第八章-小橋和涵洞孔徑計(jì)算

主要內(nèi)容涵洞孔徑計(jì)算123小橋和涵洞的進(jìn)出口處理4

小橋孔徑計(jì)算小橋和涵洞勘測山區(qū)小橋和涵洞進(jìn)出口的水力計(jì)算5第八章小橋和涵洞孔徑計(jì)算公路在跨越河溝、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。一般在平原區(qū)每公里約1~3座，山區(qū)約3~5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2~4倍左右。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。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。第八章小橋和涵洞孔徑計(jì)算小橋和涵洞按跨徑分類表多孔跨徑總長L（m）單孔跨徑L0（m）小橋8≤L≤305≤L0≤20涵洞——L0≤5第一節(jié)小橋和涵洞勘測一、小橋和涵洞勘測的主要任務(wù)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。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1、勘測前的準(zhǔn)備工作2、小橋和涵洞位置的選擇3、小橋和涵洞測量4、小橋和涵洞類型選擇二、小橋和涵洞勘測的主要工作內(nèi)容1、勘測前的準(zhǔn)備工作

(1)地形資料：搜集公路沿線1:10000~1:50000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。(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。(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。(4)氣象資料：當(dāng)?shù)貧庀笳灸辍⒃缕骄涤炅浚┯陱?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。(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。(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)小橋和涵洞勘測2、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。（1）山嶺及丘陵區(qū)小橋涵位置的確定①一般為一溝一涵，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。②涵位與路基排水系統(tǒng)密切配合，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。③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。④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)小橋和涵洞勘測（2）平原區(qū)小橋和涵洞位置的確定

①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。②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。③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。④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、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、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)小橋和涵洞勘測本節(jié)課到此結(jié)束！第一節(jié)小橋和涵洞勘測第二節(jié)小橋孔徑計(jì)算一、水流通過小橋的圖式當(dāng)橋孔壓縮河槽時(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。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。

水流圖式判別標(biāo)準(zhǔn)自由出流ht≤1.3hk淹沒出流ht>1.3hkht——橋下游天然水深；hk——橋下臨界水深。1、自由式出流小橋下游天然水深ht≤1.3hk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、淹沒式出流小橋下游天然水深ht＞1.3hk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。橋下天然水深為ht。第二節(jié)小橋孔徑計(jì)算二、小橋孔徑計(jì)算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。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。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)椋旱诙?jié)小橋孔徑計(jì)算判斷橋下水力圖式確定小橋孔徑長度確定橋前水深確定路基和橋面最低標(biāo)高1、判別橋下水流圖式（1）確定河槽天然水深ht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。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。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。（8-2-1）第二節(jié)小橋孔徑計(jì)算（2）確定橋下臨界水深hk

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)；

α——流速分布系數(shù)，小橋取α=1.0。（8-2-2）第二節(jié)小橋孔徑計(jì)算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。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=，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。（8-2-3）第二節(jié)小橋孔徑計(jì)算由圖可得：則橋下臨界水深為（8-2-4）式中：m——梯形斷面邊坡系數(shù)。（8-2-5）圖8-2-3梯形斷面臨界水深的計(jì)算圖式臨界斷面水寬Bk為第二節(jié)小橋孔徑計(jì)算（3）水流圖式判別當(dāng)ht≤1.3hk時(shí)，自由式出流；當(dāng)ht＞1.3hk時(shí)，淹沒式出流。2.確定小橋孔徑長度（1）自由式出流考慮橋臺(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)ε：式中：B—橋下需要水面寬度(m)；

ε—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。（8-2-6）第二節(jié)小橋孔徑計(jì)算擠壓系數(shù)ε與流速系數(shù)值φ

表8-2-2橋臺(tái)形狀εφ單孔橋錐坡填土0.900.90單孔橋有八字翼墻0.850.90多孔橋或無錐坡或橋臺(tái)伸出錐坡以外0.800.85拱腳淹沒的拱橋0.750.85第二節(jié)小橋孔徑計(jì)算

若橋孔斷面為矩形，則橋孔長度L=B；若橋孔斷面為梯形，則橋孔長度為：（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)小橋孔徑計(jì)算（2）淹沒式出流下游天然水深ht＞1.3hk時(shí)，橋下河槽被下游水流淹沒，橋下過水?dāng)嗝娴乃顬閔t,則橋下過水?dāng)嗝嫫骄鶎挾葹椋築0—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。（8-2-8）第二節(jié)小橋孔徑計(jì)算

若橋孔斷面為矩形，則橋孔長度L=B0；若橋孔斷面為梯形，則橋孔長度為：

如果橋孔軸線與水流方向斜交，交角為α，則斜交橋孔長度Lα為：（8-2-10）（8-2-9）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)小橋孔徑計(jì)算3、確定橋前水深（1）橋下為自由式出流

橋前水深H計(jì)算公式：式中：

H—橋前水深(m)；

φ—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。（8-2-11）第二節(jié)小橋孔徑計(jì)算（2）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。（8-2-12）4、確定路基和橋面最低高程按圖8-2-6可得：橋頭路基最低高程=河床最低點(diǎn)高程+H+△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)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)小橋孔徑計(jì)算第三節(jié)涵洞孔徑計(jì)算涵洞孔徑計(jì)算特點(diǎn)

1.洞身斷面的尺寸對(duì)工程數(shù)量影響較大;2.涵洞孔徑小、孔道長，水流過涵阻力較大;3.通常采取人工加固措施來提高過涵流速;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。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、無壓力式

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H≤1.2hT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H≤1.4hT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，稱無壓力式水流狀態(tài)2、半壓力式當(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H＞1.2hT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)涵洞孔徑計(jì)算3.壓力式當(dāng)涵洞的進(jìn)水口建筑為流線型，而涵前水深H>1.4hT，且涵底縱坡i<iw，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)。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)涵洞孔徑計(jì)算（8-3-1）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1、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△。

a）對(duì)于蓋板涵、箱涵：進(jìn)水口凈高h(yuǎn)<2.0m時(shí)，△=0.10m；

h≥2.0m時(shí)，△=0.25m。

b）對(duì)于磚、石、混凝土拱涵：涵洞凈高h(yuǎn)T≤1.0m時(shí)，△=0.10m；

hT=1.0~2.0m時(shí)，△=0.15m；

hT>2m時(shí)，△=0.25m。第三節(jié)涵洞孔徑計(jì)算《公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGC30-2002),對(duì)Δ值的規(guī)定：

涵洞凈空高度

Δ涵洞進(jìn)口凈高(或內(nèi)徑)h(m)圓涵拱涵矩形涵≤3>3≥0.75≥0.75≥0.5第三節(jié)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v0≈0，即H0≈H。（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=0.5~1.5m的拱涵、蓋板涵，vmax=4.5m/s凈跨L0=2.0~4.0m的拱涵、蓋板涵、圓管涵，vmax=6.0m/s（8-3-2）第三節(jié)涵洞孔徑計(jì)算無壓力式涵洞基本公式：（8-3-3）（8-3-4）（8-3-5）（8-3-6）第三節(jié)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)；

φ——流速系數(shù)；

ε——壓縮系數(shù)；

g——重力加速度，9.80m/s2。2.半壓力式涵洞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。（8-3-11）（8-3-12）第三節(jié)涵洞孔徑計(jì)算3、壓力式涵洞

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綖椋菏街校簐——涵內(nèi)流速(m/s)；

L——涵洞的長度(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。（8-3-13）（8-3-14）第三節(jié)涵洞孔徑計(jì)算涵洞處的路基最低高程應(yīng)高出涵前水深以上至少50cm。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，一般不采用壓力式涵洞。本節(jié)課到此結(jié)束！第三節(jié)涵洞孔徑計(jì)算第四節(jié)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理一、小橋和涵洞類型的選擇

公路小橋和涵洞的類型的選擇應(yīng)根據(jù)路線等級(jí)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦?、水文、材料、施工等條件，按照安全、適用、經(jīng)濟(jì)、就地取材、便于施工與養(yǎng)護(hù)的原則來選用。1.小橋和涵洞的選擇小橋和涵洞的選用，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，或河溝地處陡峭深谷并填土過高時(shí)，都應(yīng)采用小橋。2、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8-4-1涵洞結(jié)構(gòu)簡圖洞身：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。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，并保證洞口周圍的路基邊坡免遭沖刷。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。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)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理（1）圓管涵圓管涵孔徑一般為0.5~2.0m，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)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理第四節(jié)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理（2）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)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理（3）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)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理（4）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)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理（5）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。第四節(jié)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理3、涵洞洞口形式的選擇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。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)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理（1）八字翼墻式或錐形護(hù)坡式洞口適用于平坦順直、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)，八字翼墻式較錐形護(hù)坡式更為經(jīng)濟(jì)。（2）一字墻護(hù)坡洞口構(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）跌水井式洞口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）流線型洞口當(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)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理（5）斜交涵洞洞口當(dāng)涵洞與路線斜交時(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8-4-3斜交涵洞的洞口布置a)斜交正做；b)斜交斜做1）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）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)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理二、涵洞進(jìn)出口溝床的處理涵洞進(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）緩坡涵洞進(jìn)水口溝床加固①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8-4-4緩坡涵洞進(jìn)水口鋪砌形式a）一般鋪砌形式；b）U形鋪砌形式第四節(jié)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理②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1:4~1:10。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，其長度約為1~2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)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①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1:1~1:2，以確保溝床穩(wěn)定。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。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40cm，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150~200cm設(shè)置防滑墻一道。第四節(jié)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理②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1:1~1:0.2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)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理2、溝床加固防護(hù)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①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、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)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理一般情況下，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)加固長度l(m)自由式出流淹沒式出流亞粘土和亞砂土2.5q0.71.7q0.7重亞粘土和迷失的亞粘土2.2q0.71.4q0.7卵石、礫石1.7q0.71.1q0.7大卵石2.51.1q0.70.7q0.7涵洞出口溝床的加固長度表8-4-1第四節(jié)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理加固厚度h1可根據(jù)出口流速、鋪砌的類型和材料，按表8-2-1b確定。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)；

γ——水的容重，取9.8kN/m3；

γs——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)。第四節(jié)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理

②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)挑坎的一般布置形式第四節(jié)小橋和涵洞的進(jìn)出口處理（2）陡坡涵洞出水口處理當(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)有跌水和急流槽的布置設(shè)有急流槽和消力池的布置第五節(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胂掠魏拥乐?。一、跌水的水力?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)山區(qū)小橋和涵洞進(jìn)出口的水力計(jì)算跌水的計(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。接下來以過水?dāng)嗝鏋榫匦蔚牡疄槔f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)算過程為使消力池產(chǎn)生淹沒水躍，通常采用：若此式成立，則假定的池深d是合適的，不成立，則應(yīng)適當(dāng)調(diào)整池深重新計(jì)算，直至等式成立為止，此時(shí)d為所要求的池深。第五節(jié)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)算急流槽的作用是將落差很大的水流從上游引至涵洞或?qū)⒊鏊谒饕料掠魏拥?。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。急流槽第五節(jié)山區(qū)小橋和涵洞進(jìn)出口的水力計(jì)算急流槽水力計(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。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：完整的降水曲線長度L為第五節(jié)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、