第九章路基路面排水设计PPT课件

9-1 9-1 概述一、水源分类上级 上页 下页 （1）表面深入（2）地下水（3）毛细水作用（4）渗流作用（5）水的汽化第1页/共64页7-1 7-1 概述二、影响路基路面的水的类型 水损坏使路面结构层变弱； 路面材料性能下降以及层间粘结性能下降。 局部沉陷 水泥混凝土路面的唧泥 水泥混凝土路面的板角开裂 水泥混凝土路面传力杆锈蚀 开裂处再次错台 路面冻胀 第2页/共64页9-19-1 概述1. 地面水地面水：大气降水（雨和雪）、海、河、湖、水渠及水库水危害：对路基产生冲刷和渗透排水措施：排除、拦截通常地表排水可分为路面表面排水、中央分隔带排水和坡面排水三部分2. 地下水地下水：上层滞水、潜水、层间水等危害：降低路基强度，引起冻胀、翻浆或边坡滑坍和路基滑动排水措施：隔断、疏干、降低水位上级 上页 下页第3页/共64页9-1 9-1 概述三、排水的任务 把路基范围内的土基含水量降低到一定限度以内，确保路基处于干燥状态，确保路基及路面具有足够的强度和稳定性。1.地表排水 （1）路面表面排水（2）中央分隔带排水（3）坡面排水 2. 2. 内部排水内部排水（1 1）下封层及路肩部的排水）下封层及路肩部的排水盲沟盲沟（2 2）排水基层）排水基层（3 3）排水面层）排水面层 第4页/共64页9-19-1 概述四、路基路面排水设计的一般原则（摘自新规范） 公路路基排水设计应防、排、疏结合，并与处治措施相互协调，形成完善的排水系统。 应遵循总体规划，合理布局，少占农田，环境保护的原则，并与当地排灌系统协调。 排水困难地段，可采取降低地下水位、设置隔离层等措施，使路基处于干燥、中湿状态。 施工场地的临时性排水设施，应尽可能与永久性排水设施相结合。 各类排水设施的设计应满足使用功能要求，结构安全可靠，便于施工、检查和养护维修。 上级 上页 下页第5页/共64页9-29-2 路基排水设备的构造与布置一、地面排水设备 边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽等，必要时设渡槽、倒虹吸及积水池。1. 边沟(侧沟)设置位置：设置在挖方路基的路肩外侧或矮路堤的坡脚外侧，多与路中线平行。功能：用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。 横断面形式：梯形、矩形、三角形及流线形等。上级 上页 下页第6页/共64页边沟图片上级 上页 下页梯 形矩 形流线形流线形第7页/共64页第8页/共64页9-2 9-2 路基排水设备的构造与布置设计要点： 边沟断面形式及尺寸应根据地形地质条件、边坡高度及汇水面积等确定。 边沟沟底纵坡宜与路线纵坡一致，并不宜小于0.3%。困难情况下，可减小至0.1%。 路堑边沟的水流，不应流经隧道排出。 边沟有可能产生冲刷时，应进行防护。 上级 上页 下页第9页/共64页上级 上页 下页第10页/共64页9-2 9-2 路基排水设备的构造与布置注意事项： 与高路堤衔接处的边沟宜将出水口延伸至坡脚以外；图9-2 边沟出水口时水流落差较大处宜设置急流槽与跌水等结构物；图9-3 一般采用梯形边沟；石方路段宜采用矩形边沟；少雨浅挖地段的土质边沟可采用三角形边沟；沙漠或积雪地区的路基采用流线形边沟。上级 上页 下页第11页/共64页上级 上页 下页第12页/共64页上级 上页 下页第13页/共64页9-29-2 路基排水设备的构造与布置2. 截水沟（天沟）设置位置：设置在挖方路基边坡坡顶以外，或山坡路堤上方的适当地点。功能：用以拦截并排除路基上方流向路基的地面径流，减轻边沟的水流负担，保证挖方边坡和填方坡脚不受流水冲刷。 上级 上页 下页第14页/共64页9-29-2 路基排水设备的构造与布置设计要点：截水沟应根据地形条件及汇水面积等进行设置。 1）挖方路基的堑顶截水沟应设置在坡口5m以外，并宜结合地形进行布设。2）填方路基上侧的路堤截水沟距填方坡脚的距离，应不小于2m。图9-63）在多雨地区，视实际情况可设一道或多道截水沟。4）截水沟下方一侧，可堆置挖沟的土方，要求作成顶部向沟倾斜2的土台。图9-45）截水沟的位置应与地面水流方向垂直。截水沟水流不应引入边沟。上级 上页 下页第15页/共64页9-29-2 路基排水设备的构造与布置一般为梯形，沟的边坡坡度，因岩土条件而定，一般采用1：1.01：1.5。沟底宽度b不小于0.5m，沟深h按设计流量而定，亦不应小于0.5m。截水沟的纵坡与长度：截水沟的纵坡不宜小于0.3，长度的考虑以汇水既不造成过大的冲刷，又不淤积为原则。上级 上页 下页第16页/共64页9-29-2 路基排水设备的构造与布置3. 排水沟功能：主要用途在于引水，将路基范围内各种水源的水流（如边沟、截水沟、取土坑、边坡和路基附近积水）引至桥涵或路基范围以外的指定地点。设计要点：1）排水沟的横断面一般采用梯形。2）排水沟的位置尽可能远离路基，距路基坡脚不宜小于2m。上级 上页 下页第17页/共64页9-2 9-2 路基排水设备的构造与布置3）排水沟水流注入其他沟渠或水道时，应使原水道不产生冲刷或淤积。图9-74）排水沟应具有合适的纵坡，以保证水流畅通。一般情况下，可取0.5%-1.0%，不小于0.3%，亦不宜大于3%。5）类型可结合当地条件、沟渠土质、水流速度、沟低纵坡和使用要求选用简易式、干砌式和浆砌式。上级 上页 下页第18页/共64页9-29-2 路基排水设备的构造与布置4. 跌水与急流槽 水流通过坡度大于10%，水头高差大于1.0m的陡坡地段，或特殊陡坎地段时，宜设置跌水或急流槽。 跌水设置位置：排水沟渠连接处或较长陡坡地段的沟渠. 功能：减缓水流速度或改变水流方向，并予以消能.设计要点：1）单级跌水适用于排水沟渠连接处；多级跌水适用于较长陡坡地段的沟渠；上级 上页 下页第19页/共64页上级 上页 下页2 2）跌水的基本构造可分为）跌水的基本构造可分为进水口、消力池进水口、消力池和和出水口出水口三个组成部分。三个组成部分。图图9-89-83 3）跌水两端的）跌水两端的土质沟渠土质沟渠，应注意加固，保，应注意加固，保持水流畅通，不致产生水流冲刷或淤积。持水流畅通，不致产生水流冲刷或淤积。 第20页/共64页9-2 9-2 路基排水设备的构造与布置 急流槽设置位置：适用于水位落差较大的排水沟渠连接部位或出水口等处。 功能：减缓水流速度并予以消能。 上级 上页 下页第21页/共64页9-29-2 路基排水设备的构造与布置设计要点：图9-9 急流槽1）急流槽主体部分的纵坡依地形而定，一般可达1:1.5以上。2）急流槽多用砌石（抹面）和水泥混凝土结构，或利用岩石坡面挖槽。3）急流槽由进口、主槽（槽身）和出口三部分组成。 上级 上页 下页第22页/共64页上级 上页 下页急流槽图片第23页/共64页9-29-2 路基排水设备的构造与布置5. 倒虹吸与渡水槽 倒虹吸 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。图9-10 渡水槽 相当于渡水桥，原水道与路基设计标高相差较大，如果路基两侧地形有利，或当地确有必要，可设简易桥梁，架设水槽或管道，从路基上部跨越，以勾通路基两侧的水流。图9-12上级 上页 下页第24页/共64页上级 上页 下页第25页/共64页倒虹吸、渡水槽东江深圳渡水槽墨西哥格雷塔罗市的古渡槽南水北调北京永定河倒虹吸工程引大入秦先明峡倒虹吸上级 上页 下页第26页/共64页9-29-2 路基排水设备的构造与布置6. 蒸发池 气候干旱且排水困难地段，可利用沿线的取土坑或专门设置蒸发池汇集地表水。 蒸发池边缘距路基边沟外缘的距离不应小于5m。池中设计水位应低于排水沟的沟底。 蒸发池容量应以一个月内路基汇流入池中的雨水能及时完成渗透与蒸发作为设计依据。 蒸发池的设置不应使附近地面盐渍化或沼泽化。上级 上页 下页第27页/共64页9-2 9-2 路基排水设备的构造与布置7.油水分离池 路基排水沟出口位于水质特别敏感区，且所排污水水质不满足污水综合排放标准中所规定时，可设置油水分离池。 油水分离宜采用沉淀法处理。污水进入油水分离池前，应先通过格栅和沉砂池。 油水分离池大小应根据所在路段排水沟汇入水量确定，并保证流入分离池的油水能有足够的时间分离或过滤净化。上级 上页 下页第28页/共64页7-27-2 路基排水设备的构造与布置P182-P182-1931938.排水泵站 路基汇水无法自流排出时，可设置排水泵站。排水泵站包括集水池和泵房。 集水池容积，应根据汇水量、水泵能力和水泵工作情况等因素确定。 水泵抽出的水，应排至路界之外。上级 上页 下页第29页/共64页图9-14 沟渠加固横断面上级 上页 下页石灰土抹平层浆砌片石干砌片石竖铺草皮平铺草皮浆砌水槽第30页/共64页9-29-2 路基排水设备的构造与布置二、地下排水设备常用有：盲沟、渗沟和渗井等。特点：是排水量不大，主要是以渗流方式汇集水流，并就近排出路基范围以外。对于流量较大的地下水，应设置专用地下管道予以排除。1. 盲沟（简易盲沟/暗沟）功能：在沟内分层填以大小不同的颗粒材料，利用材料的透水性将地下水汇集于沟内，并沿沟排泄至指定地点。它的作用是降低地下水位或拦截流向路基的层间水，防止路基边坡滑塌和毛细水上升影响路基稳定，其水力特性是紊流。设置位置：一侧边沟下、或两侧边沟下纵向设置，或填挖交界处横向设置。上级 上页 下页第31页/共64页9-29-2 路基排水设备的构造与布置设计要点：图9-15、图9-16、图9-17 盲沟横断面有矩形和梯形 盲沟的底部中间填粒径较大的碎石。粗粒碎石两侧和上部填较细粒径的粒料。盲沟顶部和底面设不透水层，或顶部设有双层反铺草皮。 盲沟的排水能力较小，不宜过长，沟底具有1%2%的纵坡，出水口底面标高应高出沟外最高水位20cm，以防水流倒渗。 寒冷地区的暗沟，应做防冻保温处理或将暗沟设在冻结深度以下。上级 上页 下页第32页/共64页图9-15、图9-16、图9-17上级 上页 下页第33页/共64页9-29-2 路基排水设备的构造与布置2. 渗沟功能：采用渗透方式将地下水汇集于沟内，并通过沟底通道将水排至指定地点，它的作用是降低地下水位或拦截地下水，其水力特性是紊流。 设置位置：视地下排水需要而定，大致与简易盲沟相同，但设置尺寸更大，埋置更深。结构形式： 图9-18、图9-19、图9-20与简易盲沟区别：原理一致、构造不同、尺寸更大、埋置更深、要进行水力水文计算确定尺寸。上级 上页 下页第34页/共64页上级 上页 下页第35页/共64页图9-19、图9-20上级 上页 下页第36页/共64页9-29-2 路基排水设备的构造与布置3. 渗井 功能：渗井属于水平方向的地下排水设备，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，且平式渗透难以布置，采用设置渗井穿过不透水层，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。 图9-21 上级 上页 下页第37页/共64页设计要点：1 ） 渗 井 的 平 面 布 置 、 孔 径 、 渗 水 量 按 水 力 计 算 而 定 ， 一 般 直 径1.01.5m的圆柱形，或边长为1.01.5m的方形；2）井内由中心向四周按层次，分别填入由粗到细的砂石材料，粗料渗水，细料反滤。3）填充料要求筛分冲洗，施工时需用铁皮套筒分隔填入不同粒径的材料，要求层次分明，不得粗细混杂，以保证排水效果；4）造价高，进行技术经济比较后选用。上级 上页 下页第38页/共64页9-3 9-3 路面排水设计路面排水的重要性 刚性路面因结构需要而设置了各种接缝，而路面在使用期间会出现各种裂缝、松散及坑槽等病害。降落在路面表面的排水，会通过路面接缝或裂缝及松散等病害处或者沥青路面面层孔隙下渗入路面结构内部，从而导致或加剧路面结构的破坏。 上级 上页 下页第39页/共64页9-39-3 路面排水设计设计降雨的重现期： 高速公路、一级公路应采用15年 其它等级公路应采用10年。 各类地表排水设施的断面尺寸应满足设计排水流量的要求，沟顶应高出沟内设计水面0.2m以上。 上级 上页 下页第40页/共64页9-39-3 路面排水设计一、路面表面排水任务：是迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以免造成路面积水而影响行车安全。措施：图9-23 路堑：横向排流的表面水汇集于边沟内。 路堤：两种方式（选择依据：表面水是否对路堤坡面造成冲刷危害） 横向漫流分散排放； 设置拦水带，泄水口和急流槽集中排放 图7-26上级 上页 下页第41页/共64页第42页/共64页图9-239-23上级 上页 下页第43页/共64页图9-24上级 上页 下页第44页/共64页9-39-3 路面排水设计二、中央分隔带排水主要用于高速公路、一级公路；根据分隔带宽度、绿化和交通安全设施形式和分隔带表面的处理方式等因素选择排水方式。公路排水设计规范将其分为三类： 宽度小于3m且表面采用铺面封闭 宽度大于3m其表面未采用铺面封闭 表面无铺面且未采用表面排水措施上级 上页 下页第45页/共64页第46页/共64页9-39-3 路面排水设计1. 宽度小于3m且表面采用铺面封闭 降落在分隔带上的表面水排向两侧行车道，其坡度与路面的横坡度相同；在超高路段上，可在分隔带上侧边缘处设置缘石或泄水口，或者在分隔带内设置缝隙式圆形集水管或碟形混凝土浅沟和泄水口，以拦截和排泄上侧半幅路面的表面水。上级 上页 下页第47页/共64页图9-259-25上级 上页 下页第48页/共64页9-39-3 路面排水设计2. 宽度大于3m且表面未采用铺面封闭 降落在分隔带上的表面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。3. 表面无铺面且未采用表面排水措施 降落在分隔带上的表面水下渗，由分隔带内的地下排水设施（如：纵向排水渗沟）排除，且隔一定间距通过横向排水管将沟内的水排出路界。 图9-26上级 上页 下页第49页/共64页图9-269-26上级 上页 下页第50页/共64页图7-327-32上级 上页 下页第51页/共64页9-39-3 路面排水设计三、路面内部排水1. 路面结构内的水分来源： 通过路面接缝、裂缝、路面表面和路肩渗入路面； 高水位地下水、截断含水层和当地泉水； 被围封在路面结构内的水分。上级 上页 下页第52页/共64页9-39-3 路面排水设计2. 路面结构内的水分产生的危害：浸湿各结构层材料和路基土，易造成无粘结粒状材料和地基土的强度降低；使混凝土路面产生卿泥、错台、开裂和整个路肩破坏；进入空隙的自由水在行车荷载的作用下，会形成高孔隙水压力和高流速的水流，引起路面基层的细颗粒产生卿泥，结果路面失去支撑；上级 上页 下页第53页/共64页9-39-3 路面排水设计 在冰冻深度大于路面厚度的地方，高地下水位会造成冻胀，并在冻融期间降低承载能力；水使冻胀土产生不均匀冻胀；与水经常接触将使沥青混合料剥落，影响沥青混凝土耐久性并产生龟裂。 大量的路面损坏状况调查和路面使用经验表明：进入路面结构内的自由水是造成或加速路面损坏的重要原因。 上级 上页 下页第54页/共64页9-39-3 路面排水设计 路面结构内水渗流速度与路基渗水性能、地下水位高相关上级 上页 下页nH-路面结构低至地下水位距离；路面结构低至地下水位距离；H0-路面结构低至不透水层距离路面结构低至不透水层距离第55页/共64页9-39-3 路面排水设计措施：设置路面内部排水系统设置位置： 年降水量600mm以上湿润或多雨地区，路基透水性差的细粒土组成的高速公路、一级公路； 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； 路面改建或改善工程，需排除积滞在路面结构内的水分。上级 上页 下页第56页/共64页9-39-3 路面排水设计设计要求： 各排水设施的泄水能力大于渗入路面结构内的水量，且下游超过上游排水能力； 渗入水最大渗流时间，冰冻地区不应超过1h，其它地区不超过2h(轻交通)4h(重交通)； 渗入水的渗流路径长度不宜超过45m-60m； 各排水设施不应被细料堵塞。主要措施：边缘排水系统、排水基层排水系统上级 上页 下页第57页/共64页9-39-3 路面排水设计 边缘排水系统 图7-34、系统图 由沿路面边缘设置的透水性填料集水沟、纵向排水沟、横向出水管和过滤织物组成的边缘排水系统。原理：将渗入路面结构内的自由水，先沿路面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，再由横向出水管排引出路基。常用于基层透水性小的水泥混凝土路面，特别排水状况不良的旧水泥混凝土路面。上级 上页 下页第58页/共64页路面边缘排水系统上级 上页 下页便于将面层基层路肩界面处积滞的自由水排离路面结构第59页/共64页9-39-3 路面排水设计 排水基层的排水系统 图9-28 系统图 是直接在面层下设置透水性排水基层，在其边缘设置纵向集水沟和排水管以及横向出水管等，组成排水基层排水系统，采用透水性材料做基层。排水基层下必须设置不透水垫层或反滤层。原理：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和排水管，再由横向出水管排引出路基。上级 上页 下页效果比边缘排水系统好的多，一般在新建路面时采用次方案。第60页/共64页排水基层排水系统上级 上页 下页第61页/共64页排水垫层排水垫层按路基全宽设在基层顶面。过湿路基自由水上移到排水垫层后，向两侧横向渗流。路基为路堤时，水向路基坡面外排流；路基为路堑或半路堑时，挖方坡脚处设置纵向集水沟、排水管和横向排水管。上级 上页 下页排水垫层一方面要能渗水，另一方面防止渗流带来的细粒堵塞透水材料。为此在材料设计上要满足透水和反滤要求。第62页/共64页排水垫层用于有地下水、临时滞水、泉水有可能进入路面结构或者需要迅速排除负温作用引起的积聚在路基上层的自由水时上级 上页 下页第63页/共64页感谢您的观看！第64页/共64页