排水沟渠在道路排水系统中的计算分析与应用.pdf
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1、2 0 1 2 年 3 月第 3 期 城 市道桥 与防洪 防洪排水 8 5 排水沟渠在道路排水系统中的计算分析与应用 石鑫 。 , 李志勇 , 李彦伟 , ( 1 长 安大 学公路 学 院 , 陕 西西 安 7 1 0 0 6 4; 2 重 庆交通 大学 土木 建筑学 院 , 重庆 4 0 7 4; 3 石家 庄市交 通 运输局 , 河 北石 家庄 0 5 5 1 ) 摘要 : 排 水沟渠 的成 功应 用 可使排 水系 统水 流顺 畅 、 工 作有 效 。 该 文采 用实 地调查 及理 论分析 的方 法 , 分析 了排水 沟渠 的分 类 , 给 出 了三 角形 边沟 、 带 低洼 区三角 形边
2、 沟 、 矩形 及梯 形 边沟 、 半 圆形 边 沟及皿 型边 沟 等排 水沟 渠 的流量 计算 公式 , 讨 论 了 其在 曲线 段 的流态 , 提 出 了不 同形 式 排水 沟渠 的适用 条件 , 可对 排水 沟渠 的设 计起 到较好 的指 导作用 。 关键 词 : 排水 沟渠 ; 流 量公 式 ; 曲线段 流动 ; 应 用条 件 中 图分类 号 : T U 9 9 2 2 3 文献 标识 码 : A 文章 编 号 : 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 2 ) 0 3 一 o o 8 5 一 o 4 0 引言 排水 沟渠是 道路排 水 系统 的重要 组成 部分 , 应用于路表
3、集 中式排水( 边 沟及 排水 沟 ) 及坡面排 水 ( 截水 沟 ) , 主要起汇聚 、 收集 、 输送水流 的作用 。 如排水沟渠应 用不合理 , 会造成水 流蔓延至路 面 , 导致路 面结构 的损 坏 , 且会影 响行 车安全 【 3 J , 因此 排 水沟渠的设计正确与否至关 重要 。 1 排水沟渠的形式 排水 沟渠 的形式可分为传统型及浅薄 型。传 统 型 包 括矩 形 、 梯 形 、 三 角形 等 ; 浅 薄 型有 v字 型 、 皿型及半 圆形等 ( 见 图 1 ) 。 三角形边 沟及抛物线 型边沟是 由拦水带及道 路铺 面构成 的 ,两者在形式上非常类似 ,此类沟 渠应注意控制道
4、路 的过水断面宽度 ,这主要取决 于水流量及道路横坡大小 ;三角形边沟还有一种 是带有低洼区的,但在公路排水中应用较少; 矩 形和梯形也是常用 的边沟形式 ,对此两类 ,主要 控制参数为沟底尺寸及沟 内水流深度。 图 1中 , 图 a ) 的 V字 型常应用 于道 路边缘 排 水 的边 沟 ; 图 c ) V字型常用 于中间分 隔带排水 。 图 b ) 皿型 和图 d ) 半 圆形 因水深 较小 , 因此 同样 的排 水 量 条件 下 ,其过 水 断面 宽度 较矩 形及 梯 形要 大 , 因此不太适合应用于道路硬路肩处的边沟 。 2 边 沟 的布 置 形式 ( 1 ) 边沟布置总体原则应根据不
5、 同路段分别设 计 , 避免整齐划一, 一刀切。 ( 2 ) 边沟的布置形式分为有拦水带和无拦水带 收稿 日期 : 2 0 1 2 0 1 0 9 作者简介 : 石 鑫( 1 9 7 5 一) , 女 , 河北 石家 庄人 , 高 级工 程师 , 研 究方 向 : 道路 结构 与材 料 、 道路建 设 管理 。 两种情况 。 有拦水 带 , 道路铺面和拦水带构成浅三 角形边沟 , 为减小过水断面宽度 , 可在拦水带 附近 采用连续或局部低洼 区。 由于施工的原因 , 前者常 用 于公路排水 , 后者则用于城 市道路排水 。 公路常 采用 图 2所示 的带浅槽的三角形边沟 以减少过水 断 面的宽
6、度 。 ( 3 ) 对 于路堤路段 , 本文推荐设 置两种 边沟形 式 : 一是设 置拦水带 , 由此形成浅 三角形边 沟 ; 二 是采用梯形或炬形边沟。由于车辆一旦 向道路边 缘偏离,冲人边沟,会形成较大的交通事故。因 此 , 本文建议矩形或梯形边沟使用时要加装 盖板 , 在盖板上开孔 或留缝 隙。对 图 1 所示 的皿 型或半 圆形边沟, 不推荐在道路边缘使用, 因水流量较大 或流速较快 时 , 水流会越出边沟 , 直接冲刷土路肩 或边坡 。 ( 4 ) 挖方路 段既有路表水 , 又有 坡面水 , 如采 用加装盖板的矩形或梯形边沟 ,坡 面水 流速较快 时会直接流至路面,因此本文推荐在路堑
7、路段使 用如 图 3所示 的边沟形式 。 ( 5 ) 如 图 3所示排水沟 , 当半 径 R过大 , 即边 沟较浅时 , 可在边 沟内设置如 图 4的排水 口, 将水 流引入排水 口,以避免水流宽度过宽时漫流至路 面 。采用此类排水 口的最大 问题是排水管 的堵塞 问题 , 究其 原因有三个 : a 运土方 、 煤 、 砂石料卡车 超载严重 , 沿路撒落现象普遍 , 随雨水进入边沟而 造 成淤积 b 纵坡 偏小 而造 成流 速不足( 1 0 e m 内 径 管 , 要 满足 0 7 5 m s的防淤要 求 , 沟底 纵坡 至 少要达到 1 3 ) I c 清淤困难 。本文建议采用此类 排水 口
8、时, 可采用高压水流解决沟底的冲淤问题。 ( 6 ) 如 图 5所采用的皿型边沟 , 属 道路两侧 的 用地高于路表的路段 , 且距离较长 , 因此需要在边 沟 内设置排水 口, 以便将水 引入 , 降低边沟 内的水 流宽度 , 防止其漫 流至路表 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 6 防洪排水 城 市道桥与防洪 2 0 1 2 年 3 月第 3 期 , 2 r 口L I 吾 十 I B a 1 b 1 a )V字型 ;b )皿 型 ;c )V字型 ;d )半 圆形 图 1 浅薄 型边 沟示意 图 图2 带浅槽的三角形边沟示意图 ( 7 ) 设 置边沟时
9、, 除了考虑其 适用性 以外 , 还 坡面 需考虑施工难度 、经济性等因素, 选择合理的边沟 布置形式 。 一一 1 0m 1 0 a 1 b ) 图 4 边沟内设置排水口示意图 图 5 皿型边沟内设置排水 口实景 3 沟渠流量计算 沟 渠流量 均可 以通过 曼宁公 式进行计 算 , 其 表达式如下【 】 【 2 】 : Q = v A ( 1 ) 式 中: A过水断面面积 , m 2 ; 边沟 内的平均 流速 , m l s 。 边沟内平均流速按谢才公式计算 : v = C i r , 、 式 中: 水力半径 , m, R= A o; p 过水断面湿周 , m; 水力坡度 , m l m,对
10、于沟渠 ,可按 和沟 渠底部纵坡 s 相等进行计算; C 流速系数, n , s 。可按曼宁公式计算确定 : C : R ( 3 ) n 由公 式( 2 ) 可 知 , 只要 已知 沟渠 的过水断 面面 积 、 湿周 、 沟渠材料 、 沟渠纵坡所对应 的曼宁系数 , 则其流量可求 。 3 1 三角形边沟流量计算 对于单一横坡的浅三角形边沟 ,在 已知水深 h 、 铺面横坡 s 。 的情 况下 , 水 面宽度 日、 面 积 A和 湿周P的计算公式如下 : B = h S ( 4 ) 4 : 婴 : ( 5 ) 丁 ) p = h + B( 1 + 5 ) ( 6 ) 由于 &很小 , 1 , 4
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