小桥和涵洞孔径计算
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小桥和涵洞孔径计算
深h0 = hk i<ik，涵内水深h0 ＞hk； 很少采用i<ik的涵洞
普通式进水口H>1.2hT 进水口被淹没，出水口没；
流线型进水口，一般不出现 半压力式
工程中采用半压力式涵洞时 涵底纵坡 i≥ik
应避免采用i<ik的涵洞
H H'
hc hT h
H
h0 hT h
i
h 0或 h k
i
h 0或 h k
1.判别桥下水力图式
1）确定河槽天然水深ht 2）确定桥下临界水深hk 3）水流图式判别
2.确定小桥孔径长度L 1）自由式出流 2）淹没式出流
3.确定桥前水深H 1）自由式出流 2）淹没式出流
4.确定路基和桥面最低 标高
1）确定河槽天然水深ht
假定一个水深h1 求A、R
计算v、Q
v
1
B 01Q sNd
同试算法，确定桥孔长度
（6）同试算法，计算桥头路基及桥面最低标高。
河床实际情况 建桥河段附近建材
桥下河床允许流速
河床天然水深
临界水深
出流形式
桥孔长度
桥前水深
否
设计要求 是
确定设计各要素
9.5 涵洞孔径计算
9.5.1 涵洞孔径计算特点
1.洞身断面的尺寸对工程数量影响较大; 2.涵洞孔径小、孔道长，水流过涵阻力较大; 3.通常采取人工加固措施来提高过涵流速; 4.孔径计算需考虑水流充满洞身的情况。
9.5.2 水流通过涵洞的图式
分类
出水口是否被下游淹没——自由式出流√
淹没式出流
行洪时洞口是否被淹没——无压力式
半压力式
压力式
涵洞的摩擦坡度iW
iW
Q2 A2C 2R
普通式进水口H>1.2hT 进水口被淹没，出水口没；
流线型进水口，一般不出现 半压力式
工程中采用半压力式涵洞时 涵底纵坡 i≥ik
应避免采用i<ik的涵洞
H H'
hc hT h
H
h0 hT h
i
h 0或 h k
i
h 0或 h k
1.判别桥下水力图式
1）确定河槽天然水深ht 2）确定桥下临界水深hk 3）水流图式判别
2.确定小桥孔径长度L 1）自由式出流 2）淹没式出流
3.确定桥前水深H 1）自由式出流 2）淹没式出流
4.确定路基和桥面最低 标高
1）确定河槽天然水深ht
假定一个水深h1 求A、R
计算v、Q
v
1
B 01Q sNd
同试算法，确定桥孔长度
（6）同试算法，计算桥头路基及桥面最低标高。
河床实际情况 建桥河段附近建材
桥下河床允许流速
河床天然水深
临界水深
出流形式
桥孔长度
桥前水深
否
设计要求 是
确定设计各要素
9.5 涵洞孔径计算
9.5.1 涵洞孔径计算特点
1.洞身断面的尺寸对工程数量影响较大; 2.涵洞孔径小、孔道长，水流过涵阻力较大; 3.通常采取人工加固措施来提高过涵流速; 4.孔径计算需考虑水流充满洞身的情况。
9.5.2 水流通过涵洞的图式
分类
出水口是否被下游淹没——自由式出流√
淹没式出流
行洪时洞口是否被淹没——无压力式
半压力式
压力式
涵洞的摩擦坡度iW
iW
Q2 A2C 2R
09 小桥和涵洞孔径计算
临界水 深函数
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桥涵水文
9.2 小桥孔径计算
一、水流通过小桥的图式 经小桥孔径的水流特点： ① 具有侧向影响，造成局部阻力 ② 桥孔前水位整齐，桥孔内流速增加，造成第一次水面跌落 ③ 桥孔后流速减小，产生局部阻力，造成第二次水面跌落。 水力现象与宽顶堰相同。 形成原因： 水流在缓流河道中，由于桥墩或桥的边墩侧向收缩，使水 流过水断面减小造成的。 分类： 自由出流 淹没出流
二、小桥孔径计算 2．确定小桥孔径
1)自由式出流
QS g B 3 Nd εv k
若桥孔断面为矩形，则桥孔长度L=B；
若桥孔断面为梯形，则桥孔长度为： L=B+2m△h 2)淹没式出流 桥下河槽被下游水流淹没，桥下过水断面的水深为ht，则桥下过水断面 平均宽度（即1/2ht处）为：
B0
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桥涵水文
9.1 堰流基本理论
临界水深（hk） 对于明渠水流的某个断面，以该断面底的最低点所在的水 平面做为参考基准面，过水断面上单位重量的水体所具有的总 能量叫做断面比能。当渠底坡度较小时，断面比能近似等于水 深加上单位重量水体的动能。 对于给定的断面，相应于某个流量，断面比能最小值的水 深，称此水深为该断面该流量的临界水深。
当ht≥1.3hk时，淹没式出流。 2．确定小桥孔径
gAk3 Qs g Bk 3 2 Qs vk
1)自由式出流
桥下水面宽度B
QS g B 3 Nd εv k
挤压系数：反映了墩台的阻水效应，查表9-2-3
涵洞孔径计算
涵洞计算1、涵洞的布设本路段小桥涵设置时主要考虑了：上游洞口应考虑流向，下游洞口以不危及农田村镇为原则，同时考虑到圆管涵利于施工，又经济简便，所以大部分形式均采用无压力式圆管涵形式。
本设计所取标准跨径为1.0m 。
本设计中涵洞的位置以及孔径见表1所示：管涵的标准跨径通常取50、75、100、125、150（cm ）。
下面以排水总体规划图中K16+708处的涵洞计算为例。
采用的方法为径流形成法，此法是以暴雨资料为主推算小流域洪水流量的一种方法，是公路部门目前普遍使用的一种计算方法，该公式只适用于汇水面积F ≤30 km 2的小流域。
汇水面积：0.0312km ，主河沟平均比降：12.4%，流域土壤吸水类属：Ⅲ，年平均降雨量：793mm ，设计洪水频率1/50，汇流时间：30min ，径流系数：0.95，粗糙度系数n=0.014。
我国公路系统最常采用的是公路科学研究所提出的简化公式，其中未考虑洪峰削减的公式为：由涵洞设计手册得洪峰流量计算：。
()βγδϕ54230m z -h F Q =式中 Q P ——规定频率为P 时的雨洪设计流量（m 3/s ）F ——汇水面积（km 2） h ——暴雨径流厚度（mm ） Z ——被植物或坑挖滞流的径流厚度φ——地貌系数，根据地型、汇水面积F 、主河沟平均坡 度I z 决定β——洪峰传播的流量折减系数，由汇水面积重心至桥涵的距离（L 0＝0.3Km<1Km ）及汇水区的类型（丘陵汇 水区）综合查表3.2－10得 γ——汇水区降雨不均匀的折减系数δ——考虑湖泊或小水库调节作用对洪峰流量影响的折减系数根据已知条件查《公路桥涵设计手册·涵洞》表4-8、表4-11、表4-12、表4-13、表4-14、表4-15，分别得地貌系数0ϕ取0.09，常用迳流厚度h 取53mm ，植物坑洼滞留的迳流厚度z 取10mm ，洪峰传播的流量折减系数β取1、降水不均匀折减系数γ取1.0、小水库（湖泊）调节折减系数δ取1。
小桥涵水力计算及确定孔径经验方法
（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。
6
大中桥与小桥孔径计算有什么不同？
临界流就是水深等于临界水深时的一种特殊的水流状态。 主要参数有：
（1）临界水深 （2）临界流速 （3）临界坡度
20
（1）临界水深
临界水深时的能率最小，有 d E 0 0 dH
d dE H 0dd HH2Q g 221gQ 23d dH
对任何形状的断面，有 dBdH，B为水面宽度。
因此
1
Q2
g 3
水位
天然水深 h t
x
R
x
i
1
C mR6
21
v mR 3i2
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
(a2 1)8
（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。
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。
6
大中桥与小桥孔径计算有什么不同？
临界流就是水深等于临界水深时的一种特殊的水流状态。 主要参数有：
（1）临界水深 （2）临界流速 （3）临界坡度
20
（1）临界水深
临界水深时的能率最小，有 d E 0 0 dH
d dE H 0dd HH2Q g 221gQ 23d dH
对任何形状的断面，有 dBdH，B为水面宽度。
因此
1
Q2
g 3
水位
天然水深 h t
x
R
x
i
1
C mR6
21
v mR 3i2
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
(a2 1)8
（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。
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。
小桥和涵洞孔径计算
小桥和涵洞孔径计算
三、涵洞定位于布设
⑵山岭地区涵位 5）边坡稳定河沟，可改沟设岸坡涵。如图14-4 6）并沟设涵---两溪相近，需做好附属设施。如图14-6 7）跨越山脊线时刻改涵为明沟。如图14-7 8）在河湾设涵时，涵位应在凹岸一侧，以利于汇水。
小桥和涵洞孔径计算
14-3 小桥涵勘测与调查
水文勘测与调查 1）暴雨径流法 ①汇水面积及主河沟纵坡测量 ②汇水区的土壤类型，植被情况及地面特征 ③农田水利情况 ④地区暴雨参数图表
小桥和涵洞孔径计算
二 勘测设计内容
小桥涵位置及类型选择 确定设计流量及设计水位 水力计算 标准图选用 工程量计算与设计文件编制
小桥和涵洞孔径计算
14.2 小桥涵位置的选择
一、择位原则 ①服从路线走向，逢沟设桥或涵（图14-1a） ②应设在地质良好、河床稳定、河道顺直的河段 ③适应路线平、纵要求，并与路基排水系统协调一致 ④小桥轴线应与河沟流向垂直，涵洞方向应与水流方向一致，
差与两点间水平距离的比值计算。
小桥和涵洞孔径计算
三 小桥涵现场勘查内容
主河沟平均坡度估算 2）平原河流 ①当河沟长度大于800m时，按近桥涵一半河沟的就坡
度。 ②当河沟长度小于800m时，按桥涵至分水岭的主河沟
平均坡度。
小桥和涵洞孔径计算
三 小桥涵现场勘查内容
主河沟断面形状折算 小汇水面积坡面集流时间对河沟流量影响不大，通常 一河沟取代，并把不规则的天然河沟断面概化为三角 形。 边坡系数：m=B/2h
小桥和涵洞孔径计算
14-3 小桥涵勘测与调查
水文勘测与调查 2）形态调查法 ①形态断面选定及测量 ②洪水调查，洪痕高程，位置及洪水比降测算 ③河段特征调查及糙率选定
小桥和涵洞孔径计算
三、涵洞定位于布设
⑵山岭地区涵位 5）边坡稳定河沟，可改沟设岸坡涵。如图14-4 6）并沟设涵---两溪相近，需做好附属设施。如图14-6 7）跨越山脊线时刻改涵为明沟。如图14-7 8）在河湾设涵时，涵位应在凹岸一侧，以利于汇水。
小桥和涵洞孔径计算
14-3 小桥涵勘测与调查
水文勘测与调查 1）暴雨径流法 ①汇水面积及主河沟纵坡测量 ②汇水区的土壤类型，植被情况及地面特征 ③农田水利情况 ④地区暴雨参数图表
小桥和涵洞孔径计算
二 勘测设计内容
小桥涵位置及类型选择 确定设计流量及设计水位 水力计算 标准图选用 工程量计算与设计文件编制
小桥和涵洞孔径计算
14.2 小桥涵位置的选择
一、择位原则 ①服从路线走向，逢沟设桥或涵（图14-1a） ②应设在地质良好、河床稳定、河道顺直的河段 ③适应路线平、纵要求，并与路基排水系统协调一致 ④小桥轴线应与河沟流向垂直，涵洞方向应与水流方向一致，
差与两点间水平距离的比值计算。
小桥和涵洞孔径计算
三 小桥涵现场勘查内容
主河沟平均坡度估算 2）平原河流 ①当河沟长度大于800m时，按近桥涵一半河沟的就坡
度。 ②当河沟长度小于800m时，按桥涵至分水岭的主河沟
平均坡度。
小桥和涵洞孔径计算
三 小桥涵现场勘查内容
主河沟断面形状折算 小汇水面积坡面集流时间对河沟流量影响不大，通常 一河沟取代，并把不规则的天然河沟断面概化为三角 形。 边坡系数：m=B/2h
小桥和涵洞孔径计算
14-3 小桥涵勘测与调查
水文勘测与调查 2）形态调查法 ①形态断面选定及测量 ②洪水调查，洪痕高程，位置及洪水比降测算 ③河段特征调查及糙率选定
小桥和涵洞孔径计算
小桥涵计算
位于淤积较少的灌溉渠道上的涵洞孔径一般不小于075m全长不宜超过10m2钢筋混凝土盖板箱涵适用于低填土对地基承载力的要求没有拱涵高因此常用在要求通过较大的流量地质条件较差路堤高度有限且不适宜设置拱涵的情况
小桥涵分布及孔径计算
梁东 土木工程系 771211liangdong@
意义
桥涵工程费在铁路全部工程费中占相当大的比重。 而小桥、涵洞因数量众多，又约占桥涵工程费的一 半。 桥涵设置的优劣对线路的安全也有很大影响，所以 ，恰当地分布桥涵和正确地决定其孔径与类型是十 分重要的。
植物截留、填洼和入渗的整个过程称为蓄渗过程，这部分雨水不 产生地面径流而作为损失，扣除损失后剩余的雨量称为净雨。 如果降雨强度大于下渗强度，则超渗雨量就沿坡面开始漫流。坡 面漫流的雨水汇入河槽后，又从上游流向下游，从支流进入主流 ，最后到达流域出口断面，这个过程称为河槽集流。 在河槽集流过程中，随着坡面漫流的迅速汇集，使出口断面的流 量急增，水位猛涨，经过一段时间后出现最大流量（洪峰流量） ，后逐渐减退。
2、钢筋混凝土盖板箱涵
——适用于低填土，对地基承载力的要求没有拱涵高，因此，常用在要 求通过较大的流量，地质条件较差，路堤高度有限，且不适宜设置拱涵 的情况。
3、石盖板箱涵
——当流量较小，且附近有合适的石料时，采用这类涵洞能节省部分钢 筋和水泥，应优先选用。
4、石砌拱涵
——这类涵洞具有节约钢筋和水泥，通过较大的流量和在陡坡上较易设 置等优点，因此，拱涵虽然施工比较困难，但一般仍经常采用。当路堤 有足够高度，地质条件良好，具有较高的地基承载力，附近又有合适的 石料时，采用这类涵洞是合适的。
（二）涵洞孔径计算
涵洞与小桥相比，其特 点是孔径小，洞身长， 涵前水深可以高于涵洞 高度，所以，水流通过 涵洞的图式比小桥复杂 。 根据实验，按涵洞前壅 水是否淹没涵洞的进口 及洞顶，涵洞的水流图 分为无压式、半有压式 和有压式三类。
小桥涵分布及孔径计算
梁东 土木工程系 771211liangdong@
意义
桥涵工程费在铁路全部工程费中占相当大的比重。 而小桥、涵洞因数量众多，又约占桥涵工程费的一 半。 桥涵设置的优劣对线路的安全也有很大影响，所以 ，恰当地分布桥涵和正确地决定其孔径与类型是十 分重要的。
植物截留、填洼和入渗的整个过程称为蓄渗过程，这部分雨水不 产生地面径流而作为损失，扣除损失后剩余的雨量称为净雨。 如果降雨强度大于下渗强度，则超渗雨量就沿坡面开始漫流。坡 面漫流的雨水汇入河槽后，又从上游流向下游，从支流进入主流 ，最后到达流域出口断面，这个过程称为河槽集流。 在河槽集流过程中，随着坡面漫流的迅速汇集，使出口断面的流 量急增，水位猛涨，经过一段时间后出现最大流量（洪峰流量） ，后逐渐减退。
2、钢筋混凝土盖板箱涵
——适用于低填土，对地基承载力的要求没有拱涵高，因此，常用在要 求通过较大的流量，地质条件较差，路堤高度有限，且不适宜设置拱涵 的情况。
3、石盖板箱涵
——当流量较小，且附近有合适的石料时，采用这类涵洞能节省部分钢 筋和水泥，应优先选用。
4、石砌拱涵
——这类涵洞具有节约钢筋和水泥，通过较大的流量和在陡坡上较易设 置等优点，因此，拱涵虽然施工比较困难，但一般仍经常采用。当路堤 有足够高度，地质条件良好，具有较高的地基承载力，附近又有合适的 石料时，采用这类涵洞是合适的。
（二）涵洞孔径计算
涵洞与小桥相比，其特 点是孔径小，洞身长， 涵前水深可以高于涵洞 高度，所以，水流通过 涵洞的图式比小桥复杂 。 根据实验，按涵洞前壅 水是否淹没涵洞的进口 及洞顶，涵洞的水流图 分为无压式、半有压式 和有压式三类。
小桥和涵洞孔径计算
垂裙厚度(m) 0.4 0.5
0.6
0.7
0.8
编辑ppt
43
1.缓坡涵洞出水口河床加固处理
(2)无压力式涵洞下游，在涵洞出口八字墙或 锥坡范围内设置挑坎
挑坎由上坎、平台、下坎及截水墙组成。
2～3倍上坎高
(1/4～1/3)D 2/5D 1～2倍下坎高
上坎
平台
下坎
h
>2/5D
D=200～400
挑坎的一般布置编图辑pp(t 尺寸单位：cm)
2g
24
孔径计算简化式：
（1）圆管涵 5 Qs 1.69d2
2
d
Qs 1 .69
5
（2）盖板涵及箱涵
3
Qs 1.57B5H2
B
Qs
3
1.575H 2
（3）石拱涵
3
Qs 1.42B 2H2
B Qs 3 1.422H 2
编辑ppt
25
2. 半压力式涵洞
水力计算根据水流穿过侧壁孔口出流公式，以收 缩断面处的比能来推算过涵流量和涵前水深。
多孔跨径总长L（m） 单孔跨径L0（m）
8≤ L ≤30 ——
5≤ L0 ≤20 L0 ≤5
小桥和涵洞的标准跨径表
0.75 1.0 1.25 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 8.0 10.0 13.0 16.0
编辑ppt
2
小桥涵 的分类
9.1.2 小桥涵的分类
1.按结构形式分
半压力式
压力式
涵洞的摩擦坡度iW
iW
Q2 A2C 2R
编辑ppt
21
1. 无压力式涵洞
2. 半压力式涵洞
第八章-小桥和涵洞孔径计算
面的水深为ht,则桥下过水断面平均宽度为：
B0
Qs
ht vbc
Nd
（8-2-8）
B0—桥下过水断面的平均宽度(m)；
vbc—河床的容许(不冲刷)流速(m/s)，可按表8-2-1采用。
第二节 小桥孔径计算
❖ 若桥孔断面为矩形，则桥孔长度L=B0；
❖ 若桥孔断面为梯形，则桥孔长度为：
L
B0
2m( 1 2
❖ 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。
❖ 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。
小桥 涵洞
小桥和涵洞按跨径分类表 多孔跨径总长L（m） 8≤ L ≤30 ——
单孔跨径L0（m） 5≤ L0 ≤20 L0 ≤5
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。
二、小桥和涵洞勘测的主要工作内容
❖ 1、勘测前的准备工作 ❖ 2、小桥和涵洞位置的选择 ❖ 3、小桥和涵洞测量 ❖ 4、小桥和涵洞类型选择
ε—挤压系数；见表8-2-2；
N—桥墩个数； d —桥墩宽度(m)；
其他符号意义同前。
第二节 小桥孔径计算
挤压系数ε与流速系数值φ
桥台形状 单孔桥锥坡填土 单孔桥有八字翼墙
ε 0.90 0.85
多孔桥或无锥坡或桥 台伸出锥坡以外
拱脚淹没的拱桥
0.80 0.75
表8-2-2
φ 0.90 0.90
小桥涵水力计算及确定孔径经验方法
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
二、小桥涵水力计算的特点
1. 小桥孔径计算的特点
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
涵洞孔径计算与小桥孔径计算有什么不同？ 涵洞洞身随路基填土高度增加而增长，洞身断面尺寸对工 程量影响较大。因此计算涵洞孔径时，还要求跨径与台高 有一定的比例关系。通常采用加固河床提高容许流速的办 法来减小涵洞孔径，由于河床加固后的容许流速都比较高 ，如计算孔径时仍按容许不冲刷流速控制，根据设计流量 计算出涵洞孔径会很小，从而使得涵前水深增加，它将危 及到涵洞与路堤的安全。 因此，控制涵前水深、满足泄流要求与具有一定合适断面 高宽比例，是涵洞孔径计算的基本要求。
（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。
6
大中桥与小桥孔径计算有什么不同？
（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。
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
二、小桥涵水力计算的特点
1. 小桥孔径计算的特点
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
涵洞孔径计算与小桥孔径计算有什么不同？ 涵洞洞身随路基填土高度增加而增长，洞身断面尺寸对工 程量影响较大。因此计算涵洞孔径时，还要求跨径与台高 有一定的比例关系。通常采用加固河床提高容许流速的办 法来减小涵洞孔径，由于河床加固后的容许流速都比较高 ，如计算孔径时仍按容许不冲刷流速控制，根据设计流量 计算出涵洞孔径会很小，从而使得涵前水深增加，它将危 及到涵洞与路堤的安全。 因此，控制涵前水深、满足泄流要求与具有一定合适断面 高宽比例，是涵洞孔径计算的基本要求。
（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。
6
大中桥与小桥孔径计算有什么不同？
（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。
第八章 小桥和涵洞孔径计算
第二节 小桥孔径计算
1、自由式出流
小桥下游天然水深ht≤1.3hk时，桥下水流图式如下图。桥下水深为 桥下河槽的临界水深hk。
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，桥下水流图式如下图。桥下天然水深为ht。
第二节 小桥孔径计算 二、小桥孔径计算
2 vH v2 H ht 2 2g 2 g
（8-2-12）
式中：v—由采用的桥孔长度计算的桥下流速(m/s)；其他符号意义同前。
第二节 小桥孔径计算
4、确定路基和桥面最低高程
按图8-2-6可得：桥头路基最低高程=河床最低点高程+H+△ （8-2-13） 按图8-2-7可得：桥面最低高程=河床最低点高程+H+J+D （8-2-14） 式中：H—桥前水深(m)； △—安全高度(m)； J—桥下净空安全值(m)；与大中桥相同； D—桥梁上部结构建筑高度(m)。
2、半压力式
当涵洞的进水口建筑为普通型，且水流充满进口，涵前水深H＞1.2hT时， 但收缩断面以后在整个涵洞内都具有自由水面，称为半压力式水流状态。
H
H'
hT
H
h0
i
h0或hk
i
hc
h
h0或hk
hT
h
第三节 涵洞孔径计算
3. 压力式
当涵洞的进水口建筑为流线型，而涵前水深H>1.4hT，且涵底纵坡i<iw， 或下游洞口被掩埋时，整个涵洞的断面都充满水流，称压力式水流状态。 涵洞的摩阻坡度iw为恰好使水流重力克服水流摩阻力所需要的坡度，可按 下式计算： 式中：iw——摩阻坡度； Q——过涵流量(m3/s)； Q2 iw 2 2 A——涵身断面全面积(m2)； （8-3-1） AC R C——谢才系数(m1/2/s)； R——涵身断面的水力半径(m)。
7 第七章 小桥和涵洞孔径计算
第七章小桥和涵洞孔径计算第一节概述一、小桥和涵洞◦根据已建成公路统计，小桥涵洞的工程投资约占公路工程总投资的15%~20%，投资总额为大、中桥的2~4倍。
设计合理性影响巨大。
◦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确定。
桥涵分类多孔跨径总长L（m）单孔跨径L k（m）桥涵分类多孔跨径总长L（m）单孔跨径L k（m）特大桥L>1000L k>150小桥8≤L≤305≤L k<20大桥100≤L≤100040≤L k≤150涵洞—L k<5中桥30<L<10020≤L k<40第一节概述一、小桥和涵洞位置选择◦山岭和丘陵区小桥和涵洞位置选择◦平原区小桥和涵洞位置选择第一节概述山岭和丘陵区小桥和涵洞位置选择◦一沟一涵，间距<300m，当汇水区小，两沟靠近，可改沟合并。
◦涵洞位置与路基排水系统密切配合，如截水沟排水出口处、边沟最低点处都应设置涵洞，以避免水流冲刷路面和路基。
◦路线转角较大（>90°）、平曲线半径较小，进入弯道前纵坡>4%，在弯道起止点附近设置涵洞。
◦路线由陡坡段过度到缓坡段，200m范围内无涵洞，则在变坡点附近应设置涵洞。
第一节概述平原区小桥和涵洞位置选择◦根据天然排洪系统，有利于农业灌溉，并避免桥涵出口对耕地造成冲蚀；◦通过较长低洼和泥沼地带，具有天然纵坡地带，可多设置涵洞；◦靠近村庄时应通过设置涵洞避免村内积水；◦小桥和涵洞位置应选择在河床地质良好、地基承载力大的河段。
第一节概述二、小桥和涵洞类型选择◦材料选择原则：安全、就地取材、经济、便于施工、养护方便。
◦构造形式选择原则：设计流量、路堤高度、河床纵坡、建材类型等。
第二节小桥孔径计算一、小桥水流图示桥孔压缩河槽，水流受到桥头和路堤压缩出现桥前雍水，桥下水面降低，按下游水深可分为：◦自由式出流◦淹没式出流第二节小桥孔径计算自由式出流◦当天然水深ℎt≤1.3ℎk桥下河槽临界水深◦桥下水流为急流，下游水深对桥下过流能力无影响。
第8章小桥孔径计算
但在允许壅水高度与路线或路面标高的综合考虑中可不必强求哪一方必须符合哪一方的要求且可以通过技术经济评价综合考虑确定也就是说既可以以壅水高度确定的桥面或桥前引道标高作为路线纵断面设计中的控制点标高进行路线纵断面设计也可以以路线纵断面设计所确定的标高作为桥前壅水标高的控制指标进行小桥孔径设计这类情况通常发生在路线两侧的政治经济或军事设施对路线标高有特殊要求时
时考虑标准孔径B，使B>b（公路桥梁标准孔径有B=4，5， 6，8，10，13，16，20m等多种；铁路桥梁标准孔径有 B=4，5，6，8，10，12，16，20m）。再校核桥前壅水水深 H。因此，设计中应考虑V/、B、HP三个因素。 Q 2 hk 3 桥下矩形过水断面hk和流量的关系为： 2
g (eb)
∵
Q=AkVk=ebhkVk
• ∴
hk
Vk2
g
(1)
当以允许流速Vmax设计时，自由式小桥桥孔中的水深为h1=yhk ， 其过水断面与临界水深过水断面比较，有 Q=ebhkVk=ebh1Vmax=ebyhk Vmax 即 Vk =yVmax
hk
Vk2
g
1.5 0
y 2V 2
K K
自由式小桥桥孔中的水深h1<hk， H 令h1=yhk ，这里y为垂向收缩系数，
h1
h
y<1； y的具体数值由进口形式决定： 如非平滑进口，y=0.75～0.80；…。
• 自由出流时:
V 2 g ( H 0 yhk )
小桥孔径一般为矩形断面，水流发生侧向收缩处bc=eb，相应地
Q ebyhk 2 g ( H 0 yhk )
∴mh Bk hk Bk hk 0
2 k
时考虑标准孔径B，使B>b（公路桥梁标准孔径有B=4，5， 6，8，10，13，16，20m等多种；铁路桥梁标准孔径有 B=4，5，6，8，10，12，16，20m）。再校核桥前壅水水深 H。因此，设计中应考虑V/、B、HP三个因素。 Q 2 hk 3 桥下矩形过水断面hk和流量的关系为： 2
g (eb)
∵
Q=AkVk=ebhkVk
• ∴
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(1)
当以允许流速Vmax设计时，自由式小桥桥孔中的水深为h1=yhk ， 其过水断面与临界水深过水断面比较，有 Q=ebhkVk=ebh1Vmax=ebyhk Vmax 即 Vk =yVmax
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K K
自由式小桥桥孔中的水深h1<hk， H 令h1=yhk ，这里y为垂向收缩系数，
h1
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y<1； y的具体数值由进口形式决定： 如非平滑进口，y=0.75～0.80；…。
• 自由出流时:
V 2 g ( H 0 yhk )
小桥孔径一般为矩形断面，水流发生侧向收缩处bc=eb，相应地
Q ebyhk 2 g ( H 0 yhk )
∴mh Bk hk Bk hk 0
2 k
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▪ 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。
▪ 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。
▪ 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。
▪ 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
Q
A1
2
R 3i
Hale Waihona Puke 1 2n▪ 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、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。
▪ （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。
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。
▪ 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。
▪ 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。
▪ 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
▪ 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
▪ 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
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
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。
▪ 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。
▪ 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。
▪ 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
Q
A1
2
R 3i
Hale Waihona Puke 1 2n▪ 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、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。
▪ （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。
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。
▪ 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。
▪ 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。
▪ 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
▪ 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
▪ 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
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