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路面排水計算  

2007-04-29 20:44:47|  分类: 工程專業 |  标签: |举报 |字号 订阅

 

路面排水工程設計

20.1 本章概要

  說明路面排水U型溝、L型溝之設計、人孔設計、地下道排水。

20.2 通則

20.2.1 路面排水目的

  排水工程設計目的旨在防止地面水造成道路損壞、影響行車安全,並兼顧原有排水功能及環境品質。

20.2.2排水系統規劃

  市區道路新築或拓寬時,已有雨水下水道規畫地區,應參照其規畫,無雨水下水道系統規畫地區,應先作排水規劃,且配合規畫需要設置側溝與排水幹、支線。

20.2.3 基本原則

一、路面排水系統之設計,以立即排水為原則,依所研選之頻率降雨強度、道路之種類等級、地區降雨特性、排水構造物、風險損失等因素,採合理公式方法推算。

二、路面排水設施之佈設,以不使積水侵入車道、不妨礙行車安全及易於清理維護為原則。

三、於路肩或中央分隔帶設淺溝、明溝、明溝加蓋或暗溝、進水口。

20.3 雨量記錄設計逕流量

  計算雨水逕流量得考慮排水面積、地表特性、降雨強度等因素,逕流量計算公式如下。

 

式中:

:逕流量(立方公尺/秒)

:為逕流係數

:為降雨持續時間t 分鐘內之平均降雨率(公釐/小時)

:為排水面積(公頃)

20.3.1 逕流係數

  逕流係數(C),依據透水與否分類規定如表20.1,依據區域型態分類規定如表20.2。

表20. 1 逕流係數表(依據透水與否)

暴雨持續時間(分)

逕流係數 C值

不透水地面

透水地面

5

0.50

0.10

10

0.60

0.20

20

0.80

0.34

30

0.85

0.40

45

0.90

0.45

60

0.94

0.50

註:瀝青路面逕流係數採用固定值0.85

表20. 2 逕流係數表(依據區域型態)

區域型態

商業區

住宅區

公園

工業區

逕流係數 C值

0.7-0.8

0.5

0.1

0.2

20.3.2 預估降雨率

一、暴雨強度公式

  暴雨強度應參考當地雨水下水道系統規畫或按各該地區過去資料分析所得,在無其它更為適當之資料時,可依表20.3各式計算:

表20. 3地區暴雨強度公式表

註:”t”係指降雨延時,單位為分鐘

二、集流時間

  雨水下水道設施之集流時間包括起始時間及管渠中之流經時間。其規定如下:

  1. 市區U型溝測溝內集流時間採用5分鐘至10分鐘。
  2. 街道側溝及雨水進水井之集流時間採用5分鐘。
  3. 排水幹、支線集流時間應以上流集流時間或採用10分鐘至15分鐘。
  4. 車行地下道內集流時間採用5分鐘。
  5. 高架道路集流時間採用5分鐘。

20.3.3 排水面積

  排水面積的計算,都市中心區原則上考慮地面坡度以道路中心為分水線,且應同時考慮鄰接街廓之排水需求,如圖20.1所示。其它地區則依地形實際估算排水面積。

圖20. 1 排水面積劃分法

20.4 渠道設計

  為充分利用溝面空間,U型溝頂部均設置鋼筋混凝土蓋鈑,並在適當距離設置洩水孔。水力計算採用曼寧公式。

20.4.1溝(管)渠水力計算

水力計算採用曼寧公式和連續方程式:

 

式中:

:流量(立方公尺/秒)

:通水面積(平方公尺)

:流速(公尺/秒)

:粗糙係數

:水力半徑(公尺)

:水力坡降

20.4.2 粗糙係數

  各種溝(管)渠採用之粗糙係數(n)值,規定如表20.4:

表20. 4溝(管)渠粗糙係數表

溝(管)渠種類

使用材料

粗糙係數n值

排水管

直徑≧0.60公尺

鋼筋混凝土

0.013

直徑<0.60公尺

0.015

U型溝

混凝土或鋼筋混凝土

0.016

矩形箱涵

鋼筋混凝土

0.015

梯形明溝

漿砌卵石(抹面)

0.014

漿砌卵石(未抹面)

0.025

鋼筋混凝土護岸

鋼筋混凝土

0.015

玻璃纖維管(FRP)

0.010

20.4.3 設計流速限制

  涵渠於設計流量時之最小流速,不宜小於0.8公尺/秒,最大流速於溝渠不宜大於3公尺/秒,於涵管不宜大於5公尺/秒。

 

20.4.4 U型溝坡度

  為符合各路線排水量,及發揮各溝渠排水機能與最經濟之水路斷面,其最小縱坡為1/1000,其縱坡一般與路面平行,若路面縱坡平坦時,則採用不與路面相平行。

20.4.5 雨水下水道之最小斷面

  雨水下水道之斷面應依水理公式計算得之,並依據下列規定:

一、U型溝寬度不宜小於40公分(不含溝蓋厚度),高度不宜小於50公分。

二、幹管管線內徑不宜小於60公分,但集水井與人孔間之連接管內徑不宜小於50公分。

三、箱涵寬高均不得少於1公尺,惟受排水出口高程限制及地下管線無法遷移時,箱涵斷面應依排水需求設計,其寬高之尺寸不受此限。

20.4.6 家庭排水管最小管徑

  家庭排水應接入污水下水道系統,在污水下水道未建設前,新築側溝,應分別酌留雨水及污水排水孔,以備住戶自行接入側溝內,其最小管徑不得小於20公分。

20.5 L型側溝之設計

  L型溝為收集路面排水經由雨水進水口再流入U型溝,L型溝的種類可分為有筋L型溝及無筋L型溝。

20.5.1 L型溝之計算公式

L型側溝之橫坡一般規定為1:10,其計算公式為:

式中:

:流量(立方公尺/秒)

:L型側溝橫斷面坡度之倒數(採用10)

:粗糙係數(採用0.015)

:L型側溝縱坡度

:L型側溝最深處之水深(公分)

20.5.2 L型溝坡度

  L型溝之最小縱坡度為1.2/1000,若設計道路縱坡度許可,L型溝之縱坡度應與道路縱坡度一致。

20.5.3 L型溝進水口設計

  L型溝下若有U型溝或RCP,宜考慮設置格柵直落式進水口。進水口設置尺寸與型式視水理特性、漂浮物阻塞可能性、安全與經濟等因素,選用緣石進水口或格柵進水口或複式進水口。

20.5.4 位置及間距

  L型溝進水口間距視地形、集水面積、道路縱向坡度、橫向坡度、流向、L型溝容量、進水口尺寸等條件決定。於道路交叉口及路面局部最低點,豎曲線最低點及其前後約3公尺處或地下道入口均應設置,其間距在5~30公尺之間。

圖20. 2 L型溝進水口設置位置示例

20.5.5 進水口流量

一、緣石進水口

流量計算公式:

式中:

:緣石進水口流量(立方公尺/秒)

:進水口淨長度(公尺)

:淺溝水流平均水深(公尺)

:緣石進水口前低落量(公尺)  

二、格柵進水口

式中:

:格柵進水口流量(立方公尺/秒)

:考慮阻塞之安全係數,一般可採0.5

:孔口係數,0.5~0.6

:柵孔淨面積(平方公尺)

:重力加速度(9.8公尺/秒2)

:淺溝水流平均水深(公尺)

20.6 地下排水

  道路有下列情況時,應考慮設置地下排水暗管或盲溝:

一、道路經過水田沼澤、濕地、泉穴或附近有積水地帶。

二、地下水位足以影響道路路基強度者。

三、道路路面(包括人行道、交通島)為透水性材料,而其寬度在4公尺(含)以上者。

20.7 雨水下水道人孔

  於雨水下水道適當距離或方向折變處或兩個以上管道連接處,設置人孔以利清理及銜接。

20.7.1 人孔間距

  人孔間距視雨水下水道尺寸及水路中漂浮物、沉積物數量多寡而定,內徑1200公釐以上或其它形狀具有相同截面積者,人孔間距不大於200公尺;內徑小於1200公釐者,人孔間距不大於100公尺。

20.7.2 人孔佈設

  人孔應有足夠之空間供人員上下及工作使用,其形狀及構造不應嚴重干擾水流。人孔蓋板及框座應使密合並能長期承受交通荷重,並與路面平整。

20.8 地下道排水設計原則

一、地下道排水系統包括地下道兩端引道入口處截流設施、地下道路面排水收集設施、抽水井、抽水機及其它設備。

二、應依路面坡度先將路面逕流導至地下道引道入口處之排水系統,減少地下道抽水量。

三、在地下道適當處設置抽水機房或裝置抽水設備。

四、地下道擋土牆及接縫宜採防水處理。

五、地下道排水若使用抽水機,其設計總流量以抽水井設計進流量為準。抽水機臺數依抽水井進流量之時間變量、抽水設備年成本、抽水設施用地面積及備用機組決定。

六、人行道地下排水之設計,其出入口宜設台階,高度以防止路面積水進入地下道內為準。屋簷需外伸,防止雨水進入地下道。

七、人行道兩側宜設加蓋邊溝,並於適當距離設置集水井,以利清潔及維護。

 

 

影響排水流速的三個因子是坡度(Slops,S)、水力半徑(Hydraulic radius,R)與溝渠底部的粗糙度(Roughness,C)所影響。坡度會影響水流的能量,坡度愈陡水流愈快,所以排除積水的河溝,一定要順著地面的坡度。

水力半徑是渠道斷面積除以接觸水的斷面長度,渠道斷面愈大,水力半徑就愈大,排水的流速也愈快。設計建造一個排水功能的水道,愈是在排水的上游,渠道的斷面積就愈小;愈是流到下游,渠道的斷面積就愈大,像一個喇叭口一樣。如果愈到上游,斷面愈小,水流就會阻礙。

粗糙度是一個模糊的名詞,這是治水的困難所在,也是藝術所在。每一條河川、渠道都有自己的粗糙度,沒有一條水路水底粗糙的程度與另一條相同。這是曼寧的智慧,他把水路中難以測量的諸多因子,像是一個垃圾堆一樣,通通丟在一起,再以一個模糊的係數粗糙度去代表。

曼寧處理所得的資料,以數學的最小平方法配合田間實際經驗導出非常有名的曼寧公式:V=CS1/2 R2/3,V為流速。這一道公式非常的有用,為後來的工程師設計排水,疏通河川,建造橋墩,浚渫港口,引水通水。

 

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