第五章橋涵孔徑設(shè)計(jì)

1、 第第 5 章章 橋涵孔徑設(shè)計(jì)橋涵孔徑設(shè)計(jì) （Bridge Opening Design ） 5.1 橋孔長(zhǎng)度橋孔長(zhǎng)度 （The Length of Bridge Opening） 5.1.1 橋涵分類及橋位選擇橋涵分類及橋位選擇 （ Bridge & Culvert Classification and Bridge Site Selection ）1、橋涵分類橋涵分類 大中橋和小橋涵設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的，橋大中橋和小橋涵設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的，橋孔長(zhǎng)度計(jì)算方法也不一樣。孔長(zhǎng)度計(jì)算方法也不一樣。 橋涵分類橋涵分類 多孔跨徑總長(zhǎng)多孔跨徑總長(zhǎng) L (m) 單孔跨徑單孔跨徑 L0 (m)

2、 特大橋特大橋 L 500 L0 100 大大 橋橋100 L 500 40 L0 100 中中 橋橋 30 L 100 20 L0 40 小小 橋橋 8 L 30 5 L0 20 涵涵 洞洞 L 8 L0 5橋梁涵洞分類橋梁涵洞分類2、橋位選擇（橋位選擇（ Bridge Site Selection ） 橋位橋位（bridge site）也稱為橋址，就是橋梁中線）也稱為橋址，就是橋梁中線（橋軸線）的位置。（橋軸線）的位置。橋位河段橋位河段（bridge location reach ）是指水流受橋梁影響的河段。橋位設(shè)計(jì)（）是指水流受橋梁影響的河段。橋位設(shè)計(jì)（橋橋位選擇位選擇）是將橋位河段上的

3、橋梁、橋頭引道、路堤和）是將橋位河段上的橋梁、橋頭引道、路堤和調(diào)治構(gòu)造物等各項(xiàng)建筑物作為一個(gè)整體進(jìn)行總體布置調(diào)治構(gòu)造物等各項(xiàng)建筑物作為一個(gè)整體進(jìn)行總體布置和設(shè)計(jì)。和設(shè)計(jì)。 橋位設(shè)計(jì)在鐵路工程中又稱為橋位設(shè)計(jì)在鐵路工程中又稱為橋渡設(shè)計(jì)橋渡設(shè)計(jì)（bridge crossing design）。）。橋位設(shè)計(jì)的一般要求：橋位設(shè)計(jì)的一般要求： 應(yīng)從國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防需要出發(fā)，在整體布應(yīng)從國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防需要出發(fā)，在整體布置上應(yīng)與鐵路、水利、航運(yùn)、城市建設(shè)等方面相互配置上應(yīng)與鐵路、水利、航運(yùn)、城市建設(shè)等方面相互配合；注意保護(hù)文物、環(huán)境和軍事設(shè)施；同時(shí)應(yīng)少占農(nóng)合；注意保護(hù)文物、環(huán)境和軍事設(shè)施；同時(shí)應(yīng)少占農(nóng)

4、田，少拆遷有價(jià)值的建筑物。田，少拆遷有價(jià)值的建筑物。 橋位方案應(yīng)從政治、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上進(jìn)行多方面比橋位方案應(yīng)從政治、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上進(jìn)行多方面比較；對(duì)于影響面大的橋位方案，還應(yīng)征求有關(guān)部門(mén)的較；對(duì)于影響面大的橋位方案，還應(yīng)征求有關(guān)部門(mén)的意見(jiàn)，并應(yīng)遵循意見(jiàn)，并應(yīng)遵循水法水法、河流、海洋、環(huán)境法規(guī)的、河流、海洋、環(huán)境法規(guī)的有關(guān)規(guī)定。有關(guān)規(guī)定。具體技術(shù)要求：按具體技術(shù)要求：按公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范JTG C30-2002。補(bǔ)充：補(bǔ)充：P.139-140 5.1.2 橋位河段水流圖式和橋孔布置原則橋位河段水流圖式和橋孔布置原則 大中橋孔徑設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)水大中橋孔徑設(shè)

5、計(jì)的任務(wù)是根據(jù)設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)水位、設(shè)計(jì)流速，推算出橋孔的最小長(zhǎng)度和橋面中心的位、設(shè)計(jì)流速，推算出橋孔的最小長(zhǎng)度和橋面中心的最低高程，作為確定橋孔方案的依據(jù)。最低高程，作為確定橋孔方案的依據(jù)。 建橋以后，河流受到橋頭引道的壓縮和墩臺(tái)阻水建橋以后，河流受到橋頭引道的壓縮和墩臺(tái)阻水的影響，改變了水流和泥沙運(yùn)動(dòng)的天然狀態(tài)，引起河的影響，改變了水流和泥沙運(yùn)動(dòng)的天然狀態(tài)，引起河床的沖淤變形，導(dǎo)致水流對(duì)橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)的沖刷，危床的沖淤變形，導(dǎo)致水流對(duì)橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)的沖刷，危及橋梁的安全。因此，孔徑的計(jì)算和布置，應(yīng)以建橋及橋梁的安全。因此，孔徑的計(jì)算和布置，應(yīng)以建橋前后橋位河段內(nèi)水流和泥沙運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律為依據(jù)。前

6、后橋位河段內(nèi)水流和泥沙運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律為依據(jù)。1 1、橋位河段水流圖式、橋位河段水流圖式 （flow pattern of bridge location reach） 建橋后橋位河段的水流和泥沙運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是橋孔建橋后橋位河段的水流和泥沙運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是橋孔水力計(jì)算的依據(jù)，但橋位河段水流和泥沙運(yùn)動(dòng)十分水力計(jì)算的依據(jù)，但橋位河段水流和泥沙運(yùn)動(dòng)十分復(fù)雜，且建橋時(shí)無(wú)法知道復(fù)雜，且建橋時(shí)無(wú)法知道建橋以后的變化情況建橋以后的變化情況，目，目前只能在某些假定和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)緩流河段前只能在某些假定和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)緩流河段（弗汝德數(shù)（弗汝德數(shù)Fr 1）提出簡(jiǎn)化的水流圖式，該水流圖）提出簡(jiǎn)化的水流圖式，該水流圖式適

7、用于我國(guó)大多數(shù)橋梁孔徑的計(jì)算式適用于我國(guó)大多數(shù)橋梁孔徑的計(jì)算。LB . .h0橋墩橋墩J(rèn) Jkhy 水流圖式反映了建橋以后水流圖式反映了建橋以后橋孔長(zhǎng)度、橋前壅橋孔長(zhǎng)度、橋前壅水和橋下沖刷水和橋下沖刷三者之間的關(guān)系，可以作為橋孔設(shè)三者之間的關(guān)系，可以作為橋孔設(shè)計(jì)的依據(jù)。計(jì)的依據(jù)。2 2、橋孔布置的原則橋孔布置的原則 橋位選定后，橋孔的位置和大小，應(yīng)與天然斷面橋位選定后，橋孔的位置和大小，應(yīng)與天然斷面的流量分配相適應(yīng)，要滿足泄洪排沙的要求。的流量分配相適應(yīng)，要滿足泄洪排沙的要求。各類河段橋孔布設(shè)應(yīng)符合下列要求：各類河段橋孔布設(shè)應(yīng)符合下列要求：（1）山區(qū)河流）山區(qū)河流 峽谷河段一般宜單孔跨越，橋臺(tái)

8、不得深入河槽，峽谷河段一般宜單孔跨越，橋臺(tái)不得深入河槽，墩臺(tái)基礎(chǔ)可置于不同高程的基巖上。開(kāi)闊河段容許橋墩臺(tái)基礎(chǔ)可置于不同高程的基巖上。開(kāi)闊河段容許橋頭路堤壓縮河灘，但不能壓縮河槽。頭路堤壓縮河灘，但不能壓縮河槽。（2）平原河流）平原河流順直微彎和蜿蜒河段上順直微彎和蜿蜒河段上，應(yīng)預(yù)測(cè)河灣的發(fā)展和深泓線，應(yīng)預(yù)測(cè)河灣的發(fā)展和深泓線的擺動(dòng)，在深泓線的擺動(dòng)范圍內(nèi)應(yīng)布設(shè)橋孔；的擺動(dòng)，在深泓線的擺動(dòng)范圍內(nèi)應(yīng)布設(shè)橋孔；分叉河段上分叉河段上，應(yīng)在分叉道上分別架橋，對(duì)灘槽不穩(wěn)定，應(yīng)在分叉道上分別架橋，對(duì)灘槽不穩(wěn)定的分叉河段，各叉橋孔應(yīng)預(yù)估各叉道分流比例的變化，的分叉河段，各叉橋孔應(yīng)預(yù)估各叉道分流比例的變化，各分

9、叉過(guò)流能力之和應(yīng)為上游分叉前的全河總流量的各分叉過(guò)流能力之和應(yīng)為上游分叉前的全河總流量的1.21.8倍，越不穩(wěn)定的分叉河段，取值越大；倍，越不穩(wěn)定的分叉河段，取值越大；游蕩型河段上游蕩型河段上，橋孔不宜過(guò)多壓縮河床，應(yīng)結(jié)合治理，橋孔不宜過(guò)多壓縮河床，應(yīng)結(jié)合治理規(guī)劃，輔以必要的整治工程，在深泓線可能擺動(dòng)的范規(guī)劃，輔以必要的整治工程，在深泓線可能擺動(dòng)的范圍內(nèi)均應(yīng)布設(shè)橋孔。圍內(nèi)均應(yīng)布設(shè)橋孔。（3）山前區(qū)河流）山前區(qū)河流沖積漫流（山前擴(kuò)散）河段上沖積漫流（山前擴(kuò)散）河段上，橋位宜在河流上游狹，橋位宜在河流上游狹窄段或下游收縮處跨越。若橋位河床寬闊，水流具有窄段或下游收縮處跨越。若橋位河床寬闊，水流具有

10、明顯的分支時(shí)，可采用一河多橋的方案，并在各橋間明顯的分支時(shí)，可采用一河多橋的方案，并在各橋間設(shè)置人字形封閉導(dǎo)流堤。橋下凈空應(yīng)考慮河床淤積的設(shè)置人字形封閉導(dǎo)流堤。橋下凈空應(yīng)考慮河床淤積的影響。影響。山前變遷河段上山前變遷河段上，允許壓縮河灘，但需輔以適當(dāng)?shù)恼{(diào)，允許壓縮河灘，但需輔以適當(dāng)?shù)恼{(diào)治建筑物。河灘路堤內(nèi)不宜設(shè)置小橋或涵洞。如采用治建筑物。河灘路堤內(nèi)不宜設(shè)置小橋或涵洞。如采用一河多橋的方案，臨近主河槽的支叉需堵截。一河多橋的方案，臨近主河槽的支叉需堵截。3 3、各類河段上橋孔布置的要求、各類河段上橋孔布置的要求 河流受很多因素的影響，既有共同的性質(zhì)，又有河流受很多因素的影響，既有共同的性質(zhì)，

11、又有不同的特點(diǎn)。一條大河的各個(gè)河段也往往具有不同的不同的特點(diǎn)。一條大河的各個(gè)河段也往往具有不同的特征。橋位選擇、橋孔設(shè)計(jì)、各項(xiàng)水文計(jì)算、墩臺(tái)沖特征。橋位選擇、橋孔設(shè)計(jì)、各項(xiàng)水文計(jì)算、墩臺(tái)沖刷計(jì)算等，都需要了解橋位河段的具體特征，才能提刷計(jì)算等，都需要了解橋位河段的具體特征，才能提出切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案。為了滿足橋涵設(shè)計(jì)的需要，出切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案。為了滿足橋涵設(shè)計(jì)的需要，交通部門(mén)根據(jù)河段的穩(wěn)定情況及河床的變形特征，對(duì)交通部門(mén)根據(jù)河段的穩(wěn)定情況及河床的變形特征，對(duì)我國(guó)的河流進(jìn)行分類。分類情況見(jiàn)表我國(guó)的河流進(jìn)行分類。分類情況見(jiàn)表 2-6。 具體應(yīng)用時(shí)，在橋位上游不小于具體應(yīng)用時(shí)，在橋位上游不小于34

12、倍河寬，下倍河寬，下游不小于游不小于2倍河寬的范圍內(nèi)，進(jìn)行觀察分析（對(duì)于彎倍河寬的范圍內(nèi)，進(jìn)行觀察分析（對(duì)于彎曲河段，在橋位上游至少要包括一個(gè)河灣）。根據(jù)河曲河段，在橋位上游至少要包括一個(gè)河灣）。根據(jù)河段特性，對(duì)照表段特性，對(duì)照表 2-6 確定橋位河段的類型。河段穩(wěn)定確定橋位河段的類型。河段穩(wěn)定性及變形程度，可用性及變形程度，可用50年左右的演變過(guò)程，作為衡量年左右的演變過(guò)程，作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。 不同類型的河段，橋孔布設(shè)的要求是不同的不同類型的河段，橋孔布設(shè)的要求是不同的，在實(shí)，在實(shí)際工作中，可參考設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，結(jié)際工作中，可參考設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，結(jié)合橋位河段的實(shí)際情況布

13、設(shè)橋孔合橋位河段的實(shí)際情況布設(shè)橋孔 。 5.1.35.1.3 橋孔長(zhǎng)度計(jì)算（大中橋）橋孔長(zhǎng)度計(jì)算（大中橋） （ The Length of Bridge Opening ）橋孔長(zhǎng)度（孔徑）橋孔長(zhǎng)度（孔徑）：設(shè)計(jì)水位時(shí)兩橋臺(tái)前緣之間（埋：設(shè)計(jì)水位時(shí)兩橋臺(tái)前緣之間（埋入式橋臺(tái)為兩橋臺(tái)護(hù)坡坡面之間）的水面寬度，以入式橋臺(tái)為兩橋臺(tái)護(hù)坡坡面之間）的水面寬度，以L表示。表示。橋孔凈長(zhǎng)：橋孔凈長(zhǎng)：橋孔長(zhǎng)度扣除全部橋墩寬度（順橋方向）橋孔長(zhǎng)度扣除全部橋墩寬度（順橋方向）后稱為橋孔凈長(zhǎng)，以后稱為橋孔凈長(zhǎng)，以Lj 表示。表示。符號(hào)：符號(hào)：g：沖刷前橋下：沖刷前橋下 毛過(guò)水面積；毛過(guò)水面積；d：沖刷前橋墩所：沖刷前

14、橋墩所 占過(guò)水面積；占過(guò)水面積；k：沖刷前墩臺(tái)側(cè)面渦流（：沖刷前墩臺(tái)側(cè)面渦流（vortex flow）所占過(guò)水面積）所占過(guò)水面積y：沖刷前橋下有效過(guò)水面積，：沖刷前橋下有效過(guò)水面積， y = g - - k dj：沖刷前橋下凈過(guò)水面積，：沖刷前橋下凈過(guò)水面積， j = g d l ：?jiǎn)慰鐝剑ǎ簡(jiǎn)慰鐝剑╞ridge span），），lj：?jiǎn)慰鐑艨鐝剑簡(jiǎn)慰鐑艨鐝?lj=l- -d1 1、沖刷系數(shù)法、沖刷系數(shù)法 橋臺(tái)橋臺(tái)（bridge abutment） 橋臺(tái)橋臺(tái)（bridge abutment）橋墩（橋墩（bridge pier）LZSljldk 假定：假定：設(shè)計(jì)水位和設(shè)計(jì)流量不變?cè)O(shè)計(jì)水位和設(shè)計(jì)流

15、量不變，剛建橋，橋下剛建橋，橋下未發(fā)生沖刷時(shí)，未發(fā)生沖刷時(shí)，按水力學(xué)的連續(xù)方程：按水力學(xué)的連續(xù)方程：PyPVQ 建橋后，橋孔壓縮水流，橋下流速增大，達(dá)到一建橋后，橋孔壓縮水流，橋下流速增大，達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，橋下河槽就要開(kāi)始沖刷（稱為定數(shù)值時(shí)，橋下河槽就要開(kāi)始沖刷（稱為一般沖刷一般沖刷general scour ）。隨著沖刷的發(fā)展，斷面不斷擴(kuò)大，）。隨著沖刷的發(fā)展，斷面不斷擴(kuò)大，水深逐漸加大水深逐漸加大。在水位和流量不變的情況下，斷面。在水位和流量不變的情況下，斷面的擴(kuò)大必然會(huì)導(dǎo)致流速的降低，河槽的沖刷相應(yīng)減的擴(kuò)大必然會(huì)導(dǎo)致流速的降低，河槽的沖刷相應(yīng)減緩，最終趨于停止。緩，最終趨于停止。 每一個(gè)

16、河段都有一個(gè)特定的流速，在一般沖刷的每一個(gè)河段都有一個(gè)特定的流速，在一般沖刷的過(guò)程中，當(dāng)流速降到該流速時(shí)，橋下河槽的沖刷就停過(guò)程中，當(dāng)流速降到該流速時(shí)，橋下河槽的沖刷就停止了。止了。如果能找到這個(gè)流速，以及沖刷停止時(shí)的過(guò)水如果能找到這個(gè)流速，以及沖刷停止時(shí)的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，就可以設(shè)計(jì)橋孔長(zhǎng)度了。斷面面積，就可以設(shè)計(jì)橋孔長(zhǎng)度了。別列柳伯斯基假定：別列柳伯斯基假定：在一般沖刷的過(guò)程中，在一般沖刷的過(guò)程中，橋下過(guò)水橋下過(guò)水面積不斷擴(kuò)大，水流流速逐漸降低，當(dāng)過(guò)水面積不斷擴(kuò)大，水流流速逐漸降低，當(dāng)過(guò)水面積擴(kuò)大面積擴(kuò)大到使橋下流速到使橋下流速降到降到等于天然河槽平均流速時(shí)，橋下沖等于天然河槽平均流速時(shí)，橋下

17、沖刷即停止。他建議采用天然河槽平均流速作為河槽沖刷即停止。他建議采用天然河槽平均流速作為河槽沖刷停止時(shí)的平均流速。刷停止時(shí)的平均流速。 計(jì)算橋孔長(zhǎng)度時(shí)，計(jì)算橋孔長(zhǎng)度時(shí)，取天然河槽平均流速作為設(shè)計(jì)取天然河槽平均流速作為設(shè)計(jì)流速（一般沖刷完成時(shí)的橋下平均流速）。流速（一般沖刷完成時(shí)的橋下平均流速）。過(guò)水面積：過(guò)水面積：引入沖刷系數(shù)引入沖刷系數(shù)P：沖前沖前沖后沖后 PP1，因此有，因此有 沖后沖后 = P沖前沖前，y后后 = Py前前。 河河 流流 類類 型型 沖刷系數(shù)沖刷系數(shù) 備備 注注 山山 區(qū)區(qū) 峽谷段峽谷段 1.01.2無(wú)灘無(wú)灘 開(kāi)闊段開(kāi)闊段 1.11.4有灘有灘 山前區(qū)山前區(qū)半山區(qū)穩(wěn)定段（

18、包半山區(qū)穩(wěn)定段（包括丘陵區(qū)）括丘陵區(qū)）變遷性河段變遷性河段 1.21.4 1.21.8在斷面平均水深在斷面平均水深11m時(shí)，才能使用時(shí)，才能使用接近接近1.8的較大值的較大值 平平 原原 區(qū)區(qū) 1.11.4表表5-2 沖刷系數(shù)沖刷系數(shù)P值表值表建橋后，橋下沖刷結(jié)束，河床穩(wěn)定時(shí)：建橋后，橋下沖刷結(jié)束，河床穩(wěn)定時(shí)：QP =y后后VS = PyVS 引入由于墩臺(tái)側(cè)面渦流阻水，引起橋下過(guò)水面積引入由于墩臺(tái)側(cè)面渦流阻水，引起橋下過(guò)水面積折減的系數(shù)：折減的系數(shù)：側(cè)收縮系數(shù)（壓縮系數(shù)）側(cè)收縮系數(shù)（壓縮系數(shù)）：)35(375. 01 jSjylV 故有：故有：jy 代入代入 QP = PyVS，得：，得：)1

19、5( SPjPVQ 引入由于橋墩阻水引起橋下過(guò)水面積折減的系數(shù)引入由于橋墩阻水引起橋下過(guò)水面積折減的系數(shù)：gd 而而 ，代入（，代入（5-1）式，得：）式，得：gdgj )1( )25()1( SPgPVQ 對(duì)寬淺形斷面：對(duì)寬淺形斷面：ld （5-1）（）（5-2）式為：）式為：為了保證設(shè)計(jì)洪水從橋下安全為了保證設(shè)計(jì)洪水從橋下安全通過(guò)，在設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，理論上橋下必須預(yù)留的最小凈通過(guò)，在設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，理論上橋下必須預(yù)留的最小凈過(guò)水面積或毛過(guò)水面積。過(guò)水面積或毛過(guò)水面積。)15( SPjPVQ )25()1( SPgPVQ 當(dāng)橋位與水流斜交時(shí)，則為：當(dāng)橋位與水流斜交時(shí)，則為：)35(cos)1( SP

20、gPVQ為橋軸線的法線與水流方向的夾角。為橋軸線的法線與水流方向的夾角。 具體應(yīng)用時(shí)，采用在橋位斷面圖上布設(shè)橋孔方案，具體應(yīng)用時(shí)，采用在橋位斷面圖上布設(shè)橋孔方案，量算橋下實(shí)有的毛過(guò)水面積（或凈過(guò)水面積），若等量算橋下實(shí)有的毛過(guò)水面積（或凈過(guò)水面積），若等于或略大于上述公式計(jì)算的面積，則布設(shè)的橋孔方案于或略大于上述公式計(jì)算的面積，則布設(shè)的橋孔方案即為所求。即為所求。具體步驟：具體步驟：1、布置橋孔方案布置橋孔方案Ll包括：橋孔長(zhǎng)度、包括：橋孔長(zhǎng)度、單跨徑、孔數(shù)等單跨徑、孔數(shù)等.確定單跨徑時(shí)，需確定單跨徑時(shí)，需要考慮流木、流冰要考慮流木、流冰和通航時(shí)對(duì)凈跨徑和通航時(shí)對(duì)凈跨徑2、量算橋下實(shí)有過(guò)水面積

21、量算橋下實(shí)有過(guò)水面積gx的要求?？砂幢淼囊蟆？砂幢?-4、表、表5-5確定。確定。主河槽一定主河槽一定要布置橋孔要布置橋孔4、確定橋孔長(zhǎng)度確定橋孔長(zhǎng)度比較比較gx 和和g 的大小：的大小：若若 gx g ，方案可行；，方案可行；若若 gx 1，浪程方向，浪程方向與路堤水邊線夾角與路堤水邊線夾角300，按修正后的波浪爬高：，按修正后的波浪爬高：)185(3sin21 eehh 橫比降橫比降（transverse slope）hw5、河灣超高河灣超高h(yuǎn)w （height difference about transverse slope）通過(guò)河灣的水流受離心通過(guò)河灣的水流受離心力和重力的共同作用

22、，力和重力的共同作用，表面水流從凸岸流向凹表面水流從凸岸流向凹岸，底層水流從凹岸流岸，底層水流從凹岸流向凸岸，形成一個(gè)環(huán)流，向凸岸，形成一個(gè)環(huán)流，稱為稱為螺旋流，螺旋流，水面會(huì)出水面會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)橫比降，橫比降，使凹岸水面使凹岸水面升高。升高。 凹岸沖刷形成深槽，凸岸發(fā)生淤積，形成淺灘，凹岸沖刷形成深槽，凸岸發(fā)生淤積，形成淺灘，凹岸水面高于凸岸，形成橫比降。凹岸水面高于凸岸，形成橫比降。凹岸水位與凸岸水位之差稱為凹岸水位與凸岸水位之差稱為河灣超高河灣超高：)195(2 gRBVhwhwVRB 確定橋面高程時(shí)，確定橋面高程時(shí)， h4=1/2hw。6、河床淤積（河床淤積（deposition）等）等 河

23、床淤積、水拱（河床淤積、水拱（the rising of local water surface in spate）等超高，調(diào)查確定。）等超高，調(diào)查確定?！纠?-15-1】某橋位斷面圖及地質(zhì)資料如圖某橋位斷面圖及地質(zhì)資料如圖5-75-7所示。橋所示。橋位河段屬于平原次穩(wěn)定河段，設(shè)計(jì)流量位河段屬于平原次穩(wěn)定河段，設(shè)計(jì)流量QP=6150m3/s，設(shè)計(jì)水位設(shè)計(jì)水位ZP=107.00m，河槽天然流速，河槽天然流速Vc=2.0m/s，河，河灘天然平均流速灘天然平均流速Vt=0.95m/s。水流與橋位正交，五級(jí)。水流與橋位正交，五級(jí)航道，通航設(shè)計(jì)水位航道，通航設(shè)計(jì)水位105.00m。求求（1）橋孔長(zhǎng)度；

24、（）橋孔長(zhǎng)度；（2）橋面標(biāo)高）橋面標(biāo)高解解（1）基本數(shù)據(jù)計(jì)算）基本數(shù)據(jù)計(jì)算 將橋位斷面劃分為將橋位斷面劃分為7個(gè)單元，個(gè)單元， 單元為河槽，單元為河槽， 為河灘。為河灘。河床標(biāo)高（ m）距離（m）灘槽位置10710610510410310210110099981071041011001031041051074024034040050010001400主河槽主河槽河灘河灘設(shè)計(jì)水位107.00m主槽水位104.00m底水位103.00m103.00m98.00m粘土中砂礫石夾粗砂mmd50. 0 mmd20 河槽過(guò)水面積：河槽過(guò)水面積： c=2290m2 河灘過(guò)水面積：河灘過(guò)水面積： t=1650

25、m2 天然狀態(tài)下河槽設(shè)計(jì)流量：天然狀態(tài)下河槽設(shè)計(jì)流量：天然狀態(tài)下河灘設(shè)計(jì)流量：天然狀態(tài)下河灘設(shè)計(jì)流量：全斷面平均流速：全斷面平均流速：smVQccc/458000. 222903 smVQttt/157095. 016503 smQVtcP/56. 11650229061500 水面寬度：水面寬度： B=1400m河槽寬度：河槽寬度： Bc=500m斷面平均水深：斷面平均水深：mBhtc81. 2140039400 （2）橋孔長(zhǎng)度計(jì)算）橋孔長(zhǎng)度計(jì)算1）經(jīng)驗(yàn)公式）經(jīng)驗(yàn)公式 次穩(wěn)定河段，用（次穩(wěn)定河段，用（5-5）（）（5-6）式計(jì)算：）式計(jì)算：河槽平均單寬流量：河槽平均單寬流量：)/(16. 9

26、50045803msmBQqccc 河槽平均水深：河槽平均水深：mBhccc58. 45002290 為水流壓縮系數(shù)：為水流壓縮系數(shù)： 22. 1)58. 4500(92. 0)(92. 006. 006. 0 cchB 32. 1)15704580(19. 1)(19. 110. 010. 0 tcQQ 或：或：橋孔凈長(zhǎng)橋孔凈長(zhǎng)（5-5）：）：mqQLcPj55016. 922. 16150 或：或：mqQLcPj50916. 932. 16150 2）沖刷系數(shù)法）沖刷系數(shù)法方案擬定：上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁，方案擬定：上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁，橋位河段為五級(jí)航道，橋下凈

27、跨（橋位河段為五級(jí)航道，橋下凈跨（net bridge span）不小于不小于38m，選用標(biāo)準(zhǔn)跨徑，選用標(biāo)準(zhǔn)跨徑l=40m，墩寬，墩寬d=1m，沖刷，沖刷系數(shù)系數(shù)P=1.25。98. 014000. 2375. 01375. 01375. 01 dlVlVcjS 025. 0401 ld 225750022510250198061501m.).(.PV)(QSPg 河槽寬度河槽寬度500m，橋下毛過(guò)水面積，橋下毛過(guò)水面積2290m2，另需，另需河灘過(guò)水面積至少河灘過(guò)水面積至少285m2。根據(jù)橋位斷面圖，一岸。根據(jù)橋位斷面圖，一岸橋臺(tái)前緣置于橋臺(tái)前緣置于0號(hào)樁處，另一橋臺(tái)在河灘號(hào)樁處，另一橋臺(tái)在

28、河灘599號(hào)樁處，號(hào)樁處，橋孔長(zhǎng)度橋孔長(zhǎng)度599m，共，共15孔，橋孔凈長(zhǎng)孔，橋孔凈長(zhǎng)599 - -141=585m，橋下過(guò)水面積大于，橋下過(guò)水面積大于2575m2。由（由（5-2）式：）式：（3）橋面標(biāo)高）橋面標(biāo)高1）壅水高度）壅水高度 河灘路堤阻斷過(guò)水面積和阻斷流量：河灘路堤阻斷過(guò)水面積和阻斷流量：213652851650285mtZd smVQtZdZd/129795. 013653 %2161501297 PZdQQ查表查表5-6，得：，得：=0.07。 河床表層泥沙為中沙和粘土，按表河床表層泥沙為中沙和粘土，按表5-7，取，取Vm=VS=2.0m/s，所以：，所以：mVVhqmy11

29、. 0)56. 10 . 2(07. 0)(2222 橋下壅水高度：橋下壅水高度：mhhy06. 0211 2）波浪高度）波浪高度 浪程浪程D=1000m，風(fēng)速，風(fēng)速Vw=17m/s，沿浪程方向的平，沿浪程方向的平均水深均水深6m，算得，算得hL=0.58m，h2= = 2/3hL=0.39m. 本河段其它水面升高因素忽略不計(jì)。本河段其它水面升高因素忽略不計(jì)。3）橋面標(biāo)高）橋面標(biāo)高 不通航時(shí)不通航時(shí) 橋下凈空橋下凈空高度高度（headroom under the bridge superstructure）查表查表5-3。hj=0.5m。 橋梁上部結(jié)構(gòu)高度橋梁上部結(jié)構(gòu)高度hD=1.8m。m.)

30、.(.hhhZZDjSmin75109815039006000107 通航時(shí)通航時(shí) 橋下凈空高度查表橋下凈空高度查表5-5。 hm=8m。 橋梁上部結(jié)構(gòu)高度橋梁上部結(jié)構(gòu)高度hD=1.8m。m.hhZZDmmmin8011481800105 取高者：取高者：mZ80.114min 確定橋面標(biāo)高時(shí)，橋下各確定橋面標(biāo)高時(shí)，橋下各種壅水高度如何確定？種壅水高度如何確定？作業(yè)：作業(yè)：P.171 習(xí)題：習(xí)題：5.3沿浪程方向平均水深沿浪程方向平均水深mh5 .11 5.35.3 小橋涵孔徑計(jì)算小橋涵孔徑計(jì)算 Small bridge and culvert opening calculation 5.3.

31、1 小橋孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 小橋和大中橋設(shè)計(jì)略有不同，小橋一般不設(shè)引橋，小橋和大中橋設(shè)計(jì)略有不同，小橋一般不設(shè)引橋，橋面高程服從線路，即橋面標(biāo)高和路面相同。橋面高程服從線路，即橋面標(biāo)高和路面相同。大中橋大中橋：假定設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)水位不變，設(shè)計(jì)流速等：假定設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)水位不變，設(shè)計(jì)流速等 于天然河槽平均流速，推求橋孔長(zhǎng)度，確定于天然河槽平均流速，推求橋孔長(zhǎng)度，確定 橋面標(biāo)高，允許橋下發(fā)生沖刷。橋面標(biāo)高，允許橋下發(fā)生沖刷。 如果設(shè)計(jì)流速小于天然狀態(tài)的河底容許如果設(shè)計(jì)流速小于天然狀態(tài)的河底容許不不沖刷沖刷流速，則流速，則河床可以不加固，河床可以不加固，橋孔長(zhǎng)度可取通過(guò)設(shè)計(jì)橋孔長(zhǎng)度可取通過(guò)設(shè)計(jì)流量

32、時(shí)的水面寬，無(wú)需計(jì)算孔徑，只需根據(jù)設(shè)計(jì)流流量時(shí)的水面寬，無(wú)需計(jì)算孔徑，只需根據(jù)設(shè)計(jì)流量推算橋前水深，確定出橋面標(biāo)高即可。量推算橋前水深，確定出橋面標(biāo)高即可。小橋涵小橋涵：設(shè)計(jì)流量不變，：設(shè)計(jì)流量不變，通過(guò)人工加固河床，提高通過(guò)人工加固河床，提高河河 底底容許不沖刷流速容許不沖刷流速（the permit velocity for no scour） ，推求橋孔長(zhǎng)度、橋前水深（設(shè)，推求橋孔長(zhǎng)度、橋前水深（設(shè) 計(jì)水位），不允許橋下發(fā)生沖刷。計(jì)水位），不允許橋下發(fā)生沖刷。1、小橋水流圖式（、小橋水流圖式（the flow pattern of small bridge） 當(dāng)橋孔壓縮河槽時(shí)，水流受到橋

33、頭路堤和墩臺(tái)的當(dāng)橋孔壓縮河槽時(shí)，水流受到橋頭路堤和墩臺(tái)的擠束，橋前水位抬升，產(chǎn)生壅水，橋下水面降低，出擠束，橋前水位抬升，產(chǎn)生壅水，橋下水面降低，出現(xiàn)收縮斷面，這些特性與寬頂堰類似。因此，現(xiàn)收縮斷面，這些特性與寬頂堰類似。因此，小橋孔小橋孔徑計(jì)算徑計(jì)算采用寬頂堰理論作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。采用寬頂堰理論作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。 小橋水流圖式，按下游水深的大小，可分為小橋水流圖式，按下游水深的大小，可分為自由自由式出流式出流和和淹沒(méi)式出流淹沒(méi)式出流。橋下游天然水深橋下游天然水深 ht（相應(yīng)于設(shè)計(jì)流量）（相應(yīng)于設(shè)計(jì)流量）橋前水深橋前水深 H 橋下水深橋下水深 h臨界水深臨界水深 hk1）自由式出流（）自由式出流（fr

34、ee discharge）當(dāng)：當(dāng)：ht 1.3hk 橋下水流為急流，下橋下水流為急流，下游水深對(duì)橋下過(guò)流能力無(wú)游水深對(duì)橋下過(guò)流能力無(wú)影響。影響。橋下水深橋下水深 h 1.3hk 橋下水流為緩流，橋下水流為緩流，橋下過(guò)流能力受下游水橋下過(guò)流能力受下游水深頂托的影響。深頂托的影響。橋下水深橋下水深 h hk此時(shí)橋下水深為橋下游天然水深此時(shí)橋下水深為橋下游天然水深 h=ht 。圖圖 5-85-8（b b）小橋淹沒(méi)式出流圖式）小橋淹沒(méi)式出流圖式Hkkkhthth2、小橋孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算 小橋孔徑計(jì)算的任務(wù)是統(tǒng)一解決孔徑、橋下流速小橋孔徑計(jì)算的任務(wù)是統(tǒng)一解決孔徑、橋下流速和橋前水深三者之間關(guān)系的問(wèn)題

35、。計(jì)算的內(nèi)容是根據(jù)和橋前水深三者之間關(guān)系的問(wèn)題。計(jì)算的內(nèi)容是根據(jù)設(shè)計(jì)流量，選定河床加固類型及所對(duì)應(yīng)的最大容許不設(shè)計(jì)流量，選定河床加固類型及所對(duì)應(yīng)的最大容許不沖刷流速，確定滿足過(guò)流能力和防沖條件的孔徑和橋沖刷流速，確定滿足過(guò)流能力和防沖條件的孔徑和橋前壅水高度等。前壅水高度等。設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則：使設(shè)計(jì)流量以最佳的流態(tài)通過(guò)橋孔，即：使設(shè)計(jì)流量以最佳的流態(tài)通過(guò)橋孔，即按按 臨界水流狀態(tài)設(shè)計(jì)臨界水流狀態(tài)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)思路：設(shè)計(jì)思路：選定河床加固類型（斷面一般修整為規(guī)則斷面，如選定河床加固類型（斷面一般修整為規(guī)則斷面，如矩形、梯形），矩形、梯形），確定河床容許不沖刷流速確定河床容許不沖刷流速Vbc （按表（

36、按表5-12d），（無(wú)加固方案，根據(jù)河床天然土質(zhì)，按表），（無(wú)加固方案，根據(jù)河床天然土質(zhì)，按表5-12a、 5-12b、5-12c確定確定）令令Vk=Vbc和和QP比較比較H與與H允允 HH允允, ,方案可行方案可行 HH允允, ,調(diào)整調(diào)整L方案，直至滿足方案，直至滿足 要求為止。要求為止。L、H（1）小橋下游河槽天然水深）小橋下游河槽天然水深ht )265(2132 JRnQ ht試算，試算，Q- -QP/QP 1.3hk 淹沒(méi)出流淹沒(méi)出流（4）孔徑計(jì)算）孔徑計(jì)算 自由出流（自由出流（ht1.3hk） 先計(jì)算臨界水面寬，然后用臨界水面寬確定橋先計(jì)算臨界水面寬，然后用臨界水面寬確定橋孔長(zhǎng)度：孔

37、長(zhǎng)度：)275(311 kPkkPkkkVgQVhQhB 橋下通過(guò)設(shè)計(jì)洪水所需的水面寬：橋下通過(guò)設(shè)計(jì)洪水所需的水面寬：)285(3 NdVgQNdBBbcPk 橋孔長(zhǎng)度：橋孔長(zhǎng)度：矩形斷面矩形斷面： L = B梯形斷面梯形斷面： L = B+2mh (5-30)圖圖5-11 梯形斷面橋孔（自由式出流）梯形斷面橋孔（自由式出流）LBh khd1:m 淹沒(méi)出流淹沒(méi)出流（ht1.3hk） 先計(jì)算先計(jì)算橋下橋下通過(guò)設(shè)計(jì)洪水所需的平均水面寬（通過(guò)設(shè)計(jì)洪水所需的平均水面寬（ht/2處）：處）：NdVhQBbctP 0矩形斷面矩形斷面： L = B0 梯形斷面梯形斷面： L = B0+2m(ht/2+h)

38、(5-32)圖圖 5-12 梯形斷面橋孔（淹沒(méi)式出流）梯形斷面橋孔（淹沒(méi)式出流）L0Bh hd1:m2h（5）橋前水深）橋前水深H 自由出流自由出流)335(22222 gVgVhHHkk 淹沒(méi)出流淹沒(méi)出流)335(22222 gVgVhHHt 式中，式中，為流速系數(shù)，查表為流速系數(shù)，查表5-13。 VH為橋前水深為為橋前水深為H時(shí)的行近流速；時(shí)的行近流速；V為采用的橋?yàn)椴捎玫臉蚩组L(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的橋下流速?？组L(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的橋下流速。 （5-33）式須試算）式須試算,當(dāng)當(dāng)VH 1m/s 時(shí)，流速水頭可時(shí)，流速水頭可忽略不計(jì)。忽略不計(jì)。gVH22 為橋前水深為為橋前水深為H時(shí)的流速水頭。時(shí)的流速水頭。（6）

39、確定路堤和橋面標(biāo)高）確定路堤和橋面標(biāo)高橋頭路堤最低標(biāo)高：橋頭路堤最低標(biāo)高： Z路路 = Zmin+ H + （5-34）橋面最低標(biāo)高：橋面最低標(biāo)高： Z橋橋= Zmin+ H +hj+ D （5-35） H橋頭路基最低標(biāo)高河床最低點(diǎn)標(biāo)高Hjh D河床最低點(diǎn)標(biāo)高橋面最低標(biāo)高【例例5-25-2】某公路通過(guò)一小溝，需要建一座小橋，選某公路通過(guò)一小溝，需要建一座小橋，選定的橋位與水流正交。定的橋位與水流正交。J=9，n=0.045，設(shè)計(jì)流量，設(shè)計(jì)流量QP=22.0m3/s，河底最低點(diǎn)標(biāo)高，河底最低點(diǎn)標(biāo)高100m，路堤允許標(biāo)高，路堤允許標(biāo)高Z允允=103.0m。擬采用矩形斷面單孔小橋，八字翼墻式。擬采用

40、矩形斷面單孔小橋，八字翼墻式橋臺(tái)。試確定小橋孔徑和橋頭路堤標(biāo)高。橋臺(tái)。試確定小橋孔徑和橋頭路堤標(biāo)高。 Bm00.100th 求橋梁下游天然水深求橋梁下游天然水深ht 根據(jù)斷面圖及根據(jù)斷面圖及J=9，n=0.045 ，假設(shè)，假設(shè)ht = 1.20m，按謝才，按謝才-曼寧公式，得：曼寧公式，得：Q=22.7m3/s。解：解：%10%18. 30 .220 .227 .22 PPQQQ 確定臨界水深確定臨界水深 選定橋下河床加固型式：碎石墊層上選定橋下河床加固型式：碎石墊層上20cm大小大小的片石單層鋪砌。查表的片石單層鋪砌。查表5-12d，得容許不沖刷流速，得容許不沖刷流速Vbc=3.5m/s，V

41、k= Vbc=3.5m/s。臨界水深：。臨界水深：mgVgVhbckk25. 180. 95 . 3222 判別流態(tài)判別流態(tài) ht= 1.20m 1.2hT （出口不被淹沒(méi)）（出口不被淹沒(méi)） 進(jìn)口全被淹沒(méi)，全涵段水流具有自由水面進(jìn)口全被淹沒(méi)，全涵段水流具有自由水面進(jìn)水口被淹，進(jìn)水口斷進(jìn)水口被淹，進(jìn)水口斷面以后，流線收縮而出面以后，流線收縮而出現(xiàn)收縮斷面。收縮斷面現(xiàn)收縮斷面。收縮斷面之前，水流與閘孔出流之前，水流與閘孔出流相似，收縮斷面以后，相似，收縮斷面以后，水流屬明渠水流。水流屬明渠水流。HchkhThh圖圖 5-14 半壓力式涵洞水流圖式半壓力式涵洞水流圖式 工程中當(dāng)采用半壓式涵洞時(shí)，一般

42、涵洞底坡工程中當(dāng)采用半壓式涵洞時(shí)，一般涵洞底坡J應(yīng)應(yīng)大于臨界坡度大于臨界坡度Jk ，使涵洞內(nèi)水流不致產(chǎn)生水躍。反，使涵洞內(nèi)水流不致產(chǎn)生水躍。反之，水面有可能與洞頂接觸出現(xiàn)真空，導(dǎo)致洞內(nèi)水之，水面有可能與洞頂接觸出現(xiàn)真空，導(dǎo)致洞內(nèi)水流不穩(wěn)定。流不穩(wěn)定。HchkhThh圖圖 5-14 半壓力式涵洞水流圖式半壓力式涵洞水流圖式3）壓力式出流（）壓力式出流（ pressure flow） 進(jìn)口流線型進(jìn)口流線型 H 1.4hT 且涵洞底坡且涵洞底坡J小于摩阻坡度小于摩阻坡度J。 出口被淹沒(méi)出口被淹沒(méi) 全涵段水流充滿整個(gè)斷面。全涵段水流充滿整個(gè)斷面。HThh 圖圖 5-15 壓力式涵洞水流圖式壓力式涵洞水

43、流圖式（a）自由式出流）自由式出流 （b）淹沒(méi)式出流）淹沒(méi)式出流HThh)(a)(b摩阻坡度（摩擦坡度摩阻坡度（摩擦坡度 friction slope）：）：)365(222 RCQJ 水流水流恰好克服摩擦力所需的底坡稱為恰好克服摩擦力所需的底坡稱為摩阻坡度摩阻坡度。當(dāng)當(dāng)J J時(shí)，水流由于重力獲得能量大于克服摩擦力時(shí)，水流由于重力獲得能量大于克服摩擦力所消耗的能量，使流速沿程不斷增大，水深不斷減所消耗的能量，使流速沿程不斷增大，水深不斷減小，水流不能充滿整個(gè)斷面。小，水流不能充滿整個(gè)斷面。 有壓式出流全涵洞內(nèi)水流充滿整個(gè)斷面，流態(tài)有壓式出流全涵洞內(nèi)水流充滿整個(gè)斷面，流態(tài)與短管出流相似。與短管出

44、流相似。2 2、涵洞孔徑計(jì)算涵洞孔徑計(jì)算（1）無(wú)壓力式涵洞）無(wú)壓力式涵洞 涵洞孔徑計(jì)算按臨界水流狀態(tài)設(shè)計(jì)。取進(jìn)口附近涵洞孔徑計(jì)算按臨界水流狀態(tài)設(shè)計(jì)。取進(jìn)口附近臨界斷面作為水力計(jì)算的依據(jù)。臨界斷面作為水力計(jì)算的依據(jù)。無(wú)壓力式涵洞計(jì)算公式：無(wú)壓力式涵洞計(jì)算公式：)375()(20 kkhHgQ)385(2222200 gVhgVHHkk)225(2 gVhkk又由：又由：代入代入（5-38）)385()221(220 khH由式（由式（5-20），有：），有：)395(3 kkBQgV或：或：kkQV gVHH2200 式中，式中，Q為過(guò)涵流量；為過(guò)涵流量； hk、Vk、k 為涵洞進(jìn)口附近臨界斷面

45、的水深、為涵洞進(jìn)口附近臨界斷面的水深、流速和過(guò)水?dāng)嗝婷娣e；流速和過(guò)水?dāng)嗝婷娣e； H0、H、V0為涵前總水頭、涵前水深和涵前行近為涵前總水頭、涵前水深和涵前行近流速；流速； 為流速系數(shù)，箱涵、蓋板涵，為流速系數(shù)，箱涵、蓋板涵， =0.95，拱涵、，拱涵、圓管涵圓管涵=0.85； 為側(cè)收縮系數(shù)為側(cè)收縮系數(shù)可取可取 =1.0。 為了減少工程造價(jià)，一般采用：為了減少工程造價(jià)，一般采用：JJk。另外，。另外，為了避免對(duì)涵洞出口下游造成激烈沖刷，應(yīng)根據(jù)出為了避免對(duì)涵洞出口下游造成激烈沖刷，應(yīng)根據(jù)出口斷面允許的最大流速口斷面允許的最大流速Vmax確定出口流速達(dá)到確定出口流速達(dá)到Vmax時(shí)時(shí)的最大底坡的最大底

46、坡Jmax，設(shè)計(jì)時(shí)采用：，設(shè)計(jì)時(shí)采用： Jk J Jmax2maxmax)(32RnVJ 最大底最大底坡：坡： 實(shí)用中，常將涵洞水力計(jì)算制成標(biāo)準(zhǔn)圖表，供設(shè)實(shí)用中，常將涵洞水力計(jì)算制成標(biāo)準(zhǔn)圖表，供設(shè)計(jì)時(shí)查用。在作標(biāo)準(zhǔn)圖時(shí)作了一些規(guī)定或假定：計(jì)時(shí)查用。在作標(biāo)準(zhǔn)圖時(shí)作了一些規(guī)定或假定：（1）涵洞頂?shù)膬艨崭叨群错數(shù)膬艨崭叨?蓋板涵、箱涵：蓋板涵、箱涵：進(jìn)水口凈高進(jìn)水口凈高 Hj 2.0m =0.25m（2）涵前水深涵前水深H至進(jìn)水口水深至進(jìn)水口水深Hj的降落系數(shù)取的降落系數(shù)取0.87，即：即：)405(87. 0 HhHHTj 或：或：87. 087. 0 TjhHH（3）收縮斷面水深收縮斷面水深

47、hc = 0.9hk （4 4）涵前行近流速）涵前行近流速 V0 0，H0 H HjHchkhThh圖圖 5-13 無(wú)壓力式涵洞水流圖式無(wú)壓力式涵洞水流圖式（5）按臨界流設(shè)計(jì)的涵洞，當(dāng)?shù)灼陆咏R界坡度時(shí)，按臨界流設(shè)計(jì)的涵洞，當(dāng)?shù)灼陆咏R界坡度時(shí)，涵洞出口斷面的流速可采用：涵洞出口斷面的流速可采用： 9 . 0kVV 出出（6）出口或收縮斷面最大流速出口或收縮斷面最大流速Vmax 拱涵、蓋板涵：拱涵、蓋板涵： L0 = 0.51.5m，Vmax = 4.5m/s 拱涵、蓋板涵、圓管涵：拱涵、蓋板涵、圓管涵： L0 = 2.04.0m，Vmax = 6.0m/s 無(wú)壓式涵洞水力計(jì)算的步驟：無(wú)壓式涵

48、洞水力計(jì)算的步驟： 選定涵洞型式；選定涵洞型式； 根據(jù)設(shè)計(jì)流量和涵前限制水深，計(jì)算臨界水深和根據(jù)設(shè)計(jì)流量和涵前限制水深，計(jì)算臨界水深和 相應(yīng)的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e；相應(yīng)的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e； 計(jì)算臨界底坡；計(jì)算臨界底坡； 計(jì)算涵洞進(jìn)口處水深，確定涵洞凈高；計(jì)算涵洞進(jìn)口處水深，確定涵洞凈高； 復(fù)核涵洞的水力要素：是否符合無(wú)壓涵洞條件、復(fù)核涵洞的水力要素：是否符合無(wú)壓涵洞條件、 收縮斷面或出口斷面處的流速是否超過(guò)最大容許收縮斷面或出口斷面處的流速是否超過(guò)最大容許 流速等。流速等?！纠?-4】某公路經(jīng)過(guò)的一小溝上設(shè)一無(wú)壓鋼筋混凝某公路經(jīng)過(guò)的一小溝上設(shè)一無(wú)壓鋼筋混凝土蓋板涵，設(shè)計(jì)流量土蓋板涵，設(shè)計(jì)流量8.5m3/

49、s，根據(jù)設(shè)計(jì)路面高程，確根據(jù)設(shè)計(jì)路面高程，確定涵前限制水深為定涵前限制水深為2.5m，試確定涵洞洞徑。，試確定涵洞洞徑。解：擬定涵洞斷面為矩形，跨徑解：擬定涵洞斷面為矩形，跨徑L0=2.0m。（1）臨界水深臨界水深hk 蓋板涵流速系數(shù)蓋板涵流速系數(shù)=0.95，側(cè)收縮系數(shù)，側(cè)收縮系數(shù)=1.0。矩。矩形斷面的臨界水深按（形斷面的臨界水深按（5-39）式計(jì)算：）式計(jì)算：smBQgVk/47. 30 . 20 . 18 . 95 . 833 mgVhkk23. 18 . 947. 322 （2）確定涵前水深、涵洞洞身凈高和臨界底坡確定涵前水深、涵洞洞身凈高和臨界底坡mhHk91. 1)95. 0295

50、. 021(23. 1)221(2222 進(jìn)水口處水深：進(jìn)水口處水深： Hj=0.87H=0.871.91=1.66m取凈空高度取凈空高度=0.20m，涵洞洞身凈高：，涵洞洞身凈高： hT = Hj+=1.66 + 0.20 = 1.86m涵前水深小于涵前限制水深涵前水深小于涵前限制水深2.5m，滿足要求。，滿足要求。（3）收縮斷面和出口斷面流速收縮斷面和出口斷面流速收縮斷面水深：收縮斷面水深：hc=0.9hk=0.91.23=1.11m收縮斷面流速和涵洞出口斷面流速為：收縮斷面流速和涵洞出口斷面流速為：smVVVkC/86. 39 . 047. 39 . 0 出出取糙率取糙率n=0.016,

51、由謝才由謝才- -曼寧公式計(jì)算臨界底坡：曼寧公式計(jì)算臨界底坡：7)0 . 223. 120 . 223. 1(47. 3016. 0)(223232 RnVJkk小于蓋板涵最大容許流速小于蓋板涵最大容許流速Vmax=6.0m/s，滿足要求。，滿足要求。涵前水深：涵前水深：mhHT23. 286. 12 . 12 . 191. 1 符合無(wú)壓涵洞條件。符合無(wú)壓涵洞條件。 所以涵洞跨徑所以涵洞跨徑2.0m，凈高，凈高1.86m，涵前水深，涵前水深1.91m。套標(biāo)準(zhǔn)圖，查表套標(biāo)準(zhǔn)圖，查表5-145-14?！纠?-5】某公路經(jīng)過(guò)的一小溝上設(shè)無(wú)升高管節(jié)的石蓋某公路經(jīng)過(guò)的一小溝上設(shè)無(wú)升高管節(jié)的石蓋板涵，選

52、定凈跨板涵，選定凈跨L0=1.5m，凈高，凈高h(yuǎn)T=2.0m，糙率，糙率n=0.016，出口處最大允許流速出口處最大允許流速Vmax=4.5m/s。試確定涵管的涵前水深試確定涵管的涵前水深H，過(guò)涵流量，過(guò)涵流量Q，以及，以及hk、Vk、Jk、hc、Vc及相應(yīng)于及相應(yīng)于Vmax時(shí)的底坡時(shí)的底坡Jmax。解：解： 涵前水深涵前水深H 按定型設(shè)計(jì)：按定型設(shè)計(jì)： = = 0.1m，由（，由（5-40）式，）式，mhHHTj18. 287. 01 . 00 . 287. 087. 0 計(jì)算計(jì)算 hk、hc、QmHhk40. 1)95. 02195. 02(18. 2)212(22220 式中，式中，=0

53、.95，H0Hmhhkc26. 19 . 0 smhHgQkk/41. 7)4 . 118. 2( 8 . 924 . 15 . 195. 095. 0)(230 L0=1.5mhT=2.0mhk=1.40m式中，式中，=0.95，H0H 計(jì)算計(jì)算 Vk、VcsmQVkk/71. 34 . 15 . 195. 041. 7 smQVcc/13. 426. 15 . 195. 041. 7 計(jì)算計(jì)算 J Jk、Jmax式中，式中，4884. 04 . 125 . 14 . 15 . 1 kkkR 16. 9)4884. 071. 3016. 0()(223232 kkkRnVJ出口處水深：出口處水深：mVLQh10. 15 . 45 . 141. 7max0 出出4459. 01 . 125 . 11 . 15 . 120000 hLhLR出出2 .15)4459. 05 . 4016. 0()(22maxmax3232 出出RnVJ套標(biāo)準(zhǔn)圖，查表套標(biāo)準(zhǔn)圖，查表5-14。（2）半壓式涵洞孔徑半壓式涵洞孔徑)425()(2 TchHgV )435()(2 ThHgQ 式中，式中，Vc為收縮斷面流速；為收縮斷面流速； 為收縮系數(shù)；一般取為收縮系數(shù)；一般取0.60； 為流速系數(shù)，流線型洞口為流速系數(shù)，流線型洞口0.95，八字形，八