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高速公路设计中的排数工程设计案例综述

1.1气候与地质条件介绍

广西属于低纬度地区，地理环境相对复杂。在太阳辐射、大空气环流和底层地表的共同作用下，会出现几个特殊点。

在广西的气候区域化建设方面,每年的平均降雨量从1000mm到2800mm,尤其特别是位于防港市东兴区的每年平均降雨量最大,可达2850.8mm。降雨率最低的地区约1100mm。太阳全年的总辐射能量范围约为90千卡~100千卡/平方厘米-年,日平均温度超过100℃,积温范围约在500℃~8,300℃之间。在散体分布中,降雨和热量等资源都会从北到南地区增加。4-9月的累计降雨量约占全年累计降雨量的75%,雨季和热节相互重叠。

下部第三系泥岩及其风化残坡沉积物总体上具有弱至中等的膨胀性，局部地区具有较强的膨胀性，且多为高液限粘土。其厚度通常在2-5米之间。设计路段土层的基本分布状况为：表层土（1-2米），灰质粘土（2-4米以下），下面为灰质粘土岩。因此，在这样的条件和天气下，计算排水沟的水流和水动力时，要考虑到水对膨胀土的影响不是很大。在挖方路段，对坡面进行少水冲刷，在边坡平台上设置平台沟。

1.2边沟设计验算

在K171+320和K171+760之间的右侧开挖段是开挖侧积水最大的路段，本研究以沥清混凝土土路面为例。膨胀土路面切割(坡度为1：1，5，坡面流长为9，0m)，路基宽度为28.0m，单侧路面和路肩的横向排水宽度为12.25m在纵向切面的正方形上，纵向坡度I=-1.095%，在边沟脚与路肩边沿之间布置了一个矩形边沟。

计算汇水面积和径流系数

由图4-1计算汇水区域在路堑一侧（由平台沟到边坡平台）的面积A1=0.5×9.0×1.5×(450+435)=5973.8m2。由于坡面上采用植草防护，则由《公路排水设计规范》得坡面径流系数取C1=0.5。汇水区域在边沟平台及边沟上的面积A2=（2+0.6）×450=1170m2,取边沟平台径流系数(浆砌片石护面)C2=0.4，汇水区域在路面一侧(公路路中线到边沟）的面积为A3=450×12.25=5512.5m2,由表查得沥青路面径流系数为C3=0.95。由此，总的汇水面积为F=5973.8+1170+5512.5=12656.3m2,汇水区的径流系数为

C=

图4-1边沟计算示意图

计算汇流历时

由克毕公式计算坡面汇流历时，

其中：L为坡面流长度；

i为坡面流坡度；

m地表粗糙系数；

由表查得草皮防护路堑边坡的粗度系数m=0.4，且路堑坡度为1：1.5,得路堑坡面汇流历时；

。

由表查得边沟平台（浆砌片石护面）的粗度系数m=0.02,横向坡度为2.5%，则；

查表得沥青混凝土路面粗糙系数为m=0.013，横坡2%，坡面流长度为12.25m，所以历时时间为；

。

因此取坡面汇流历时t=2.889min(取最大值)。

设矩形边沟底宽为0.8m，高0.8m，，以浆砌片石砌筑，沟壁粗糙系数n=0.020。设计水深为0.6m。

求得过水断面面积为A=，

水力半径为R=m。

按曼宁公式,得沟内平均流速为：

因此沟内汇流历时为

由上可得汇流历时为

计算降雨强度

据设计手册，高速公路路界内坡面排水设计降雨重现期为15年。求设计重现期和降雨历时内的降雨强度（mm/min）,由于公路在广西境内，据《公路排水设计手册》，可取公式

计算设计径流量

可按降雨强度：，

Q---设计径流量；

C---径流系数；

F---汇水面积（Km）；

检验径流