学文网公路排水设计规范篇1
摘 要:为解决由于降水而形成的路面结构内部滞水而导致水泥混凝土路面早期损坏的问题，现在设计中普遍采用增设路面结构内部排水系统即排水基层，本文结合德昌高速公路收费广场工程实例通过对排水基层材料组成设计进行阐述，为施工配合比材料组成设计提供参考。
关键词:排水基层；材料组成: 分析
交通工程采用的水泥混凝土路面，其损坏主要是路基、路面的损坏，而水是促使路面过早损坏的主要因素之一。《公路排水设计规范》(JTJ018-97)在路面内部排水部分内容中指出：对于年降雨量在600mm以上的湿润多雨地区，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宜设置路面内部排水系统。《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2002)也将多孔隙水泥稳定碎石排水基层和沥青稳定碎石排水基层列为可选的基层类型。如此，路面排水系统考虑路面结构内部滞水的排放，设置有效的路面结构内部排水系统即多孔隙排水基层的情况下，降低了内部滞水的危害性。
一、德昌高速公路收费广场工程概况
德昌高速公路收费广场路面内部排水系统是采用开级配水泥稳定碎石基层，排水层横贯路基整个宽度，不设纵向集水沟和集水管以及横向出水管。德昌高速公路收费广场路面设计为28cm水泥混凝土路面，其下结构层为14cm多孔隙水泥稳定碎石排水基层，排水基层下设15cm水泥稳定碎石基层，在14cm排水基层与15cm水稳基层间设0.6cm沥青下封层。收费站为2进4出式，位于德兴互通A匝道，收费广场路面宽度33.4m，双向横坡1.5%，纵坡1.81%，14cm排水基层每边宽度比路面尺寸多出25cm，最大单向坡路面宽度22.1m，该22.1m范围内的混凝土面板长度5m，宽度为5.7m+5.4m+5.4m+5.6m。
二、排水基层材料组成的设计
1.技术要求
1.1《公路排水设计规范》(JTJ018-97)对路面内部排水系统提出以下要求：
1.1.1路面内部排水系统中各项排水设施的泄水能力应大于渗入路面结构内的水量；
1.1.2渗入水在路面结构内的最大渗流时间，冰冻地区不应超过1小时，其他地区不应超过2小时(重交通时)~4小时(轻交通时);
1.1.3渗入水在路面结构内的渗流路径长度不宜超过45m~60m。
1.1.4水泥处置碎石集料的水泥用量不宜少于160Kg/m3，其7d浸水抗压强度不得低于3MPa~4MPa。
1.2《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2002)对排水基层的集料规格及个别关键筛孔通过率有以下要求：
1.2.1多孔隙水泥稳定碎石的集料公称粒径宜为31.5mm或26.5mm；
1.2.2小于0.075mm颗粒含量不得大于2%，小于2.36mm的颗粒含量不得大于5%，小于4.75mm颗粒含量不得大于10%。
2.水力计算
《公路排水设计规范》(JTJ018-97)指出，排水层的厚度视需要排泄的渗入水水量和所选透水材料的渗透系数而定，排水基层的泄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，而后依据其渗透系数确定所需的排水基层厚度；或者，先选定排水基层的厚度，再确定所需的透水材料渗透系数。显然本项目收费广场排水基层厚度已由设计给出为14cm，我们需要据此计算所需透水材料渗透系数。
2.1《公路排水设计规范》(JTJ018-97)给出水泥混凝土路面纵向每延米表面水渗入量计算公式为：Qi=Ic×(nZ+nh )
式中 Qi―纵向每延米路面结构表面水的渗入量[m3/(d•m)]；
Ic―每延米水泥混凝土路面接缝或裂缝的表面水设计渗入率[m3/(d•m)]，可按0.36m3/(d•m)取用；
B―单向路面的宽度(m) ；
L―水泥混凝土路面的横缝间距(即板长)(m)；
nZ―B长度范围内纵向接缝和裂缝的条数(包括路面与路肩之间的接缝)；
nh―L长度范围内横向接缝和裂缝的条数。
考虑2倍的设计保险系数，依据设计给出的资料可计算出本项目德兴收费广场路面纵向每延米表面水渗入量为Qi=6.06m3/(d•m)。
2.2依据以上计算结果及达西定律计算所需透水材料的渗透系数Kb。
Qb=KbiA=Kbihh
式中 Qb―纵向每延米排水基层的泄水能力[m3/(d•m)][本例取上式计算的渗入量 6.06m3/(d.m)]；
Kb―透水基层材料的渗透系数(m/d)；
i―渗流路径的水力坡度；
ih―基层横坡；
A―每延米排水基层的过水断面面积(m2)；
h―排水基层的有效厚度(m)(考虑到排水基层厚度有可能被水泥混凝土路面影响，本例取为12cm)。
代入以上数据可以计算出所需透水基层材料的渗透系数为Kb=3367(m/d)。
2.3集料试配
《公路排水设计规范》(JTJ018-97)给出了水泥处置排水基层的两组参考级配，因2.2计算出所需渗透系数为3367(m/d)，且参考1.2.2集料关键筛孔的要求，我们选取级配②进行级配控制(如表一)。
我们选用的原材为4档集料：0-4.75mm、4.75-13.2mm、13.2-19mm、19-31.5mm，
经反复调整最终确定该4档集料按1:1:77:21比例掺配后其级配能满足表一要求(掺配后级配见表二)。
3.级配验证
3.1验证其渗透系数能否满足不小于3367(m/d)的要求。
《公路排水设计规范》(JTJ018-97)给出了渗透系数的计算公式如下：
K=-0.251+0.92Vr+ -0.005P0.075(cm/s)
式中 K―透水材料的渗透系数(cm/s)；
P0.6―透水材料通过0.6mm筛孔的百分率；
P0.075―透水材料通过0.075mm筛孔的百分率；
Vr―透水材料的孔隙比。
经实测Vr=0.33，P0.6=0.6，P0.075=0.2代入上式得K=4.52(cm/s)=3904(m/d)，满足不小于3367(m/d)的要求。
3.2最大渗流时间及渗流路径长度验证
《公路排水设计规范》(JTJ018-97)提供的公式如下：
式中 t―渗流时间(h)；
Ls―渗流路径长度(m);
Vs―渗流速度(m/s);
Kb―透水材料的渗透系数(m/s)；
ne―透水材料的有效孔隙率；
iz―路面纵坡；
ih―路面横坡；
将设计***纸提供的数据代入，计算可得渗流路径长度Ls=22.17m，满足小于容许长度45～60m的要求；渗流时间t=1.5h满足最大径流时间小于2h要求。
3.3强度验证及水泥剂量的选取
按以上级配分别按照5.5%、7.5%、9.5%水泥剂量制做3组无侧限抗压强度试件，试验结果如下：
水泥选用强度42.5MPa，考虑到经济性及根据实际经验，过高的水泥剂量可能导致基层开裂，选择水泥剂量为5.5%。
三、结语
在水泥混凝土路面排水系统中设置排水基层排水逐渐成为高等级公路路面结构内部排水的主流，在实际施工中应注意，排水基层的材料渗透系数应根据设计***纸提供的资料利用《公路排水设计规范》(JTJ018-97)中提供的公式进行计算，不能简单的以规范中给出的不小于300m/d为控制指标。本项目中若以300m/d为控制目标，可以反算出所需排水基层最小厚度为136cm，明显不符合实际。另外，通过以上分析与研究可知多孔隙水泥稳定排水基层材料组成设计的关键是确定良好的级配，并使之能满足排水与强度的需要。由于关键筛孔的通过率要求较为苛刻，对于4.75mm以下的集料尽可能少掺甚至不掺，同时应严格控制好各档集料的含泥量，否则很难配出合理级配。
参考文献：
［1］JTGD40-2002,《公路水泥混凝土路面设计规范》[S]。
［2］ JTJ 018―97, 《公路排水设计规范》[S]。
［3］姚祖康.《公路排水设计手册》［M］北京：人民交通出版社。
［4］JTGF30-2003,《公路水泥混凝土路面施工技术规范》[S]。
注：本文中所涉及到的***表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
公路排水设计规范篇2
【摘 要】本文分析了一级公路兼城市主干路功能的特点，提出这种特殊道路设计时需注意的问题，探究其设计要点。
【关键词】一级公路；城市主干路；设计要点；探究
一、前言
随着社会经济的发展需要，各地的道路网也在不断地建设发展。昔日的山林村庄，都变成今日的新城中心。在城市发展中，由于周边的地块未得到相应的开发，周边环境仍处于欠发达地区，居民出行量少，过境车辆多，同时可能受到***府部门对市***道路投资的限制，就会出现以公路为设计标准同时兼城市道路的功能的道路。
一级公路兼城市主干路的设计，主要是依据一级公路的设计标准，但又考虑到未来发展的需要，结合当地的土地利用规划及城市的发展需要，提高道路绿化面积，设置人行道及非机动车道方便周边居民出行，横断面结合公路与市***道路特点，路基排水糅合公路与市***道路排水综合考虑。
二、一级公路兼城市主干路功能的特点
一级公路兼城市主干路，要求道路既满足一级公路的设计标准，同时符合城市主干路的使用需要。设计规范应为公路设计规范，但在设计过程中，还应充分考虑城市道路设计规范的个别要求，综合进行设计。
1. 设计车速
这种特殊的一级公路，需要兼顾城市主干路的功能，其设计速度只有一种。因为根据公路路线规范，一级公路的设计速度为100km/h、80km/h、60km/h三种；而根据城市道路规范，城市主干路的设计速度为60km/h、50km/h、40km/h三种。因此一般情况下，一级公路兼城市道路功能，设计速度一般采用60 km/h。
2. 选线
这种特殊的公路，所在的位置一般位于城中心之外，可能在山村山林，又或者周围区域并没有相应开发。因此很可能面临是没有公路规划，或者公路规划不完善，需要进一步考虑选线的问题。
3. 横断面设计
一级公路横断面一般分为中央分隔带，行车道，路肩；但城市道路由于功能作用较多，一般分为中央分隔带，行车道，侧绿化带，人行道及非机动车道等。因此在一级公路兼城市主干路功能的设计中，一般以城市主干路的横断面划分进行设计，这样可以在后续城市建设中节省道路改造的成本，当然也可能人行道与非机动车道分期实施。
4. 平面设计
平面设计需要结合规划及选线情况综合考虑。同时需要注意的是，建议在道路弯道不设超高，因此曲线半径选择需大于不设超高的曲线半径1500m。
5. 纵断面设计
纵断面设计的标高，一般需要结合区域的竖向规划进行考虑。正确处理好规划路口与现状路口是设置。新建道路一般采用纵坡坡度大于0.3%。只有在改建道路条件限制时，无法满足最小纵坡坡度，则需要设置锯齿形边沟或其他排水设施。
6. 路基设计
项目的区域所以一般仍未开发，多为郊区，因此受土地使用限制较少。部分通过山区的路段，路基可采用一般放坡即可。遇到居民密集区域，或者部分特殊建筑（如庙宇）时，则无法正常放坡。此时建议使用挡墙设计或者选线时尽量绕开此类区域，避免对路基设计增加难度。
7. 交叉口设计
在公路路线设计规范中，对公路的平面交叉口设计范围采取了限制条件。以集散功能的一级公路为例，设置的最小间距为500m。但是一般此类项目中，可以结合城市公路路网规划，对应的道路进行交叉口设置即可。部分路口为规划路，可以仅预留管道，方便以后规划路建设时设立信号灯即可。同时如果在路网规划中没有的现状路口，也需要进行接顺。
8. 路基排水设计
本公路仍按照一级公路路基路面排水设计，通过路面结构下暗渠同向公路边坡，从而利用排水沟进行排水。但由于横断面形式采用城市主干路的形式，行车道外侧为人行道及非机动车道时，路面水无法直接排向边坡，人行道水向内排向行车道。因此需要设置雨水口收集雨水，再通过暗渠，最后排向道路边坡外的排水沟。
三、设计中需要注意的地方
1. 需要同时参考城市道路规范
项目是一级公路需兼城市主干路功能，因此明确以公路规范要求进行设计。如相应的公路等级，设计速度，通行能力等。
兼顾城市道路的功能则更多的体现在道路功能划分上，为兼顾远期的居民出行，降低城市道路改造成本，美化城市道路环境的角度考虑，增加人行道，非机动车道以及绿化带等断面形式。那么在横断面设计中，就既参考公路规范又要考虑道路规范了。
2. 在不同设计规范中找共通点
虽然在设计的开始阶段，先确定了规范是公路规范。但是由于这种道路的有城市道路的服务功能，仍然也考虑道路规范中的要求。如果两种规范中存在差异，则需要寻找出两者的共通点。
为了保证将来道路市***管道建设全线更加统一，如全线双侧布管，那么更好的方式是弯道处不设置超高。如果在弯道设置了超高，双侧布管变成了单侧布管，管径还需要增大，这样不利于施工。而且一般的项目实施位置为郊区，土地使用限制较少，可以选取更大的曲线半径。因此一般采用不设超高的曲线半径。
3.对排水的设计要求
公路与城市道路的最大区别，就在于公路只有路基、路面排水，而城市道路由于所处位置区域繁多，一般会有市***管网工程作为配套工程，道路排水将接入市***管网。
由于道路横断面设计需要兼顾一级公路以及城市主干路功能，因此在设计横断面时，采用了中央绿化带+行车道+侧绿化带+非机动车道+人行道的设计，两侧对称布置。这样设计，可以满足公路行车需要，也能满足居民出行的需要。但是道路外侧设置了人行道，抬高的人行道，将会妨碍路面雨水排向边坡外排水沟。同时为了满足以后路侧地块的建设，人行道的坡度也需要反坡指向行车道。而工程采用公路设计，又暂不实施市***管网。因此随之而来的将是既不能采用一般的公路排水方式，也不能采用一般的道路排水方式。排水系统仍统一为路堤排水沟以及路堑边沟。因此需要想办法将路面的雨水排向排水沟及边沟。综合考虑了以后市***管网建设的需要，以及现有排水的需要。考虑采取以下排水设计：
1、单侧行车道路面采取坡度为2%的路拱设计，方向向外，排向路缘带每隔30m一个的雨水口。
2、雨水口底设置横向PVC，埋置于人行道之下，坡度为2%，通向路堑边沟，或者通向路堤边坡处的急流槽，急流槽排向排水沟。
3、人行道及非机动车道设置单向排水路拱，坡度为2%，方向向内，这是为了方便以后接入市***管道，以及顾及城市道路外侧地块的排水需要。
4、中央分隔带及侧绿化带下方，埋设纵向软式透水管，横向用PVC管连通向边沟或边坡急流槽。可采用与雨水口横向管相同间距，横向共管可节省造价。
采用的PVC管材单价较为便宜，公路采用了城市道路横断面，在不设计市***管网工程的情况下仍能满足路面的排水要求。
四、结论
在建设项目周边地区未充分发展，道路长度较长的情况下，不建设市***管网工程，采取一级公路的设计标准兼城市主干路功能，既能满足现状交通需要，又能大大地降低造价。在同时考虑公路规范以及道路规范的情况下，如何更优地进行设计，兼顾公路与市***道路的设计标准，需要更多的设计人员进行探讨。关键在于找准公路与市***道路在设计中的共通点，充分考虑它们的差异处，通过计算验证，找出一条能够实现功能转换的设计道路。
参考文献：
[1]JTG D20-2006 公路路线设计规范.
[2]JTGD30-2004 公路路基设计规范.
[3]JTG D50-2006 公路沥青路面设计规范.
[4]C*** 37-2012 城市道路工程设计规范.
[5]C*** 152-2010 城市道路交叉口设计规程.
公路排水设计规范篇3
【摘要】国内一些管理单位、高等院校以及设计单位通过对一些已建高速公路涵洞进行调查发现，相当多的涵洞存在病害。本文对公路涵洞设计进行了探讨。
【关键词】公路；涵洞；结构设计
前言
随着我国公路工程投资建设规模的快速发展，作为公路工程附属结构的涵洞的数量与日俱增。国内一些管理单位、高等院校以及设计单位通过对一些已建高速公路涵洞进行调查发现，相当多的涵洞存在病害，譬如：洞身不均匀沉降导致路面开裂；涵洞渗水、积水；洞身局部开裂；沉降缝错位、撕裂等等，不一而足。
1 涵洞定义
根据《公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)》(以下简称《通用规范》)第1.0.11条规定，桥梁和涵洞以单孔跨径5m为界，单孔跨径
2 设计规程、规范
与桥梁相比，涵洞的技术复杂程度较低、工程规模较小。但，因为它横穿公路，又不同于路外一般的排水构造物，结构措施不到位或地基处理不当都可能会产生病害并危及道路安全。
在《细则》颁布前，公路涵洞没有专用设计规范，仅在《通用规范》和《公路场工桥涵设计规范》（JTG D61-2005)中能见到一些原则性的、简单的规定，所占篇幅较少。设计人员采用的设计规范具有较大的随意性。结构设计人员往往首先采用自己最熟悉的本专业的规范，如：建筑结构规范、给排水结构规范、桥梁规范或水工规范等等，甚至经常出现混用不同规范体系的情况，这是很不合理的，可能导致设计结果在安全度、适用性方面留下隐患。随着《细则》的颁布实施，公路涵洞设计以公路体系规范作为设计依据，规范体系较为完整、全面，也更具针对性。
2.1 规程、规范的使用原则建议
2.1.1 建议以公路规范体系作为设计依据。
2.1.2 不同规范体系不能混用。虽然结构专业现行各规范体系基本都遵照以概率理论为基础的极限状态设计方法，但各规范体系所采用的目标可靠指标可能不同，如表1所示。各规范体系的材料强度分项系数、荷载分项系数、荷载组合规定、计算公式都不尽相同。显而易见，混用规范体系很容易造成设计结果的可靠度不足或偏大，因此，应避免这种做法。
2.1.3 各规范体系虽不能混用，但可以相互补充、局部引用。这主要指一些特定荷载的取值和计算方法、一些特定结构的结构分析方法、特定的构造措施等在不同规范体系之间的取长补短和相互借鉴。例如:过路圆形管涵的结构设计可以部分借鉴排水管道规范，因为排水管道规范关于管道及接口、管基的内容要比《细则》更为详尽，也更加权威。应该特别注意的是，为了避免混用规范体系，在局部引用其它体系规范时，一定要在设计依据中明确指出引用某规范的某一章节，甚至某一公式。那种将所能想到的规范名称统统列在设计说明书中的做法是不可取的。
2.2 建议采用的设计规程、规范
《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004) ;《公路涵洞设计细则》(JTG/T D65-04-2007);《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004);《公路桥涵地基与基础设计规范》(JT-GD63-2007) ; 《公路工程抗震设计规范》 ( JTJ 004-89);《公路污工桥涵设计规范》(JTG D61-2005) ;《给水排水工程埋地预制混凝土圆形管管道结构设计规程》(CECS 143 ：2002)第6一8章;《给水排水工程混凝土构筑物变形缝设计规程》( CECS117：2000);《混凝土结构耐久性设计与施工指南》 (CCES 01-2004,2005年修订版)。以上规程、规范应随着版本的不断更新采用最新颁布施行的版本。根据工程的具体情况，这些规范可适当取舍。
3 结构设计标准
3.1 设计基准期
《通用规范》第1.0.6条规定:公路桥涵结构的设计基准期为100年。
3.2 设计使用年限
***颁布的《建设工程勘察设计管理条例》第二十六条明确规定“编制施工***设计文件，应当满足设备材料采购、非标准设备制作和施工的需要，并注明建设工程合理使用年限”。
目前，我国公路体系规范对于桥涵结构设计使用年限未做规定，这不仅与国际惯例不符，也与我国《建设工程勘察设计管理条例》的要求相背离。国际上对桥隧等基础设施工程的设计使用年限多为100年，且有进一步延长的趋势。如:欧共体规定为100年，美国规定为不小于75-100年，日本建筑学会规范规定为100年；在国内，现行铁路、地铁规范明确规定为100年，工民建规范规定为5-100年，且均为强制性条文。显然，在这方面我国公路体系规范已欠全面。为了适应国际化发展趋势并满足国内法律法规的要求，公路桥涵逐步完善设计使用年限的规定势在必行，设计单位、设计人员对此应有足够的认识。
设计使用年限指的是“正常设计、正常施工、正常使用、正常维护”条件下工程在技术性能上能满足安全和使用要求的最低年限。可以看出，体现设计人员责任的最主要部分是“正常设计”，内容包括采用合适的设计基准期、采用正确的原则和方法进行承载能力极限状态、正常使用极限状态设计以及足够耐久性的设计。在设计文件中列出设计使用年限并非意味着设计单位或个人单方面对设计使用年限的***承诺，它要靠设计、施工、管理与维护各方的共同努力来实现。
根据中国土木工程学会标准《混凝土结构耐久性设计与施工指南》(以下简称《指南》)第3.2.2条，公路混凝土涵洞的设计使用年限分级为一、二级，对应的设计使用年限分别为100年、50年。见表2。
这样的规定是合适的，虽然涵洞的技术复杂程度较低、工程规模较小，但其维修、翻建或拆除不仅会影响路面结构，而且会影响到路基，不仅会造成较大的经济损失，对交通的干扰也很大，会严重影响道路的使用功能。
3.3 安全等级和结构重要性系数
建议涵洞结构的安全等级为二级，结构重要性系数γ0=1.0。
《通用规范》第1.0.6条、《细则》第9.1.2条规定:涵洞结构的安全等级为三级，结构重要性系数γ0=0.9，标准偏低，与《指南》规定的涵洞的设计使用年限不匹配。换个角度考虑，正因为涵洞在整个道路工程中所占比重较小，适当提高其设计标准还是划算的。
参考文献
[1]北京市市***工程设计研究总院.给水排水工程结构设计规范 ( GBJ69-84)编制说明.1984年
[2]冯忠居.公路涵洞设计细则(讲稿).2007.9
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