1、附件公路排水设计规范JTJ 018-97 条文说明1总则1. 0.1 水是危害公路的主要自然因素。举凡路基沉陷、冲刷、胡塌、翻浆，前青路面松散、剥落、龟裂，水泥混凝土路面嘟泥、错台、断裂等病害，都不同程度地与地表水和地下水的侵蚀有关。水的作用加剧了路基和路面结构的损坏，加快了路面使用性能的变坏，缩短了它们的使用寿命。因而，公路排水系统是公路工程的重要组成部分，对保证公路的使用性能和使用寿命具有十分重要的作用。为此，不少国家对公路排水设计极为重视，并制订了专用的规范或指南，如:德国的公路排水设施规范)(1987)、日本的道路排水工指南)(1987)、英国的路边地面排水沟槽水力设计)(1989)和
2、地面排水沟槽出口设计)(1996)等。我国目前尚无公路专用的排水设计规范。虽然在己制订的公路路基、路面等设计规范中分别对其排水设计有所规定，但存在着不够系统完整，偏于定性的笼统规定，缺少定量的分析方法和依据等不足。鉴于上述情况，有必要制订本规范，以便全面、系统地对公路排水进行设计，达到本条文中规定的目的，保证公路的使用性能和使用寿命，适应公路建设不断发展的需要。1. O. 2 本规范适用于新建、改建公路的排水设计。由于公路养护的大、中修和改善工程情况比较复杂，不宜和公路新建、改建工程等间，故条文规定为参照使用。本规范的排水设计包括:路界地表排水、路面内部排水、地下排水和构造物(桥面、桥台、支挡
3、结构和下穿道路)排水。不包括横穿路基的地面排水构造物，如桥梁和涵洞等。1. O. 3 本条规定了公路排水设计的技术政策和原则要求。48 1.节约土地是我国的基本国策。因此，公路的排水设计必须重视用地的节约，少占农田;重视农田水利，防止冲毁农田和水利设施等。2.环境保护也是我国的基本国策。随着经济建设的迅速发展，环境污染也日趋严重，为此，国家颁布了一系列的环境保护法规，以改善环境质量。其中，(水污染防治法、水土保持法等，均与公路排水有关，进行设计时必须遵循，使路界内的排水不活染饮用水水源，坡面上的流水不对坡面岩土造成冲刷、流失。3.关于新技术、新材料、新工艺。当今所处的时代是科学技术迅速发展的时
4、代，新技术、新材料、新工艺不断涌现，为及时吸收和采用国内外的先进经验和新技术、新材料、新工艺，故作了如条文中的规定。4.关于施工、养护问题。公路工程施工过程中，排水是很重要的问题。条文中关于排水设计应考虑施工场地的临时性排水设施及其与永久性设施相结合的规定，主要是为了避免施工中排水不当，对工程造成不良影响;尽量减少临时工程费用，避免浪费。各项排水设施如不进行经常养护，会由于水流的冲刷作用及所携带细粒的泥砂淤积和堵塞作用而失效。因此，所设计的排水设施应便于检查、清通、维修，为养护创造必要的条件。5.公路穿越城镇段的排水较非城镇路段的排水为复杂，这是因为路界范围的排水必然与城镇的排水相关联，故条文
5、规定，设计时应结合城镇现有的或规划的排水系统和设施进行。1.0.4 公路排水设计涉及的有关标准和规范较多，例如，特殊地区(路段)的公路排水设计，需结合工程的特殊性进行，这就要求符合有关的专门规范如湿陆性黄土地区设计规范)(GBJ 25)、膨胀土地区设计规范(GBJ 112)的有关规定;公路穿越城镇的排水设计，则需考虑城镇排水方面的规范如室外排水设计规范)(GBJ 14月的有关规定，等等。因此，本规范作了如条文中的规定。49 3水文计算3.0.1 确定设计径流量的方法，可以采用推理法、(依据以往资料的)统计分析法、地区分析法或现场评断法等。本规范建议采用推理法，这是应用最为广泛的-种方法。3.0
6、.2 设计降雨重现期的规定，一方面会影响到公路设施的使用和完好受水侵害的风险大小;另一方面则会影响排水设施的断面尺寸，也即其造价。因而，设计重现期的选定同公路的重要性(等级和交通量)以及浸水或水淹对公路使用和周围地区的影响程度有关，也与各项排水设施的排水目的和类型有关。在日本的道路排水工指南中，按道路的类型(等级)和交通量大小，对排水的要求分为高、中、低三级，规定重要排水设施的设计重现期相应为10年、7年、5年;而对于小面积坡面排水和路面排水的设计重现期则规定为3年。美国联邦公路局规定的设计重现期标准为:高速公路25年，干线公路10年，一般公路1年5年。我国公路路基设计规范)OTJ01396)
7、规定高速公路和一级公路路基的设计重现期为15年，二级及二级以下公路为10年; Qso( = 0.00J87m3/s) 对于出水管间距取为100m的布置，选取排水管管径d=0.10m。其水力半径R=0.10/4 = 0.025 m，管的过水断面积A=XO.102/4 = 0.00785 m2。管内流速为v= 0.013-1XO.0252/3XO.011/2= 0.658m/so 排水管泄水量为Qo= O. 658 X O. 00785工O.0052m3/s Q lOO( = 0.00375m3/s)。因此，出水管间距为50m时，排水管和出水管的管径可选用7cm;而出水管间距为100m时，管径可选
8、用10cm。集水沟的最小宽度Bg=2 X 5 + 7 = 17 cm或Bg=2X5 + 10 = 20 cm。为便于施工，取集水沟宽度为30cm。集水沟宽度已定时，则沟内透水性回填料的渗透系数应不小于由下式确定的数值:Qo kg ig Bg (ig为水力坡降，可取为5%)kg = 20 X 3.24 / 0.3 = 216 m/d 5.2.4 透水性回填料也可采用未经处治的开级配粗集料(碎石或砾石)。但由于集水沟宽度较小，未处治集料往往不易得到充分压实。而集水沟又位于靠近路面边缘的路肩面层下，承受车轮荷载的机率较高，容易产生因集料不稳定而引起的变形，从而造成路肩的过早损坏。水泥处治集料试配时，
9、水泥同集料的比例可在1: 6 1 : 10 范围内选取，水灰比约为O.350. 470 5.3 排水基层排水系统5.3.1 采用透水性材料做基层，使渗入路面结构内的水分，先通过竖向渗流进入排水层，然后横向渗流进入纵向集水沟和排水管，再由横向出水管排引出路基。这种排水系统，由于自由水进入排水层的惨流路径短，在透水性材料中渗流的速率快，其排水效果要比边缘排水系统好得多。一般在新建路面时都采用此方案。排水基层设在面层下，作为路面结构的基层或基层的一部分，共同承受车75 辆荷载的作用。排水层也可采用横贯路基整个宽度的形式，不设纵向集水沟和排水管以及横向出水管。渗入排水层内的自由水，横向渗流，直接排世到
10、路基坡面外。这种形式便于施工，但其主要缺点是，排水层在坡面出口处易于生长杂草或被其它杂物堵塞，从而在使用几年后便不再能排泄渗入水，而集中积滞在排水层内的自由水反而使路面结构，特别是路肩部分，更易出现损坏。在一些特殊地段，如连续长纵坡坡段、曲线超高过渡段和凹形竖曲线段等，排水层内渗流的自由水有可能被堵封或者渗流路径超过45m60m。在这些地段，应增设横向排水管以拦截水流，缩短渗流长度。图3例示了曲线超高段上增设横向排水管的布置方案j图3曲线超高段上增设横向排水管的布置方案1-面层;2-排水基层;3-纵向排水管;4-横向排水管;5-出水管;6-横坡转变点5.3.2 排水层的透水性材料可以采用经水泥
11、或拥青处治，或者未经处治的开级配碎石集料。未处治碎石集料的透水性一般比水泥或沥青处治的要低，其渗透系数大致变动于60m/dlOOOm/d 范围内。而水泥或沥青处治碎石集料的渗透系数则大致在76 1000m/d6000 m/d范围内，其中沥青处治碎石的透水性略高于水泥处治碎石。未经水泥或沥青处治的碎石集料，在施工摊铺时易出现离析，在碾压时不易压实稳定，并且易在施工机械行驶下出现推移变形，因而一般情况下不建议采用作为排水基层。用作水泥混凝土面层的排水基层时，宜采用水泥处治开级配碎石集料，其最大粒径可选用25mm。而用作沥青f昆凝土面层的排水基层时，则宜采用沥青处治碎石集料，最大粒径宜为20mm。材
12、料的透水性同集料的颗粒组成情况有关，空隙率大的组成材料，其渗透系数也大，须通过透水试验确定。表4列示了国外一些未处治和水泥或沥青处治集料排水基层的集料级配情况及相应的渗透系数，以供参考。透水材料的渗透系数通常采用常水头标准渗透试验方法测定。为了方便设计人员在初选透水材料时能按透水材料的级配组成和密实状态估计其渗透系数，以节省试验工作量，不少研究人员对不同组成和状态的透水材料进行了大量的渗透试验，在此基础上建立了一些可估计渗透系数的经验关系式。Hazen对干净砂提出的估算关系式为:k = CDo(cm/s) (1) 式中DlO一一通过率为10%时的粒径(cm); C二一系数，变动于90120，通
13、常可取为100。此关系式的主要缺点是没有考虑到材料的压实程度(或孔隙率)0 Moulton制作了可估算未经处治集料的渗透系数的诺漠图，此图依据下述关系式:1.895 X 105(D，o)l.4786.854 是_ VVV ，;v 017 (m/d) (2) 式中n-一-透水材料的孔隙率;Po 075 -透水材料通过0.075mm筛孔的百分率。Elsayed依据室内渗透试验结果回归得出的经验关系式为:77 二32 材料类型未处治集料水泥处治沥青处治、一-一-37.5 100 100 100 100 100 表4未处治和水泥或沥青处治集料排水基层的集料级配通过下列方筛孔(mm)百分率(%)25 1
14、9 12.5 9.5 4. 75 2.36 1. 18 95100 2560 。10。5100 90100 2055 。10。595100 6080 4055 5-25 。-8。90。888100 5285 1538 。16。695100 2560 。lO。5100 90100 3565 2045 。1O。5100 50100 15-85 。-5渗透系数o. 3 。.075(m/d) 。26000 5400 。5600 300 1 200 。26000 。24 500 2. 68 是=-0.251 + O. 92V, + p,v: - o. 005Po 07S(cm/s) (3) (R2二O.
15、78) 式中V , 透水材料的孔隙比;Po 6 透水材料通过O.6mm筛孔的百分率。利用上述关系式，可估计初选透水材料的渗透系数，或者按要求的渗透系数选择透水材料的级配组成和孔隙率。而后，再进行渗透试验以选定透水材料最终采用的级配和孔隙率。由于排水基层参与路面结构的承载作用，对碎石集料和1昆合料提出了与同类路面基层相同的强度要求。5.3.3 排水层的厚度视需要排油的渗入水水量和所选透水材料的渗透系数而定，一般变动于8cm15cm范围内。虽然所需厚度可以通过水力计算确定，但通常选用10cm厚，便足以满足排水需要，并计及施工方便和施工容许偏差。作为路面结构的基层或基层的一部分，也可按承受荷载的需要
16、增加排水基层的厚度，但这时须对结构设计方案(增加其它结构层的强度或厚度还是增加排水基层的厚度)进行技术经济比较。水泥或沥青处治碎石集料的强度和变形性质，与同类水泥稳定碎石或沥青碎石相近，路面结构设计可采用现行规范，材料设计参数依据标准试验方法测定的数值取用。示例7接示例4.按表面水设计渗入量进行排水基层设计。可利用达西定律确定纵向每延米排水基层的泄水能力Q。(m 3/ (d m) J : Qo = kb i A = kb ih h 式中kb一一一透水基层材料的渗透系数(m/d); i 渗流路径的水力坡度;lh 基层横坡;A 每延米排水基层的过水断面面积(m2); h 排水基层的厚度(m)。排水
17、基层的地水能力是透水材料渗透系数和基层厚度的函数。可以先选定透水材料，雨后依据其渗透系数确定所需的排水基79 层厚度;或者，先选定排水层的厚度，再确定所需的透水材料渗透系数。如所选透水材料的渗透系数为2000m/d，则排水基层排世设计渗入量所需的厚度为h = Qj(是b1h)= 2.7/(2000 X 0.02) = 0.0675 m 考虑到排水基层顶面的空隙有可能因面层施工而被堵塞，取排水基层的设计厚度为8cm。如选用透水基层设计厚度为0.10m，并设基层顶底面部分空隙被堵塞的深度约为0.02m，基层的有效厚度为0.08m。则透水材料所要求具有的渗透系数为kb = Qj(h ih) = 2.
18、7/(0.08 X 0.02) = 1687 m/d 5.3.4 纵向集水沟设置在路面横坡的下方。行车道路面采用双向坡路拱时，在路面两侧都设置纵向集水沟。集水沟的内侧边缘可设在行车道面层边缘处，但有时为了避免排水管被面层施工机械压裂，或者避免路肩铺面受集水沟沉降变形的影响，将集水沟向外侧移出60cmgOcmo路肩采用水泥混凝土铺面时，集水沟内侧边缘可外移到路肩面层边缘处。5.3 5 排水基层下必须设置不透水垫层或反滤层，以防止表面水下渗入垫层，浸湿垫层和路基，或者防止垫层或路基土中的细粒进入排水基层而造成堵塞。5.3.6 排水垫层按路基全宽设在其顶面。过湿路基中的自由水上移到排水垫层内后，向两
19、侧横向渗流。路基为路堤时，水向路基坡面外排流;路基为路重或半路童时，挖方坡脚处须设置纵向集水沟、排水管和横向排水管。排水垫层方面要能掺水，另-方面要防止渗流带来的细粒堵塞透水材料。为此，在材料级配组成上要满足条文中的四项要求，其中第一项是透水要求，其它三项是反滤要求。这些要求的应用可图示于图4。图中，5为路基土的级配曲线;所示的阴影部分6，即为符合这些要求的排水垫层材料的级配范围。80 nnu nnuFhd (汉M附HM圆明民nUA-EA4A 粒径图4符合渗透和反滤要求的材料设计标准1-不小于5D15，2-不大于5DS5，3不大于25D50，4-(D60/DlO)矛20，5路基土级配曲线;6-
20、符合上述要求的排水垫层级配范围81 6地下排水6. 1一般规定6. 1. 1 地下排水的目的是为了提供稳定的路基和坡体，提高路堤基底的承载能力。通常，在下述情况下需考虑采用地下排水设施:1.路壁开挖截断了坡体内的含水层，或者山坡路堤的基底范围内有含水层出露。为此，需沿着挖方或填方边坡坡脚设置渗沟，将含水层内的地下水拦截在路基范围外，并排引出路整或路堤。2.填挖交替路段，接近路壁的路堤基底遇有含水层出露。此时，需在填挖交替处设置横越路堤的渗沟，以拦截含水层内的地下水，并且t出路界。3.地下水位高，而路堤填土高度又受到限制;或者，路重开挖后的基顶高程离地下水位很近。为降低路基温度，提高其承载能力，
21、可沿两侧边沟设置渗沟以降低地下水位。4.土质路壁边坡坡体的含水量很大而容易产生坡体滑动时，可设置条形、分岔形或拱形边坡渗沟，以疏干边坡坡体。5.在滑坡路段，为配合滑坡体稳定性处理措施，可采用拦截含水层地下水或疏干滑坡体的各种地下排水措施。6. 1. 2 含水地层或地下水富集带大多被岩土所覆盖，调查需要专门的勘测，不仅工作量大，工作时间长，费用也高。以往，公路地质调查的深度和广度不够，地下水的活动情况没有得到充分地了解和掌握，使设计工作较为被动，建成的公路常常留有隐患，路基的稳定性和路面使用寿命受到影响。随着高等级公路建设的发展和勘测技术的进步，这种状况得到了定的改善，对于水文地质条件较复杂的地
22、下水状况，要求进行较详细的调查、勘探和测定，取得82 较为可靠的设计依据。6.1.3些浅层地下水或局部上层滞水是以地表水的下渗作为补给来惊的。公路毗邻地带的地表土质疏松，或岩土有天然裂隙，或路基上方有积水洼地时，便应考虑地表水的下渗是否会转换成地下水，影响到路基的稳定和强度。为防止地面水的下渗而补给地下水，可对土质地面的裂缝用柏土填塞捣实，对岩石裂缝用水泥砂浆填塞，对松软土质地段铺植草皮和种植树木，对路重边坡上方的洼地和水塘予以填平等。6.1.4 地下排水设施通过渗流汇集和排除含水层的地下水，因而容易受到龄塞。同时，由于都是埋在地下的暗沟管，不便清理疏通。因此，建议采用较大的纵坡，以加大流速，
23、减少龄积。6.1.5 地下排水沟管较长时，为避免淤塞和便于清通，应在其间设置出水口，通过横向排水管将地下水引出地面，排入低地或水道。对于出水口的排水通道，应作妥善处理，防止出现坡面冲刷。6. 1. 6 为便于清扫和疏通地下排水沟管，在其上游端头和中间情况变化点应设置直径相同的井管与地面联通。上游端头的井管为倾斜的，以便于进行维护工作。中间检查井管为竖立的，其间距不能超过150m。井管外露在地表的端头用铸铁盖罩住。6. 1. 7 地下排水设施的设计渗流量，可按不透水层的深度和倾斜情况分别采用本规范8.3节中的方法计算确定。但由于地下实际情况存在许多不确定性，计算参数(如渗透系数、水位降落影响距离
24、和平均坡度等)的精确度不高，设计渗流量还须结合经验确定，并采用较大的安全系数。6.2 地下水调查和测定6.2.1 地下水调查和测定是一项深入细致的工作。地下水调查可采用地质调查方法，对于水文地质条件较复杂的地区，还应结合坑探和钻探，了解含水层与不透水层的组成情况，测定地下水位以及地下水的流向、流速和流量等，作出地下水对公路影响的评价，为地下排水设计提供可靠的依据。83 6.2.2 在边长约为50m150m的等边三角形的顶点布置钻孔，按各钻孔的地下水水位高程绘制等水位线。垂直等水位线的方向即为地下水的流向。利用钻孔投放指示剂，可测定地下水的流速。为防止指示剂不流经下游观测孔，可在其两侧各布置一个
25、辅助观测孔。6.2.3 渗透系数是计算渗流量的主要计算参数，可以采用三类方法估计或测定其数值:1.各类岩土的渗透系数.随其颗粒组成和密实程度而异，变动范围很大。表5所示为代表性岩土渗透系数的经验参考值范围。利用表列数值或其它工程的经验数值，可按含水层介质的岩土类型粗略地估计其渗透系数值。表5岩土渗透系数参考值岩土名称渗透系数(cm/s)岩土名称渗透系数(cm/s)粘土(中国建筑工业出版社，1992)。对于非饱和松散岩土层，则可采用渗水试验方法测定其渗透系数。84 6.3 地下排水设施6.3.1 山区或丘陵区的小股泉水露头出现在路基基底范围内时，必须给予引排。6.3.2 管式渗沟是最常用的地下排
26、水设施。由于渗沟系从地面下开挖出的，开挖时的沟壁总会有一斜坡，渗沟的横断面便为梯形，沟壁坡度随沟深而减缓。用于拦截地下水时，渗沟的迎水一侧有渗流流入。而用于降低地下水位时，渗沟的两侧均有渗流流入。判断进入渗拘的水流会否因携带细粒而堵塞渗沟，可应用本规范5.3. 7条中所述的四点要求。如不满足这些要求，则在渗沟的迎水面侧应设置反滤织物。为保证渗沟内的回填料具有良好的透水性，并且在沟内水流掺入排水管的过程中不会堵塞管的槽孔，必须控制回填料的级配组成(开级配)和细粒含量。6.3.3 排水管的槽孔大小和空隙总面积，会影响到细粒会否渗入管内和渗入水的流量。本条参照美国州公路和运输官员协会的有关规程(AA
27、SHTO:M175和M278)，对槽孔的大小、数量和布置作出了规定。目前，我国尚无带槽孔水泥棍凝土管或塑料管的产品。使用塑料管时，可在工地按本条规定的圆孔直径、数量和布置进行钻孔。用于管式渗沟的圆管槽孔都分布在管截面的下半部分，安设排水管时，槽孔须面向沟底，使渗流由下部漫入管内。6.3.4 在有石料地区，可以采用石砌排水管替代圆管。洞式渗沟的横截面要大于管式渗向，因而开挖量也大于后者。流入渗沟内的水通过盖板间的缝隙进入排水洞，在缝隙宽度和总的空隙面积方面的安排不象管式渗掏那样合理。因而，建议仅在二级及二级以下的山区公路上采用洞式渗沟，而其它情况则建议采用管式渗沟。6.3.5 边坡渗沟主要用于疏
28、干过湿的土质边坡坡体，以减轻其重量，增加坡体的稳定性。同时，由于渗沟主沟垂直嵌入坡体内，能起到一定的支撑坡体的作用。边坡渗沟所排除的是坡体内的上层滞水，渗流量很小，因而渗沟可采用填石式，不设排水管或排水洞而利用填料的孔隙排水。85 6.3.6 平式钻孔排水是采用小直径的排水管在斜坡坡体内排除深层地下水的一种有效方法，它可以减少对岩(土)体的开挖，从而加快工程进度和降低造价，因而在许多国家得到广泛的应用。近年来在广东省深汕高速公路和四川省二郎山隧道工程中应用，取得良好效果。86 7 公路构造物及下穿道路排水7.1桥面排水7. 1. 1 桥面上的积水会使交通阻滞，行车出现飘滑等。同时，积滞在桥面上
29、的含氧化物的冰雪融水会促使桥面板混凝土内的钢筋锈蚀，从而降低桥梁的使用寿命。因而，应重视桥面排水设计，力求排水通畅、防水可靠、施工养护方便。7. 1. 2 采用纵向排水管汇集泄水口流下的水，并由落水管排入地面排水设施或河流的桥面排水方式(见图5)，可避免桥下的行人、车辆或船只受到桥面水的冲淋。而在桥下无行人或车船通行时，则可允许桥面表面水直接由世水管排出，但仍须注意避免排放的水冲刷或侵蚀邻近的上部结构或墩台构件。7. 1. 3 桥面表面水首先靠桥面横坡和纵坡组成的合成坡排向行车道两侧，因而，桥面必须要有足够的横向坡度。通常，采用与路面相同的横向坡度。在桥面行车道两侧采用缘石的情况下，表面水汇集
30、于由缘石与桥面组成的过水断面内，为了减少此过水断面的漫流宽度，或者使图5桥面排水管的设置泄水口间距不致于太密，1泄水口;2-泄水管;3-纵向排水管;4-竖向排水; 5-伸缩缝装置;6-地面进水口宜适当增加桥面横坡坡87 度，使之比路面横坡坡度大0.5%。7. 1. 4 世水口间距，方面随降雨强度和汇水面积而定，另一方面也随桥面横向和纵向坡度、泄水口泄水能力以及允许过水断面漫流的宽度而定。可以按确定路面拦水带或缘石世水口间距的同样方法考虑桥面的泄水口。奥地利的经验是，当桥面横坡为2.5%、纵坡为1%时，地水口的最大间距为25m;而当纵坡为0.5%时，则世水口最大问距为10m;但最低限值为每400
31、m2桥面至少应设置一个泄水口。日本的规定是泄水口的间距不大于20m。参考这些数值，本条规定了泄水口间距不宜超过20m0在伸缩缝的上游方向设置泄水口，有助于减少流向伸缩缝的水量。日本的规定是在伸缩缝上游1.5m处设置泄水口。凹形竖曲线底部相继设置3个泄水口是为了预防最低点处的泄水口被杂物堵塞而招致积水。7.1.5 泄水管的横截面面积-般按排泄3倍设计径流量考虑c泄水口顶面略低于周围路面，有利于桥面水向泄水口汇流并增加截流率。由于设置泄水口，部分桥面板钢筋网被切断，泄水口周围便应配置补强钢筋，使之具有足够的强度承受车辆荷载的作用。7.1.6 排水管和排水槽的架设位置应考虑与桥梁外观融为一体，必要时
32、采取装饰或遮盖措施。排水管支托一般为高度可调节的不锈钢制品，支托装置应牢固地附着在桥梁构件上。排水管接头应考虑桥梁和排水管二者在纵向伸缩上的差异。7.2 桥台和支挡构造物排水7.2.1 桥台和支挡构造物排水的目的在于疏干台后或墙后回填料中的水分，防止由于积水而使台身或墙身承受额外的静水压力、粘性土填料浸水后的膨胀压力或者季节性冰冻地区的冻胀压力。采用透水性回填料，可以大大减小上述情况下产生的各种压力。回填料表面采用各种防止地表水下渗措施，如在回填区外设置拦截地表水流入的沟渠，回填料顶面开实或铺设不透水层等，可以降低回填料内的含水量。这些措施都可降低设置排水设施的要求。7.2.2 采用透水性回填
33、料时，由于自由水可在回填料内较快地渗88 流，因而只需在台身或墙身上布置泄水孔，使回填料中的自由水有个出路，能流出台身或墙身。7.2.3 回填料为透水性不良的材料时，为减少台身或墙身上的压力，可在回填料与台身或墙身之间夹一层透水性粒料(砂或砂砾), 使回填料中渗出的水可以通过此透水层迅速由泄水孔排出。根据渗水量的多少，此粒料透水层可以是在整个台背或墙背连续铺筑的，也可以是由纵向和坚向条形渗沟组成的。近来有采用软式透水管替代纵向和竖向渗沟的改进方案。软式透水管可由经磷酸防锈处理并外覆聚氯乙烯的钢丝作内骨架，外面包裹起反滤作用的无纺土工布和透水的尼龙土工织布，它应具有足够的耐压扁能力及透水性和反捷
34、作用。为防止回填料顶面的表面水沿台后或墙后透水层下渗，对透水层的顶面应采用不透水材料予以封闭。7.2.4 泄水孔的布设密度，视回填料渗水量大小而定。为防止泄水孔被渗流中携带的细料所堵塞，在世水口进口处-定范围内需设置由粗粒料组成的反滤层。7.3 下穿道路排水7.3.1 在交叉工程设计中，设计人员往往基于经济考虑而采用下挖被交道路的方式，并忽视下穿道路的排水设计，由此导致不少下穿道路在雨季积水，严重影响了车辆和行人的正常通行。这在许多建成的高等级公路中已成为教训之-，应引起设计人员的重视。7.3.2 下穿道路的下挖段，两端大都采用下倾的纵坡。为减少地表水流入下挖段，应在进入下控段之前，通过设置世
35、水口或排水沟将边沟内汇集的表面水引排到下挖段的两侧外。7.3.3 下挖段道路的纵断面最低点处往往需设置集水井，以汇集下挖段内的表面水后引排出去。为便于设置集水井和引排，宜将最低点设在上跨构造物洞口外。同时，为使洞口内下穿道路的表面水能较迅速地流向最低点，该段道路应具有-定的纵坡。7.3.4 为使下挖段(特别是上跨构造物洞口内的下挖段)路面表面水迅速向两侧排流，可适当增大路肩的横向坡度。洞口内下挖段89 的边沟增大过水断面，可以减少该段道路出现积水的机率。而采用加盖混凝土板的边沟，可方便行车和行人的通行。7.3.5 下穿道路的排水应尽量采用自流的方式排除。在地下水位高的平原区，白流排除发生困难时
36、，只好采用费用高而养护又麻烦的水泵排水。下穿道路的排水量不太大但较集中，短时间抽升量约O. 5m3/s1. 2m3/s，般可选用8英寸12英寸(20.3cm 30.5cm)的水泵。同时，抽水的扬程较小，可选用常用的农业排灌水泵(轴流泵或混流泵)。泵站配备两台水泵，可针对不同的排水量要求，分别使用小泵或大、小泵。90 8水力计算8. 1 排水沟和排水管的水力计算8. 1. 1 沟和管，包括各种断面形状的明沟(如边沟、排水沟、截水沟、街沟以及由拦水带或缘石同路肩或路面铺面构成的过水断面等)和不同材料的圆管(如排水管和出水管等)。影响沟和管泄水能力的因素，主要是过水断面的形状和面积、水力坡度(沟或管
37、的底坡)以及向壁或管壁的粗糙系数。进行水力计算的目的是确定为排世设计流量所需的沟或管的断面形状和尺寸，同时检查其流速会否引起冲刷或按积。沟和管的1世水能力应大于设计流量，所选定的断面应考虑水面上留有一定的安全高度。8. 1. 3 沟或管内水流的平均流速采用满宁公式计算。表8.1.3中的粗糙系数值，系参照室外排水设计规范)(GBJ14-87)、日本土木学会水理公式集)(1985)和美国运输部联邦公路局公路路面排水)(水力工程第12号通报.1969年)等资料汇总而戚。无旁侧入流的明沟，水力坡度可采用沟的底坡。有旁侧人流的明沟，水力坡度可采用沟段的平均水面坡降。8. 1. 4 浅三角形沟或过水断面主
38、要指由拦水带或缘石同路肩或路面铺面构成的过水断面，或者城市道路的街沟。对于这类排水沟，由于过水断面的水面宽度远大于水深，水力半径不能充分反映这种断面的特性，因而需对满宁公式进行修正，采用式(8.1.4)计算其泄水能力。公式忽略了水流沿缘石或拦水带接触面处的阻力，其计算结果(、泄水量或平均流速)要比公式(8.1. 2)或(8.1. 3)的大19%。浅三角形沟或过水断面水力计算的内容，主要是按设计流量91 计算确定过水断面的水面宽度和水深。示例8接第三章示例1。拦水带泄水口间距为50m时的设计流量为0.0312m3/sQ计算为排泄此设计流量时拦水带内侧过水断面的水面宽度和水深。由表8.1.3.可查
39、得表面构造光滑的沥青路面的粗糙系数=0.0130路肩的横向坡度为ih=3%。取水力坡度等于路线纵向坡度，=1%。将上述数值代入式(8.1.4)，即0.0312=0.377 1hM 0.0105 0.03 X 0.013 由此，可算得水深h=0.049m。进而得到水面宽度为Bs=h/ih=0.049/0.03= 1. 63m，此宽度小于路肩宽度(=2.5m)。因而，出现设计降雨时拦水带内过水断面的水面不会侵入行车道。在路面和路肩采用不同横坡坡度，而水面侵入路面时，或者在接近拦水带或缘石一定宽度的路肩范围内采用较陡的横坡坡度时，过水断面的底边为折线。遇到这种情况，仍可采用式(8.1. 4)计算。其
40、步骤为(参见图的z先按设计流量Qc和外侧横坡l.，由式(8.1.4)计算得到水深初值h.;由此h.值，可按外侧坡段宽度Bw计算确定横坡转变点处的水深hb;再按hb和la利用该式计算图中虚线三角形面积内的流量，减去这部分流量便得到外侧坡段的流量Qa;然后，按hb和内侧横坡儿，利用该式计算得到内侧坡段的流量Qb;迭加Q.和Qb可得到泄水量Qd如果此值与设计流量相同或相近，则h.初值便成立，否则调整儿，直到计算泄水量与设计流量一致为止。92 Q. Qb / 丁i/fLL/ib一一一一工fBw图6折线形底边的过水断面8. 1. 5 沟和管的最大和最小流速要求，系参照室外排水设计规范)(GBJ14-87
41、)规定。8.2 泄水口水力计算8.2.1 本节主要涉及路面表面排水中由拦水带或缘石所构成的过水断面的泄水口，包括开口式和格栅式世水口。格栅式泄水口也用作中央分隔带内排水沟或其它沟渠的泄水口。泄水口水力计算的主要内容是，确定泄水口的截流量和布设间距。影响开口式泄水口截流率的主要因素是开口的长度以及低凹区的宽度和下凹深度，影响格栅式泄水口截流率的主要因素是格栅的宽度和格栅孔口的有效泄水面积。因而，水力计算的目的是按设计流量的要求合理选择和确定泄水口的尺寸和布设间距。8.2.2 在纵坡坡段上，开口式1世水口的截流率主要随开口长度的增加而增大，也同开口处是否设置低凹区有关。低凹区越宽，下凹深度越大，截
42、流量便越大。由于计算公式较繁琐，本规范采用诺模图的形式，依据美国运输部联邦公路局公路路面排水)(水力工程第12号通报，1969年)中的资料，列出了几种常用开口长度和低凹区尺寸组合条件下的截流率计算用图(见本规范附录C)。拦水带的开口式泄水口，通常采用对称或不对称的喇叭口形式;为了便于施工，低凹区设在拦水带内侧边缘线以外。应用计算图时，须按喇叭口的形状和尺寸酌情选取开口长度、下凹区宽度和下凹深度值。示例9接示例8。间距为50m的拦水带地水口，采用1.5m长的开口，低凹区宽度Bw=O.3m，下凹深度为ha=O.025m。请计算确定其世水量。由示例8己知，Qc=O.0312m3/s，ih=3%，i，
43、=1%，B，=1. 63m。利用附录C图Ca)，由Bs=1.63m处引竖线同i，=l%线相交，再别水平线同ih=3%线相交，然后引竖线得世水口的截流率为Qo/Qc=O.630由此得到泄水量为93 Qo = O. 63Q, = 0.63 X 0.0312 = O. 020m3/5 8.2.3 在凹形竖曲线底部，表面水由前后两个方向向下流入泄水口。水流进入泄水口的状态，同该处的水深有关。当水深低于泄水口的孔口高度(即拦水带或缘石高度)时，水流呈堪流状态;而当水深淹没开口，超过1.4倍孔口高度时，水流呈孔口流状态;水深在这二者之间时，水流处于中间状态。图8.2.3-1中的曲线绘示了通过试验确定的满足
44、堪流条件的孔口最小高度要求，利用此曲线可判别水流状态。处于堪流状态时，对于开口处设有低凹区的情况，选用图8.2. 3-2确定泄水量或水流深度;对于开口处不设低凹区的情况，选用式(8.2.3-1)计算。处于孔口流状态时，则按式(8.2.3-2)确定开口处的泄水量。示例10在两侧切线纵坡均为1%的竖曲线底部，设置L，=1.5m长的开口式泄水口，由各侧流向泄水口的流量均为O.0312 m3/s.开口处的净高(即拦水带高度)为ho=0.12m.其它条件与示例9相同。请计算确定排泄此设计流量时世水口处的水深。由两侧进入泄水口的设计流量为Q，= 2 X O. 0312 = 0.0624 m3/s。先假设世
45、水口处水流呈堪流状态。1)开口处设低凹区时。由图8.2.3-1可查取得到，在Qo=O. 0624m3/5和L，=1.5m时，满足堪流要求的最小高度hm二O.06 mo hm0. 12m，超过堪流的条件。2)再假设水流处于孔口流状态。格栅孔口的净泄水面积为人=O. 5 X O. 4 X O. 5 X O. 5 = O. 05m2o 按公式(8.2.5-2)，0.074=2.96XO. 05h,O 5 , 可得到格栅上的水深为儿=0.16m0. 43m，小于孔口流的条件。因而，水流处于不确定状态。3)按直线插值方法确定水流深。96 h, = O. 12m时，Qo= 1. 66 X 0.65 X 0
46、.1215 = O. 045m3js h, = O. 43m时，Qo= 2.96 X 0.05 X 0.430.5 = O. 097m3/s 设计流量为Qc=O.074m3/s时，h,= 0.12十(0.43- 0.12) X (0.074 - 0.045)/ (0.097一0.045)= O. 29m 4)选定格栅尺寸此泄水口上的水深显然过大，超出了缘石或拦水带的高度，因而，需增加泄水口，以提高泄水能力。现选用3个0.5m长的格栅，其有效宽度仍为0.4mo这样，格栅的有效周边长增为Pg = O. 5 X (2 X 0.4 + 1. 5) = 1. 15m 按公式(8.2.5-1)，0.074
47、=1.66X1.15人口，可得格栅上的水深为儿=0.11m，低于缘石或拦水带的高度，符合要求。8.2.6 在纵坡坡段上，泄水口的布置间距主要按过水断面或沟内的水面宽度限制在允许范围内的要求，或者流速不超过最大允许流速的要求确定。设计时，先从坡段的上方开始，确定第一个泄水口的位置。随后的泄水口，主要排泄榄水口之间的表面径流量加上由上一个世水口溢流来的流量，而总泄水量仍受水面宽度范围或最大允许流速的限制。因而，可按每一个泄水口的泄水能力来确定其间距。坡段上最后一个泄水口的溢流量则流向竖曲线底部的泄水口排泄。因而，底部世水口的世水量便为从前后泄水口溢流来的流量以及前后泄水口之间的表面径流量。示例13
48、在坡度为1%的连续坡段上确定拦水带开口式泄水口的布置间距。设计流量与示例1中的条件相同。拦水带内侧过水断面的水面宽度不得超过路肩宽，即B，运2.5m。1)上方第一个泄水口位置由示例1，设计流量同泄水口间距的关系为Q=0.00062410 设B，=2.5m，拦水带内缘处的水深为h=B，ih=2.5XO. 03= 0.075m。由公式(8.1.的，可计算拦水带过水断面的泄水量97 Qc= 0.377 X ;:;、1X 0.075的X0.0105 = 0.097 m3/s 按Qc=Q，便可得到第个泄水口距坡段起点的位置为1=O. 097/0. 000624=155.4mo取整数为160m。2)下方泄
49、水口的间距采用开口式泄水口(开口的尺寸与示例9相同)时，其间距按开口的世水能力计算。由附录C(图Ca)可查取得到，水面宽B，=2.5m，纵坡iz=1%和横坡ih=3%时，开口的截流率为Qo/9c=0.3750由此，世水量为Qo=O.375Qc=0. 375XO. 097=0. 0364m3/s。由Qo=Q，便可得到泄水口的间距为1= O. 0364/0. 00073 = 49.86mo取整数为50mo第一个世水口的位置离坡段起点160m，距离过长。为采用统的世水口间距，将第一个泄水口也设在距坡段起点50m处。由于间距缩短，路面表面径流量相应减少为Q=O. 0006241=0. 000624X50=0. 0312 m3/s。拦水带过水断面的水深降为0
