[讲义]小桥涵水力计算经典讲义(71页 涵洞 倒虹吸)
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倒虹吸水力计算问题(共9张PPT)
水面降落△Z1 ； （2） 将《水力计算手册》△Z2 计算式中的最后一项 (V2-V22)/2g 改
为(V32-V22 )/2g ，即将该项中的管身流速 V 改为管出口后断面的平均流 速 V3 ；
（3） 另增加一项出口局部水头损失系数ζ管出口，其值为： ζ管出口 =（1-ω/ω3）2
上式与《倒虹吸管》的公式基本相同 ，不同的是上式为管身断面与管
ζ1 及ζ2 分别为进、出口渐变段的局部水头损失系数 ；ζi 为拦污栅、门
槽、管进口、管身弯道等局部水头损失系数。
第2页，共9页。
● 计算公式 2．《水工设计手册》的计算公式： 《水工设计手册》介绍的计算公式与《水力计算手册》的主要差别为： （1）在计算倒虹吸管总水头损失△Z 时，《水工设计手册》的公式没 有考虑进口渐变段的水面降落 △Z1 及出口渐变段的水面回升 △Z2 ，即 倒虹吸管总水头损失 △Z 就等于上述管身段的水头损失 △Z2 。 （2）在管身段的水头损失计算中 ，二者对管出口局部水头损失系数的 采用有所不同： 《水力计算手册》△Z2 计算式中的最后一项 (V2-V22)/2g 相当于出口 局部水头损失 ，此项可改写为 (1-V22/V 2)(V 2/2g)，即相应出口局部水 头损失系数为 1 -（V22/V 2）。 按《水工设计手册》的 “ 倒虹吸管水力计算提示 ”，则其采用的出口 局部水头损失系数为 1.0 。
第3页，共9页。
● 计算公式
3．《倒虹吸管》计算公式： 《灌区水工建筑物丛书》及《取水输水建筑物丛书》的《倒虹吸管》也
基本上采用了与《水工设计手册》相同的计算方法，与其不同之处为：
（1） 出口局部水头损失系数ζ出 按下式计算：
ζ出=(1-V渠/V管)2
式中：V管 为管身流速；V渠 为下游渠道流速 。 （2） 说明如管内流速超过 2.5 m /s 时，应考虑出口水面回升。
为(V32-V22 )/2g ，即将该项中的管身流速 V 改为管出口后断面的平均流 速 V3 ；
（3） 另增加一项出口局部水头损失系数ζ管出口，其值为： ζ管出口 =（1-ω/ω3）2
上式与《倒虹吸管》的公式基本相同 ，不同的是上式为管身断面与管
ζ1 及ζ2 分别为进、出口渐变段的局部水头损失系数 ；ζi 为拦污栅、门
槽、管进口、管身弯道等局部水头损失系数。
第2页，共9页。
● 计算公式 2．《水工设计手册》的计算公式： 《水工设计手册》介绍的计算公式与《水力计算手册》的主要差别为： （1）在计算倒虹吸管总水头损失△Z 时，《水工设计手册》的公式没 有考虑进口渐变段的水面降落 △Z1 及出口渐变段的水面回升 △Z2 ，即 倒虹吸管总水头损失 △Z 就等于上述管身段的水头损失 △Z2 。 （2）在管身段的水头损失计算中 ，二者对管出口局部水头损失系数的 采用有所不同： 《水力计算手册》△Z2 计算式中的最后一项 (V2-V22)/2g 相当于出口 局部水头损失 ，此项可改写为 (1-V22/V 2)(V 2/2g)，即相应出口局部水 头损失系数为 1 -（V22/V 2）。 按《水工设计手册》的 “ 倒虹吸管水力计算提示 ”，则其采用的出口 局部水头损失系数为 1.0 。
第3页，共9页。
● 计算公式
3．《倒虹吸管》计算公式： 《灌区水工建筑物丛书》及《取水输水建筑物丛书》的《倒虹吸管》也
基本上采用了与《水工设计手册》相同的计算方法，与其不同之处为：
（1） 出口局部水头损失系数ζ出 按下式计算：
ζ出=(1-V渠/V管)2
式中：V管 为管身流速；V渠 为下游渠道流速 。 （2） 说明如管内流速超过 2.5 m /s 时，应考虑出口水面回升。
小桥涵尺寸及工程量计算71页PPT
Thank you
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
小桥涵尺寸及工程量计算
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
小桥涵尺寸及工程量计算
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
小桥涵水力计算讲座
11
四、小桥涵孔径与水毁
1. 公路桥涵水毁的成因分析 2. 小桥涵水毁的防治
12
公路桥涵水毁的成因分析
从小桥涵水毁实况，可归纳其水毁主要成因： （1）较大孔径的小桥、涵洞，由于基础的埋置深度不够或
未设必要的调治防护构造物，而致桥台及涵洞进出口被冲 毁。
沪陕高速大桥桥墩受损 严重 商州水务局称洪 水冲刷所致
大中桥孔径计算以冲刷系数作控制条件，容许桥下发生一 定的冲刷，采用天然河槽断面平均流速作为桥孔设计流速 ，并按自由出流条件，由计算的过水面积推求桥孔长度； 小桥孔径计算则以容许不冲刷流速作为控制条件，河床不 容许发生冲刷，但容许有较大的桥前壅水高度，须考虑桥 孔的出流状态，按此确定桥孔长度。
7
三、小桥涵孔径计算的一般要求
水流的类型有临界流、缓流、急流三类。
当计算基线通过河底时，
位能： E p H
动能：
Ek
v2 2g
能率： E 0EpE kH2 vg 2H2Q g 22
（1）小桥涵孔径必须保证设计洪水、流水和漂流物等的安全通 过；必须满足交通、农田灌溉、排涝和排碱等的合理需要；同 时要考虑桥涵前积水影响路堤的稳定和农田村舍的受淹影响， 通过全面分析，从而选定孔径。 （2）小桥涵孔径不应单凭流量计算资料来确定，其他如流域水 文特征、沟槽形态、地质特点、冲淤情况、人类活动等对桥涵 孔径大小都会产生影响，在确定孔径时，应充分给与考虑。 （3）小桥涵孔径应采用标准孔径，并应大于规定的最小孔径要 求。 （4）小桥宜设计为自由出流状态，涵洞应设计为无压力式。
10
三、小桥涵孔径计算的一般要求
（5）有压涵洞水压力较大，沉陷缝处容易漏水，危及基础和 路堤，所以涵洞应设计为无压的，仅在特殊情况下，有充分的 技术经济比较依据时，方可采用有压涵洞。 （6）涵洞可设计成单孔或双孔。由于多孔涵洞流量分配不均 匀，使个别涵孔通过流量有可能超过设计标准，故不宜修建， 只有个别情况在技术和经济上均属适宜时，方可采用多孔。 （7）小桥涵孔径式样，在同一区段内应力求简化，以便于施 工及养护维修。
四、小桥涵孔径与水毁
1. 公路桥涵水毁的成因分析 2. 小桥涵水毁的防治
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公路桥涵水毁的成因分析
从小桥涵水毁实况，可归纳其水毁主要成因： （1）较大孔径的小桥、涵洞，由于基础的埋置深度不够或
未设必要的调治防护构造物，而致桥台及涵洞进出口被冲 毁。
沪陕高速大桥桥墩受损 严重 商州水务局称洪 水冲刷所致
大中桥孔径计算以冲刷系数作控制条件，容许桥下发生一 定的冲刷，采用天然河槽断面平均流速作为桥孔设计流速 ，并按自由出流条件，由计算的过水面积推求桥孔长度； 小桥孔径计算则以容许不冲刷流速作为控制条件，河床不 容许发生冲刷，但容许有较大的桥前壅水高度，须考虑桥 孔的出流状态，按此确定桥孔长度。
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三、小桥涵孔径计算的一般要求
水流的类型有临界流、缓流、急流三类。
当计算基线通过河底时，
位能： E p H
动能：
Ek
v2 2g
能率： E 0EpE kH2 vg 2H2Q g 22
（1）小桥涵孔径必须保证设计洪水、流水和漂流物等的安全通 过；必须满足交通、农田灌溉、排涝和排碱等的合理需要；同 时要考虑桥涵前积水影响路堤的稳定和农田村舍的受淹影响， 通过全面分析，从而选定孔径。 （2）小桥涵孔径不应单凭流量计算资料来确定，其他如流域水 文特征、沟槽形态、地质特点、冲淤情况、人类活动等对桥涵 孔径大小都会产生影响，在确定孔径时，应充分给与考虑。 （3）小桥涵孔径应采用标准孔径，并应大于规定的最小孔径要 求。 （4）小桥宜设计为自由出流状态，涵洞应设计为无压力式。
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三、小桥涵孔径计算的一般要求
（5）有压涵洞水压力较大，沉陷缝处容易漏水，危及基础和 路堤，所以涵洞应设计为无压的，仅在特殊情况下，有充分的 技术经济比较依据时，方可采用有压涵洞。 （6）涵洞可设计成单孔或双孔。由于多孔涵洞流量分配不均 匀，使个别涵孔通过流量有可能超过设计标准，故不宜修建， 只有个别情况在技术和经济上均属适宜时，方可采用多孔。 （7）小桥涵孔径式样，在同一区段内应力求简化，以便于施 工及养护维修。
小桥涵尺寸及工程量计算71页PPT
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不Hale Waihona Puke 与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
小桥涵尺寸及工程量计算
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
倒虹吸流量计算举例(精)
Q A 2gz2 0.509 2.27 19.6 0.491 2 7.17m3 / s
1 = =0.509 0.716 2.36 0.78
水力分析与计算
故倒虹吸管型式、尺寸及布设满足 设计过流能力要求。
小结、布置任务
小结：
1. 流量计算公式中各物理量理解、确定 2. 局部损失系数理解、确定
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核
案例：
某水库干渠工程与河流相交。由于洪水位过高，拟建倒虹吸管 。其设计基本数据如下： 设计流量Q=7.17 m3/s；倒虹吸进口前设 拦污栅，管段有两弯段转角，第一、第二弯段转角均为30°急转弯 管；上下游渠道断面相同，底宽b=2.4m，边坡系数m=1.5，糙率 n=0.025，设计流量时水深h0=2.1m，进口渐变段末端底宽为4.5m ，拟设计双排管，管径1.7m，试校核渠道过流能力。
2
v Q / A 7.17 / 2 / 2.27 1.58m / s
1.582 z 2 0.716 2.36 0.78 0.491m 19.6
倒虹吸管过流能力校核
案例计算：
（2）流量系数计算 （3）流量计算
1 2 gLi A2 A2 A2 i A2 C 2 R A2 1 A2 i i i i 2
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核
案例分析：
1.流量计算公式
Q A 2g z2
A 2 2 gL A 2 A2 v2 i z2 i 2 1 2 A Ci Ri Ai A2 2 g i
2'
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核举例
主 讲 人： 王勤香
1 = =0.509 0.716 2.36 0.78
水力分析与计算
故倒虹吸管型式、尺寸及布设满足 设计过流能力要求。
小结、布置任务
小结：
1. 流量计算公式中各物理量理解、确定 2. 局部损失系数理解、确定
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核
案例：
某水库干渠工程与河流相交。由于洪水位过高，拟建倒虹吸管 。其设计基本数据如下： 设计流量Q=7.17 m3/s；倒虹吸进口前设 拦污栅，管段有两弯段转角，第一、第二弯段转角均为30°急转弯 管；上下游渠道断面相同，底宽b=2.4m，边坡系数m=1.5，糙率 n=0.025，设计流量时水深h0=2.1m，进口渐变段末端底宽为4.5m ，拟设计双排管，管径1.7m，试校核渠道过流能力。
2
v Q / A 7.17 / 2 / 2.27 1.58m / s
1.582 z 2 0.716 2.36 0.78 0.491m 19.6
倒虹吸管过流能力校核
案例计算：
（2）流量系数计算 （3）流量计算
1 2 gLi A2 A2 A2 i A2 C 2 R A2 1 A2 i i i i 2
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核
案例分析：
1.流量计算公式
Q A 2g z2
A 2 2 gL A 2 A2 v2 i z2 i 2 1 2 A Ci Ri Ai A2 2 g i
2'
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核举例
主 讲 人： 王勤香
倒虹吸水力计算——公式
倒虹吸水力计算
序号
计算参数
1 初拟管道直径 1.1 设计流量
1.2 最小流量 1.3 倒虹吸总长度 1.4 材料糙率 1.5 初选流速 1.6 初选过水断面面积
1.7 初选管道直径 1.8 确定管道直径D 1.9 设计流速
#### 相应过水断面面积
2 水头损失
2.1 沿程水头损失
22..11.. 22.1. 3
hf
L V2 D 2g
ζj进口
ζ拦污栅＝β（s/b） 4/3sina
拦污栅栅条厚度
s
m
拦污栅间距
b
拦污栅与水平面夹角 α
栅条形状系数
2.2. 32.2. 4
闸槽损失系数 弯道损失
β ζ门槽 ζ弯道
2.2. 5
管道入明渠损失系数
ζ出口
w渠
w管/w渠
ζ出口（查表3-4）
2.2. 6 2.2. 7
ζ通气孔（《水力计算手册表
5.1 流量系数
Q小 Vmin V允
m
5.2 设计流量
Q设
m
hj
V2 2g
m
hw hf hj
m
m3/s m/s m/s
vmin=Q小/w
m
1
L / D
m3/s
Q mA 2gZ
0.608 0.754 0.850 0.754
5.000 1.592
1.20
0.827 9.99
水力半径 谢才系数 能量损失系数
沿程水头损失
2.2 局部水头损失
2.2. 1
进口损失系数
2.2. 2
拦污栅损失系数符号Fra bibliotek单位Q
m3/s
Qmin m3/s
序号
计算参数
1 初拟管道直径 1.1 设计流量
1.2 最小流量 1.3 倒虹吸总长度 1.4 材料糙率 1.5 初选流速 1.6 初选过水断面面积
1.7 初选管道直径 1.8 确定管道直径D 1.9 设计流速
#### 相应过水断面面积
2 水头损失
2.1 沿程水头损失
22..11.. 22.1. 3
hf
L V2 D 2g
ζj进口
ζ拦污栅＝β（s/b） 4/3sina
拦污栅栅条厚度
s
m
拦污栅间距
b
拦污栅与水平面夹角 α
栅条形状系数
2.2. 32.2. 4
闸槽损失系数 弯道损失
β ζ门槽 ζ弯道
2.2. 5
管道入明渠损失系数
ζ出口
w渠
w管/w渠
ζ出口（查表3-4）
2.2. 6 2.2. 7
ζ通气孔（《水力计算手册表
5.1 流量系数
Q小 Vmin V允
m
5.2 设计流量
Q设
m
hj
V2 2g
m
hw hf hj
m
m3/s m/s m/s
vmin=Q小/w
m
1
L / D
m3/s
Q mA 2gZ
0.608 0.754 0.850 0.754
5.000 1.592
1.20
0.827 9.99
水力半径 谢才系数 能量损失系数
沿程水头损失
2.2 局部水头损失
2.2. 1
进口损失系数
2.2. 2
拦污栅损失系数符号Fra bibliotek单位Q
m3/s
Qmin m3/s
（整理）倒虹吸管设计计算
（整理）倒虹吸管设计计算倒虹吸管设计计算⼀、倒虹吸管总体布置（根据地形和当地需⽔量情况确定）1.布置原则；13P2.布置型式；{地⾯式（露天或浅埋式）、架空式}3.管路布置；（斜管式和竖井式）4.进⼝段布置；{渐变段、拦污栅、节制闸、连接段﹙进⽔⼝、通汽孔﹚、沉沙、冲沙及泄⽔设施}5.出⼝段布置；（设消⼒池）⼆、倒虹吸管的构造1.管⾝构造；（钢筋混泥⼟管、钢管、铸铁管）2.⽀承结构；（管座、镇墩、⽀墩）三、倒虹吸管的⽔⼒计算1.管道断⾯尺⼨的确定；①灌溉⾯积的确定：（根据⼟地利⽤参加够调整表查出整理后⼟地的灌溉⾯积。
）②补⽔量的计算：项⽬区⽔⽥和旱地需⽔量除去项⽬区降⾬量即为需补给⽔量。
项⽬区分为⽔⽥和旱地，主要农作物为⽔稻、⽟⽶、油菜，各种农作物所在区需⽔量不同。
根据贵州省《灌溉⽤⽔定额》编制分区图：项⽬区属Ⅰ区，灌溉定额根据贵州省灌溉⽤⽔定额编制Ⅰ区⽔稻净定额为2703m/亩，⽑灌溉定额为6443m/亩。
需⽔量公式WM A n =??⽑需W 需—— 农业⽣产总需⽔量，3m ；M ⽑—— 综合⽑灌溉定额，3m ；A —— 灌溉⾯积，亩；n —— 农作物复种指数，采⽤综合灌溉定额时，已经考虑了复种指数，可不再计⼊。
M M η=净⽑M 净—— 作物净灌溉定额，3m /亩；η—— 灌溉⽔利⽤系数。
Ⅰ区渠系⽔利系数为0.465；根据当地全年⽔⽥需⽔量表、旱地需⽔量表和全年降⾬量表查出全年需⽔量和降⾬量的最⼤值和最⼩值，计算出最⼤补⽔量和最⼩补⽔量，以推出其流量。
④．确定尺⼨；o D （圆管）o D —— 管道内径，m;Q —— 倒虹吸管设计流量，3/m s ；υ—— 设计流速，m/s 。
2.管壁厚度的拟定取单位长度承受较⼤内⽔压⼒P 的管道管壁中环向拉应⼒为22o w oo o PD gHD t t θρσ==以钢材的设计允许应⼒[]σ代替θσ；经整理得：[]2w oo gHD t ρ?σ≥(mm)w ρ—— ⽔的密度，1000kg/3m ;H —— 内⽔压⼒，m 。
第九章小桥和涵洞孔径计算ppt课件
一、小桥和涵洞类型的选择
2、涵洞的类型及其适用情况 涵洞由洞身、洞口、基础三个部分组成。
30
篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
一、涵洞类型的选择
1、圆管涵 ➢承载结构——素砼或钢筋混凝土圆管 ➢圆管涵孔径一般为0.75~2.0m ➢最小填土厚度50cm ➢不设涵台，基础构造简单 ➢受力性能好，工程数量少，造价低 ➢多孔时不宜超过三孔
6
篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
2、小桥和涵洞位置的选择 ②涵位与路基排水系统密切配合。
7
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一、水流通过小桥的图式
2、淹没式出流
条件： ht 1.3hk 特点： 桥下临界水深被下游水深淹没，
桥下水深为下游天然水深 下游水深影响桥下水流出流。
17
篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
二、小桥孔径计算（试算法）
➢ 流量 流量小或季节性水流，无漂浮物，泥沙少—涵洞 流量大，漂浮物及泥沙多—小桥
➢ 路堤填土高度 填土高度小，满足壅水要求—涵洞 填土高度过大—小桥
小桥涵类型的选择还要考虑河沟纵坡及建筑材料
29
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2、涵洞的类型及其适用情况 涵洞由洞身、洞口、基础三个部分组成。
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一、涵洞类型的选择
1、圆管涵 ➢承载结构——素砼或钢筋混凝土圆管 ➢圆管涵孔径一般为0.75~2.0m ➢最小填土厚度50cm ➢不设涵台，基础构造简单 ➢受力性能好，工程数量少，造价低 ➢多孔时不宜超过三孔
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2、小桥和涵洞位置的选择 ②涵位与路基排水系统密切配合。
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一、水流通过小桥的图式
2、淹没式出流
条件： ht 1.3hk 特点： 桥下临界水深被下游水深淹没，
桥下水深为下游天然水深 下游水深影响桥下水流出流。
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二、小桥孔径计算（试算法）
➢ 流量 流量小或季节性水流，无漂浮物，泥沙少—涵洞 流量大，漂浮物及泥沙多—小桥
➢ 路堤填土高度 填土高度小，满足壅水要求—涵洞 填土高度过大—小桥
小桥涵类型的选择还要考虑河沟纵坡及建筑材料
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第九章倒洪吸管与涵洞讲解
水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞
第九章 倒虹吸管及涵洞
第一节 倒虹吸管（地涵） 渠道与河谷谷地、道路山沟及渠道等其 它建筑物相交时，为连接渠道而设置的压力 管道。
水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞
水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞
一、倒虹吸管的布置与构造 由进口、出口、管身所组成。
1、管路布置 布置原则：
a.管路与所通过的建筑物、河道正交以缩短管长、节 省工程量；
b.管身及进出口在稳定地段，地形不宜陡、便于工； c.进出口避免建于高填方上，如果不可避免，填方要 夯实； d.对于山谷、管路一般沿地面坡度布置，转弯不宜多。
水工建筑物讲稿- 第九章倒洪吸管与涵洞
2.常见的布置形式
对于高差不大的小 倒虹吸，一般有两种 布置:斜管式和竖井 式. (1)斜管式：
水工建筑物讲稿- 第九章倒洪吸管与涵洞
3.进口段的布置与构造 进水口由闸门、拦污栅、启闭台、进出
口、渐变段及沉沙池、铺盖等组成. (1)进口形式:I 曲线型;II 斜口型
水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞
a. 进口应满足倒虹吸管不同流量的要求、水流平顺、 水头损失小。对于小型管可直接插入墙内或填墩 内；对于大型，常用圆弧衔接在四周用喇叭形。
水工建筑物讲稿- 第九章倒洪吸管与涵洞
水工建筑物讲稿- 第九章倒洪吸管与涵洞
二、倒虹吸管水力计算
水力计算任务（断面计算）：选 定断面尺寸、确定流速
在实际中，上下游水位未知，断 面是未知的，一般是选取适当的流速 1.5 ～ 2.5m/s ， 而 后 确 定 断 面 和 上 下 游水位差。流速的选择很重要，过大 水头损失大，过小易产生淤积。
水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞
第九章 倒虹吸管及涵洞
第一节 倒虹吸管（地涵） 渠道与河谷谷地、道路山沟及渠道等其 它建筑物相交时，为连接渠道而设置的压力 管道。
水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞
水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞
一、倒虹吸管的布置与构造 由进口、出口、管身所组成。
1、管路布置 布置原则：
a.管路与所通过的建筑物、河道正交以缩短管长、节 省工程量；
b.管身及进出口在稳定地段，地形不宜陡、便于工； c.进出口避免建于高填方上，如果不可避免，填方要 夯实； d.对于山谷、管路一般沿地面坡度布置，转弯不宜多。
水工建筑物讲稿- 第九章倒洪吸管与涵洞
2.常见的布置形式
对于高差不大的小 倒虹吸，一般有两种 布置:斜管式和竖井 式. (1)斜管式：
水工建筑物讲稿- 第九章倒洪吸管与涵洞
3.进口段的布置与构造 进水口由闸门、拦污栅、启闭台、进出
口、渐变段及沉沙池、铺盖等组成. (1)进口形式:I 曲线型;II 斜口型
水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞
a. 进口应满足倒虹吸管不同流量的要求、水流平顺、 水头损失小。对于小型管可直接插入墙内或填墩 内；对于大型，常用圆弧衔接在四周用喇叭形。
水工建筑物讲稿- 第九章倒洪吸管与涵洞
水工建筑物讲稿- 第九章倒洪吸管与涵洞
二、倒虹吸管水力计算
水力计算任务（断面计算）：选 定断面尺寸、确定流速
在实际中，上下游水位未知，断 面是未知的，一般是选取适当的流速 1.5 ～ 2.5m/s ， 而 后 确 定 断 面 和 上 下 游水位差。流速的选择很重要，过大 水头损失大，过小易产生淤积。
水工建筑物讲稿 第九章倒洪吸管与涵洞
倒虹吸水力计算
低高度P2 b2
高度P3
0.1
2.65
1
20
9.81
0.5
0.6
0.5
备注：各个 损失系数的 选取已经隐 1、进出口渐 变段损失系
进口渐变段损失系数ζ1 出口渐变段损失系数ζ2
0.15 0.2
水力计算手册第二版
灌溉与排水工程设计规范
2、拦污栅局 部水头损失 系数
s
b
0.03
0.1
α
β
拦污栅局部水头损失系数ζ3
上游渠道断 面参数
进口断面参 平均断面参
A
0.1746
0.4746 0.3246
χ
1.182
2.182 1.682
R
C
V
J
Z1
0.147716 55.927805 0.630011
\
\
0.217507 59.653438 0.231774
\
\
0.182611 57.790622 0.430893 0.00030444 -0.0201159
90
0
0
水力计算手册第二版
3、门槽局部 水头损失系
门槽局部水头损失系数ζ4
0.2 水力计算手册第二版
4、进口局部 水头损失系 数（也可以 查询旧版水 工设计手册
进口局部水头损失系数ζ5
0.2 水力计算手册第二版
5、弯道局部
水头损失
序号 缓弯管 急弯管
θ
d
R
1
#DIV/0! 0.1233024 38
0.15
0
上游渠道
下游渠道
水流动力粘 挟沙水流含
水深h1 底宽b1 边坡系数 水深h4 底宽b4 边坡系数 性系数μ 沙量ρ
下官涵洞倒虹吸计算1
孟州市老蟒河下官庄段治理工程下官涵洞设计书校定：校核：设计：河南省豫北水利勘测设计院二零一三年七月目录1、涵洞总体布置 (4)2、设计依据 (4)3、水力设计 (4)3.1流态判别 (4)3.2非淹没压力流涵洞计算公式 (5)3.3淹没压力流涵洞计算公式 (7)3.4核算过水流量 (9)3.5核算进口水深 (9)3.6涵洞的消能防冲设计 (10)4、荷载计算 (13)4.1涵洞的垂直土压力计算 (13)4.2侧向水平土压力计算 (14)4.3水压力计算 (15)4.3.1内水压力计算 (15)4.3.2外水压力计算（蟒改河最高水位处涵洞断面） (16)4.4汽车车辆荷载计算 (19)4.5自重力计算 (21)5.3荷载的作用分项系数 (23)5、结构设计 (24)下官涵洞计算1、涵洞总体布置下官涵洞采用直线型布置型式，进口渐变段采用扭曲面连接，涵洞分4孔布置，单孔净宽3m，总宽为13.5m，长114m，净高1.8m，设计流量为39.41m3/s；断面形式为矩形，出口设有消力池，消力池采用深挖式。
2、设计依据（1）《水闸设计规范》（SL265—2001）（2）《中小型水利水电工程典型设计图集图集》水闸分册（3）《涵洞》熊启钧编著，中国水利水电出版社（4）《水工设计手册》（第二版）3、水力设计依据熊启钧编著的《涵洞》水力计算过程和孟州市老蟒河下官庄段治理工程图3.1流态判别H=3m，D=1.8m，h=3.764m；H>1.5D，h>D,流态为淹没压力流；淹没压力流过流能力分别按非淹没压力流与淹没压力流计算公式进行计算；其中H为涵洞进口水深，m；D为涵洞洞高，m；h为涵洞出口水深。
3.2非淹没压力流涵洞计算公式式中m2——流量系数；B为洞宽，净宽为3m，总净宽为12m；A——断面面积，m2；H0——包括上游行近流速的水头，m；i——涵洞的纵坡，前段取为9/500，后段取为0.003；L——涵洞长度，取为114m，坡度为0.003的长度为64m；——修正系数，可采用=0.85；R——水力半径，m；——湿周，m；C——谢才系数，m0.5/s;n——糙率，混凝土洞可采用0.014；——除出口损失系数以外的水头损失系数总和；——进口损失系数，顶部修圆的进口可采用0.1~0.2，取0.1；——拦污栅损失系数，与栅条形状尺寸及间距有关，一般可采用0.2~0.3，此处取为0；——闸门槽损失系数，一般可取为0.05~0.1，此处取0；——出口损失系数，此处取0；——进口渐变段损失系数，可查《水工设计手册》，从下表1得到；损失系数为0.1；——出口渐变段损失系数，取为0.3；其余符号意义同前；断面型式进口出口扭曲面0.1~0.2 0.3~0.5A=4BD=4×3×1.8=21.6m2其中为系数，取为1.05；v为行近流速，取为0.5m/s；设计流量Q=39.41m3/s,计算流量大于设计流量，满足设计流量的要求；3.3淹没压力流涵洞计算公式其中，m3是流量系数；为出口后下游过水断面面积，出口断面较大，较大，可近似取为0.4；其余符号意义同前；为水头损失系数总和，过水断面面积AA=4BD=4×3×1.8=21.6m2湿周水力半径R谢才系数C包括行近流速的水头H流量系数m33.4核算过水流量过水流量计算公式：设计流量Q=39.41m3/s,计算流量大于设计流量，满足设计流量的要求；3.5核算进口水深出口水深h=2.9m，高于洞高1.8m，确定按淹没压力流计算进口水深，进口水深的计算公式如下：涵洞进口水深为3m，满足进口水深的要求。
小桥涵水力计算72页PPT
小桥涵水力计算
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
倒虹吸管的水力计算
ζj进口
0.250
ζ门槽
0.100
拦污栅栅条厚度s
0.030
拦污栅间距b
0.100
拦污栅与水平面夹角a
80.000
栅条形状系数β
0.760
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
0.150
弯道损失：ζ弯道=0.073+0.073+0.073+0.071+0.034
0.324
ζ旁通管（单个为0.1）
0.100
0.100
总局部水头损失系数∑ζj
1.564
总局部水头损失hj＝∑ζjv2/2g
0.554
总水头损失z＝hj+hf
2.071
允许水头损失
1.990
所选管径不能满足要求
倒虹吸水力计算（预应力砼管D=1.9m)
1、初拟管道直径
设计流量Q
6.710
倒虹吸总长度L
334.410
材料糙率n
0.015
初选流速v'
（1）沿程水头损失
C=R1/6/n
72.949
λ=8g/c2
0.015
hf＝λL*v2/(4R*2g)
0.971
(2)局部水头损失
ζj进口
0.250
ζ门槽
0.100
拦污栅栅条厚度s
0.030
拦污栅间距b
0.100
拦污栅与水平面夹角a
80.000
栅条形状系数β
0.760
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
拦污栅间距b
0.100
拦污栅与水平面夹角a
80.000
栅条形状系数β
0.760
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
0.250
ζ门槽
0.100
拦污栅栅条厚度s
0.030
拦污栅间距b
0.100
拦污栅与水平面夹角a
80.000
栅条形状系数β
0.760
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
0.150
弯道损失：ζ弯道=0.073+0.073+0.073+0.071+0.034
0.324
ζ旁通管（单个为0.1）
0.100
0.100
总局部水头损失系数∑ζj
1.564
总局部水头损失hj＝∑ζjv2/2g
0.554
总水头损失z＝hj+hf
2.071
允许水头损失
1.990
所选管径不能满足要求
倒虹吸水力计算（预应力砼管D=1.9m)
1、初拟管道直径
设计流量Q
6.710
倒虹吸总长度L
334.410
材料糙率n
0.015
初选流速v'
（1）沿程水头损失
C=R1/6/n
72.949
λ=8g/c2
0.015
hf＝λL*v2/(4R*2g)
0.971
(2)局部水头损失
ζj进口
0.250
ζ门槽
0.100
拦污栅栅条厚度s
0.030
拦污栅间距b
0.100
拦污栅与水平面夹角a
80.000
栅条形状系数β
0.760
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
拦污栅间距b
0.100
拦污栅与水平面夹角a
80.000
栅条形状系数β
0.760
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
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1.水流类型
水流的类型有临界流、缓流、急流三类。
当计算基线通过河底时，
位能： Ep H
动能： 能率：
Ek
v2 2g
E0 Ep Ek
H v2 2g
H
Q2
2 g 2
17
小桥涵水流状态
当流量及流水断面形状为已知时，能率为水深的函数：
E0 f (H )
E0
C点的能率最小，称为临界点。
13
公路桥涵水毁的成因分析
（4）小桥涵进水口紧接较陡的山坡，进水口处的路基及防 护构造物由于洪水急流的顶冲而被摧毁，或因为淘刷基 础造成了水毁。
（5）受资金、材料的限制，公路标准低、质量差，缺少 排水和防护构造物；平原地区的路基标高太低，填土高 度较小；多年来农、林、水和公路建设欠协调，破坏了 生态平衡，同时公路桥涵的抗灾能力降低，严重的则发 生了水毁。
9
三、小桥涵孔径计算的一般要求
（1）小桥涵孔径必须保证设计洪水、流水和漂流物等的安全通 过；必须满足交通、农田灌溉、排涝和排碱等的合理需要；同 时要考虑桥涵前积水影响路堤的稳定和农田村舍的受淹影响， 通过全面分析，从而选定孔径。 （2）小桥涵孔径不应单凭流量计算资料来确定，其他如流域水 文特征、沟槽形态、地质特点、冲淤情况、人类活动等对桥涵 孔径大小都会产生影响，在确定孔径时，应充分给与考虑。 （3）小桥涵孔径应采用标准孔径，并应大于规定的最小孔径要 求。 （4）小桥宜设计为非自由出流状态，涵洞应设计为无压力式。
15
小桥涵水毁的防治
（4）对上游蜿蜒曲折的河沟段，可裁弯取直，改善水流条 件。有时还可以在桥涵前河沟的上游，加设消力池等消能 设施，以达到降低流速，沉积泥沙的目的。 由上述分析可见，孔径是影响小桥涵水毁的重要因素，
正确进行小桥涵水力计算，合理确定小桥涵孔径是防止水毁 的重要措施之一。
16
五、小桥涵水流状态
7
二、小桥涵水力计算的特点
2. 涵洞孔径计算的特点
（1）跨径与台高之间有一定比例关系，其经济比例通常为 1∶1～1∶1.5，孔径计算要解决跨径及台高两个关系； （2）考虑洞身过水阻力的影响，因为过水孔道长而小； （3）通常人工加固河床，提高允许流速； （4）洞身水流可充满洞身并可触及洞顶。
8
二、小桥涵水力计算的特点
28
二、方法步骤
1. 判定桥下水力图式 （1）确定天然水深ht 试算法 公式法
（2）确定桥下临界水深hk （3）判断桥下水力图式 2. 确定桥梁跨径长度L 3. 计算桥前水深H 4. 确定桥头路堤及桥面最低高程
29
确定天然水深
a. 试算法
先假定不同水位下的天然水深ht，即可从实测河床断面上求 出过水面积w及湿周x，按表计算出相应的流速、流量。
③ 相应流速
vt
Qs
Qs aht2
32
判断桥下水力图式
（2）确定桥下临界水深
桥下平均临界水深：
hLj
vL2j g
0.102vL2j
其中对于桥下临界流速 vLj ，孔径计算时按桥下的允
许不冲刷流速控制，查附表1-35～1-38
临界水深按断面形状分别计算
对于矩形及宽的梯形桥孔断面， hLj hLj
速控制
——侧向挤压系数
36
k
k
k
Bk
g
k g
Bk
而 h （断面平均水深）
B
因此 vk gh
对于矩形断面 vk ghk
对于梯形断面
vk
b mhk b 2mhk
ghk
23
（3）临界坡度
用谢才流速公式计算流经河槽的流量 Q C RI
当水流为临界流时，
Q k
k g ,
Bk
I Ik
小桥涵水力计算
小桥涵水力计算
第一节 小桥涵水力计算概要 第二节 小桥水力计算 第三节 涵洞水力计算 第四节 确定小桥涵孔径经验方法
2
1 小桥涵水力计算概要
概念：
1. 孔径：指桥涵下过水净空的大小，它是桥涵设计的基本尺 寸。
2. 通常桥梁孔径用孔数和单孔跨径表示： 2—13m
3. 涵洞孔径用孔数、单孔跨径和涵台高度表示： 2—250×200cm2 （孔数—标准跨径×涵台高度）
4. 圆管涵则用涵管的孔数和内径表示： 2—150cm
3
一、任务及内容
1. 任务
小桥涵水力计算主要是解决小桥涵孔径尺寸问题，通 过水力计算，确定桥涵孔径大小，以确保设计流量顺利安 全地通过桥（涵）下，而不发生不利冲刷、水毁以及不利 的壅水。
孔径计算的任务是：在足以宣泄设计洪水流量并保证 桥涵前雍水不致过高、桥涵下流速不致冲刷河床或结构物 的条件下，通过水力计算确定合理经济的桥涵孔径尺寸。
6
大中桥与小桥孔径计算有什么不同？
大中桥孔径计算以冲刷系数作控制条件，容许桥下发生一 定的冲刷，采用天然河槽断面平均流速作为桥孔设计流速 ，并按自由出流条件，由计算的过水面积推求桥孔长度； 小桥孔径计算则以容许不冲刷流速作为控制条件，河床不 容许发生冲刷，但容许有较大的桥前壅水高度，须考虑桥 孔的出流状态，按此确定桥孔长度。
自由出流的水力条件： ht 1.3hLj
27
小桥水力计算图式
2. 非自由出流
当桥下游水深大于临界水深的1.3倍时，由于下游水位的 顶托作用，桥下临界水深被淹没，桥下水深即为天然水深， 形成非自由出流。此时桥下游水深直接影响桥下水流出流， 使桥下流速降低，过水流量比自由出流有所减少。
非自由出流的水力条件： ht 1.3hLj
10
三、小桥涵孔径计算的一般要求
（5）有压涵洞水压力较大，沉陷缝处容易漏水，危及基础和 路堤，所以涵洞应设计为无压的，仅在特殊情况下，有充分的 技术经济比较依据时，方可采用有压涵洞。 （6）涵洞可设计成单孔或双孔。由于多孔涵洞流量分配不均 匀，使个别涵孔通过流量有可能超过设计标准，故不宜修建， 只有个别情况在技术和经济上均属适宜时，方可采用多孔。 （7）小桥涵孔径式样，在同一区段内应力求简化，以便于施 工及养护维修。
对于狭和深的梯形桥孔断面，
hLj BLj
BL2j 4mBLjhLj 2m
33
判断桥下水力图式
（3）判断桥下水力图式
自由出流： ht 1.3hLj 非自由出流： ht 1.3hLj
34
方法步骤
2. 确定桥梁跨径长度L （1）自由出流时 由流量基本公式，当通过设计流量时，桥下临界断面处
水位天然水深 ht Nhomakorabeax
R
x
i
1
C mR6
21
v mR 3i 2
Q v
如求得流量与已知的设计流量相差不超过10%，则所假定的 ht及vt可作为以后孔径计算的依据，否则应另行假定ht ，重 新计算。
30
确定天然水深
b. 公式法 如将河床断面规则化，用三角形代替，
3
1
ht
1.1892
Qs8
(a
3
2 3
1)
5
8
m8i8a8
其中： Qs ——设计流量（m3/s） a ——河床边坡系数
i ——河床主河沟平均纵坡
m ——河床糙率
31
确定天然水深
公式法步骤
① 先按照等面积原理及原河床断面接近的原则，将河床断 面规则化，使之用三角形代替
边坡系数： a B 2h
② 由 a、Qs、m、i 即可求出 ht
11
四、小桥涵孔径与水毁
1. 公路桥涵水毁的成因分析 2. 小桥涵水毁的防治
12
公路桥涵水毁的成因分析
从小桥涵水毁实况，可归纳其水毁主要成因： （1）较大孔径的小桥、涵洞，由于基础的埋置深度不够或
未设必要的调治防护构造物，而致桥台及涵洞进出口被冲 毁。 （2）涵洞压缩水流过大，在墩台周围形成高速螺旋水流， 剧烈地冲刷床面泥沙，墩台前形成一个漏斗形的冲刷坑而 危及墩台。同时，冲起的泥砂随水流挟带运往下游，有时 在墩台的两侧逐渐下沉，造成淤塞。 （3）公路沿线的小桥、涵洞布置的数量少，排水系统不完善 ，或河沟上游有堆积物、漂浮物，导致小桥涵堵塞，引起 洪水漫流路面，冲蚀路肩乃至毁坏路基或桥涵。
4
一、任务及内容
2. 内容
（1）确定桥涵的孔径尺寸大小； （2）确定河床（进出口）加固的类型和尺寸，上下游需设
各种消能（力）设施的类型和尺寸； （3）计算并确定壅水高度，小桥桥面最低标高或小桥涵顶
上的最低路堤标高； （4）确定桥（涵）跨布孔方案。
5
小桥涵水力计算的特点
1. 小桥孔径计算的特点
（1）跨径与台高之间无一定比例关系，孔径计算主要是解 决跨径长度问题； （2）桥身断面的过水阻力小（桥台宽度较小），沿程阻力 忽略不计； （3）一般不加固河床，允许不冲刷流速是小桥孔径计算的 重要控制条件； （4）要求有一定的净空高度，计算时按水力学的宽顶堰计 算。
dH
对任何形状的断面，有 d BdH ，B为水面宽度。
因此
1 Q2 B 0
g3
或
Q
Bg
21
临界水深
对于矩形断面 bhk
临界水深计算公式：
Q2b g(bhk )3
1
临界水深：
Q2 hk 3 b2 g
或：
hk
vk2 g
22
（2）临界流速
临界流速：
vk
Q
k
1
通过桥下水流，由于受到桥头路堤和墩台的挤束，将使桥下流 速增大。 若桥下水流压缩很小，则孔径偏大很不经济；
若压缩过大，虽然孔径可以减小，可节省工程数量，但会造成 上游水淹没农田，且桥下流速过大需要很坚固的河床加固，并 且水流出桥后会冲刷河床及冲毁下游农田，直接影响路基和桥 梁使用安全。