路基排水沟、边沟水力计算书1

大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段

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路基排水设施水力计算书

一、双向八车道

大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段，选用沥青砼路面，路面和路肩（半幅）横向排水的宽度为19.75m（双向八车道），路面和硬路肩横坡为2%，土路肩为4%，路线最小纵坡为5‰。本项目拟设置排水沟、急流槽、边沟、平台截水沟和截水沟等排水设施来排除和拦截路界范围内外的雨水。现按照《公路排水设计规范》JTJ 018-97的规定，通过计算设计径流量反算各种排水设施各型号的最大排水距离(即出水口距离)和面积，为确定各路段各种排水设施型号的选取提供参考。

1．拦水路缘石最大排水距离的计算 1）降雨历时

降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和。设降雨历时为3min。

拦水路缘石与路肩铺面构成的浅三角型过水断面的泄水能力为： Qc＝0.377×h8/3×I1/2/（ih×n）＝0.377×0.058/3×I0.5/（0.02×0.013） 注：水力坡度I取路线纵坡；水深h＝250×0.02＝5cm（即水深小于5cm时，浅三角型过水断面的水面入侵硬路肩小于2.5m，保证行车安全。）

2) 汇水面积和径流系数

当出水口间距为l时，两个出水口之间的汇水面积为 F=l×19.75×10-6km2

取径流系数Ψ=0.95。

3) 设计重现期

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97的规定，高速公路路面和路肩表面排水设计重现期为5年。

4）降雨强度

按公路所在地区，查《公路排水设计规范》JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,10＝2.8mm/min，5年设计重现期时的重现期转换系数为cp=1.0,60min降雨强度转换系数为c60=0.5，3min降雨历时转换系数为c5=1.40。于是，暴雨强度为

q=1.0×1.40×2.8=3.92mm/min

5）设计径流量

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量为 Q=16.67ΨqF=16.67×0.95×3.92×l×19.75×10-6m3/s

6）拦水缘石最大排水距离的计算

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当路线纵坡为5‰时，浅三角型过水断面的泄水能力为 Qc＝0.377×h8/3×I1/2（/ih×n）＝0.377×0.058/3×0.0050.5（/0.02×0.013）=0.035 m3/s 浅三角型过水断面的泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q 0.035>16.67×0.95×3.92×l×19.75×10-6

那么，当路线纵坡为5‰时，拦水路缘石最长排水距离l（出水口最大间距）为

l＝0.035/（16.67×0.95×3.92×19.75×10-6）＝28.55m

7）检验汇流历时假设

由表查得地表粗度系数为m1=0.013,路面横坡为is=0.02,坡面流长度为Ls=19.75m，可计算得到坡面汇流历时

t1按式v=20ig0.6得v＝20×0.0050.6=0.83m/s， 再按式t2= li /(60×v)=28.55/(60×0.83)=0.57min 由此，可得到汇流历时为

t= t1+ t2=1.909+0.57=2.48min<3min

当路线纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对拦水路缘石最大排水距离进行计算，并对汇流历时进行检验，结果列于表1。

表1不同路线纵坡拦水路缘石最大排水距离 路线纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.5% 0.035 28 2.48 0.7% 0.041 34 2.46 1.0% 0.049 40 2.44 1.5% 0.060 49 2.42 2.0% 0.070 57 2.40 2.5% 0.078 63 2.39 3.0% 0.085 70 2.38 3.5% 0.092 75 2.38 4.0% 0.098 80 2.37 由表1可知，拦水路缘石的最大排水距离随着路线纵坡的加大而增大，汇流历时均小于3min。因此，现拟定:

当路线纵坡为0.5%~0.7%时，出水口间距设为30m； 当路线纵坡为0.7%~1.0%时，出水口间距设为35m； 当路线纵坡为1.0%~1.5%时，出水口间距设为40m； 当路线纵坡为1.5%~2.0%时，出水口间距设为50m； 当路线纵坡为大于2.0%时，出水口间距设为60m。

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?m1?Ls???1.445???i?s??0.467?0.013?19.75?=1.445???0.02??0.467=1.909min

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2．急流槽水力计算

拦水缘石汇集路面水后，通过设置一定间隔的急流槽将水排到路堤边坡底部的排水沟。由急流槽槽底纵坡（即路堤边坡坡度ig =1:1.5）ig=66.7％，可计算得到矩形(b=0.4，h=0.2)沟平均流速

现拟采用的矩形急流槽宽0.40m，高0.2m。若矩形急流槽的过水能力按水深达到16cm计算（留20％安全高度），则过水断面面积A为0.064m2，过水断面湿周ρ为0.72m，水力半径，

R=bh/(b+2h)=0.089

v=n-1R2/3I1/2= 0.015-10.0892/30.6671/2=10.85m/s

设路基填土为7米高，则急流槽长度l为10.5m，可得到急流槽的沟管汇流历时

t3=l/(60×v)=10.5/(60×10.85)=0.016min 由于急流槽内平均流速较快，所以急流槽内的沟管汇流历时较小，对暴雨强度的影响可忽略不计。因此，降雨历时仍为3min时，暴雨强度为3.92mm/min。

因此，根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量仍为 Q=16.67ΨqF=16.67×0.85×3.92×l×19.75×10-6m3/s

当急流槽沟底纵坡为66.7％时，矩形急流槽的泄水能力为 Qc＝Av=0.064×10.85=0.694m3/s

根据拦水缘石的水力计算得出，不同出水口间距的设计径流量，结果列于表2。

表2不同出水口间距的设计径流量 出水口间距(m) 设计径流量(m3/s) 30 0.033 35 0.038 40 0.044 50 0.055 60 0.066

由表2可知，急流槽泄水能力远大于按各种间距设置出水口时的设计径流量，即Qc>Q。因此，按拦水缘石出水口间距来设置急流槽是满足要求的。

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3．排水沟最大排水距离的计算 1）降雨历时

降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和。设降雨历时为10min。

PSG－1型的过水能力按水深达到48cm计算（留20％安全高度），过水断面面积A为0.288m2，过水断面湿周ρ为1.56m，水力半径R＝A/ρ=0.185m，当排水沟纵坡为0.3%时，那么

v=n-1R2/3I1/2= 0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s

2) 汇水面积和径流系数

设出水口间距为l，两个出水口之间的汇水面积(设路基填土高度为7m)由两部分组成：一部分为路面范围的汇水面积F1＝19.75×l，径流系数取Ψ1＝0.95；另外一部分为路堤坡面的汇水面积F2＝(7×1.5+1)×l =11.5×l(7为边坡高度，1.5为边坡坡率，1为护坡道宽度，)，径流系数取Ψ2＝0.65；那么，总的汇水面积

F= 31.25×l×10-6km2 取径流系数Ψ=(0.95×F1+0.65×F2)/(31.25×l)=0.84

3) 设计重现期

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97的规定，高速公路路界内坡面排水设计重现期为15年。

4）降雨强度

按公路所在地区，查《公路排水设计规范》JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,10＝2.8mm/min，15年设计重现期时的重现期转换系数为cp=1.27,60min降雨强度转换系数为c60=0.5，10min降雨历时转换系数为c5=1.0。于是，暴雨强度为

q=1.27×1.0×2.8=3.556mm/min

5）PSG－1型排水沟最大排水距离计算

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量为 Q=16.67ΨqF=16.67×0.84×3.556×31.25×l×10-6m3/s 当路线纵坡为3‰时，排水沟的泄水能力为 Qc＝Av=0.288×1.18=0.341m3/s

排水沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q 0.341>16.67×0.84×3.556×l×31.25×10-6

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那么，当沟底纵坡为3‰时，矩形排水沟最长排水距离l（出水口最大间距）为

l＝0.341/（16.67×0.84×3.556×31.25×10-6）＝219m

7）检验汇流历时假设

由于路面水是通过拦水缘石汇集，经过急流槽而排入排水沟，而路堤坡面水则直接通过坡面径流汇入排水沟，因此，坡面汇流历时应取二者的大者。由前面拦水缘石的计算可得，路面汇流历时为2.48min；路堤边坡的地表粗度系数为m1=0.4，坡面横坡为is=0.667，坡面流长度为Ls=13.62m（填土高度7m，护坡道1m），可计算得到路堤边坡坡面汇流历时

tp?m1?Ls???1.445???i?s??0.467=1.445???0.40?13.62??0.667??0.467=3.51min>2.48

因此，取t1＝3.51min

按式v=n-1R2/3I1/2得v＝ 0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s 再按式t2= l /(60×v)=219/(60×1.18)=3.09min 由此，可得到汇流历时为

t= t1+ t2=3.51+3.09=6.6min<10min

再假设降雨历时为7min，通过内插得出降雨历时转换系数ct=1.15，暴雨强度为q=1.27×1.15×2.8=4.089mm/min，通过以上过程的计算得到，当沟底纵坡为3‰时，矩形排水沟最长排水距离l（出水口最大间距）为191m，且汇流历时t=6.19min<7min，因此，取降雨历时为7min。

当沟底纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对PSG－1型最大排水距离进行计算，并对汇流历时进行检验，结果列于表3。

表3不同沟底纵坡PSG－1最大排水距离(降雨历时为7min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.341 191 6.19 0.5% 0.440 246 6.19 0.7% 0.521 291 6.19 1.0% 0.623 348 6.19 1.5% 0.762 426 6.19 2.0% 0.880 492 6.19 2.5% 0.984 550 6.19 1.078 603 6.19 3.0％ 1.165 651 6.19 3.5％ 1.245 696 6.19 4.0％ 同样，对PSG－2、PSG－3进行计算得出其在不同纵坡下的最大排水距离，结果列于表4、5

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表4不同沟底纵坡PSG－2(80X60)最大排水距离(降雨历时为8min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.508 297 7.25 0.5% 0.656 383 7.25 0.7% 0.776 454 7.25 1.0% 0.928 542 7.25 1.5% 1.136 664 7.25 2.0% 1.312 767 7.25 2.5% 1.467 857 7.25 1.607 939 7.25 3.0％ 1.736 1014 7.25 3.5％ 1.856 1084 7.25 4.0％ 表5不同沟底纵坡PSG－3(80X80)最大排水距离(降雨历时为9min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.734 449 8.73 0.5% 0.948 580 8.73 0.7% 1.122 687 8.73 1.0% 1.341 821 8.73 1.5% 1.642 1005 8.73 2.0% 1.896 1160 8.73 2.5% 2.120 1297 8.73 2.322 1421 8.73 3.0％ 2.508 1535 8.73 3.5％ 2.681 1641 8.73 4.0％ 综上，各型号的排水沟随着沟底纵坡的增大，其最大排水距离也在增大。在设计选型时，应根据沟底纵坡和出水口间的间距来选定，在满足排水的前提下，应优先选用小尺寸的型号，具体详见下表。

表6不同沟底纵坡PSG最大排水距离 PSG-3 PSG-1 PSG-2 沟底纵坡(%) 191 297 449 0.3%～0.5% 246 383 580 0.5%～0.7% 291 454 687 0.7%～1.0% 348 542 821 1.0%～1.5% 426 664 1005 1.5%～2.0% 492 767 1160 2.0%～2.5% 550 857 1297 2.5%～3.0％ 603 939 1421 3.0％～3.5％ 651 1014 1535 3.5％～4.0％ >4.0% 696 1084 1641

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4．边沟最大排水距离的计算

BG－A型

1)降雨历时

降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和。设降雨历时为5min。

BG－A型边沟的过水能力按浅三角形过水断面计算，面积A＝0.5×0.32×2.08＝0.333m2，水力半径R＝

0.5?2.081?3.5?1?3.522=0.143m，当边沟纵坡为0.3%时，

那么

v=n-1R2/3I1/2= 0.05-10.1432/30.0031/2=0.30m/s

2) 汇水面积和径流系数 设出水口间距为l，两个出水口之间的汇水面积由两部分组成：一部分为路面范围的汇水面积F1＝19.75×l，径流系数取Ψ1＝0.95；另外一部分为路堑坡面的汇水面积F2＝(8×1.0+2.6+1.5)×l =12.1×l(8为第一级边坡高度，1.0为第一级边坡坡率，2.6为碎落台和边沟的宽度，1.5为平台截水沟范围外平台宽度)，径流系数取Ψ2＝0.65；那么，总的汇水面积 F= 31.85×l×10-6km2

拟定坡面为细粒土坡面，取径流系数Ψ=(0.95×F1+0.65×F2)/(31.85×l)=0.836

3) 设计重现期

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97的规定，高速公路路界内坡面排水设计重现期为15年。

4）降雨强度

按公路所在地区，查《公路排水设计规范》JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,10＝2.8mm/min，15年设计重现期时的重现期转换系数为cp=1.27，60min降雨强度转换系数为c60=0.5，5min降雨历时转换系数为c5=1.25。于是，暴雨强度为

q=1.27×1.25×2.8=4.445mm/min

5）BG－A型边沟最大排水距离计算

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量为 Q=16.67ΨqF=16.67×0.836×4.445×31.85×l×10-6m3/s

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当路线纵坡为3‰时，边沟的泄水能力为 Qc＝Av=0.333×0.3=0.1m3/s

矩形边沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q 0.1>16.67×0.836×4.445×31.85×l×10-6

那么，当路线纵坡为3‰时，边沟最长排水距离l（出水口最大间距）为 l＝0.1/（16.67×0.836×4.445×31.85×10-6）＝51m

7）检验汇流历时假设

因为坡面汇流有两部分，一部分是路面水汇流，另外一部分是路堑坡面水汇流，两部分各自同时发生，因此，坡面汇流历时应取二者的大者。由前面拦水缘石的计算可得，路面汇流历时为2.48min；路堑边坡的地表粗度系数为m1=0.4,坡面横坡为is=1.0，坡高8m，坡面流长度为Ls=(11.3+2.6+1.5)=15.4m(11.3为第一级边坡坡面长度，2.6为碎落台和边沟的宽度，1.5为平台截水沟范围外平台宽度)，可计算得到路堑边坡坡面汇流历时

tp?m1?Ls???1.445???i?s??0.467=1.445???0.40?15.4??1.0??0.467=3.38min>2.48

因此，取t1＝3.38min

按式v=n-1R2/3I1/2，得v＝0.05-10.1432/30.0031/2=0.3m/s 再按式t2= l /(60×v)=51/(60×0.3)=2.83min 由此，可得到汇流历时为

t= t1+ t2=3.38+2.83=6.21min>5min

再假设降雨历时为7min，通过内插得出降雨历时转换系数ct=1.15，通过以上过程的计算得到，当路线纵坡为3‰时，边沟最长排水距离l（出水口最大间距）为55m，且汇流历时t=6.44min<7min,因此，取降雨历时为7min。

当沟底纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对BG－A型最大排水距离进行计算，并对汇流历时进行检验，结果列于表7。

表7不同沟底纵坡BG－A最大排水距离(降雨历时为7min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.100 55 6.44 0.5% 0.129 71 6.44 0.7% 0.152 84 6.44 1.0% 0.182 100 6.44 1.5% 0.223 123 6.44 2.0% 0.258 142 6.44 2.5% 0.288 159 6.44 0.315 174 6.44 3.0％ 0.341 188 6.44 3.5％ 0.364 201 6.44 4.0％

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同样，对BG－B1、BG－B2进行计算得出其在不同纵坡下的最大排水距离，结果列于表8、9、10

表8不同沟底纵坡BG－B1（60X80）最大排水距离(降雨历时为7min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.486 268 6.91 0.5% 0.628 346 6.91 0.7% 0.743 409 6.91 1.0% 0.888 489 6.91 1.5% 1.087 599 6.91 2.0% 1.256 692 6.91 2.5% 1.404 773 6.91 1.538 847 6.91 3.0％ 1.661 915 6.91 3.5％ 1.776 978 6.91 4.0％ 表9不同沟底纵坡BG－B3(80X80)最大排水距离(降雨历时为9min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.734 443 8.53 0.5% 0.948 572 8.53 0.7% 1.122 677 8.53 1.0% 1.341 809 8.53 1.5% 1.642 991 8.53 2.0% 1.896 1144 8.53 2.5% 2.120 1279 8.53 2.322 1401 8.53 3.0％ 2.508 1513 8.53 3.5％ 2.681 1618 8.53 4.0％ 综上，各型号的边沟随着路线纵坡的增大，其最大排水距离也在增大。在设计选型时，应根据路线纵坡和出水口间的间距来选定，在满足排水的前提下，应优先选用小尺寸的型号，具体详见下表。

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表10不同沟底纵坡BG最大排水距离 BG－B1 BG－B2 BG-A 沟底纵坡(%) （浅碟型） （60X80） (80X80) 55 268 443 0.3%～0.5% 70 346 572 0.5%～0.7% 85 409 677 0.7%～1.0% 100 489 809 1.0%～1.5% 125 599 991 1.5%～2.0% 140 692 1144 2.0%～2.5% 160 773 1279 2.5%～3.0％ 175 847 1401 3.0％～3.5％ 190 915 1513 3.5％～4.0％ >4.0% 200 978 1618

5．暗埋式边沟最大排水距离的计算

浅碟型边沟上的路面水通过设置一定间隔的沉砂井流入到底部的排水管。由排水管底纵坡（假设边沟纵坡为0.3%），可计算得到圆管(直径d=0.5)的平均流速。

圆形排水管的过水断面面积A＝3.14*d2/4＝0.196m2，水力半径， R=d/4=0.125

v=n-1R2/3I1/2= 0.013-10.1252/30.0031/2=1.053m/s 泄水能力为Qc＝Av=0.196×1.053=0.206m3/s

5.1沉砂井间距计算

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根据浅碟型边沟的水力计算可知，当沟底纵坡为0.3％时，浅碟型边沟的最大排水距离为55m，此时的设计径流量Q=16.67ΨqF=16.67×0.836×4.445×31.85×l×10-6m3/s＝0.1085 m3/s，由此可知，浅碟

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型边沟下的圆形排水管泄水能力Qc=0.206m/s大于该设计径流量，即Qc>Q。因此，按浅碟型边沟的出水口间距来设置沉砂井是满足要求的。

当沟底纵坡为其它数值时，按照上述计算过程进行计算，验证按浅碟型边沟的最大排水距离来设置沉砂井是否满足要求。结果列于下表。

表11圆形排水管（d＝50cm）泄水能力 圆形排水管 圆形排水管 沟底纵坡 浅碟型边沟的 设计径流量 平均流速 泄水能力 (%) (m3/s) 最大排水距离(m) 3Qc (m3/s) （m/s） 0.3% 55 0.109 1.053 0.206 0.5% 71 0.140 1.360 0.267 0.7% 84 0.166 1.609 0.315 1.0% 100 0.197 1.923 0.377 1.5% 123 0.243 2.355 0.462 2.0% 142 0.280 2.720 0.533 2.5% 159 0.314 3.041 0.596 174 0.343 3.331 0.653 3.0％ 188 0.371 3.598 0.705 3.5％ 201 0.397 3.846 0.754 4.0％ 由上表可知，浅碟型边沟下圆形排水管的泄水能力均大于按各种浅碟型边沟的最大排水距离来设置沉砂井时的设计径流量，即Qc>Q。因此，按浅碟型边沟的最大排水距离来设置沉砂井是满足要求的。

5.2暗埋式边沟最大排水距离的计算 1)降雨历时

降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和。设降雨历时为5min。

暗埋式边沟下圆形排水管的过水断面面积A＝3.14*d2/4＝0.196m2，水力半径，R=d/4=0.125

v=n-1R2/3I1/2= 0.013-10.1252/30.0031/2=1.053m/s 2) 汇水面积和径流系数 设出水口间距为l，两个出水口之间的汇水面积由两部分组成：一部分为路面范围的汇水面积F1＝19.75×l，径流系数取Ψ1＝0.95；另外一部分为路堑坡面的汇水面积F2＝(8×1.0+2.6+1.5)×l =12.1×l(8为第一级边坡高度，1.0为第一级边坡坡率，2.6为碎落台和边沟的宽度，1.5为平台截水沟范围外平台宽度)，径流系数取Ψ2＝0.65；那么，总的汇水面积 F= 31.85×l×10-6km2

拟定坡面为细粒土坡面，取径流系数Ψ=(0.95×F1+0.65×F2)/(31.85×l)=0.836

3) 设计重现期

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97的规定，高速公路路界内坡面排水设计

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重现期为15年。

4）降雨强度

按公路所在地区，查《公路排水设计规范》JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,10＝2.8mm/min，15年设计重现期时的重现期转换系数为cp=1.27，60min降雨强度转换系数为c60=0.5，5min降雨历时转换系数为c5=1.25。于是，暴雨强度为

q=1.27×1.25×2.8=4.445mm/min

5）暗埋式边沟最大排水距离计算

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量为 Q=16.67ΨqF=16.67×0.836×4.445×31.85×l×10-6m3/s 当路线纵坡为3‰时，暗埋式边沟的泄水能力(浅碟式边沟与圆管的泄水能力之和)为

Qc＝Av+Av=0.196×1.053+0.333×0.3=0.306m3/s

暗埋式边沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q 0.306>16.67×0.836×4.445×31.85×l×10-6

那么，当路线纵坡为3‰时，暗埋式边沟最长排水距离l（出水口最大间距）为l＝0.306/（16.67×0.836×4.445×31.85×10-6）＝155m

7）检验汇流历时假设

因为坡面汇流有两部分，一部分是路面水汇流，另外一部分是路堑坡面水汇流，两部分各自同时发生，因此，坡面汇流历时应取二者的大者。由前面拦水缘石的计算可得，路面汇流历时为2.48min；路堑边坡的地表粗度系数为m1=0.4,坡面横坡为is=1.0，坡高8m，坡面流长度为Ls=(11.3+2.6+1.5)=15.4m(11.3为第一级边坡坡面长度，2.6为碎落台和边沟的宽度，1.5为平台截水沟范围外平台宽度)，可计算得到路堑边坡坡面汇流历时

tp?m1?Ls???1.445???i?s??0.467=1.445???0.40?15.4??1.0??0.467=3.38min>2.48

因此，取t1＝3.38min

按式v=n-1R2/3I1/2，得v=n-1R2/3I1/2= 0.013-10.1252/30.0031/2=1.053m/s 再按式t2= l /(60×v)=155/(60×1.053)=2.45min 由此，可得到汇流历时为

t= t1+ t2=3.38+2.45=5.84min>5min

再假设降雨历时为6min，通过内插得出降雨历时转换系数ct=1.20，通过以上过程的计算得到，当路线纵坡为3‰时，暗埋式边沟最长排水距离l（出水口最大间距）为162m，且汇流历时t=5.94min<6min,因此，取降雨历时为6min。

当沟底纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对暗埋式边沟最大排水距离进行计算，并对汇流历时进行检验，结果列于表13。

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表12不同沟底纵坡暗埋式边沟（d＝50cm）最大排水距离(降雨历时为6min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.307 162 5.94 0.5% 0.396 209 5.94 0.7% 0.468 247 5.94 1.0% 0.560 296 5.94 1.5% 0.686 362 5.94 2.0% 0.792 418 5.94 2.5% 0.885 467 5.94 0.969 512 5.94 3.0％ 1.047 553 5.94 3.5％ 1.119 591 5.94 4.0％ 同样，对暗埋式边沟（d＝60cm、d＝70cm）进行计算得出其在不同纵坡下的最大排水距离，结果列于表13、14。

表13不同沟底纵坡暗埋式边沟（d＝60cm）最大排水距离(降雨历时为7min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.436 240 6.75 0.5% 0.563 310 6.75 0.7% 0.666 367 6.75 1.0% 0.796 439 6.75 1.5% 0.975 537 6.75 2.0% 1.126 620 6.75 2.5% 1.259 693 6.75 1.379 760 6.75 3.0％ 1.489 821 6.75 3.5％ 1.592 877 6.75 4.0％ 表14不同沟底纵坡暗埋式边沟（d＝70cm）最大排水距离(降雨历时为8min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.607 350 7.80 0.5% 0.784 451 7.80 0.7% 0.927 534 7.80 1.0% 1.108 638 7.80 1.5% 1.357 782 7.80 2.0% 1.567 903 7.80 2.5% 1.752 1009 7.80 1.920 1106 7.80 3.0％ 2.073 1194 7.80 3.5％ 2.217 1277 7.80 4.0％

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综上，各型号的暗埋式边沟随着路线纵坡的增大，其最大排水距离也在增大。在设计选型时，应根据路线纵坡和出水口间的间距来选定，在满足排水的前提下，应优先选用小尺寸的型号，具体详见下表。

表15不同沟底纵坡暗埋式边沟最大排水距离 沟底纵坡(%) d＝50 d＝60 d＝70 162 240 350 0.3%～0.5% 209 310 451 0.5%～0.7% 247 367 534 0.7%～1.0% 296 439 638 1.0%～1.5% 362 537 782 1.5%～2.0% 418 620 903 2.0%～2.5% 467 693 1009 2.5%～3.0％ 512 760 1106 3.0％～3.5％ 553 821 1194 3.5％～4.0％ >4.0% 591 877 1277

6．超高路段纵向集水沟最大排水距离的计算

1)降雨历时

降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和。设降雨历时为5min。

集水沟过水能力按水深达到48cm计算（留10％安全高度），过水断面面积

2

A为0.192m，过水断面湿周ρ为1.36m，水力半径R＝A/ρ=0.141m，当排水沟纵坡为0.3%时，那么

v=n-1R2/3I1/2= 0.012-10.1412/30.0031/2=1.24m/s

2) 汇水面积和径流系数

设出水口间距为l，两个出水口之间的汇水面积为路面范围的汇水面积F1＝18.75×l，径流系数取Ψ1＝0.95，汇水面积为 F= 18.75×l×10-6km2 径流系数Ψ=0.95

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3) 设计重现期

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97的规定，高速公路路界内坡面排水设计重现期为15年。

4）降雨强度

按公路所在地区，查《公路排水设计规范》JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,10＝2.8mm/min，15年设计重现期时的重现期转换系数为cp=1.27,60min降雨强度转换系数为c60=0.5，5min降雨历时转换系数为c5=1.25。于是，暴雨强度为

q=1.27×1.25×2.8=4.445mm/min

5）集水沟最大排水距离计算

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量为 Q=16.67ΨqF=16.67×0.95×4.445×18.75×l×10-6m3/s 当路线纵坡为3‰时，边沟的泄水能力为 Qc＝Av=0.192×1.24=0.238m3/s

集水沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q 0.238>16.67×0.95×4.445×18.75×l×10-6

那么，当路线纵坡为3‰时，集水沟最长排水距离l（出水口最大间距）为 l＝0.238/（16.67×0.95×4.445×18.75×10-6）＝180m

6）检验汇流历时假设

因路面水汇流历时为2.48min，因此，取t1＝2.43min 再按式t2= l /(60×v)=180/(60×1.24)=2.42min 由此，可得到汇流历时为

t= t1+ t2=2.43+2.42=4.85min<5min

当路线纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对纵向集水沟最大排水距离进行计算，并对汇流历时进行检验，结果列于下表。

表16不同路线纵坡纵向集水沟（0.4X0.6）最大排水距离(降雨历时为5min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.238 180 4.85 0.5% 0.307 232 4.85 0.7% 0.363 275 4.85 1.0% 0.434 329 4.85 1.5% 0.531 403 4.85 2.0% 0.613 465 4.85 2.5% 0.686 520 4.85 0.751 569 4.85 3.0％ 0.812 615 4.85 3.5％ 0.868 657 4.85 4.0％

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表17不同沟底纵坡纵向集水沟最大排水距离

沟底纵坡(%) 纵向集水沟 180 0.3%～0.5% 232 0.5%～0.7% 275 0.7%～1.0% 329 1.0%～1.5% 403 1.5%～2.0% 465 2.0%～2.5% 520 2.5%～3.0％ 569 3.0％～3.5％ 615 3.5％～4.0％ >4.0% 657

集水井汇集路面水后，通过横向排水管将水排到路堤边坡的急流槽。由横向排水管管底纵坡ig=2％，可计算得到圆管的(直径＝0.3m)平均流速。

圆形排水管的过水断面面积A＝3.14*d2/4＝0.071m2，水力半径，R=d/4=0.075 v=n-1R2/3I1/2= 0.01-10.0752/30.021/2=2.515m/s 因此，横向排水管的泄水能力为 Qc＝Av=0.071×2.515=0.179m3/s

纵向集水沟通过横向排水管排出路面汇水，但由于单根横向排水管的泄水能力小于纵向集水沟的泄水能力，因此，需要按单根横向排水管的泄水能力来计算纵向集水沟的最大排水距离。

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量为 Q=16.67ΨqF=16.67×0.95×4.445×18.75×l×10-6m3/s 横向排水管的泄水能力为0.179m3/s

横向排水管的泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q 0.179>16.67×0.95×4.445×18.75×l×10-6

那么，按横向排水管的泄水能力来控制集水沟最长排水距离l（出水口最大间距）为

l＝0.179/（16.67×0.95×4.445×18.75×10-6）＝135m

表17-1按单根横向排水管泄水能力控制纵向集水沟最大排水距离

管底坡度(%) 泄水能力(m3/s) 最大排水距离l(m) 1.0% 0.126 95 2.0% 0.179 135 0.219 166 3.0％ 0.253 191 4.0％

当超高路段位于较长的挖方路段，挖方路段长度（纵向集水沟的排水长度）大于上表的最大排水距离时（即单根横向排水管的泄水能力小于该挖方路段的设计径流量），应在填挖交界位置（较低一侧）加密设置横向排水管。设置间距为13.90m（与急流槽对应），设置数量应根据挖方路段长度（纵向集水沟的排水长度）决定， 计算公式如下：

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L=l*n-13.9*(n-1)

L——挖方路段长度（纵向集水沟的排水长度）

l——按单根横向排水管泄水能力控制的纵向集水沟最大排水距离 n——横向排水管设置数量

计算结果如下表所示。

表17-2 填挖交界位置（较低一侧）横向排水管设置数量 横向排水管 管底坡度(%) 1.0％ 横向排水管 泄水能力 满足纵向集水沟的 (m3/s) 设置数量n 最大排水长度L(m) 1 0.126 95 2 0.252 176 3 0.378 257 4 0.504 338 1 0.179 135 2 0.358 256 3 0.537 377 4 0.716 498 1 0.219 166 2 0.438 318 3 0.657 470 4 0.876 622 1 0.253 191 2 0.506 368 3 0.759 545 4 1.012 722 2.0% 3.0％ 4.0％

7．边沟型式的选择

1）对于路堑边沟排水长度L≤250m的路段，采用浅碟式边沟或暗埋式边沟，具体型式选择如下：

① 对于路堑边沟排水长度L≤50m的路段，采用边沟(一)；

② 对于路堑边沟排水长度50m＜L≤150m的路段，前50m路段采用边沟(一)，剩余路段采用边沟(二)；

③ 对于路堑边沟排水长度150m＜L≤250m的路段，前50m路段采用边沟(一)，后100m路段采用边沟(二)，剩余路段采用边沟(三)；

表18拟采用BG最大排水距离 沟底纵坡(%) BG-1浅碟式 BG-2暗埋式50 BG-3暗埋式60 55 162 240 0.3%～0.5% 70 209 310 0.5%～0.7%

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表19 BG型式选择一览表 边沟形式 排水距离 50m 100m 100m L≤50m BG-1

50＜L≤150m BG-1 BG-2 150＜L≤250m BG-1 BG-2 BG-3 备注：1、各类边沟的排水长度应为其最大排水距离减去前面边沟的排水长度。例如，对于长度为150m的路堑路段，前面50m采用BG-1，后面100m采用BG-2（BG-2的排水距离（100m）＝其最大排水距离（约为150m）－前面BG-1的排水长度（50m））。2、各类边沟之间通过沉砂井进行衔接。

2）对于路堑边沟排水长度L＞250m的路段，均采用矩形边沟，具体型式选择应根据排水长度和沟底纵坡进行双控选择。

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二、双向六车道

大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段，选用沥青砼路面，路面和路肩（半幅）横向排水的宽度为16.0m（双向六车道），路面和硬路肩横坡为2%，土路肩为4%，路线最小纵坡为5‰。本项目拟设置排水沟、急流槽、边沟、平台截水沟和截水沟等排水设施来排除和拦截路界范围内外的雨水。现按照《公路排水设计规范》JTJ 018-97的规定，通过计算设计径流量反算各种排水设施各型号的最大排水距离(即出水口距离)和面积，为确定各路段各种排水设施型号的选取提供参考。

1．拦水路缘石最大排水距离的计算 1）降雨历时

降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和。设降雨历时为3min。

拦水路缘石与路肩铺面构成的浅三角型过水断面的泄水能力为： Qc＝0.377×h8/3×I1/2/（ih×n）＝0.377×0.058/3×I0.5/（0.02×0.013） 注：水力坡度I取路线纵坡；水深h＝250×0.02＝5cm（即水深小于5cm时，浅三角型过水断面的水面入侵硬路肩小于2.5m，保证行车安全。）

2) 汇水面积和径流系数

当出水口间距为l时，两个出水口之间的汇水面积为 F=l×16.0×10-6km2

取径流系数Ψ=0.95。

3) 设计重现期

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97的规定，高速公路路面和路肩表面排水设计重现期为5年。

4）降雨强度

按公路所在地区，查《公路排水设计规范》JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,10＝2.8mm/min，5年设计重现期时的重现期转换系数为cp=1.0,60min降雨强度转换系数为c60=0.5，3min降雨历时转换系数为c5=1.40。于是，暴雨强度为

q=1.0×1.40×2.8=3.92mm/min

5）设计径流量

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量为 Q=16.67ΨqF=16.67×0.95×3.92×l×16.0×10-6m3/s

6）拦水缘石最大排水距离的计算

当路线纵坡为5‰时，浅三角型过水断面的泄水能力为 Qc＝0.377×h8/3×I1/2（/ih×n）＝0.377×0.058/3×0.0050.5（/0.02×0.013）=0.035 m3/s 浅三角型过水断面的泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q

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0.035>16.67×0.95×3.92×l×16.0×10-6

那么，当路线纵坡为5‰时，拦水路缘石最长排水距离l（出水口最大间距）为

l＝0.035/（16.67×0.95×3.92×16.0×10-6）＝35m

7）检验汇流历时假设

由表查得地表粗度系数为m1=0.013,路面横坡为is=0.02,坡面流长度为Ls=16.0m，可计算得到坡面汇流历时

t1按式v=20ig0.6得v＝20×0.0050.6=0.83m/s， 再按式t2= li /(60×v)=35/(60×0.83)=0.70min 由此，可得到汇流历时为

t= t1+ t2=1.73+0.70=2.43min<3min

当路线纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对拦水路缘石最大排水距离进行计算，并对汇流历时进行检验，结果列于表1。

表1不同路线纵坡拦水路缘石最大排水距离 路线纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.5% 0.035 35 2.43 0.7% 0.041 41 2.41 1.0% 0.049 50 2.38 1.5% 0.060 61 2.36 2.0% 0.070 70 2.34 2.5% 0.078 78 2.33 3.0% 0.085 86 2.32 3.5% 0.092 93 2.31 4.0% 0.098 99 2.30 由表1可知，拦水路缘石的最大排水距离随着路线纵坡的加大而增大，汇流历时均小于3min。因此，现拟定:

当路线纵坡为0.5%~0.7%时，出水口间距设为35m； 当路线纵坡为0.7%~1.0%时，出水口间距设为40m； 当路线纵坡为1.0%~1.5%时，出水口间距设为50m； 当路线纵坡为1.5%~2.0%时，出水口间距设为60m； 当路线纵坡为大于2.0%时，出水口间距设为70m。

2．急流槽水力计算

拦水缘石汇集路面水后，通过设置一定间隔的急流槽将水排到路堤边坡底部的排水沟。由急流槽槽底纵坡（即路堤边坡坡度ig =1:1.5）ig=66.7％，可计算得到矩形(b=0.4，h=0.2)沟平均流速

现拟采用的矩形急流槽宽0.40m，高0.2m。若矩形急流槽的过水能力按水深

20

?m1?Ls???1.445???i?s??0.467=1.445???0.013?16.0??0.02??0.467=1.73min

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达到16cm计算（留20％安全高度），则过水断面面积A为0.064m2，过水断面湿周ρ为0.72m，水力半径，

R=bh/(b+2h)=0.089

v=n-1R2/3I1/2= 0.015-10.0892/30.6671/2=10.85m/s

设路基填土为7米高，则急流槽长度l为10.5m，可得到急流槽的沟管汇流历时

t3=l/(60×v)=10.5/(60×10.85)=0.016min

由于急流槽内平均流速较快，所以急流槽内的沟管汇流历时较小，对暴雨强度的影响可忽略不计。因此，降雨历时仍为3min时，暴雨强度为3.92mm/min。

因此，根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量仍为 Q=16.67ΨqF=16.67×0.85×3.92×l×16.0×10-6m3/s

当急流槽沟底纵坡为66.7％时，矩形急流槽的泄水能力为 Qc＝Av=0.064×10.85=0.694m3/s

根据拦水缘石的水力计算得出，不同出水口间距的设计径流量，结果列于表2。

表2不同出水口间距的设计径流量 出水口间距(m) 设计径流量(m3/s) 30 0.031 35 0.036 40 0.044 50 0.053 60 0.062

由表2可知，急流槽泄水能力远大于按各种间距设置出水口时的设计径流量，即Qc>Q。因此，按拦水缘石出水口间距来设置急流槽是满足要求的。

3．排水沟最大排水距离的计算 1）降雨历时

降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和。设降雨历时为10min。

PSG－1型的过水能力按水深达到48cm计算（留20％安全高度），过水断面

2

面积A为0.288m，过水断面湿周ρ为1.56m，水力半径R＝A/ρ=0.185m，当排水沟纵坡为0.3%时，那么

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v=n-1R2/3I1/2= 0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s

2) 汇水面积和径流系数

设出水口间距为l，两个出水口之间的汇水面积(设路基填土高度为7m)由两部分组成：一部分为路面范围的汇水面积F1＝16.0×l，径流系数取Ψ1＝0.95；另外一部分为路堤坡面的汇水面积F2＝(7×1.5+1)×l =11.5×l(7为边坡高度，1.5为边坡坡率，1为护坡道宽度，)，径流系数取Ψ2＝0.65；那么，总的汇水面积

F=27.5×l×10-6km2

取径流系数Ψ=(0.95×F1+0.65×F2)/(27.5×l)=0.825

3) 设计重现期

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97的规定，高速公路路界内坡面排水设计重现期为15年。 4）降雨强度

按公路所在地区，查《公路排水设计规范》JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,10＝2.8mm/min，15年设计重现期时的重现期转换系数为cp=1.27,60min降雨强度转换系数为c60=0.5，10min降雨历时转换系数为c5=1.0。于是，暴雨强度为

q=1.27×1.0×2.8=3.556mm/min

5）PSG－1型排水沟最大排水距离计算

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量为 Q=16.67ΨqF=16.67×0.825×3.556×27.5×l×10-6m3/s 当路线纵坡为3‰时，排水沟的泄水能力为 Qc＝Av=0.288×1.18=0.341m3/s

排水沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q 0.341>16.67×0.825×3.556×l×27.5×10-6

那么，当沟底纵坡为3‰时，矩形排水沟最长排水距离l（出水口最大间距）为

l＝0.341/（16.67×0.825×3.556×27.5×10-6）＝254m

7）检验汇流历时假设

由于路面水是通过拦水缘石汇集，经过急流槽而排入排水沟，而路堤坡面水则直接通过坡面径流汇入排水沟，因此，坡面汇流历时应取二者的大者。由前面拦水缘石的计算可得，路面汇流历时为2.43min；路堤边坡的地表粗度系数为m1=0.4，坡面横坡为is=0.667，坡面流长度为Ls=13.62m（填土高度7m，护坡道1m），可计算得到路堤边坡坡面汇流历时

tp?m1?Ls???1.445???i?s??0.467=1.445???0.40?13.62??0.667??0.467=3.51min>2.43

因此，取t1＝3.51min

按式v=n-1R2/3I1/2= 0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s

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再按式t2= l /(60×v)=254/(60×1.18)=3.57min 由此，可得到汇流历时为

t= t1+ t2=3.51+3.57=7.08min<10min

再假设降雨历时为7min，通过内插得出降雨历时转换系数ct=1.15，暴雨强度为q=1.27×1.15×2.8=4.089mm/min，通过以上过程的计算得到，当沟底纵坡为3‰时，矩形排水沟最长排水距离l（出水口最大间距）为220m，且汇流历时t=6.61min<7min，因此，取降雨历时为7min。

当路线纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对PSG－1型最大排水距离进行计算，并对汇流历时进行检验，结果列于表3。

表3不同沟底纵坡PSG－1最大排水距离(降雨历时为7min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.341 220 6.61 0.5% 0.440 285 6.61 0.7% 0.521 337 6.61 1.0% 0.623 402 6.61 1.5% 0.762 493 6.61 2.0% 0.880 569 6.61 2.5% 0.984 636 6.61 1.078 697 6.61 3.0％ 1.165 753 6.61 3.5％ 1.245 805 6.61 4.0％ 同样，对PSG－2、PSG－3进行计算得出其在不同纵坡下的最大排水距离，结果列于表4、5

表4不同沟底纵坡PSG－2(80X60)最大排水距离(降雨历时为8min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.508 344 7.84 0.5% 0.656 443 7.84 0.7% 0.776 525 7.84 1.0% 0.928 627 7.84 1.5% 1.136 768 7.84 2.0% 1.312 887 7.84 2.5% 1.467 992 7.84 1.607 1086 7.84 3.0％ 1.736 1173 7.84 3.5％ 1.856 1254 7.84 4.0％

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表5不同沟底纵坡PSG－3(80X80)最大排水距离(降雨历时为10min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.734 546 9.86 0.5% 0.948 705 9.86 0.7% 1.122 834 9.86 1.0% 1.341 997 9.86 1.5% 1.642 1221 9.86 2.0% 1.896 1410 9.86 2.5% 2.120 1576 9.86 2.322 1727 9.86 3.0％ 2.508 1865 9.86 3.5％ 2.681 1994 9.86 4.0％ 综上，各型号的排水沟随着沟底纵坡的增大，其最大排水距离也在增大。在设计选型时，应根据沟底纵坡和出水口间的间距来选定，在满足排水的前提下，应优先选用小尺寸的型号，具体详见下表。

表6不同沟底纵坡PSG最大排水距离 PSG-3 PSG-1 PSG-2 沟底纵坡(%) 220 344 546 0.3%～0.5% 285 443 705 0.5%～0.7% 337 525 834 0.7%～1.0% 402 627 997 1.0%～1.5% 493 768 1221 1.5%～2.0% 569 887 1410 2.0%～2.5% 636 992 1576 2.5%～3.0％ 697 1086 1727 3.0％～3.5％ 753 1173 1865 3.5％～4.0％ >4.0% 805 1254 1994

4．边沟最大排水距离的计算

BG－A型

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1)降雨历时

降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和。设降雨历时为5min。

BG－A型边沟的过水能力按浅三角形过水断面计算，面积A＝0.5×0.32×2.08＝0.333m2，水力半径R＝

0.5?2.081?3.5?1?3.522=0.143m，当边沟纵坡为0.3%时，

那么

v=n-1R2/3I1/2= 0.05-10.1432/30.0031/2=0.30m/s

2) 汇水面积和径流系数 设出水口间距为l，两个出水口之间的汇水面积由两部分组成：一部分为路面范围的汇水面积F1＝16.0×l，径流系数取Ψ1＝0.95；另外一部分为路堑坡面的汇水面积F2＝(8×1.0+2.6+1.5)×l =12.1×l(8为第一级边坡高度，1.0为第一级边坡坡率，2.6为碎落台和边沟的宽度，1.5为平台截水沟范围外平台宽度)，径流系数取Ψ2＝0.65；那么，总的汇水面积 F= 28.1×l×10-6km2

拟定坡面为细粒土坡面，取径流系数Ψ=(0.95×F1+0.65×F2)/(28.1×l)=0.821

3) 设计重现期

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97的规定，高速公路路界内坡面排水设计重现期为15年。

4）降雨强度

按公路所在地区，查《公路排水设计规范》JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,10＝2.8mm/min，15年设计重现期时的重现期转换系数为cp=1.27，60min降雨强度转换系数为c60=0.5，5min降雨历时转换系数为c5=1.25。于是，暴雨强度为

q=1.27×1.25×2.8=4.445mm/min

5）BG－A型边沟最大排水距离计算

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量为 Q=16.67ΨqF=16.67×0.821×4.445×28.1×l×10-6m3/s 当路线纵坡为3‰时，边沟的泄水能力为 Qc＝Av=0.333×0.3=0.1m3/s

矩形边沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q 0.1>16.67×0.821×4.445×28.1×l×10-6

那么，当路线纵坡为3‰时，边沟最长排水距离l（出水口最大间距）为 l＝0.1/（16.67×0.821×4.445×28.1×10-6）＝58m

7）检验汇流历时假设

因为坡面汇流有两部分，一部分是路面水汇流，另外一部分是路堑坡面水汇流，两部分各自同时发生，因此，坡面汇流历时应取二者的大者。由前面拦水缘石的计算可得，路面汇流历时为2.43min；路堑边坡的地表粗度系数为m1=0.4,

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坡面横坡为is=1.0，坡高8m，坡面流长度为Ls=(11.3+2.6+1.5)=15.4m(11.3为第一级边坡坡面长度，2.6为碎落台和边沟的宽度，1.5为平台截水沟范围外平台宽度)，可计算得到路堑边坡坡面汇流历时

tp?m1?Ls???1.445???i?s??0.467=1.445???0.40?15.4??1.0??0.467=3.38min>2.43

因此，取t1＝3.38min

按式v=n-1R2/3I1/2，得v＝0.05-10.1432/30.0031/2=0.3m/s 再按式t2= l /(60×v)=58/(60×0.3)=3.22min 由此，可得到汇流历时为

t= t1+ t2=3.38+3.22=6.60min>5min

再假设降雨历时为7min，通过内插得出降雨历时转换系数ct=1.15，通过以上过程的计算得到，当路线纵坡为3‰时，边沟最长排水距离l（出水口最大间距）为63m，且汇流历时t=6.91min<7min,因此，取降雨历时为7min。

当沟底纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对BG－A型最大排水距离进行计算，并对汇流历时进行检验，结果列于表7。

表7不同沟底纵坡BG－A最大排水距离(降雨历时为7min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.100 63 6.91 0.5% 0.129 82 6.91 0.7% 0.152 97 6.91 1.0% 0.182 116 6.91 1.5% 0.223 142 6.91 2.0% 0.258 164 6.91 2.5% 0.288 183 6.91 0.315 201 6.91 3.0％ 0.341 217 6.91 3.5％ 0.364 232 6.91 4.0％

同样，对BG－B1、BG－B2进行计算得出其在不同纵坡下的最大排水距离，结果列于表8、9。

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表8不同沟底纵坡BG－B1（60X80）最大排水距离(降雨历时为8min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.486 323 7.63 0.5% 0.628 417 7.63 0.7% 0.743 494 7.63 1.0% 0.888 590 7.63 1.5% 1.087 723 7.63 2.0% 1.256 835 7.63 2.5% 1.404 933 7.63 1.538 1022 7.63 3.0％ 1.661 1104 7.63 3.5％ 1.776 1180 7.63 4.0％

表9不同沟底纵坡BG－B3(80X80)最大排水距离(降雨历时为10min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.734 537 9.62 0.5% 0.948 693 9.62 0.7% 1.122 820 9.62 1.0% 1.341 980 9.62 1.5% 1.642 1201 9.62 2.0% 1.896 1386 9.62 2.5% 2.120 1550 9.62 2.322 1698 9.62 3.0％ 2.508 1834 9.62 3.5％ 2.681 1961 9.62 4.0％ 综上，各型号的边沟随着路线纵坡的增大，其最大排水距离也在增大。在设计选型时，应根据路线纵坡和出水口间的间距来选定，在满足排水的前提下，应优先选用小尺寸的型号，具体详见下表。

表10不同沟底纵坡BG最大排水距离 BG-A 沟底纵坡(%) BG－B1 BG－B2 60 323 537 0.3%～0.5% 80 417 693 0.5%～0.7% 95 494 820 0.7%～1.0% 115 590 980 1.0%～1.5% 140 723 1201 1.5%～2.0% 165 835 1386 2.0%～2.5% 185 933 1550 2.5%～3.0％ 200 1022 1698 3.0％～3.5％ 215 1104 1834 3.5％～4.0％ >4.0% 230 1180 1961

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5．暗埋式边沟最大排水距离的计算

浅碟型边沟上的路面水通过设置一定间隔的沉砂井流入到底部的排水管。由排水管底纵坡（假设边沟纵坡为0.3%），可计算得到圆管(直径d=0.5)的平均流速。

圆形排水管的过水断面面积A＝3.14*d2/4＝0.196m2，水力半径， R=d/4=0.125

v=n-1R2/3I1/2= 0.013-10.1252/30.0031/2=1.053m/s 泄水能力为Qc＝Av=0.196×1.053=0.206m3/s

5.1沉砂井间距计算

根据浅碟型边沟的水力计算可知，当沟底纵坡为0.3％时，浅碟型边沟的最大排水距离为63m，此时的设计径流量Q=16.67ΨqF=16.67×0.821×4.445×28.1×l×10-6＝0.108m3/s，由此可知，浅碟型边沟下的圆形排水管泄水能力Qc=0.206m3/s大于该设计径流量，即Qc>Q。因此，按浅碟型边沟的出水口间距来设置沉砂井是满足要求的。

当沟底纵坡为其它数值时，按照上述计算过程进行计算，验证按浅碟型边沟的最大排水距离来设置沉砂井是否满足要求。结果列于下表。

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表11圆形排水管（d＝50cm）泄水能力 圆形排水管 圆形排水管 沟底纵坡 浅碟型边沟的 设计径流量 平均流速 泄水能力 (%) (m3/s) 最大排水距离(m) Qc (m3/s) （m3/s） 0.3% 63 0.108 1.05 0.207 0.5% 82 0.140 1.36 0.267 0.7% 97 0.166 1.61 0.316 1.0% 116 0.198 1.92 0.378 1.5% 142 0.243 2.36 0.462 2.0% 164 0.280 2.72 0.534 2.5% 183 0.313 3.04 0.597 201 0.344 3.33 0.654 3.0％ 217 0.371 3.60 0.706 3.5％ 232 0.397 3.85 0.755 4.0％ 由上表可知，浅碟型边沟下圆形排水管的泄水能力均大于按各种浅碟型边沟的最大排水距离来设置沉砂井时的设计径流量，即Qc>Q。因此，按浅碟型边沟的最大排水距离来设置沉砂井是满足要求的。

5.2暗埋式边沟最大排水距离的计算 1)降雨历时

降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和。设降雨历时为5min。

暗埋式边沟下圆形排水管的过水断面面积A＝3.14*d2/4＝0.196m2，水力半径，R=d/4=0.125

v=n-1R2/3I1/2= 0.013-10.1252/30.0031/2=1.053m/s 2) 汇水面积和径流系数 设出水口间距为l，两个出水口之间的汇水面积由两部分组成：一部分为路面范围的汇水面积F1＝16.0×l，径流系数取Ψ1＝0.95；另外一部分为路堑坡面的汇水面积F2＝(8×1.0+2.6+1.5)×l =12.1×l(8为第一级边坡高度，1.0为第一级边坡坡率，2.6为碎落台和边沟的宽度，1.5为平台截水沟范围外平台宽度)，径流系数取Ψ2＝0.65；那么，总的汇水面积 F= 28.1×l×10-6km2

拟定坡面为细粒土坡面，取径流系数Ψ=(0.95×F1+0.65×F2)/(28.1×l)=0.821

3) 设计重现期

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97的规定，高速公路路界内坡面排水设计重现期为15年。

4）降雨强度

按公路所在地区，查《公路排水设计规范》JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,10＝2.8mm/min，15年设计重现期时的重现期转换系数为cp=1.27，60min降雨强度转换系数为c60=0.5，5min降雨历时转换系数为c5=1.25。于是，暴雨强度为

q=1.27×1.25×2.8=4.445mm/min

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5）暗埋式边沟最大排水距离计算

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量为 Q=16.67ΨqF=16.67×0.821×4.445×28.1×l×10-6m3/s 当路线纵坡为3‰时，边沟的泄水能力为 Qc＝Av=0.196×1.053+0.333×0.3=0.306m3/s

暗埋式边沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q 0.306>16.67×0.821×4.445×28.1×l×10-6

那么，当路线纵坡为3‰时，暗埋式边沟最长排水距离l（出水口最大间距）为l＝0.306/（16.67×0.821×4.445×28.1×l×10-6）＝179m

7）检验汇流历时假设

因为坡面汇流有两部分，一部分是路面水汇流，另外一部分是路堑坡面水汇流，两部分各自同时发生，因此，坡面汇流历时应取二者的大者。由前面拦水缘石的计算可得，路面汇流历时为2.48min；路堑边坡的地表粗度系数为m1=0.4,坡面横坡为is=1.0，坡高8m，坡面流长度为Ls=(11.3+2.6+1.5)=15.4m(11.3为第一级边坡坡面长度，2.6为碎落台和边沟的宽度，1.5为平台截水沟范围外平台宽度)，可计算得到路堑边坡坡面汇流历时

tp?m1?Ls???1.445???i?s??0.467=1.445???0.40?15.4??1.0??0.467=3.38min>2.48

因此，取t1＝3.38min

按式v=n-1R2/3I1/2，得v=n-1R2/3I1/2= 0.013-10.1252/30.0031/2=1.053m/s 再按式t2= l /(60×v)=179/(60×1.053)=2.83min 由此，可得到汇流历时为

t= t1+ t2=3.38+1.915=6.21min>5min

再假设降雨历时为7min，通过内插得出降雨历时转换系数ct=1.15，通过以上过程的计算得到，当路线纵坡为3‰时，暗埋式边沟最长排水距离l（出水口最大间距）为195m，且汇流历时t=6.46min<7min,因此，取降雨历时为7min。

当沟底纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对暗埋式边沟最大排水距离进行计算，并对汇流历时进行检验，结果列于表13。

表12不同沟底纵坡暗埋式边沟（d＝50cm）最大排水距离(降雨历时为7min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.307 195 6.46 0.5% 0.396 252 6.46 0.7% 0.468 298 6.46 1.0% 0.560 356 6.46 1.5% 0.686 436 6.46 2.0% 0.792 503 6.46 2.5% 0.885 563 6.46 0.969 616 6.46 3.0％ 1.047 666 6.46 3.5％ 1.119 712 6.46 4.0％

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同样，对暗埋式边沟（d＝60cm、d＝70cm）进行计算得出其在不同纵坡下的最大排水距离，结果列于表13、14。

表13不同沟底纵坡暗埋式边沟（d＝60cm）最大排水距离(降雨历时为8min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.436 290 7.44 0.5% 0.563 374 7.44 0.7% 0.666 443 7.44 1.0% 0.796 529 7.44 1.5% 0.975 648 7.44 2.0% 1.126 748 7.44 2.5% 1.259 837 7.44 1.379 917 7.44 3.0％ 1.489 990 7.44 3.5％ 1.592 1058 7.44 4.0％ 表14不同沟底纵坡暗埋式边沟（d＝70cm）最大排水距离(降雨历时为9min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.607 423 8.73 0.5% 0.784 546 8.73 0.7% 0.927 646 8.73 1.0% 1.108 772 8.73 1.5% 1.357 945 8.73 2.0% 1.567 1092 8.73 2.5% 1.752 1220 8.73 1.920 1337 8.73 3.0％ 2.073 1444 8.73 3.5％ 2.217 1544 8.73 4.0％ 综上，各型号的暗埋式边沟随着路线纵坡的增大，其最大排水距离也在增大。在设计选型时，应根据路线纵坡和出水口间的间距来选定，在满足排水的前提下，应优先选用小尺寸的型号，具体详见下表。

表15 不同沟底纵坡暗埋式边沟最大排水距离 d=70 沟底纵坡(%) d＝50 d＝60 195 290 423 0.3%～0.5% 252 374 546 0.5%～0.7% 298 443 646 0.7%～1.0% 356 529 772 1.0%～1.5% 436 648 945 1.5%～2.0% 503 748 1092 2.0%～2.5% 563 837 1220 2.5%～3.0％ 616 917 1337 3.0％～3.5％ 666 990 1444 3.5％～4.0％ >4.0% 712 1058 1544

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6．超高路段纵向集水沟最大排水距离的计算

1)降雨历时

降雨历时取设计控制点的汇流历时，其值为汇水区最远点到排水设施（出水口）处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和。设降雨历时为5min。

集水沟过水能力按水深达到48cm计算（留10％安全高度），过水断面面积A为0.192m2，过水断面湿周ρ为1.36m，水力半径R＝A/ρ=0.141m，当排水沟纵坡为0.3%时，那么

v=n-1R2/3I1/2= 0.012-10.1412/30.0031/2=1.24m/s

2) 汇水面积和径流系数

设出水口间距为l，两个出水口之间的汇水面积为路面范围的汇水面积F1＝15×l，径流系数取Ψ1＝0.95，汇水面积为 F= 15×l×10-6km2 径流系数Ψ=0.95

3) 设计重现期

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97的规定，高速公路路界内坡面排水设计重现期为15年。 4）降雨强度

按公路所在地区，查《公路排水设计规范》JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,10＝2.8mm/min，15年设计重现期时的重现期转换系数为cp=1.27,60min降雨强度转换系数为c60=0.5，5min降雨历时转换系数为c5=1.25。于是，暴雨强度为

q=1.27×1.25×2.8=4.445mm/min

5）集水沟最大排水距离计算

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量为 Q=16.67ΨqF=16.67×0.95×4.445×15×l×10-6m3/s 当路线纵坡为3‰时，边沟的泄水能力为 Qc＝Av=0.192×1.24=0.238m3/s

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`集水沟泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q 0.238>16.67×0.95×4.445×15×l×10-6

那么，当路线纵坡为3‰时，集水沟最长排水距离l（出水口最大间距）为 l＝0.238/（16.67×0.95×4.445×15×10-6）＝225m

6）检验汇流历时假设

因路面水汇流历时为2.43min，因此，取t1＝2.43min 再按式t2= l /(60×v)=225/(60×1.24)=3.03min 由此，可得到汇流历时为

t= t1+ t2=2.43+3.03=5.46min>5min

再假设降雨历时为6min，通过内插得出降雨历时转换系数ct=1.20，通过以上过程的计算得到，当路线纵坡为3‰时，集水沟最长排水距离l（出水口最大间距）为234m，且汇流历时t=5.59min<6min,因此，取降雨历时为6min。

当路线纵坡为其它数值时，按照上述计算过程对纵向集水沟最大排水距离进行计算，并对汇流历时进行检验，结果列于下表。

表16不同沟底纵坡纵向集水沟（0.4X0.6）最大排水距离(降雨历时为5min) 沟底纵坡(%) 泄水能力(m3/s) 出水口间距(m) 汇流历时(min) 0.3% 0.238 234 5.59 0.5% 0.307 303 5.59 0.7% 0.363 358 5.59 1.0% 0.434 428 5.59 1.5% 0.531 524 5.59 2.0% 0.613 605 5.59 2.5% 0.686 677 5.59 0.751 741 5.59 3.0％ 0.812 801 5.59 3.5％ 0.868 856 5.59 4.0％ 表17不同沟底纵坡纵向集水沟最大排水距离

沟底纵坡(%) 纵向集水沟 234 0.3%～0.5% 303 0.5%～0.7% 358 0.7%～1.0% 428 1.0%～1.5% 524 1.5%～2.0% 605 2.0%～2.5% 677 2.5%～3.0％ 741 3.0％～3.5％ 801 3.5％～4.0％ >4.0% 856

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集水井汇集路面水后，通过横向排水管将水排到路堤边坡的急流槽。由横向排水管管底纵坡ig=2％，可计算得到圆管的(直径＝0.3m)平均流速。

圆形排水管的过水断面面积A＝3.14*d2/4＝0.071m2，水力半径，R=d/4=0.075

-12/31/2-12/31/2

v=nRI= 0.010.0750.02=2.515m/s 因此，横向排水管的泄水能力为 Qc＝Av=0.071×2.515=0.179m3/s

纵向集水沟通过横向排水管排出路面汇水，但由于单根横向排水管的泄水能力小于纵向集水沟的泄水能力，因此，需要按单根横向排水管的泄水能力来计算纵向集水沟的最大排水距离。

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97，设计径流量为 Q=16.67ΨqF=16.67×0.95×4.445×15×l×10-6m3/s 横向排水管的泄水能力为0.179m3/s

横向排水管的泄水能力必须大于其设计径流量，即Qc>Q 0.179>16.67×0.95×4.445×15×l×10-6

那么，按横向排水管的泄水能力来控制集水沟最长排水距离l（出水口最大间距）为

l＝0.179/（16.67×0.95×4.445×15×10-6）＝169m

表17-1按单根横向排水管泄水能力控制纵向集水沟最大排水距离

管底坡度(%) 泄水能力(m3/s) 最大排水距离l(m) 1.0% 0.126 119 2.0% 0.179 169 0.219 207 3.0％ 0.253 239 4.0％

当超高路段位于较长的挖方路段，挖方路段长度（纵向集水沟的排水长度）大于上表的最大排水距离时（即单根横向排水管的泄水能力小于该挖方路段的设计径流量），应在填挖交界位置（较低一侧）加密设置横向排水管。设置间距为13.90m（与急流槽对应），设置数量应根据挖方路段长度（纵向集水沟的排水长度）决定， 计算公式如下：

L=l*n-13.9*(n-1)

L——挖方路段长度（纵向集水沟的排水长度）

l——按单根横向排水管泄水能力控制的纵向集水沟最大排水距离 n——横向排水管设置数量

计算结果如下表所示。

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表17-2 填挖交界位置（较低一侧）横向排水管设置数量 横向排水管 管底坡度(%) 1.0％ 横向排水管 泄水能力 满足纵向集水沟的 (m3/s) 设置数量n 最大排水长度L(m) 1 0.126 119 2 0.252 224 3 0.378 329 4 0.504 434 1 0.179 169 2 0.358 324 3 0.537 479 4 0.716 634 1 0.219 207 2 0.438 400 3 0.657 593 4 0.876 786 1 0.253 239 2 0.506 464 3 0.759 689 4 1.012 914 2.0% 3.0％ 4.0％

7．边沟型式的选择

1）对于路堑边沟排水长度L≤300m的路段，采用浅碟式边沟或暗埋式边沟，具体型式选择如下：

① 对于路堑边沟排水长度L≤60m的路段，采用边沟(一)；

② 对于路堑边沟排水长度60m＜L≤200m的路段，前60m路段采用边沟(一)，剩余路段采用边沟(二)；

③ 对于路堑边沟排水长度200m＜L≤300m的路段，前60m路段采用边沟(一)，后140m路段采用边沟(二)，剩余路段采用边沟(三)；

表18拟采用BG最大排水距离 沟底纵坡(%) BG-1浅碟式 BG-2暗埋式50 BG-3暗埋式60 63 195 290 0.3%～0.5% 82 252 374 0.5%～0.7%

表19 BG型式选择一览表 边沟形式 排水距离 60m 140m 100m L≤60m BG-1

60＜L≤200m BG-1 BG-2 200＜L≤300m BG-1 BG-2 BG-3 备注：1、各类边沟的排水长度应为其最大排水距离减去前面边沟的排水长度。例如，对于长度为200m的路堑路段，前面60m采用BG-1，后面140m采用BG-2（BG-2的排水距离（140m）＝其最大排水距离（约为200m）－前面BG-1的排水长度（60m））。2、各类边沟之间通过沉砂井进行衔接。

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2）对于路堑边沟排水长度L＞300m的路段，均采用矩形边沟，具体型式选择应根据排水长度和沟底纵坡进行双控选择。

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