小桥和涵洞孔径计算

Q
A1
2
R 3i
1 2
n
▪ 若计算的Q值与设计流量相差一般不超过±5%时， 则假定的水深可作为天然水深。否则，需要重新 假定水深进行计算，直至符合要求为止。
▪ 2）确定桥下临界水深hk ▪ 桥下河槽的临界水深hk，可按临界水深函数求得：
Ak3
Q
2 s
Bk g
▪ 式中：Ak—桥下河槽临界水深对应的过水断面面 积；
▪ ②涵位与路基排水系统密切配合，如在截水沟排 水出口处设置涵洞，以免水流冲刷路面和路基。
▪ ③路线的转角较大（大于90°），平曲线半径较 小，进入弯道前的纵坡大于4%，在弯道起（终） 点附近应设置涵洞。
▪ ④路线由陡坡段过度到缓坡段，在此200m内又 无其他涵洞，在变坡点附近应设置涵洞。
▪ （2）平原区小桥和涵洞位置的确定
▪ 由图有：
hk Bk
Bk2 4mkBhk 2m
▪ 临界断面水面宽度Bk为：
Bk
Ak3g Qs2
Qs g vk3
▪ 3）水流图式判别 ▪ 当ht≤1.3hk时，自由式出流； ▪ 当ht＞1.3hk时，淹没式出流。
▪ 2、确定小桥孔径长度L ▪ 1）自由式出流
▪ 考虑桥台和桥墩侧向挤压水流对桥下过水面积减 小的影响，则计算需要的桥下水面宽度B时，应
第九章 小桥和涵洞孔径 计算
第9章 小桥和涵洞孔径计算
▪ 公路在跨越河沟、溪谷和灌溉渠道时，需 修建各种排水构造物，其中以小桥、涵洞 居多。
▪ 一般在平原区每公里约1~3座，山区约3~5 座。据已建公路统计，小桥涵的工程投资 约占公路总投资的15%~20%，其投资总额 为大、中桥的2~4倍左右。
▪ 小桥涵孔径大小应根据设计流量、河床特 性及河床进出口加固类型所允许的平均流 速等来确定。
▪ 2、小桥和涵洞位置的选择 ▪ 小桥和涵洞位置的选择应以服从路线走向，保证
排水顺畅和路基稳定，降低工程造价为原则。
▪ （1）山岭及丘陵区小桥涵位置的确定 ▪ ①一般为一沟一涵，间距不宜大于300m。当汇
水区很小时，两河沟相距很近，可改沟合并。但 要注意开挖排水沟或加深、加宽边沟；做好旧河 沟的堵塞、截水墙及路基加固工程。
▪ 根据已知的设计流量和拟定的河床容许流速，计 算小桥孔径与桥前壅水高度的程序为：
▪ 1、判别桥下水流图式
▪ 1）确定河槽天然水深ht
▪ 河槽天然水深ht可根据已知设计流量及河槽特征， 用试算法确定。
▪ 先假定一个水深h，慎重选取河道的粗糙系数， 从河槽横断面图上求得过水面积A和水力半径R， 按公式计算相应流量。
▪ 一、水流通过小桥的图式
▪ 当桥孔压缩河槽时，水流受到桥台路堤和墩台的 挤压，桥前水位抬高，产生壅水，桥下水面降低， 出现收缩断面。
▪ 小桥桥下河槽一般都进行铺砌加固，不会冲刷。 通过小桥桥下的水流图式与宽顶堰相似，按下游 天然水深的大小可分为自由式出流与淹没式出流 两种。
▪ 1、自由式出流
▪ 小桥下游天然水深ht≤1.3hk时，桥下水流图式 如图。桥下水深为桥下河槽的临界水深hk。
▪ Bk—临界断面Ak的水面宽度； ▪ Qs—设计流量； ▪ a —流速分布系数，小桥取a=1.0
▪ 因此任意形状断面的平均临界水深 h k 为：
hk
Ak Bk
源自文库
Qs2 vk2 Ak2g g
▪ 其中vk为临界流速，计算时可采用河床的容许 （不冲刷）流速。
▪ 对于矩形断面的桥孔，桥下临界水深等于平均临 界水深，即hk= h k ，对于宽浅的梯形断面，可 可水以 深h取kh可k≈按过h 水k ，面对积于相窄等而的深关的系梯近形似断求面得，。临界
▪ ①根据天然排洪系统，有利于农业灌溉设置小桥 和涵洞，并避免桥涵出口对耕地造成冲蚀。
▪ ②路线通过较长的低洼及泥沼地带时，在具有天 然纵坡地段，可适当多设置涵洞，以防排水不畅 及长期积水。
▪ ③路线靠近村庄时，要注意设置涵洞，以便及时 排除村内的地面积水。
▪ ④小桥和涵洞的位置应选择在河床地质良好、地 基承载力较大的河段。
▪ 二、小桥和涵洞勘测的主要工作内容
▪ 1、勘测前的准备工作
▪ （1）地形资料：搜集公路沿线 1:10000~1:50000的地形图，要求能获得必要 的流域面积、主河沟平均纵坡度等资料。
▪ （2）地质资料：搜集区域地质特征资料、地 形图及土质类别。
▪ （3）水文资料：小桥涵所在地附近水文站历 年实测最大流量及其相应的洪水位或历史洪水 位痕迹、沿河沟上下游河床变迁情况、水工构 造物等资料。
▪ 2、淹没式出流
▪ 小桥下游天然水深ht＞1.3hk时，桥下的临界水深 被下游天然水深水面所淹没，桥下水流图式如图。 桥下天然水深为ht。
▪ 二、小桥孔径计算
▪ 小桥涵一般不允许河底发生冲刷，可以根据河床 加固铺砌的类型，选择适当的容许流速作为设计 流速。
▪ 一般采用试算法确定小桥孔径。先根据容许流速 与设计流量，通过计算确定孔径大小与壅水高度， 并与允许的壅水高度进行比较，从而判断是否需 要调整孔径值，直至达到允许的壅水高度。
▪ 3、小桥和涵洞测量 ▪ 主要包括河沟横断面、河沟纵断面及河沟比降测
量并测绘桥涵址平面图。
▪ 4、小桥和涵洞类型选择 ▪ 主要根据公路等级及性质，按照安全、适用、经
济、就地取材、便于施工和养护等条件确定。
▪ 桥涵孔径是根据设计流量，通过水力计算，并根 据小桥和涵洞所在河沟的断面形态来确定的。
第二节 小桥孔径计算
▪ 小桥涵孔径计算的目的在于合理确定桥涵 孔径大小、河床加固的类型和尺寸、壅水 高度、桥涵处路基和桥涵顶面的最低高程。
第一节 小桥和涵洞勘测
▪ 一、小桥和涵洞勘测的主要任务 ▪ 小桥和涵洞勘测包括外业勘测和内业设
计两部分。
▪ 通过对公路沿线的地形、地质、水文、气 象及农田水利设施等情况进行勘测和调查， 为桥涵设计以及水力计算提供必要的资料 和依据。
▪ （4）气象资料：当地气象站年、月平均降雨量， 暴雨强度和所持续时间，年内最高、最低气温， 主导风向和风力等。
▪ （5）其他资料：若为改建或修复工程，需向原设 计、施工和养护部门搜集有关工程的测设、施工 及竣工资料，了解该工程的使用、养护、水毁等 情况，并征询小桥涵改建的意见。
▪ （6）组织与配备完成该工程勘测任务的人员、仪 器和工具等。