡度I取路线纵坡；水深h＝250×0.02＝5cm（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=l×16.0×10-6km2取径流系数Ψ=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q5,10＝2.8mm/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=1.0×1.40×2.8=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=16.67ΨqF=16.67×0.95×3.92×l×16.0×10-6m3/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Qc＝0.377×h8/3×I1/2/（ih×n）＝0.377×0.058/3×0.0050.5/（0.02×0.013）=0.035m3/s36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段浅三角型过水断面的泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q0.035>16.67×0.95×3.92×l×16.0×10-6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l＝0.035/（16.67×0.95×3.92×16.0×10-6）＝35m7）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=16.0m，可计算得到坡面汇流历时==1.73min按式v=20ig0.6得v＝20×0.0050.6=0.83m/s，再按式t2=li/(60×v)=35/(60×0.83)=0.70min由此，可得到汇流历时为t=t1+t2=1.73+0.70=2.43min<3min当路线纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对拦水路缘石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1。表1不同路线纵坡拦水路缘石最大排水距离路线纵坡(%)泄水能力(m3/s)出水口间距(m)汇流历时(min)0.5%0.035352.430.7%0.041412.411.0%0.049502.381.5%0.060612.362.0%0.070702.342.5%0.078782.333.0%0.085862.323.5%0.092932.314.0%0.098992.30由表1可知，拦水路缘石的最大排水距离随着路线纵坡的加大而增大，汇流历时均小于3min。因此，现拟定:当路线纵坡为0.5%~0.7%时，出水口间距设为35m；当路线纵坡为0.7%~1.0%时，出水口间距设为40m；当路线纵坡为1.0%~1.5%时，出水口间距设为50m；当路线纵坡为1.5%~2.0%时，出水口间距设为60m；当路线纵坡为大于2.0%时，出水口间距设为70m。2．急流槽水力计算拦水缘石汇集路面水后，通过设置一定间隔的急流槽将水排到路堤边坡底部的排水沟。由急流槽槽底纵坡（即路堤边坡坡度ig=1:1.5）ig=66.7％，可计算得到矩形(b=0.4，h=0.2)沟平均流速36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段现拟采用的矩形急流槽宽0.40m，高0.2m。若矩形急流槽的过水能力按水深达到16cm计算（留20％安全高度），则过水断面面积A为0.064m2，过水断面湿周ρ为0.72m，水力半径，R=bh/(b+2h)=0.089v=n-1R2/3I1/2=0.015-10.0892/30.6671/2=10.85m/s设路基填土为7米高，则急流槽长度l为10.5m，可得到急流槽的沟管汇流历时t3=l/(60×v)=10.5/(60×10.85)=0.016min由于急流槽内平均流速较快，所以急流槽内的沟管汇流历时较小，对暴雨强度的影响可忽略不计。因此，降雨历时仍为3min时，暴雨强度为3.92mm/min。因此，根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量仍为Q=16.67ΨqF=16.67×0.85×3.92×l×16.0×10-6m3/s当急流槽沟底纵坡为66.7％时，矩形急流槽的泄水能力为Qc＝Av=0.064×10.85=0.694m3/s根据拦水缘石的水力计算得出，不同出水口间距的设计径流量，结果列于表2。表2不同出水口间距的设计径流量出水口间距(m)设计径流量(m3/s)300.031350.036400.044500.053600.062由表2可知，急流槽泄水能力远大于按各种间距设置出水口时的设计径流量，即Qc>Q。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。PSG－1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ρ为1.56m，水力半径R＝A/ρ=0.185m，36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段当排水沟纵坡为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F1＝16.0×l，径流系数取Ψ1＝0.95；另外一部分为路堤坡面的汇水面积F2＝(7×1.5+1)×l=11.5×l(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Ψ2＝0.65；那么，总的汇水面积F=27.5×l×10-6km2取径流系数Ψ=(0.95×F1+0.65×F2)/(27.5×l)=0.8253)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q5,10＝2.8mm/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=1.27×1.0×2.8=3.556mm/min5）PSG－1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=16.67ΨqF=16.67×0.825×3.556×27.5×l×10-6m3/s当路线纵坡为3‰时，排水沟的泄水能力为Qc＝Av=0.288×1.18=0.341m3/s排水沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q0.341>16.67×0.825×3.556×l×27.5×10-6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l＝0.341/（16.67×0.825×3.556×27.5×10-6）＝254m7）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2.43min；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==3.51min>2.43因此，取t1＝3.51min36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段按式v=n-1R2/3I1/2=0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s再按式t2=l/(60×v)=254/(60×1.18)=3.57min由此，可得到汇流历时为t=t1+t2=3.51+3.57=7.08min<10min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=1.27×1.15×2.8=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220m，且汇流历时t=6.61min<7min，因此，取降雨历时为7min。当路线纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对PSG－1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PSG－1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%0.3412206.610.5%0.4402856.610.7%0.5213376.611.0%0.6234026.611.5%0.7624936.612.0%0.8805696.612.5%0.9846366.613.0％1.0786976.613.5％1.1657536.614.0％1.2458056.61同样，对PSG－2、PSG－3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PSG－2(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%0.5083447.840.5%0.6564437.840.7%0.7765257.841.0%0.9286277.841.5%1.1367687.842.0%1.3128877.842.5%1.4679927.843.0％1.60710867.843.5％1.73611737.844.0％1.85612547.8436 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段表5不同沟底纵坡PSG－3(80X80)最大排水距离(降雨历时为10min)沟底纵坡(%)泄水能力(m3/s)出水口间距(m)汇流历时(min)0.3%0.7345469.860.5%0.9487059.860.7%1.1228349.861.0%1.3419979.861.5%1.64212219.862.0%1.89614109.862.5%2.12015769.863.0％2.32217279.863.5％2.50818659.864.0％2.68119949.86综上，各型号的排水沟随着沟底纵坡的增大，其最大排水距离也在增大。在设计选型时，应根据沟底纵坡和出水口间的间距来选定，在满足排水的前提下，应优先选用小尺寸的型号，具体详见下表。表6不同沟底纵坡PSG最大排水距离沟底纵坡(%)PSG-1PSG-2PSG-30.3%～0.5%2203445460.5%～0.7%2854437050.7%～1.0%3375258341.0%～1.5%4026279971.5%～2.0%49376812212.0%～2.5%56988714102.5%～3.0％63699215763.0％～3.5％697108617273.5％～4.0％75311731865>4.0%80512541994BG－A型4．边沟最大排水距离的计算36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段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。BG－A型边沟的过水能力按浅三角形过水断面计算，面积A＝0.5×0.32×2.08＝0.333m2，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F1＝16.0×l，径流系数取Ψ1＝0.95；另外一部分为路堑坡面的汇水面积F2＝(8×1.0+2.6+1.5)×l=12.1×l(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Ψ2＝0.65；那么，总的汇水面积F=28.1×l×10-6km2拟定坡面为细粒土坡面，取径流系数Ψ=(0.95×F1+0.65×F2)/(28.1×l)=0.8213)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q5,10＝2.8mm/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=1.27×1.25×2.8=4.445mm/min5）BG－A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=16.67ΨqF=16.67×0.821×4.445×28.1×l×10-6m3/s当路线纵坡为3‰时，边沟的泄水能力为Qc＝Av=0.333×0.3=0.1m3/s矩形边沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q0.1>16.67×0.821×4.445×28.1×l×10-6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l＝0.1/（16.67×0.821×4.445×28.1×10-6）＝58m7）检验汇流历时假设36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段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2.43min；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==3.38min>2.43因此，取t1＝3.38min按式v=n-1R2/3I1/2，得v＝0.05-10.1432/30.0031/2=0.3m/s再按式t2=l/(60×v)=58/(60×0.3)=3.22min由此，可得到汇流历时为t=t1+t2=3.38+3.22=6.60min>5min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63m，且汇流历时t=6.91min<7min,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BG－A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7。表7不同沟底纵坡BG－A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%0.100636.910.5%0.129826.910.7%0.152976.911.0%0.1821166.911.5%0.2231426.912.0%0.2581646.912.5%0.2881836.913.0％0.3152016.913.5％0.3412176.914.0％0.3642326.91同样，对36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段BG－B1、BG－B2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8、9。表8不同沟底纵坡BG－B1（60X80）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%0.4863237.630.5%0.6284177.630.7%0.7434947.631.0%0.8885907.631.5%1.0877237.632.0%1.2568357.632.5%1.4049337.633.0％1.53810227.633.5％1.66111047.634.0％1.77611807.63表9不同沟底纵坡BG－B3(80X80)最大排水距离(降雨历时为10min)沟底纵坡(%)泄水能力(m3/s)出水口间距(m)汇流历时(min)0.3%0.7345379.620.5%0.9486939.620.7%1.1228209.621.0%1.3419809.621.5%1.64212019.622.0%1.89613869.622.5%2.12015509.623.0％2.32216989.623.5％2.50818349.624.0％2.68119619.62综上，各型号的边沟随着路线纵坡的增大，其最大排水距离也在增大。在设计选型时，应根据路线纵坡和出水口间的间距来选定，在满足排水的前提下，应优先选用小尺寸的型号，具体详见下表。表10不同沟底纵坡BG最大排水距离沟底纵坡(%)BG-ABG－B1BG－B20.3%～0.5%603235370.5%～0.7%804176930.7%～1.0%954948201.0%～1.5%1155909801.5%～2.0%14072312012.0%～2.5%16583513862.5%～3.0％18593315503.0％～3.5％200102216983.5％～4.0％21511041834>4.0%2301180196136 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段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。圆形排水管的过水断面面积A＝3.14*d2/4＝0.196m2，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Qc＝Av=0.196×1.053=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63m，此时的设计径流量Q=16.67ΨqF=16.67×0.821×4.445×28.1×l×10-6＝0.108m3/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Qc>Q。因此，按浅碟型边沟的出水口间距来设置沉砂井是满足要求的。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。36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段表11圆形排水管（d＝50cm）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%630.1081.050.2070.5%820.1401.360.2670.7%970.1661.610.3161.0%1160.1981.920.3781.5%1420.2432.360.4622.0%1640.2802.720.5342.5%1830.3133.040.5973.0％2010.3443.330.6543.5％2170.3713.600.7064.0％2320.3973.850.755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Qc>Q。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面积A＝3.14*d2/4＝0.196m2，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F1＝16.0×l，径流系数取Ψ1＝0.95；另外一部分为路堑坡面的汇水面积F2＝(8×1.0+2.6+1.5)×l=12.1×l(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Ψ2＝0.65；那么，总的汇水面积F=28.1×l×10-6km2拟定坡面为细粒土坡面，取径流系数Ψ=(0.95×F1+0.65×F2)/(28.1×l)=0.8213)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q5,10＝2.8mm/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36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段q=1.27×1.25×2.8=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=16.67ΨqF=16.67×0.821×4.445×28.1×l×10-6m3/s当路线纵坡为3‰时，边沟的泄水能力为Qc＝Av=0.196×1.053+0.333×0.3=0.306m3/s暗埋式边沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q0.306>16.67×0.821×4.445×28.1×l×10-6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l＝0.306/（16.67×0.821×4.445×28.1×l×10-6）＝179m7）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==3.38min>2.48因此，取t1＝3.38min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/(60×v)=179/(60×1.053)=2.83min由此，可得到汇流历时为t=t1+t2=3.38+1.915=6.21min>5min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，暗埋式边沟最长排水距离l（出水口最大间距）为195m，且汇流历时t=6.46min<7min,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暗埋式边沟最大排水距离进行计算，并对汇流历时进行检验，结果列于表13。表12不同沟底纵坡暗埋式边沟（d＝50cm）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%0.3071956.460.5%0.3962526.460.7%0.4682986.461.0%0.5603566.461.5%0.6864366.462.0%0.7925036.462.5%0.8855636.463.0％0.9696166.463.5％1.0476666.4636 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段4.0％1.1197126.46同样，对暗埋式边沟（d＝60cm、d＝70cm）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13、14。表13不同沟底纵坡暗埋式边沟（d＝60cm）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%0.4362907.440.5%0.5633747.440.7%0.6664437.441.0%0.7965297.441.5%0.9756487.442.0%1.1267487.442.5%1.2598377.443.0％1.3799177.443.5％1.4899907.444.0％1.59210587.44表14不同沟底纵坡暗埋式边沟（d＝70cm）最大排水距离(降雨历时为9min)沟底纵坡(%)泄水能力(m3/s)出水口间距(m)汇流历时(min)0.3%0.6074238.730.5%0.7845468.730.7%0.9276468.731.0%1.1087728.731.5%1.3579458.732.0%1.56710928.732.5%1.75212208.733.0％1.92013378.733.5％2.07314448.734.0％2.21715448.73综上，各型号的暗埋式边沟随着路线纵坡的增大，其最大排水距离也在增大。在设计选型时，应根据路线纵坡和出水口间的间距来选定，在满足排水的前提下，应优先选用小尺寸的型号，具体详见下表。表15不同沟底纵坡暗埋式边沟最大排水距离沟底纵坡(%)d＝50d＝60d=700.3%～0.5%1952904230.5%～0.7%2523745460.7%～1.0%2984436461.0%～1.5%3565297721.5%～2.0%4366489452.0%～2.5%50374810922.5%～3.0％56383712203.0％～3.5％61691713373.5％～4.0％666990144436 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段>4.0%712105815446．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ρ为1.36m，水力半径R＝A/ρ=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F1＝15×l，径流系数取Ψ1＝0.95，汇水面积为F=15×l×10-6km2径流系数Ψ=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q5,10＝2.8mm/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=1.27×1.25×2.8=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=16.67ΨqF=16.67×0.95×4.445×15×l×10-6m3/s当路线纵坡为3‰时，边沟的泄水能力为36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段Qc＝Av=0.192×1.24=0.238m3/s`集水沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q0.238>16.67×0.95×4.445×15×l×10-6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l＝0.238/（16.67×0.95×4.445×15×10-6）＝225m6）检验汇流历时假设因路面水汇流历时为2.43min，因此，取t1＝2.43min再按式t2=l/(60×v)=225/(60×1.24)=3.03min由此，可得到汇流历时为t=t1+t2=2.43+3.03=5.46min>5min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，集水沟最长排水距离l（出水口最大间距）为234m，且汇流历时t=5.59min<6min,因此，取降雨历时为6min。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不同沟底纵坡纵向集水沟（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%0.2382345.590.5%0.3073035.590.7%0.3633585.591.0%0.4344285.591.5%0.5315245.592.0%0.6136055.592.5%0.6866775.593.0％0.7517415.593.5％0.8128015.594.0％0.8688565.59表17不同沟底纵坡纵向集水沟最大排水距离沟底纵坡(%)纵向集水沟0.3%～0.5%2340.5%～0.7%3030.7%～1.0%3581.0%～1.5%4281.5%～2.0%5242.0%～2.5%6052.5%～3.0％6773.0％～3.5％7413.5％～4.0％801>4.0%85636 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段集水井汇集路面水后，通过横向排水管将水排到路堤边坡的急流槽。由横向排水管管底纵坡ig=2％，可计算得到圆管的(直径＝0.3m)平均流速。圆形排水管的过水断面面积A＝3.14*d2/4＝0.071m2，水力半径，R=d/4=0.075v=n-1R2/3I1/2=0.01-10.0752/30.021/2=2.515m/s因此，横向排水管的泄水能力为Qc＝Av=0.071×2.515=0.179m3/s纵向集水沟通过横向排水管排出路面汇水，但由于单根横向排水管的泄水能力小于纵向集水沟的泄水能力，因此，需要按单根横向排水管的泄水能力来计算纵向集水沟的最大排水距离。根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量为Q=16.67ΨqF=16.67×0.95×4.445×15×l×10-6m3/s横向排水管的泄水能力为0.179m3/s横向排水管的泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q0.179>16.67×0.95×4.445×15×l×10-6那么，按横向排水管的泄水能力来控制集水沟最长排水距离l（出水口最大间距）为l＝0.179/（16.67×0.95×4.445×15×10-6）＝169m表17-1按单根横向排水管泄水能力控制纵向集水沟最大排水距离管底坡度(%)泄水能力(m3/s)最大排水距离l(m)1.0%0.1261192.0%0.1791693.0％0.2192074.0％0.253239当超高路段位于较长的挖方路段，挖方路段长度（纵向集水沟的排水长度）大于上表的最大排水距离时（即单根横向排水管的泄水能力小于该挖方路段的设计径流量），应在填挖交界位置（较低一侧）加密设置横向排水管。设置间距为13.90m（与急流槽对应），设置数量应根据挖方路段长度（纵向集水沟的排水长度）决定，计算公式如下：L=l*n-13.9*(n-1)L——挖方路段长度（纵向集水沟的排水长度）l——按单根横向排水管泄水能力控制的纵向集水沟最大排水距离n——横向排水管设置数量计算结果如下表所示。36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段表17-2填挖交界位置（较低一侧）横向排水管设置数量横向排水管管底坡度(%)横向排水管设置数量n泄水能力(m3/s)满足纵向集水沟的最大排水长度L(m)1.0％10.12611920.25222430.37832940.5044342.0%10.17916920.35832430.53747940.7166343.0％10.21920720.43840030.65759340.8767864.0％10.25323920.50646430.75968941.0129147．边沟型式的选择1）对于路堑边沟排水长度L≤300m的路段，采用浅碟式边沟或暗埋式边沟，具体型式选择如下：①对于路堑边沟排水长度L≤60m的路段，采用边沟(一)；②对于路堑边沟排水长度60m＜L≤200m的路段，前60m路段采用边沟(一)，剩余路段采用边沟(二)；③对于路堑边沟排水长度200m＜L≤300m的路段，前60m路段采用边沟(一)，后140m路段采用边沟(二)，剩余路段采用边沟(三)；表18拟采用BG最大排水距离沟底纵坡(%)BG-1浅碟式BG-2暗埋式50BG-3暗埋式600.3%～0.5%631952900.5%～0.7%82252374表19BG型式选择一览表排水距离边沟形式60m140m100mL≤60mBG-1　　　60＜L≤200mBG-1BG-2　　200＜L≤300mBG-1BG-2BG-3备注：1、各类边沟的排水长度应为其最大排水距离减去前面边沟的排水长度。例如，对于长度为200m的路堑路段，前面60m采用BG-1，后面140m采用BG-2（BG-2的排水距离（140m）＝其最大排水距离（约为200m）－前面BG-1的排水长度（60m））。36 大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段2、各类边沟之间通过沉砂井进行衔接。2）对于路堑边沟排水长度L＞300m的路段，均采用矩形边沟，具体型式选择应根据排水长度和沟底纵坡进行双控选择。36'