路基路面工程第7章教案.ppt

路基路面排水要求及设计原则 路基排水设备的构造与布置 路面排水设计,第七章 路基路面排水设计 Drainage Design about Subgrade and Pavement,重点,学习要点：,掌握路基路面排水设备的构造 ；,掌握路基路面排水设备的布置 ；,了解路基路面排水要求和一般原则 。,第一节 路基路面排水要求及设计原则,一. 排水的目的与要求,1. 水对路基路面的危害,水对路基的危害表现为：冲刷和渗透，冲刷易形成水毁现象，渗透则使土体过湿。轻者降低路基强度，重者引起冻胀(frost heave)、翻浆(frost boiling )或边坡滑塌(slide slop)。,水对路面的危害表现为：降低路面材料强度，在水泥混凝土路面接缝和路肩处造成卿泥(mud-pumping)；造成路面承载力下降。,第一节 路基路面排水要求及设计原则,一. 排水的目的与要求,2. 路基排水的目的及要求,路基排水的目的：是将路基范围的土基湿度降到一定限度以内，保持路基常年处于干燥状态，确保路基具有足够的强度和稳定性。,要求：路基设计(design)时，必须考虑将影响路基稳定的地面水、地下水予以排除、拦截、隔断、疏干，降低；路基施工(construction)中，首先应校合全线路基排水系统是否完善，重视排水工程的质量和使用效果；路基养护(maintenance)中，对排水设施应定期检查与维修。,一. 排水的目的与要求,3. 路面排水(pavement drainage )的目的及要求,路面排水的目的：是把降落在路界范围内的表面水有效的汇集并迅速排除出路界，同时拦截路界外可能流入的地表水。可分为路面表面排水、中央分隔带排水及路面内部排水。,路面排水系统设计通常满足三方面要求：一是各项设施具有足够的泄水能力；二是自由水在路面结构内的渗流时间及渗流路径不能太长；排水设施有较好的耐久性。,第一节 路基路面排水要求及设计原则,二. 路基路面排水设计的一般原则,1. 排水设施要因地制宜、全面规划，并充分利用有效地形和自然水系。,2. 路基排水沟渠的设置应与农田水利相配合。,3. 设计前应进行调查研究，做到综合设计和分期修建。,4. 注意防止附近山坡的水土流失，尽量不破坏自然水系。,5. 路基排水应结合当地具体情况，就地取材，以防为主。,6. 应尽量阻止水进入路面结构，并提供良好的排水设备。,第一节 路基路面排水要求及设计原则,第二节 路基排水设备的构造与布置,地面排水：地表径流 大气降水,地下排水：上层滞水 潜水、 层间水,边沟(roadside gully) 截水沟(catch drain) 排水沟(drainage ditch) 跌水(drop water) 急流槽(rapid flow),盲沟(bland ditch) 渗沟(bland drain) 渗井(filter well),第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,1. 边沟(roadside gully),设置位置：挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧，多与路中线平行。,设置作用：汇集和排除路基范围内的地面水。,结构：浆砌片石、栽砌卵石、水泥混凝土预制块,横断面形式：梯形：土质 三角形：机械化施工、矮路堤 流线形：积雪、积沙路段 矩形：石质,一. 地面排水设备,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,设计要点： 纵坡：一般与路线纵坡一致。平坡路段，边沟纵坡宜不小于0.5。 无需水力计算，紧靠路基设计，不允许其他沟渠的水引入，不允许与其它沟渠合用。 不宜过长，不超过200300m利用自然沟渠、排水井、涵洞等排出 出口处妥善处理： 防冲刷（涵洞、急流槽、跌水）P184 图7-3,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,2. 截水沟(catch drain),设置位置：挖方路基边坡坡顶以外，或山坡路堤上方的适当地点，尽量与大多数水流方向垂直。,设置作用：拦截并排除路基上方流向路基的地面径流，保证挖方边坡和填方坡角不受流水冲刷。,挖方路段截水沟截面形式：挖方路段 山坡填方路段,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,挖方路段截水沟：,d5m，地质不良地段可取10m或更大，截水沟下侧可堆置挖沟土方，且顶部设倾向沟内的 2%的土台,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,填方路段 截水沟：,截水沟与坡脚之间，要有不小于2m间距，并做成倾向沟内的 2%的横坡。,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,截水沟的横断面形式：梯形、与地面水流方向垂直,1：m=1：11.5，b0.5,h0.5（按设计流量计算）,纵坡及长度：纵坡宜不小于0.3；长度以200500m为宜。,设计要点：,沟壁底：密实、不滞留、不渗水，需加固、铺砌,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,3. 排水沟(drainage ditch),设置作用：引水，排除来自边沟、截水沟、或路基范围内其他水源的水流，引至桥涵或路基范围以外指定地点。,设置位置：离路基尽可能远些，距路基坡角不宜小于2m。,横断面：一般采用梯形，底宽与深度不宜小于0.5m，（水力计算选定）土沟的边坡坡度约为1：11：1.5。,纵坡：可取0.51.0，不小于0.3，不大于3。,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,平面上力求短捷平顺，以直线为宜，或采用大半径曲线（R=1020m）转向；连续长度宜短，不超过500m,纵坡宜不小于0.3，不大于3%；若大于需加固处理，大于7%需改为跌水或急流槽。,设计要点：,出水口：使原水道不产生冲刷或淤积；锐角或圆弧相交,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,沟渠(channel)加固,a:石灰三合土抹平层 b:干砌片石，碎石垫平 c:平铺草皮 d:浆砌片石，碎石垫平 e:竖铺草皮、砌石底 f:砖砌水槽,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,4. 跌水(drop water)与急流槽(rapid flow),适用情况：用于陡坡地段，沟底纵坡可达45度,跌水的构造：,有单级和多级之分,沟底有等宽和变宽之别,单级跌水,用于较长陡坡地段的沟渠,跌水,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,基本构造：进水口 消力池、出水口,一般，跌水台阶高P最大不超过2.0m。,常用简易多级跌水，台高约0.40.5m，护墙用石砌或混凝土结构，墙基埋深为水深a的1.01.2倍，并不小于1.0m，墙厚0.250.3m。,消力池其消能作用，底部具有12纵坡，底厚0.350.3m，末端设有消力槛，槛高一般1520cm。,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,适用情况：坡度更陡，是山区公路回头曲线，沟通上下线路基排水及其他沟渠进水口的一种常见排水设施。,结构：砌石和水泥混凝土结构，亦可用岩石坡面挖槽,急流槽(rapid flow),构造：进口、主槽和出口。,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,构造示意图,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,5. 倒虹吸与渡水槽,设置原因：当水流需要横跨路基，同时受到设计标高的限制，可以采用管道或沟槽，从路基底部或上部架空跨越，前者称为倒虹吸，后者为渡水槽。,倒虹吸设置条件：路基横跨原有沟渠，且沟渠水位高于路基设计标高，不能按正常条件设置涵洞。,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,5. 倒虹吸与渡水槽,倒虹吸作用原理：借助上下游沟渠水位差，利用势能迫使水流降落，经路基下部管道流向路基另一侧，再复升流入下游水渠。,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,5. 倒虹吸与渡水槽,倒虹吸管道：箱形和圆形，以水泥混凝土和钢筋混凝土结构为主，孔径0.51.5m，管道附近路基填土一般不小于1m，并不超过3m。,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,5. 倒虹吸与渡水槽,倒虹吸构造：管道两端设竖井，井底标高低于管道，起沉淀泥沙和杂物作用，进口处设置沉沙池和拦泥栅,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,5. 倒虹吸与渡水槽,渡水槽架设要求：满足道路净空和美化要求；结构上具有足够强度；效能上适合排水要求。,渡水槽构造：进出水口、槽身和下部支承。,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,5. 倒虹吸与渡水槽,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 地面排水设备,6. 蒸发池,适用条件：气候干旱，排水困难地段，可利用集中取土坑或专门设置蒸发池排除地表水。,设置要求：蒸发池与路基边沟间应设排水沟连接。其边缘与边沟距离应不小于5m，池中水位应低于排水沟沟底。,容量：每个蒸发池容水量不宜超过200300m3，蓄水深度不应大于1.52.0m。,第二节 路基排水设备的构造与布置,二. 地下排水设备,1. 暗沟（盲沟） (bland ditch),构造原理：沟内分层填以大小不同的颗粒材料，利用渗水材料透水性将地下水汇集于沟内，并沿沟排泄至指定地点。,盲沟设置及作用：,一侧边沟下设盲沟，用以拦截流向路基的层间水，防止路基边坡滑坍和毛细水上升危及路基。,第二节 路基排水设备的构造与布置,二. 地下排水设备,两侧边沟下设盲沟，用以降低地下水位，防止毛细水上升至路基工作区，造成冻胀或翻浆。,设在路基挖方与填方交界处的横向盲沟，用于拦截和排除路堑下面层间水或小股泉水，保持路堤填土不受水害。,第二节 路基排水设备的构造与布置,二. 地下排水设备,基本构造：,横断面成矩形，亦可做成上宽下窄的梯形。,盲沟底部中间填以粒径较大的碎石，空隙较大；粗里碎石两侧和上部，按一定比例分层填以较细粒径的粒料；底部和顶部一般设有30cm以上的不透水层。,沟底具有12的纵坡，出水口底面标高应高出沟外最高水位20cm。,第二节 路基排水设备的构造与布置,二. 地下排水设备,2. 渗沟(bland drain),作用特点：采用渗透方式将地下水汇集沟内，并通过沟底通道将水排至指定地点。其作用是降低地下水位或拦截地下水。,结构形式：,盲沟式：似盲沟,第二节 路基排水设备的构造与布置,盲沟式,渗洞式,渗水隧洞式,二. 地下排水设备,洞式渗沟：,洞宽b约20cm，高约2030cm；,盖板用条石或混凝土预制板，板长约2b，板厚不小于15cm，并预留渗水孔；,洞身要求埋入不透水层，不然应在底部和两侧加设隔水层；,洞底设置不小于0.5的纵坡。,当排水量大，埋置深时（23m或达6m），采用洞式或管式,第二节 路基排水设备的构造与布置,二. 地下排水设备,管式渗沟：适水流量更大，排水距离长,管道一般为陶土或混凝土预制管，管壁上部留有渗水孔，渗水孔交错排列。,管内径由水力计算而定，一般约为0.40.6m，管底设基座。埋于冰冻线以下，必要时采取保温措施。,第二节 路基排水设备的构造与布置,二. 地下排水设备,3. 渗井(filter well),设置条件：当地下存在多层含水层，其中影响路基的上部含水层较薄，排水量不大，且平式渗沟难以布置时，采用渗井。,作用特点：渗井穿越不透水层，将路基范围内的上层地下水，引入更深的含水层中去，以降低上层的地下水位或全部予以排除。,第二节 路基排水设备的构造与布置,二. 地下排水设备,基本构造：,渗井的平面布置，孔径及渗水量，按水力计算而定，一般为直径1.01.5m的圆柱形；,井内由中心向四周按层次，分别填入由粗而细的砂石材料，粗粒渗水，细料反滤。 施工难度大，慎用,第二节 路基排水设备的构造与布置,一. 路面表面排水,1. 设计原则,降落在路面的雨水，应通过路面横向坡度向两侧排走；,路线纵坡平缓、汇水量不大，路堤较低且边坡坡面不会受冲刷时，应采用横向漫坡的方式排水；,不符合以上情况时，应沿路肩外侧边缘设置拦水带，汇集路面表面水，然后通过泄水口和急流槽排离；,设置拦水带时，拦水带过水断面内的水，在高速公路和一级公路上不得漫过右侧车道外边缘，其他公路上不得漫过右侧车道中心线。,第三节 路面排水设计,一. 路面表面排水,2. 拦水带的设置,拦水带可由沥青混凝土现场浇筑，或由水泥混凝土预制块铺砌；,横断面尺寸可参考右图；,拦水带的顶面应略高于过水断面的设计水位高，设计流量按下式确定：,第三节 路面排水设计,一. 路面表面排水,拦水带泄水口设置：,第三节 路面排水设计,1、水流方向；2、硬路肩边缘；3、低凹区；4、拦水带顶； 5、路基边坡顶；6、急流槽,二. 中央分隔(central reservation)带排水,三种类型：,1. 宽度小于3m且表面采用铺面封闭的中央分隔带排水：降落在分隔带表面的水向排向两侧行车道；超高路段上，可在分隔带边缘设置缘石或泄水口，或在分隔带内设置缝隙式圆形集水管或碟形混凝土浅沟或泄水口。,第三节 路面排水设计,1、中央分隔带；2、护栏；3、铺面； 4、缝隙式集水管；5、浅碟混凝土浅沟,二. 中央分隔带(central reservation)排水,三种类型：,2. 宽度大于3m且表面未采用铺面封闭的中央分隔带排水：降落在分隔带表面的水汇集在分隔带中央的低洼处，并通过纵坡排流到泄水口或横穿路界的桥涵水道中。分隔带的横向坡度不得陡于1：6；纵向排水坡度，在过水断面无铺面时不得缓于0.25，有铺面时，不得缓于0.12。当水流速度超过地面土的最大允许流速时，应在过水断面宽度范围内对地面进行防冲刷处理。在中央分隔带低洼区的流水汇集处，应设置隔栅或泄水口。,第三节 路面排水设计,二. 中央分隔带(central reservation)排水,3. 表面无铺面且未采用表面排水措施的中央分隔带：降落在分隔带表面的水下渗，由分隔带内的地下排水设施排除。,第三节 路面排水设计,1、水流方向；2、路面；3、路床顶面；4、隔渗层； 5、反滤织物；6、渗沟；7横向排水管,三. 路面内部排水,1. 路面结构内水分的有害影响：,造成无粘结粒状材料和地基土强度降低；,混凝土路面产生唧泥(mud-pumping) ，出现错台、开裂和路肩破坏；,形成高压空隙水压力和高流速水流，引起基层细颗粒产生唧泥，失去支承；,冰冻深度大于路面厚度时，高水位下造成冻胀(frost heave) ；,沥青混合料剥落，影响沥青混凝土耐久性并产生龟裂。,第三节 路面排水设计,三. 路面内部排水,2. 应设路面内部排水系统的情况：,年降水量为600mm以上的湿润和多雨地区，路基由透水性差的细粒土组成的高速公路、一级公路或重要的二级公路；,路基两侧有滞水，可能渗入路面结构内；,严重冰冻地区，路基为粉性土组成的潮湿、过湿路段；,现有路面改建或改善工程，需排除路面结构内水分。,第三节 路面排水设计,三. 路面内部排水,3. 路面内部排水系统设计要求：,各项排水设施的泄水能力应大于渗入路面结构内的水流；下游排水设施的泄水能力应超过上游泄水能力；,渗入水在路结构内的最大渗流时间，冰冻地区不超过1h，其他地区不超过2h4h；渗流长度不超过4560m；,各项排水设施不应被渗流从路面、路肩或路基带来的细料堵塞。,计算公式见p200,第三节 路面排水设计,四. 边缘排水系统,1. 组成：,由沿路面边缘设置的透水性材料集水沟、纵向排水沟、横向出水管和过渡织物组成。,2. 作用：,将渗入路面结构的自由水，先沿结构层间空隙或某一透水层次横向流入纵向集水沟和排水管，再由横向出水管引出路基。,第三节 路面排水设计,1、面层；2、基层；3、垫层；4、路肩面层；5、集水沟；6、排水管；7、出水管；8、反滤织物；9、回填路肩面层,四. 边缘排水系统,3. 适用性：,常用于基层透水性小的混凝土路面。,4. 各部分组成要求：,纵向排水管：,常选用PVC或PE塑料管，排水管设三排槽口或孔口，开口总面积不小于42cm2/延米，管径由水力计算确定，通常在70mm150mm范围。,排水管埋置深度，应保证不被车辆或施工机械压裂，并应超过冰冻深度。,排水管纵坡宜与路线纵坡相同，但不得小于0.25。,第三节 路面排水设计,四. 边缘排水系统,横向出水管：,常选用不带槽的PVC塑料管，管径与排水管相同；,间距和安全位置由水力计算并考虑邻近地面高程和公路横断面情况而定，一般在50100m范围。,出水管横向坡度不宜小于5。,埋设出水管所开挖的沟，须用低透水材料回填；出水口下方应注意防冲刷防护；出水水流尽可能排引至排水沟或涵洞。,第三节 路面排水设计,四. 边缘排水系统,集水沟（透水性填料填充）：,透水性填料由水泥处治开级配粗集料组成；为避免排水管堵塞，填料在通过率为85的粒径应比排水管槽口宽11.2倍；,集水沟底面最小宽度，新建路面