【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及道路工程，尤其涉及一种基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统及设置方法。
技术介绍
1、高速公路超高缓和段，由于存在横坡零点，且部分路段纵坡也较小，导致合成坡度不足以快速排除路表水，导致路面积水。此外，在公路运营期间，在车辆荷载以及环境因素作用下，沥青路面产生车辙、沉降等病害，造成坡度改变，产生积水。路面积水对高速公路上车辆运行安全、交通效率都会产生了重大影响。一方面由于积水路面的光线反射作用，会影响到驾驶员的整体视野，存在安全隐患；另一方面，路面积水，极易引发车辆漂滑，进而导致重大安全事故。
2、高速公路超高缓和段排水不畅，会影响该段落的道路行车安全性、舒适性及道路使用寿命。现有常规处理积水方法为铣刨重铺排水路面，不仅施工准备时间长，成本较高。为了有效排除路面雨水，还有根据道路路面坡度及宽度情况，将路面排水按两种形式进行：分散漫流式和集中截流式。路面漫流排水将一侧的路表水引入另一侧排出，对于车道较少、有一定纵坡的高速公路而言，分散漫流就可以满足要求，但无法满足坡度小的路面的排水要求；对于单向两车道以上的高速公路而言，必须考虑在适当位置设置集中截留式排水系统。如何设置截留式排水系统，对于减少路面积水至关重要。本专利技术通过路面积水最长汇水路径，在汇水路径的不同位置处设置截水沟，阻断水流汇集，同时在积水处刻排水槽，能够有效减少路面积水。
技术实现思路
1、针对以上不足，本专利技术提供一种基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统及设置方法，通过得出路面积水最
2、为实现上述目的，本专利技术提出了一种基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法，其特征在于，所述排水系统包括截水槽，所述设置方法包括以下步骤：
3、(1)现场调研确定汇水区域、积水区域，通过采集路面三维模型，获得路面三维地形数据；
4、(2)将汇水区域的最大汇水路径简化为平面二次曲线y＝ax2+bx+c，以最大汇水路径进入积水区域的点为原点o(0，0)，o点路中线方向为x轴，垂直路中线方向为y轴，建立平面坐标系；在超高缓和段，道路横坡是以恒定的变化率由2％(3％)变到-2％(-3％)，因此其与纵坡的合成坡度方向、大小是一直在变化的，故可以将其简化为二次曲线，雨水的流动受其影响，同样假设其为二次曲线；
5、(3)确定最大汇水路径的起始点a点的位置；
6、(4)根据a点、o点坐标，以及最大汇水路径曲线在o点的导数，推导得到最大汇水路径的二次曲线，即为最大汇水路径曲线；
7、(5)根据最长汇水路径确定截水槽数量；
8、(6)截水槽设置与最长汇水路径曲线的切线相垂直，根据最长汇水路径曲线确定不同位置截水槽的设置角度。
9、优选的，上述的基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法中，所述步骤(3)中，通过现场测得o点的流速为v，流水动能为ke＝0.5*mv2，则此时根据重力势能转化为动能原理，可计算得到a点与o点的高程差h：
10、mgh＝0.5*mv2，h＝0.5v2/g；
11、在路面三维模型中，在路边线上找出与o点高程差为h的点，即为最大汇水路径的起始点a点；确定a点位置后，则得到a点在平面坐标系中的坐标为(xa，ya)。
12、优选的，上述的基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法中，通过现场测得o点的流速为v具体过程为：在下雨天测试，测试时降雨强度为q，通过浮标法或者流速仪法测得流速v0，五年内的最大降雨强度为qmax，据雨量大小乘以修正系数，换算得到1年内最大降雨强度下的流速，q≤qmax，修正后的速度为v＝v0*(1+lg(qmax/q))，当q＞qmax，直接取v＝v0，得到o点的流速v。
13、优选的，上述的基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法中，所述步骤(2)中，平面二次曲线方程为：y＝ax2+bx+c；所述步骤(4)中，o点为以最大汇水路径进入积水区域的点，雨水流动到o点后，在y方向的速度为0，即最大汇水路径曲线上o点的导数为零，根据抛物线a点、o点坐标，以及在o点的导数，计算：
14、
15、其中a、b、c为二次曲线参数；根据上述公式求得：
16、a＝ya/xa2，b＝0，c＝0；
17、最大汇水路径的二次曲线为：
18、y＝(ya/xa2)x2。
19、优选的，上述的基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法中，所述步骤(5)中，最长汇水路径在x轴方向上长度不大于10m，则只在积水区域上游1m处设置一道截水槽；10m<最长汇水路径在x轴方向上长度≤20m，则在积水区域上游1m处、以及最长汇水路径的中间位置设置截水槽；最长汇水路径在x轴方向上长度＞20m，则在积水区域上游1m处设置一道截水槽，然后依次间隔10m设置截水槽，上述距离均为到坐标系y轴的距离，记为xi，i＝1、2、3...，为截水槽序号，越靠近积水区域的截水槽，序号越小。
20、优选的，上述的基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法中，所述步骤(6)中，具体为：对最长汇水路径曲线进行求导，得到其导函数y’＝2(ya/xa2)x；
21、根据最长汇水路径曲线以及xi，可以得到准备设置截水槽位置处的点pi坐标为：(xi，(ya/xa2)xi2)，pi位于最大汇水路径曲线上；
22、则pi处曲线的导数ypi’为：
23、ypi’＝2(ya/xa2)xi；
24、点pi处的导数即为曲线在pi处切线的斜率kpi：
25、kpi＝ypi’＝2(ya/xa2)xi；
26、而截水槽设置为，与最长汇水路径曲线的切线相垂直，即可得，与第i个截水槽重合的直线斜率为ki＝1/kpi＝1/(2(ya/xa2)xi)；
27、由此可得第i个截水槽的的设置角度θi为：
28、θi＝arctan(1/kpi)＝arctan(1/(2(ya/xa2)xi))；
29、角度θi为与x轴的夹角，得到不同位置截水槽的设置角度。
30、优选的，上述的基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法中，还包括根据积水区域长度以及积水深度，间隔3-5m设置一道排水槽，排水槽与路中线角度为30-40度；在路面切割截水槽、排水槽，切割完成后，对槽表面涂刷环氧树脂，提升耐久性以及防止雨水入渗。
31、优选的，上述的基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法中，所述截水槽的长度根据最长汇水路径位置确定，确保截水槽能够截断所有流向积水区域的水流，排水槽具体长度根据积水区域宽度确定。所述截水槽的一段连接原有排水系统，中央分隔带纵向排水沟或者路边边沟，将水排出路基范围以外。
32、一种基于最长汇水路径的公路本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法，其特征在于，所述排水系统包括截水槽，所述设置方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法，其特征在于，所述步骤(3)中，通过现场测得O点的流速为v，流水动能为KE＝0.5*mv2，则此时根据重力势能转化为动能原理，可计算得到A点与O点的高程差H：
3.根据权利要求1所述的基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法，其特征在于，所述步骤(2)中，平面二次曲线方程为：y＝ax2+bx+c；所述步骤(4)中，最大汇水路径曲线上O点的导数为零，根据抛物线A点、O点坐标，以及在O点的导数，计算：
4.根据权利要求1所述的基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法，其特征在于，所述步骤(5)中，最长汇水路径在X轴方向上长度小于10m，则只在积水区域上游1m处设置一道截水槽；10m<最长汇水路径在X轴方向上长度≤20m，则在积水区域上游1m处、以及最长汇水路径的中间位置设置截水槽；最长汇水路径在X轴方向上长度＞20m，则在积水区
5.根据权利要求1所述的基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法，其特征在于，所述步骤(6)中，具体为：对最长汇水路径曲线进行求导，得到其导函数Y’＝2(yA/xA2)X；
6.根据权利要求1所述的基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法，其特征在于，还包括根据积水区域长度以及积水深度，间隔3-5m设置一道排水槽，排水槽与路中线角度为30-40度；在路面切割截水槽、排水槽，切割完成后，对槽表面涂刷环氧树脂，提升耐久性以及防止雨水入渗。
7.一种基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统，其特征在于，包括截水槽和排水槽，所述截水槽包括槽壁、面板、若干第一排水孔、若干第二排水孔，所述第一排水孔、第二排水孔设置在所述面板上。
8.根据权利要求7所述的基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统，其特征在于，所述第一排水孔为斜开口，朝向水流，同时开口处为圆形倒角；所述第二排水孔圆形喇叭开口，开口处处理为圆形倒角。
...【技术特征摘要】
1.一种基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法，其特征在于，所述排水系统包括截水槽，所述设置方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法，其特征在于，所述步骤(3)中，通过现场测得o点的流速为v，流水动能为ke＝0.5*mv2，则此时根据重力势能转化为动能原理，可计算得到a点与o点的高程差h：
3.根据权利要求1所述的基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法，其特征在于，所述步骤(2)中，平面二次曲线方程为：y＝ax2+bx+c；所述步骤(4)中，最大汇水路径曲线上o点的导数为零，根据抛物线a点、o点坐标，以及在o点的导数，计算：
4.根据权利要求1所述的基于最长汇水路径的公路超高缓和段排水系统的设置方法，其特征在于，所述步骤(5)中，最长汇水路径在x轴方向上长度小于10m，则只在积水区域上游1m处设置一道截水槽；10m<最长汇水路径在x轴方向上长度≤20m，则在积水区域上游1m处、以及最长汇水路径的中间位置设置截水槽；最长汇水路径在x轴方向上长度＞20m，则在积水区域上游1m处设置一道截水槽，...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢成，周怀德，陈江财，闫泽南，危笛，黄晓凤，
申请(专利权)人：广西北投交通养护科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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