小橋和涵洞孔徑計(jì)算

1、主要內(nèi)容 1 2 3 4 5 第八章第八章 小橋和涵洞孔徑計(jì)算小橋和涵洞孔徑計(jì)算 v 公路在跨越河溝、溪谷和灌溉渠道時(shí)，需修建各種排水構(gòu)造物，其中以小 橋、涵洞居多。 v 一般在平原區(qū)每公里約13座，山區(qū)約35座。據(jù)已建公路統(tǒng)計(jì)，小橋涵的 工程投資約占公路總投資的15%20%，其投資總額為大、中橋的24倍左 右。 v 小橋涵孔徑大小應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)流量、河床特性及河床進(jìn)出口加固類型所允許 的平均流速等來確定。 v 小橋涵孔徑計(jì)算的目的在于合理確定橋涵孔徑大小、河床加固的類型和尺 寸、壅水高度、橋涵處路基和橋涵頂面的最低高程。 第八章第八章 小橋和涵洞孔徑計(jì)算小橋和涵洞孔徑計(jì)算 小橋和涵洞按跨徑分類表

2、小橋和涵洞按跨徑分類表 多孔跨徑總長多孔跨徑總長L（m）單孔跨徑單孔跨徑L0（m） 小橋小橋8 L 305 L0 20 涵洞涵洞L0 5 第一節(jié)第一節(jié) 小橋和涵洞勘測小橋和涵洞勘測 一、小橋和涵洞勘測的主要任務(wù)一、小橋和涵洞勘測的主要任務(wù) v小橋和涵洞勘測包括外業(yè)勘測和內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)兩部分。 v通過對(duì)公路沿線的地形、地質(zhì)、水文、氣象及農(nóng)田水利設(shè)施等情況進(jìn) 行勘測和調(diào)查，為橋涵設(shè)計(jì)以及水力計(jì)算提供必要的資料和依據(jù)。 二、小橋和涵洞勘測的主要工作內(nèi)容二、小橋和涵洞勘測的主要工作內(nèi)容 v1、勘測前的準(zhǔn)備工作 v2、小橋和涵洞位置的選擇 v3、小橋和涵洞測量 v4、小橋和涵洞類型選擇 二、小橋和涵洞勘測的主

3、要工作內(nèi)容二、小橋和涵洞勘測的主要工作內(nèi)容 1 1、勘測前的準(zhǔn)備工作、勘測前的準(zhǔn)備工作 v (1)地形資料：搜集公路沿線1:100001:50000的地形圖，要求能獲得 必要的流域面積、主河溝平均縱坡度等資料。 v (2)地質(zhì)資料：搜集區(qū)域地質(zhì)特征資料、地形圖及土質(zhì)類別。 v (3)水文資料：小橋涵所在地附近水文站歷年實(shí)測最大流量及其相應(yīng)的 洪水位或歷史洪水位痕跡、沿河溝上下游河床變遷情況、水工構(gòu)造物等 資料。 v (4)氣象資料：當(dāng)?shù)貧庀笳灸?、月平均降雨量，暴雨?qiáng)度和所持續(xù)時(shí)間 ，年內(nèi)最高、最低氣溫，主導(dǎo)風(fēng)向和風(fēng)力等。 v (5)其他資料：若為改建或修復(fù)工程，需向原設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)部門搜 集

4、有關(guān)工程的測設(shè)、施工及竣工資料，了解該工程的使用、養(yǎng)護(hù)、水毀 等情況，并征詢小橋涵改建的意見。 v (6)組織與配備完成該工程勘測任務(wù)的人員、儀器和工具等。 第一節(jié)第一節(jié) 小橋和涵洞勘測小橋和涵洞勘測 2 2、小橋和涵洞位置的選擇、小橋和涵洞位置的選擇 小橋和涵洞位置的選擇應(yīng)以服從路線走向，保證排水順暢和路基穩(wěn) 定，降低工程造價(jià)為原則。 v（1 1）山嶺及丘陵區(qū)小橋涵位置的確定）山嶺及丘陵區(qū)小橋涵位置的確定 一般為一溝一涵，間距不宜大于300m。當(dāng)匯水區(qū)很小時(shí)，兩河溝相 距很近，可改溝合并。但要注意開挖排水溝或加深、加寬邊溝；做好舊河 溝的堵塞、截水墻及路基加固工程。 涵位與路基排水系統(tǒng)密切配

5、合，如在截水溝排水出口處設(shè)置涵洞，以 免水流沖刷路面和路基。 路線的轉(zhuǎn)角較大(大于90)，平曲線半徑較小，進(jìn)入彎道前的縱坡大 于4%，在彎道起(終)點(diǎn)附近應(yīng)設(shè)置涵洞。 路線由陡坡段過度到緩坡段，在此200m內(nèi)又無其他涵洞，在變坡點(diǎn) 附近應(yīng)設(shè)置涵洞。 第一節(jié)第一節(jié) 小橋和涵洞勘測小橋和涵洞勘測 v（2 2）平原區(qū)小橋和涵洞位置的確定）平原區(qū)小橋和涵洞位置的確定 根據(jù)天然排洪系統(tǒng)，有利于農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)置小橋和涵洞，并避免橋涵出口 對(duì)耕地造成沖蝕。 路線通過較長的低洼及泥沼地帶時(shí)，在具有天然縱坡地段，可適當(dāng)多設(shè) 置涵洞，以防排水不暢及長期積水。 路線靠近村莊時(shí)，要注意設(shè)置涵洞，以便及時(shí)排除村內(nèi)的地面積水

6、。 小橋和涵洞的位置應(yīng)選擇在河床地質(zhì)良好、地基承載力較大的河段。 3 3、小橋和涵洞測量、小橋和涵洞測量 主要包括河溝橫斷面、河溝縱斷面及河溝比降測量并測繪橋涵址平面圖。 4 4、小橋和涵洞類型選擇、小橋和涵洞類型選擇 主要根據(jù)公路等級(jí)及性質(zhì)，按照安全、適用、經(jīng)濟(jì)、就地取材、便于施工 和養(yǎng)護(hù)等條件確定。 橋涵孔徑是根據(jù)設(shè)計(jì)流量，通過水力計(jì)算，并根據(jù)小橋和涵洞所在河溝的 斷面形態(tài)來確定的。 第一節(jié)第一節(jié) 小橋和涵洞勘測小橋和涵洞勘測 本節(jié)課到此結(jié)束！ 第一節(jié)第一節(jié) 小橋和涵洞勘測小橋和涵洞勘測 第二節(jié)第二節(jié) 小橋孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 一、水流通過小橋的圖式一、水流通過小橋的圖式 v 當(dāng)橋孔壓縮河

7、槽時(shí)，水流受到橋臺(tái)路堤和墩臺(tái)的擠壓，橋前水位抬高 ，產(chǎn)生壅水，橋下水面降低，出現(xiàn)收縮斷面。 v 小橋橋下河槽一般都進(jìn)行鋪砌加固，不會(huì)沖刷。通過小橋橋下的水流 圖式與寬頂堰相似，按下游天然水深的大小可分為自由式出流與淹沒 式出流兩種。 水流圖式水流圖式判別標(biāo)準(zhǔn)判別標(biāo)準(zhǔn) 自由出流自由出流ht1.3hk 淹沒出流淹沒出流ht1.3hk ht 橋下游天然水深； hk 橋下臨界水深。 1、自由式出流 v小橋下游天然水深ht1.3hk時(shí)，橋下水流圖式如下圖。橋下水深為 橋下河槽的臨界水深hk。 2、淹沒式出流 v小橋下游天然水深ht1.3hk時(shí)，橋下的臨界水深被下游天然水深水 面所淹沒，橋下水流圖式如下圖

8、。橋下天然水深為ht。 第二節(jié)第二節(jié) 小橋孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 二、小橋孔徑計(jì)算二、小橋孔徑計(jì)算 v 小橋涵一般不允許河底發(fā)生沖刷，可以根據(jù)河床加固鋪砌的類型，選擇 適當(dāng)?shù)娜菰S流速作為設(shè)計(jì)流速。 v 一般采用試算法確定小橋孔徑。先根據(jù)河床的實(shí)際情況，擬定河床加固 類型，確定橋下河床的容許流速（見課本的表8-2-1）；再根據(jù)容許流速 與設(shè)計(jì)流量，通過計(jì)算確定孔徑大小與壅水高度，并與允許的壅水高度 進(jìn)行比較，從而判斷是否需要調(diào)整孔徑值，直至達(dá)到允許的壅水高度。 v 根據(jù)已知的設(shè)計(jì)流量和擬定的河床容許流速，計(jì)算小橋孔徑與橋前壅水 高度的程序?yàn)椋?第二節(jié)第二節(jié) 小橋孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 判斷判斷 橋下

9、橋下 水力水力 圖式圖式 確定確定 小橋小橋 孔徑孔徑 長度長度 確定確定 橋前橋前 水深水深 確定確定 路基路基 和橋和橋 面最面最 低標(biāo)低標(biāo) 高高 1、判別橋下水流圖式 （1）確定河槽天然水深）確定河槽天然水深ht v河槽天然水深ht ，可根據(jù)已知設(shè)計(jì)流量及河槽特征，用試算法確定。 v假定一個(gè)水深h，慎重選取河道的粗糙系數(shù)，從河槽橫斷面圖上求得過水 面積A和水力半徑R，按公式計(jì)算相應(yīng)流量Q。 v若計(jì)算的Q值與設(shè)計(jì)流量相差一般不超過5%時(shí)，則假定的水深可作為 天然水深。否則，需要重新假定水深進(jìn)行計(jì)算，直至符合要求為止。 2 1 3 2 1 iR n AQ （8-2-1） 第二節(jié)第二節(jié) 小橋孔

10、徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 （2 2）確定橋下臨界水深）確定橋下臨界水深h hk k v 橋下河槽的臨界水深hk，可按臨界水深函數(shù)求得： 式中： Ak橋下河槽臨界水深對(duì)應(yīng)的過水?dāng)嗝婷娣e(m2)； Bk臨界斷面Ak的水面寬度(m)； Qs設(shè)計(jì)流量(m3/s)； g 重力加速度(m/s2)； 流速分布系數(shù)，小橋取=1.0。 g Q B A s k k 23 （8-2-2） 第二節(jié)第二節(jié) 小橋孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 v因此任意形狀斷面的平均臨界水深 為： 式中：vk臨界流速(m/s)，計(jì)算時(shí)可采用河床的容許(不沖刷)流速； 其他符號(hào)意義同前。 v 對(duì)于矩形斷面的橋孔，橋下臨界水深等于平均臨界水深，即hk= ，

11、對(duì) 于寬淺的梯形斷面，也可以取hk ，對(duì)于窄而深的梯形斷面，臨界水深 hk可按過水面積相等的關(guān)系近似求得。 g v gA Q B A h k k s k k k 2 2 2 （8-2-3） k h k h k h k h 第二節(jié)第二節(jié) 小橋孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 k h v 由圖可得： v 則橋下臨界水深為 2 B2 kkkkkk hBmhhmh m hmBBB h kkkk k 2 4 2 （8-2-4） 式中：m梯形斷面邊坡系數(shù)。 32 3 k s s k k v gQ Q gA B（8-2-5） 圖8-2-3 梯形斷面臨界水深的計(jì)算圖式 v 臨界斷面水寬Bk為 第二節(jié)第二節(jié) 小橋孔徑計(jì)算小

12、橋孔徑計(jì)算 v（3 3）水流圖式判別）水流圖式判別 當(dāng)當(dāng)ht1.3hk時(shí)，自由式出流；時(shí)，自由式出流； 當(dāng)當(dāng)ht1.3hk時(shí)，淹沒式出流。時(shí)，淹沒式出流。 2.確定小橋孔徑長度 （1 1）自由式出流）自由式出流 v考慮橋臺(tái)和橋墩側(cè)向擠壓水流對(duì)橋下過水面積減小的影響，則計(jì)算需要 的橋下水面寬度B時(shí)，應(yīng)引入水流擠壓系數(shù)： 式中：B橋下需要水面寬度(m)； 擠壓系數(shù)；見表8-2-2； N橋墩個(gè)數(shù)； d 橋墩寬度(m)； 其他符號(hào)意義同前。 Nd v gQ B k s 3 （8-2-6） 第二節(jié)第二節(jié) 小橋孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 擠壓系數(shù)擠壓系數(shù)與流速系數(shù)值與流速系數(shù)值 表表8-2-2 橋臺(tái)形狀橋臺(tái)形狀

13、 單孔橋錐坡填土單孔橋錐坡填土0.900.90 單孔橋有八字翼墻單孔橋有八字翼墻0.850.90 多孔橋或無錐坡或橋多孔橋或無錐坡或橋 臺(tái)伸出錐坡以外臺(tái)伸出錐坡以外 0.800.85 拱腳淹沒的拱橋拱腳淹沒的拱橋0.750.85 第二節(jié)第二節(jié) 小橋孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 v 若橋孔斷面為矩形，則橋孔長度L=B； v 若橋孔斷面為梯形，則橋孔長度為： hmBL2 （8-2-7） 式中：L小橋的孔徑長度(m)； m橋臺(tái)處錐坡的邊坡系數(shù)； h小橋上部結(jié)構(gòu)底面高出水面的高度(m)； 其他符號(hào)意義同前。 第二節(jié)第二節(jié) 小橋孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 （2 2）淹沒式出流）淹沒式出流 v下游天然水深ht1.3hk

14、時(shí)，橋下河槽被下游水流淹沒，橋下過水?dāng)?面的水深為ht,則橋下過水?dāng)嗝嫫骄鶎挾葹椋?B0橋下過水?dāng)嗝娴钠骄鶎挾?m)； vbc河床的容許(不沖刷)流速(m/s)，可按表8-2-1采用。 Nd vh Q B bct s 0 （8-2-8） 第二節(jié)第二節(jié) 小橋孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 v 若橋孔斷面為矩形，則橋孔長度L=B0； v 若橋孔斷面為梯形，則橋孔長度為： ) 2 1 (2 0 hhmBL t cos L L v 如果橋孔軸線與水流方向斜交，交角為，則斜交橋孔長度L為： （8-2-10） （8-2-9） v根據(jù)計(jì)算得到的橋孔長度L選 用標(biāo)準(zhǔn)跨徑，兩者相差應(yīng)小于或 等于10%，否則，需根據(jù)確定采

15、 用的橋孔長度反求橋下流速和臨 界水深，復(fù)核水流圖式。 第二節(jié)第二節(jié) 小橋孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 3、確定橋前水深、確定橋前水深 （1 1）橋下為自由式出流）橋下為自由式出流 v 橋前水深H計(jì)算公式： 式中： H橋前水深(m)； 流速系數(shù)，見表8-2-2； vH水深為H的橋前斷面的行進(jìn)流速(m/s)；其他符號(hào)意義同前。 g v g v hH Hk k 22 2 2 2 （8-2-11） 第二節(jié)第二節(jié) 小橋孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 （2 2）橋下為淹沒式出流）橋下為淹沒式出流 橋前水深H計(jì)算公式： 式中：v由采用的橋孔長度計(jì)算的橋下流速(m/s)；其他符號(hào)意義同前。 g v g v hH H t 22

16、 2 2 2 （8-2-12） 4 4、確定路基和橋面最低高程、確定路基和橋面最低高程 v 按圖8-2-6可得：橋頭路基最低高程=河床最低點(diǎn)高程+H+ v 按圖8-2-7可得：橋面最低高程=河床最低點(diǎn)高程+H+J+D 式中：H橋前水深(m)； 安全高度(m)； J橋下凈空安全值(m)；與大中橋相同； D橋梁上部結(jié)構(gòu)建筑高度(m)。 （8-2-13） （8-2-14） 第二節(jié)第二節(jié) 小橋孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 8-2-68-2-7 本節(jié)課到此結(jié)束！ 第二節(jié)第二節(jié) 小橋孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 第三節(jié)第三節(jié) 涵洞孔徑計(jì)算涵洞孔徑計(jì)算 涵洞孔徑計(jì)算特點(diǎn)涵洞孔徑計(jì)算特點(diǎn) v 1.洞身斷面的尺寸對(duì)工程數(shù)量影響

17、較大; v 2.涵洞孔徑小、孔道長，水流過涵阻力較大; v 3.通常采取人工加固措施來提高過涵流速; v 4.孔徑計(jì)算需考慮水流充滿洞身的情況。 一、水流通過涵洞的水力圖式一、水流通過涵洞的水力圖式 v 根據(jù)涵洞出水口是否被下游水面淹沒，可分為自由式出流與淹沒式出 流兩類。 v 按涵洞進(jìn)水口建筑形式不同與涵前水頭高低，水流通過涵洞可分為無 壓力式、半壓力式、壓力式三種水力計(jì)算圖式。 1 1、無壓力式、無壓力式 v 當(dāng)涵洞的進(jìn)水口建筑為普通型(端墻式、八字式、平頭式)，而涵前水深 H1.2hT時(shí)，或者進(jìn)水口建筑為流線型(喇叭形、抬高式)，而涵前水深 H1.4hT時(shí)，水流在進(jìn)水口處受到側(cè)向束窄，水

18、面急劇下降，在洞口不遠(yuǎn)處 形成一個(gè)收縮斷面，水流流經(jīng)全涵洞均保持自由水面，稱無壓力式水流狀態(tài) 2、半壓力式、半壓力式 v 當(dāng)涵洞的進(jìn)水口建筑為普通型，且水流充滿進(jìn)口，涵前水深H1.2hT時(shí)， 但收縮斷面以后在整個(gè)涵洞內(nèi)都具有自由水面，稱為半壓力式水流狀態(tài)。 第三節(jié)第三節(jié) 涵洞孔徑計(jì)算涵洞孔徑計(jì)算 H H h0或 hk hc i hT h h0或 hk H h0 hT i h 3. 3. 壓力式壓力式 v當(dāng)涵洞的進(jìn)水口建筑為流線型，而涵前水深H1.4hT，且涵底縱坡iiw， 或下游洞口被掩埋時(shí)，整個(gè)涵洞的斷面都充滿水流，稱壓力式水流狀態(tài)。 v涵洞的摩阻坡度iw為恰好使水流重力克服水流摩阻力所需要

19、的坡度，可按 下式計(jì)算： 式中：iw摩阻坡度； Q過涵流量(m3/s)； A涵身斷面全面積(m2)； C謝才系數(shù)(m1/2/s)； R涵身斷面的水力半徑(m)。 第三節(jié)第三節(jié) 涵洞孔徑計(jì)算涵洞孔徑計(jì)算 2 22 w Q i A C R （8-3-1） i H hT h i H hT h 圖8-3-4 壓力式涵洞自由式出流圖8-3-5 壓力式涵洞淹沒式出流 二、涵洞孔徑計(jì)算二、涵洞孔徑計(jì)算 1 1、無壓力式涵洞、無壓力式涵洞 計(jì)算規(guī)定和假設(shè)： （1）無壓力式涵洞進(jìn)水口處，涵內(nèi)的最高水面與涵洞頂之間要保持一個(gè) 最小凈空高度。 v a）對(duì)于蓋板涵、箱涵： 進(jìn)水口凈高h(yuǎn)2m時(shí)，=0.25m。 第三節(jié)第

20、三節(jié) 涵洞孔徑計(jì)算涵洞孔徑計(jì)算 v 公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG C30-2002), 對(duì)對(duì)值的規(guī)定：值的規(guī)定： 涵洞凈空高度涵洞凈空高度 涵洞進(jìn)口 凈高(或內(nèi)徑)h(m) 圓涵拱涵矩形涵 3 30.750.750.5 1 4 T h 1 4 T h 1 6 T h 第三節(jié)第三節(jié) 涵洞孔徑計(jì)算涵洞孔徑計(jì)算 （2）從涵前水深H到進(jìn)口水深H的降落系數(shù)取0.87，則： （3）收縮斷面的水深hc=0.9hk，涵前的行進(jìn)流速v00，即H0H。 （4）涵洞出口處或收縮斷面處的最大允許流速vmax規(guī)定為： 凈跨L0=0.51.5m的拱涵、蓋板涵， vmax=4.5m/s 凈跨L0

21、=2.04.0m的拱涵、蓋板涵、圓管涵， vmax=6.0m/s 87. 087. 0 T hH H （8-3-2） 第三節(jié)第三節(jié) 涵洞孔徑計(jì)算涵洞孔徑計(jì)算 v 無壓力式涵洞基本公式： )(2 0kk hHgAQ k k A Q v 2 2 0 2g v hH k k g v HH 2 2 0 0 （8-3-3）（8-3-4） （8-3-5）（8-3-6） 第三節(jié)第三節(jié) 涵洞孔徑計(jì)算涵洞孔徑計(jì)算 式中：Q過涵流量(m3/s)； hk、vk、Ak涵洞進(jìn)口附近臨界斷面的水深 (m)、臨界流速(m/s)和過水面積(m2)； H涵前水深(m)； v0涵前行進(jìn)流速(m/s)； H0涵前總水頭(m)； 流

22、速系數(shù)； 壓縮系數(shù)； g重力加速度，9.80m/s2 。 2.半壓力式涵洞 v 半壓力式涵洞的水力計(jì)算，常以涵前斷面和進(jìn)口收縮斷面作為計(jì)算斷 面，根據(jù)能量方程來推算流量和涵前水深。其基本公式為： 式中：vc收縮斷面的流速(m/s)； hT涵洞凈高(m)； A涵洞斷面的全部面積(m2)； 其他符合意義同前。 Tc hHgv2 T hHgAQ2 （8-3-11） （8-3-12） 第三節(jié)第三節(jié) 涵洞孔徑計(jì)算涵洞孔徑計(jì)算 3、壓力式涵洞 v 為充分利用斷面，達(dá)到縮小孔徑的目的，壓力式涵洞一般采用進(jìn)水口升 高式的洞口建筑，使涵頂與水流線形基本一致?；竟綖椋?式中：v涵內(nèi)流速(m/s)； L涵洞的長

23、度(m)； iw涵洞的摩擦坡度； i涵洞的實(shí)際坡度； 其他符號(hào)意義同前。 Tw hiiLHgv2 Tw hiiLHgAQ2 （8-3-13） （8-3-14） 第三節(jié)第三節(jié) 涵洞孔徑計(jì)算涵洞孔徑計(jì)算 涵洞處的路基最低高程應(yīng)高出涵前水深涵洞處的路基最低高程應(yīng)高出涵前水深 以上以上至少至少50cm50cm。 為避免涵洞進(jìn)口路基浸水和進(jìn)出口流速為避免涵洞進(jìn)口路基浸水和進(jìn)出口流速 計(jì)沖刷過大，計(jì)沖刷過大，一般不采用壓力式涵洞一般不采用壓力式涵洞。 本節(jié)課到此結(jié)束！ 第三節(jié)第三節(jié) 涵洞孔徑計(jì)算涵洞孔徑計(jì)算 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 一、小橋和涵洞類型的選擇一、小橋和涵洞

24、類型的選擇 v 公路小橋和涵洞的類型的選擇應(yīng)根據(jù)公路小橋和涵洞的類型的選擇應(yīng)根據(jù)路線等級(jí)路線等級(jí)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐?，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦巍⑺匦?、?文、材料、施工等文、材料、施工等條件，按照安全、適用、經(jīng)濟(jì)、就地取材、便于施工條件，按照安全、適用、經(jīng)濟(jì)、就地取材、便于施工 與養(yǎng)護(hù)的原則來選用。與養(yǎng)護(hù)的原則來選用。 1. 1. 小橋和涵洞的選擇小橋和涵洞的選擇 v小橋和涵洞的選用，主要根據(jù)設(shè)計(jì)流量、路堤高度、河床縱坡以及建小橋和涵洞的選用，主要根據(jù)設(shè)計(jì)流量、路堤高度、河床縱坡以及建 筑材料等確定。當(dāng)跨越常年有水但流量較少，或季節(jié)性水流且漂浮物和筑材料等確定。當(dāng)跨越常年有水但流量較少，或季節(jié)性水流且漂浮物和

25、 上游泥沙運(yùn)動(dòng)較少，路堤高度能夠滿足壅水高度和宣泄設(shè)計(jì)流量的要求上游泥沙運(yùn)動(dòng)較少，路堤高度能夠滿足壅水高度和宣泄設(shè)計(jì)流量的要求 時(shí)，宜采用時(shí)，宜采用涵洞涵洞；當(dāng)設(shè)計(jì)流量大，或河道漂浮物和泥沙運(yùn)動(dòng)較多，或河；當(dāng)設(shè)計(jì)流量大，或河道漂浮物和泥沙運(yùn)動(dòng)較多，或河 溝地處陡峭深谷并填土過高時(shí)，都應(yīng)采用溝地處陡峭深谷并填土過高時(shí)，都應(yīng)采用小橋小橋。 2 2、涵洞類型的選擇、涵洞類型的選擇 涵洞由洞身、洞口、基礎(chǔ)三個(gè)部分組成。 圖圖8-4-1 涵洞結(jié)構(gòu)簡圖涵洞結(jié)構(gòu)簡圖 v 洞身：主要承受涵洞上填土的垂直與側(cè)向的土壓力以及活載壓力。 v 洞口：用以連接洞身與上下游水道，使水流能順暢地通過洞身，并保 證洞口周圍的

26、路基邊坡免遭沖刷。 v 基礎(chǔ)：把涵洞所受的荷載均勻地分布和傳遞到土基上，并使地基免受 水流的直接沖刷。 v 根據(jù)涵洞洞身的構(gòu)造形式不同， 涵洞可分為圓管涵、拱涵、蓋 板涵和箱涵等。 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 v（1 1）圓管涵）圓管涵 圓管涵孔徑一般為0.52.0m，最小填土厚度50cm，受力情況良好，圬工 數(shù)量少，造價(jià)較低。多孔時(shí)不宜超過三孔。 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 v （2 2）蓋板涵）蓋板涵 由于蓋板涵建筑高度較低，適于低路基地段使用，一般用作明涵。在盛產(chǎn)條

27、 石的地方，采用石蓋板涵較經(jīng)濟(jì)，一般只適用于小跨徑的明涵或暗涵。當(dāng)跨 徑要求較大時(shí)，可采用鋼筋混凝土蓋板涵。 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 v （3 3）拱涵）拱涵 一般超載潛力較大，砌筑技術(shù)易掌握，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低，便于就地取材。 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 v （4 4）箱涵）箱涵 適用于軟土地基，但施工困難，造價(jià)較高，一般不常采用。高速公路 的通道多采用箱涵。 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 v （5 5）倒虹吸管）倒虹吸管 在路基填土不高，路線兩側(cè)水深高于路基高度，或在淺路塹處，可采用 倒虹吸管。 第四

28、節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 3 3、涵洞洞口形式的選擇、涵洞洞口形式的選擇 v 涵洞洞口建筑形式必須根據(jù)涵洞類型、河床及洞口附近的地形和地質(zhì) 條件、水流特征等合理選擇。 v常見的建筑形式：八字翼墻式、錐形護(hù)坡式、一字墻護(hù)坡、跌水井式 及流線型洞口等。 圖8-4-2 涵洞洞口形式 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 （1 1）八字翼墻式或錐形護(hù)坡式洞口）八字翼墻式或錐形護(hù)坡式洞口 v適用于平坦順直、河溝較寬、縱斷面高差變化不大的河溝和孔徑有一定 壓縮的情況。具有水力條件較好、工程量小、施工簡單、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)涵 洞高度在5m以下時(shí)，八字翼墻式較

29、錐形護(hù)坡式更為經(jīng)濟(jì)。 （2 2）一字墻護(hù)坡洞口）一字墻護(hù)坡洞口 v構(gòu)造簡單，工程量小。適用于邊坡規(guī)則的人工渠道或在窄而深、河床縱 斷面變化不大的天然河溝上采用。 （3 3）跌水井式洞口）跌水井式洞口 v在排出傍山較長距離內(nèi)的邊溝及截水溝的水時(shí)，由于進(jìn)水口涵底低于邊 溝底，就需設(shè)邊溝跌水井洞口。具有效能和沉淀泥沙的作用。 （4 4）流線型洞口）流線型洞口 v當(dāng)涵洞進(jìn)水口端節(jié)升高，立面上形成流線型。當(dāng)用于壓力式涵洞時(shí)，可 使涵內(nèi)充滿水；當(dāng)用于無壓力式涵洞時(shí)，可有效地提高涵洞的泄水能力。 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 （5 5）斜交涵洞洞口）斜交涵洞洞口 v當(dāng)涵洞與路線

30、斜交時(shí)，洞口布置常見的有兩種方法：斜交正做洞口和斜 交斜做洞口。 圖圖8-4-3 斜交涵洞的洞口布置斜交涵洞的洞口布置 a)斜交正做；斜交正做； b)斜交斜做斜交斜做 1 1）斜交正做洞口）斜交正做洞口 洞口斷面N-N與涵洞中心線 垂直，與路線的中心線斜交。 2 2）斜交斜做洞口）斜交斜做洞口 洞口斷面N-N與路線中心線 平行，與涵洞中心線斜交。 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 二、涵洞進(jìn)出口溝床的處理二、涵洞進(jìn)出口溝床的處理 v涵洞進(jìn)出口溝床的處理與涵洞本身設(shè)置的坡度和涵洞上下游河溝的縱坡 有關(guān)，加固防護(hù)類型應(yīng)根據(jù)土質(zhì)和流速而定。 1、進(jìn)水洞口溝床加固處理 （1）

31、緩坡涵洞進(jìn)水口溝床加固 v在縱坡小于10%的順直河溝 上，涵洞常順河溝縱坡設(shè)置，進(jìn) 水洞口一般在翼墻間采用干砌片 石鋪砌加固（圖a)。對(duì)流速較小 、孔徑較大的多孔涵洞，可采用 U形鋪砌式（圖b)。 圖圖8-4-4 緩坡涵洞進(jìn)水口鋪砌形式緩坡涵洞進(jìn)水口鋪砌形式 a）一般鋪砌形式；）一般鋪砌形式；b）U形鋪砌形式形鋪砌形式 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 v 當(dāng)涵前天然河溝縱坡為10%40%時(shí)，進(jìn)口處開挖溝槽的縱坡可取 1:41:10。除巖石地質(zhì)外，新開挖的溝底、河槽側(cè)向邊坡以及路基邊坡 均需鋪砌加固。由于涵前溝底縱坡較大，水流在進(jìn)口處產(chǎn)生水躍，應(yīng)在 進(jìn)口前設(shè)置一段緩坡

32、，其長度約為12倍的涵洞孔徑。當(dāng)水流攜帶泥沙 較多時(shí)，可在進(jìn)口處設(shè)約0.5m的沉沙池，既能沉淀泥沙，又可以起到消 能的作用。 圖8-4-5 緩坡涵洞進(jìn)水口溝底及溝槽邊坡加固 a)緩坡涵前設(shè)置較陡縱坡； b)緩坡涵前設(shè)沉沙池 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 （2）陡坡涵洞進(jìn)水口溝床加固 當(dāng)涵前河溝縱坡大于50%，且水流流速很大時(shí)，涵洞進(jìn)口處需設(shè)置急流槽 或跌水等消能設(shè)施。上游溝槽為非巖石土基時(shí)，開挖縱坡一般可取1:11:2 ，以確保溝床穩(wěn)定。 v當(dāng)上游溝槽做成梯形斷面時(shí)，應(yīng)對(duì)溝壁進(jìn)行鋪砌加固，如圖a所示。 v當(dāng)上游溝槽做成矩形斷面的急流槽時(shí)，兩側(cè)邊墻厚度一般采用40c

33、m，槽 寬等于涵洞孔徑,如圖b所示。 為保證急流槽的穩(wěn)定，槽底宜每隔150200cm設(shè)置防滑墻一道。 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 當(dāng)涵洞及涵前均應(yīng)位于良好的巖石地基上，并且水流流量不大、涵 前縱坡很陡時(shí)，上游開挖坡度可取1:11:0.2的陡坡，采用水流直接沿陡 坡直瀉入涵的形式。如圖所示。 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 2、溝床加固防護(hù) v涵洞出水口處的流速一般都大于河溝的天然流速，常引起出水洞口產(chǎn)生 水害。因此應(yīng)對(duì)涵洞出水口處的河床進(jìn)行加固防護(hù)。 （1）緩坡涵洞出水口處理 當(dāng)河溝縱坡小于5%，出水口流速不大，出水口可采用延長鋪砌、

34、加 深截水墻的處理方法。 延長鋪砌加深截水強(qiáng)加固形式 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 v一般情況下，鋪砌加固長度l與河床土質(zhì)、洞口建筑端部的單寬流量q及 下游水流狀態(tài)有關(guān)，可參照表8-4-1。 河床土質(zhì)河床土質(zhì) 加固長度加固長度l(m) 自由式出流自由式出流淹沒式出流淹沒式出流 亞粘土和亞砂土亞粘土和亞砂土2.5q0.71.7q0.7 重亞粘土和迷失的亞粘土重亞粘土和迷失的亞粘土2.2q0.71.4q0.7 卵石、礫石卵石、礫石1.7q0.71.1q0.7 大卵石大卵石2.51.1q0.70.7q0.7 涵洞出口溝床的加固長度涵洞出口溝床的加固長度 表表8-4-18

35、-4-1 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 v加固厚度h1可根據(jù)出口流速、鋪砌的類型和材料，按表8-2-1b確定。 v加厚的厚度h2可由以下公式計(jì)算: 式中：h2加厚段的厚度(m)； 水的容重，取9.8kN/m3； s石塊(混凝土)的容重，取26kN/m3； hk涵洞出口處的臨界水深(m)； h加固段上的平均水深(m)。 2 / ks hhh 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 在無壓力式涵洞下游，為了減少水流沖刷和穩(wěn)定河床，實(shí)踐證明， 在 涵洞出口處采用八字翼墻配以挑坎，可有效防止末端的沖刷。挑坎可采 用石塊或混凝土預(yù)制塊砌筑。 三級(jí)挑坎的一

36、般布置形式 第四節(jié)第四節(jié) 小橋和涵洞的進(jìn)出口處理小橋和涵洞的進(jìn)出口處理 （2）陡坡涵洞出水口處理 v當(dāng)天然河溝的縱坡大于5%，涵洞出水洞口一般采用八字翼墻，同時(shí)應(yīng) 視地形、地質(zhì)和水利條件，采用急流槽、跌水、消力池、消力檻或人工 加糙等設(shè)施，達(dá)到消能和降低流速的目的。 設(shè)有跌水和消力池的布置設(shè)有跌水和消力池的布置設(shè)有跌水和急流槽的布置設(shè)有跌水和急流槽的布置設(shè)有急流槽和消力池的布置設(shè)有急流槽和消力池的布置 第五節(jié)第五節(jié) 山區(qū)小橋和涵洞進(jìn)出口的水力計(jì)算山區(qū)小橋和涵洞進(jìn)出口的水力計(jì)算 山區(qū)小橋涵，河流縱坡比較大，水流速度高，為了保證路基和橋涵的穩(wěn)定 ，常采用跌水或急流槽引入橋涵，或?qū)蚝隹诘乃胂?/p>

37、游河道中。 一、跌水的水力計(jì)算一、跌水的水力計(jì)算 當(dāng)山坡較陡時(shí)，可在橋涵的上游或下游設(shè)置具有消能設(shè)施的跌水，使 水流在消能設(shè)施中產(chǎn)生淹沒式水躍，消耗水流的動(dòng)能，并將水流從急流轉(zhuǎn) 變?yōu)榫徚?。這樣就可使水流安全通過橋涵或使水流平穩(wěn)的進(jìn)入下游溝渠。 跌水的構(gòu)造及水流下圖所示。 圖8-5-1 跌水的水流計(jì) a）消力池計(jì)算圖式；b）消力檻計(jì)算圖式 第五節(jié)第五節(jié) 山區(qū)小橋和涵洞進(jìn)出口的水力計(jì)算山區(qū)小橋和涵洞進(jìn)出口的水力計(jì)算 v跌水的計(jì)算一般確定兩個(gè)數(shù)值，即跌水的計(jì)算一般確定兩個(gè)數(shù)值，即消力池的深度d和消力池的長度l。 v接下來以過水?dāng)嗝鏋榫匦蔚牡疄槔?，說明消力池的計(jì)算方法。接下來以過水?dāng)嗝鏋榫匦蔚牡疄?/p>

38、例，說明消力池的計(jì)算方法。 計(jì)算收縮斷面的水深和流速 計(jì)算hc的水躍共軛水深h 驗(yàn)算假定的池深是否合適 計(jì)算水流的射流長度L1 計(jì)算水躍長度L2 計(jì)算消力池池長L 水躍所需的鋪砌長度L0 初估一個(gè)消力池的下挖深度d 計(jì) 算 過 程 ckc hhPdgv5 . 12 c c BV Q h ) 181( 2 3 c kc c h hh h g hPd vL k k 22 1 cc hhL3 2 21 LLL 20 )0 . 35 . 2(LL 第五節(jié)第五節(jié) 山區(qū)小橋和涵洞進(jìn)出口的水力計(jì)算山區(qū)小橋和涵洞進(jìn)出口的水力計(jì)算 二、急流槽的水力計(jì)算二、急流槽的水力計(jì)算 v急流槽的作用是將落差很大的水流從上游

39、引至涵洞或?qū)⒊鏊谒饕?至下游河道。急流槽是由進(jìn)門、急流槽、消能設(shè)施和出口組成，如下圖 所示。 急流槽急流槽 第五節(jié)第五節(jié) 山區(qū)小橋和涵洞進(jìn)出口的水力計(jì)算山區(qū)小橋和涵洞進(jìn)出口的水力計(jì)算 v 急流槽水力計(jì)算的目的是確定急流槽內(nèi)的水深、流速，繪制陡坡段的 水面曲線，確定急流槽末端消力池或消力檻的幾何尺寸。急流槽的寬度 一般與橋涵孔徑大致相仿。 v 急流槽上游渠道的水流進(jìn)入急流槽頂端的水深可近似定為臨界水深hk， 以后水面下降形成b2型降水曲線。若急流槽很長，則末端可能出現(xiàn)均勻流 水深。降水曲線范圍的各斷面水深可按分段求和法計(jì)算，然后按下式計(jì) 算兩斷面之間的長度： v完整的降水曲線長度L為 12s

40、s EE L iJ LL 第五節(jié)第五節(jié) 山區(qū)小橋和涵洞進(jìn)出口的水力計(jì)算山區(qū)小橋和涵洞進(jìn)出口的水力計(jì)算 式中：L每相鄰兩斷面之間的水面曲線長度(m)； Es1前一斷面的斷面比能 Es2后一斷面的斷面比能 A1、A2前后兩斷面過水面積(m2)； 前后兩斷面的平均摩阻坡度； C1、C2、R1、R2、v1、v2前后兩斷面相應(yīng)的謝才系數(shù)、水力半徑 和斷面流速。 急流槽末端設(shè)置消力池或消力檻的尺寸，除L0=0外，其余與跌水完全相 同。 J 計(jì)算實(shí)例計(jì)算實(shí)例 v小橋孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 【例8-6-1】某公路跨越一條小河，設(shè)計(jì)流量Qs=22m3/s， 河床比降 i=0.009，河槽糙率n=0.033，設(shè)計(jì)水

41、位Hs=101.50m，河槽最低點(diǎn)高程 Hd=100.60m，天然最大水深ht=1.5m，河槽過水面積A=7.47m2，河槽寬度 B=7.32m，河槽平均水深h=1.02m，河槽流速v=2.91m/s。 計(jì)算小橋孔徑和相應(yīng)的最小橋面高程。 計(jì)算實(shí)例計(jì)算實(shí)例 解：解：（1）若小橋進(jìn)出口取單孔，帶錐坡，流速系數(shù) 為0.90，收縮系數(shù) =0.90。河床加固選用碎石層上鋪砌厚度20cm的單層片石，由表8-2-1b取 加固允許流速v=3.5m/s，橋下斷面為矩形斷面，橋下臨界水深hk為 橋下水流為自由式出流。 22 3.50 1.25( ) 9.8 k k v hm g 1.31.63( )1.50(

42、) kt hmhm （2）橋孔長度 選用單孔標(biāo)準(zhǔn)跨徑6.0m鋼筋混凝土板橋，建筑高度為0.80m，跨徑5.4m。 （3）橋前水深 （4）橋面最低高程 低于橋位斷面處路基設(shè)計(jì)高程，在允許范圍內(nèi)。 33 9.80 22 5.59( ) 0.90 3.5 s x k gQ LBm v 22 22 3.5 1.252.02( ) 22 9.80 0.9 k k v Hhm g min 100.502.020.800.50103.82 ( ) d HHHJD m 計(jì)算實(shí)例計(jì)算實(shí)例 （5）小橋孔徑 v 路基設(shè)計(jì)高程104.20m，允許的最大橋前水深： v橋下臨界水深hk和臨界流速vk，偏安全地略去橋前行近

43、流速水頭時(shí) v橋孔長度 min 2.40( ) d HHDHm 22 22 22 0.90 2.401.48( ) 1212 0.90 k hHm 9.80 1.483.81(/ ) kk vghm s 33 22 3.90( ) 9.80 1.48 s x k Q Bm gh 計(jì)算實(shí)例計(jì)算實(shí)例 【8-6-2】設(shè)計(jì)流速Q(mào)s=8m3/s，因路基設(shè)計(jì)高程限制，涵前水深H不得超 過2.50m。根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，采用單層西面粗鑿石料，鋪砌在碎石上，碎石 層厚度不小于10cm，進(jìn)行洞底河床加固。試分別選用無壓力式蓋板涵， 無壓力式石拱涵和鋼筋混凝土圓管涵，計(jì)算涵內(nèi)臨界水深hk，涵前水深H 和相應(yīng)的孔徑Bd。

44、 根據(jù)涵底加固類型和涵內(nèi)水深，選定加固允許平均流速為3.5m/s。 計(jì)算實(shí)例計(jì)算實(shí)例 （1）無壓力式蓋板涵或箱涵 涵內(nèi)臨界水深 hk=1.06m 涵洞孔徑 Bd=2.41m 取2.50m標(biāo)準(zhǔn)孔徑 涵前水深 H=1.64m 小于2.50m （2）無壓力式石拱涵 涵內(nèi)臨界水深 hk=1.25m 涵洞孔徑 Bd=1.91m 取2.00m標(biāo)準(zhǔn)孔徑 涵前水深 H=2.11m 小于2.50m （3）無壓力式圓管涵 試取圓管涵直接d=2.00m。 當(dāng)涵內(nèi)臨界水深hk=1.71m，涵內(nèi)過水?dāng)嗝鎴A心角為270，涵內(nèi)臨界流速 vk=2.80m/s，涵前水深H=2.73m，大于允許涵前水深2.50m，故1孔d=2.

45、00m圓管涵 不宜采用。 計(jì)算實(shí)例計(jì)算實(shí)例 主要內(nèi)容 1 2 3 4 5 第八章第八章 小橋和涵洞孔徑計(jì)算小橋和涵洞孔徑計(jì)算 第一節(jié)第一節(jié) 小橋和涵洞勘測小橋和涵洞勘測 一、小橋和涵洞勘測的主要任務(wù)一、小橋和涵洞勘測的主要任務(wù) v小橋和涵洞勘測包括外業(yè)勘測和內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)兩部分。 v通過對(duì)公路沿線的地形、地質(zhì)、水文、氣象及農(nóng)田水利設(shè)施等情況進(jìn) 行勘測和調(diào)查，為橋涵設(shè)計(jì)以及水力計(jì)算提供必要的資料和依據(jù)。 二、小橋和涵洞勘測的主要工作內(nèi)容二、小橋和涵洞勘測的主要工作內(nèi)容 v1、勘測前的準(zhǔn)備工作 v2、小橋和涵洞位置的選擇 v3、小橋和涵洞測量 v4、小橋和涵洞類型選擇 1 1、無壓力式、無壓力式 v 當(dāng)涵洞的進(jìn)水口建筑為普通型(端墻式、八字式、平頭式)，而涵前水深 H1.2hT時(shí)，或者進(jìn)水口建筑為流線型(喇叭形、抬高式)，而涵前水深 H1.4hT時(shí)，水流在進(jìn)水口處受到側(cè)向束窄，水面急劇下降，在洞口不遠(yuǎn)處 形成一個(gè)收縮斷面，水流流經(jīng)全涵洞均保持自由水面，稱無壓