黄土沟壑区路基防排水技术研究.pdf
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1、交通世界TRANSPOWORLD0 引言当前,充分认识水对黄土沟壑区路基的破坏机理,做好路基排水系统设计,是设计单位需要解决的重要问题。然而,我国公路排水工程的研究起步较晚,设计理论相对不完善,公路排水设计规范(JTGT D332012)只规定了公路排水设计的一般性问题和原则性问题,未对黄土沟壑区路基防排水有针对性的描述。同时,部分工程师在开展公路防排水设计时仅参考其他项目的经验,不重视水文水力计算,导致排水系统不合理、不经济1。因此,进一步研究黄土沟壑区路基防排水技术十分必要。1 黄土沟壑区路基排水设计原则和技术要求黄土沟壑区路基排水的目标是将路基范围内的水快速排出到自然水系或人工排灌构造物
2、,将土基湿度减小至规范要求值,保持路基处于相对干燥状态。1.1 设计原则在开展黄土沟壑区路基排水设计时,应坚持以下原则:详细搜集公路建设区域内的气象资料、比如降雨时间、降雨量等。对气候寒冷地区,还应收集冻融周期、冻融深度等。同时,外业调查期间重点关注公路沿线自然水系、人工排灌构造物的分布;路基路面排水设计时应统筹布局全线排水设施、做好多个排水设施的衔接,使全线排水设施形成功能齐全、排水能力强的排水系统;路基排水系统设计时要做到排灌分离、防止路面粉尘、油污等经路基排水系统流入水源敏感地,导致灌溉水污染。此时可在水源敏感位置设置油水分离池、事故应急池、蒸发池等汇集处理雨水。1.2 技术要求黄土沟壑
3、区路基处于特殊地理及地质环境中,其防排水设计相对于普通路基具有以下特殊要求:1.2.1 防冲刷要求黄土沟壑区路基排水防冲刷要求有两方面的含义:一方面,排水设施本身要进行防护,降低水流冲击力对结构的冲刷破坏;另一方面,排水设施的水流入口和出口要制定防护和引导方案,减少水流对地表的冲刷。需注意,黄土沟壑区的路基排水沟(管)较长,下游水力能量大,受冲刷影响大于上游。1.2.2 防淤积要求黄土沟壑区自然边坡较高,植被覆盖层薄,坡面水土保持能力差。在连续降雨天气下,径流对坡面溅蚀作用强,导致水土流失现象严重,易形成山洪灾害。同时,径流产生后会携带大量泥沙流入路基排水沟渠,并在沿线淤积下来。排水沟渠淤积后
4、,会减小其排水断面,对水流有阻滞所用。如果不及时清理,可能造成水流溢出沟渠,损坏路基排水系统。因此,黄土沟壑区路基排水系统设计时,要在满足冲刷要求的条件下尽量选择较大纵坡。1.2.3 防沉陷要求黄土沟壑区的路基排水设施应修建在稳固的基础上,避免基础不均匀沉降引起沉陷,甚至造成沟渠断裂,并危及路基整体稳定。公路排水设计规范(JTGT D332012)(下简称 规范)并未明确沟渠基底的具体要求。根据相关研究成果2:含水量一样的条件下,黄土的崩解速率会随压实度的增加而降低,并具有一定的随机性。同时,在降雨入渗期间,黄土湿润在地表 30 cm 内明显。鉴于此,提出以下方案处理黄土沟渠基底:沟渠基底为结
5、构性好的原状土时,直接压实即可,压实度不小于90%;基底为松散土时,基底以下 30 cm 换填灰土并分层夯实,每层压实度不小于 90%;沟渠基底为湿软土时,处治方案同松散土,但将处置范围扩展至沟渠基底外 20 cm。收稿日期:2023-03-09作者简介:白晓菲(1990),男,汉族,工程师,从事公路勘察设计工作。黄土沟壑区路基防排水技术研究白晓菲(晋中市新奥交通设计所有限公司,山西 晋中 030600)摘要:结合黄土沟壑区路基施工特点,分析了黄土沟壑区路基的排水设计原则和技术要求,从降雨强度、设计径流量、排水沟(管)的过水断面面积和水流速度等方面探讨了水文水力计算方法。同时,研究了路基边沟、
6、截水沟、急流槽等排水构造物在设计过程中应注意的关键点。供同类工程参考。关键词:黄土路基;排水设计;技术要求;水文水力计算;排水设施中图分类号:U416.1文献标识码:B43总663期2023年第33期(11月 下)2 黄土沟壑区路基排水的水文和水力计算要点路基排水系统设计的合理性和经济性取决于水文和水力计算结果,其中水文计算用来确定降雨强度、设计径流量等,水力计算用来确定排水设施的布置形式和断面尺寸。2.1 降雨强度计算如果当地气象站有10年以上雨量数据,可对气象站数据展开数理统计分析,确定回归系数后按式(1)计算降雨强度3:qp、t=c+dlgP(t+b)n(1)式(1)中:t为降雨历时;P
7、为降雨重现期;b、n、c、d为雨量统计数据的回归系数;当缺乏黄土沟壑区降雨数据时,一般是在查取规范 中降雨强度等值线图和有关转换系数后按式(2)计算:qp、t=cpctq5,10(2)式(2)中:q5,10为5年重现期和10min降雨历时下的降雨强度;cp为重现期转换系数;ct为降雨历时转换系数。这种计算方法会产生下述问题:查取的图表是依据5年重现期10min降雨历时绘制而成的,无法确定是否适用于黄土沟壑区特殊的地形条件,是否适用于多年一遇的连续强降雨天气。因此,本文基于某黄土沟壑区四级公路(路线全长36.8 km,共划分出4个施工标段)降雨量现场监测数据,拟合出IDF(降雨强度-历时-频率)
8、数学模型,计算了不同降雨历时、不同重现期下的降雨强度,并与规范方法的计算结果进行对比,如表1所示4:表1 不同工况下黄土沟壑区降雨强度(单位:mm/min)计算标段TJ-1标TJ-2标TJ-3标TJ-4标重现期5年规范法2.122.132.112.16IDF模型1.851.831.831.85重现期10年规范法3.313.263.293.25IDF模型2.912.932.902.88重现期15年规范法4.564.664.594.63IDF模型4.024.034.054.01由表1计算结果可知:在不同重现期,基于IDF数学模型计算的降雨强度要低于规范方法,且降雨重现期越大,降雨强度差值越大。当重
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