第十四章_小桥涵勘测设计

第五节 小桥孔径计算
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。先根据河床的实际情况，拟定河床加 固类型，确定桥下河床的容许流速；再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。 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：
涵洞结构简图
第四节
小桥涵类型选择与布置
（1）圆管涵 圆管涵孔径一般为0.5~2.0m，最小填土厚度50cm，受力情况良好 ，圬工数量少，造价较低。多孔时不宜超过三孔。
第四节
小桥涵类型选择与布置
（2）盖板涵 由于盖板涵建筑高度较低，适于低路基地段使用，一般用作明涵。在 盛产石料的地方，采用石盖板涵较经济，一般只适用于小跨径的明涵 或暗涵。当跨径要求较大时，可采用钢筋混凝土盖板涵。
第四节
小桥涵类型选择与布置
3、按洞顶填土情况分类：
①明涵：洞顶不填土或填土高度小于0.5m，适用于低路堤涵洞 ②暗涵：洞顶填土高度大于0.5m，适用于高路堤涵洞
4、按水力性能分类：
①无压涵洞：洞内水流具有自由表面，其入口水深低于进口高度，可有缓坡 涵洞(i＜ik)，急坡涵洞(i＞ik)以及临界坡涵洞(i=ik) ②半压涵洞：水流仅封闭洞口，洞内仍为无压流 ③有压涵洞：入口水深大于洞口高度，全涵为有压流
第四节
小桥涵类型选择与布置
5、按涵洞洞身型式分类：
①平置式坡涵：②平置式阶梯涵：③斜置式坡涵：
第四节
小桥涵类型选择与布置
二、小桥和涵洞类型的选择
公路小桥和涵洞的类型的选择应根据路线等级，结合当地的地 形、水 文、材料、施工等条件，按照安全、适用、经济、就地 取材、便于施工与养护的原则来选用。 1. 小桥和涵洞的选择
判断 桥下 水力 图式
确定 小桥 孔径 长度
确定 桥前 水深
确定路 基和桥 面最低 标高
第五节 小桥孔径计算

1、判别桥下水力图式 ：

当ht≤1.3hk时，自由式出流； 当ht＞1.3hk时，淹没式出流；

1）、确定河槽天然水深 ht ：
当已知河流的流量、河槽平均坡度i、糙率n时，采用曼宁公式， ht可按 下式计算：
（4）流线型洞口 当涵洞进水口端节升高，立面上形成流线型。当用于压力式涵洞时 ，可使涵内充满水；当用于无压力式涵洞时，可有效地提高涵洞的泄水 能力。
第四节
小桥涵类型选择与布置
（5）斜交涵洞洞口 当涵洞与路线斜交时，洞口布置常见的有两种方法：斜交正做 洞口和斜交斜做洞口。
1）斜交正做洞口
洞口断面N-N与涵洞中心线 垂直，与路线的中心线斜交 。
二 勘测设计内容 小桥涵勘测设计内容：
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
第二节
一、择位原则
小桥涵位置选择
①服从路线走向，逢沟设桥或涵
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，满足 流量的宣泄
第五节 小桥孔径计算 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。 水流图式 自由出流 判别标准 ht≤1.3hk
考虑桥下防冲刷条件，桥前水深按自由出流情况计算，按能量方程有：
2 vmax Q2 H hk 2 2 2 g 2 gA0
（14-16）
A0 f H
第五节 小桥孔径计算
4、桥面及桥头路堤最低标高
桥面： k 0 H h D 桥头路堤： s 0 H
Q3 m2 1 ht 1.1892 3 n 3i 2 m 5
m---边坡系数



1 8
（14-7）
第五节 小桥孔径计算

2）、确定桥孔临界水深水深 hk ：
hk
2 2 vmax
g
（14-5）
a---动能修正系数 vmax---容许不冲刷流速 ψ---进口形状系数。一般取0.9
⑤进行技术分析，使主体和附属工程总工程量最小，造价最低，维
修养护费最低
第二节
二、小桥定位与布设 ①服从路线走向
小桥涵位置选择
②轴线应与洪水主流方向正交。如不能正交时，应使墩 台轴线与水流方向平衡，以减小水流对墩台、路基边
坡的冲刷
③桥位应布设在河道顺直、水流平稳的河段。遇到河湾 时，应择位于河湾的上游
⑧必须在河湾处设涵时，涵位应设在凹岸一侧，有利于汇集水流。
第三节
小桥和涵洞测量

小桥涵勘测与调查
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。
第四节
一、涵洞类型： 1、按材料分类：
小桥涵类Fra Baidu bibliotek选择与布置
①砖涵 ②石涵：有石盖板涵和石拱涵 ③混凝土涵：有四铰管涵、拱涵等 ④钢筋混凝土涵：有管涵、盖板涵、箱涵、拱涵等 ⑤其他材料涵：木涵、瓦管涵、铸铁管涵、石灰三合土拱涵等
第六节 涵洞孔径计算 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。
淹没出流
ht ——桥下游天然水深； hk ——桥下临界水深。
ht>1.3hk
第五节 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。
QS B0 Nd ht vmax

当桥孔断面为矩形，则桥孔长度L=B0； 当桥孔断面为梯形，则桥孔长度L=B0+2m（1/2ht+Δh)；
第五节 小桥孔径计算
轴线与流向斜交的桥孔净长：
La ld sin Lj cos
第五节 小桥孔径计算

3、桥前水深 H 的计算：
第二节
小桥涵位置选择
⑤土质密实、边坡稳定河沟，可改沟设岸坡涵，如下图。岸坡涵可缩短涵洞长 度，有利于泄水。
第二节
小桥涵位置选择
⑥并沟设涵：两溪相近、或汇水面积较小、坡度缓、水流小、含沙量低的河沟，通过经 济比较，可作并沟设涵。如下图所示。
第二节
小桥涵位置选择
⑦改涵为明沟：路线跨越丘陵地区的山脊线时，在马鞍形底部可开挖明沟排水 不设涵洞，如下图所示。
第四节
小桥涵类型选择与布置
2、涵洞类型的选择
涵洞由洞身、洞口、基础三个部分组成。 洞身：主要承受涵洞上填土的垂直与侧向的土压力以及活载压力。 洞口：用以连接洞身与上下游水道，使水流能顺畅地通过洞身，并保 证洞口周围的路基边坡免遭冲刷。 基础：把涵洞所受的荷载均匀地分布和传递到地基上，并使地基免受 水流的直接冲刷。 根据涵洞洞身的构造形式不同， 涵洞可分为圆管涵、拱涵、盖 板涵和箱涵等。
小、并有利与路线顺利衔接的河岸
⑧对于沿溪路线，应有较好的线形条件(图d)。
第二节
小桥涵位置选择
第二节
小桥涵位置选择
三、涵洞的定位与布设：
1.涵洞定位应服从路线方向 2.设涵位置及辅助措施。 1)平原区涵位：
①设于河沟中心（河心涵）：一般与路线方向正交，并使其进口对准上 游沟心。 ②设于灌渠线上（灌溉涵洞）：保证灌渠水流畅通。
Bridge and Culvert Hydrology
第十四章 小桥涵勘测设计
第一节
小桥涵勘测设计内容
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。
第二节
小桥涵位置选择
③截弯取直设涵：称为改沟涵。
第二节
2)山岭地区涵位
小桥涵位置选择
①顺沟设涵：山区河沟坡陡流急，洪水迅猛，应顺沟设涵。一般不宜作改沟设涵强求正交。
②路线正坡成凹形的低处或路线纵坡由陡变缓的变坡点应设涵，如下图。
第二节
小桥涵位置选择
③旁山内侧截水沟及路基排水边沟出口处应设涵（如下图a）。 ④坡陡急弯处路线偏角大于90°，平曲线半径小，在弯道起止点附近应设涵 （如下图b）
小桥和涵洞的选用，主要根据设计流量、路堤高度、河床纵坡 以及建筑材料等确定。当跨越常年有水但流量较少，或季节性 水流且漂浮物和上游泥沙运动较少，路堤高度能够满足壅水高 度和宣泄设计流量的要求时，宜采用涵洞；当设计流量大，或 河道漂浮物和泥沙运动较多，或河沟地处陡峭深谷并填土过高 时，都应采用小桥。
第二节
小桥涵位置选择
④桥位应选择在河床地质条件良好、承载力大的河段。
尽量避免在岩溶、滑坡、泥沼以及淤积沉积的地段
⑤桥位应选择在河面宽度小、河滩较窄较高、岔河少的 河段。如必须通过滞留汇合口时，应设置在支流汇 合口下游并且远离汇合口(图b)
第二节
小桥涵位置选择
⑥跨越溪沟时，桥位应尽量选择在大河壅水倒灌范围以 外(图c) ⑦桥位应尽量选择在两岸地质条件好、施工时土石方量
2、按构造型式分类：
①管涵：又称圆管涵。直径一般为0.5～1.5m，受力情况和适应基础的性能 好，仅需设置端墙，不需墩台，圬工量小，造价低，但清淤不便； ②盖板涵：较适用于低填土的路基，还可做成明涵 ③拱涵：是一种常用型式，其超载潜力大，便于就地取材，易于施工； ④箱涵：适用于软土地基。但因施工困难、造价较高，一般不常用；
第五节 小桥孔径计算

2、确定小桥孔径长度L ①自由式出流：
在计算需要的桥下水面宽度B时，应该引进水流挤压系数ε：
QS g B Nd 3 . vk


当桥孔断面为矩形，则桥孔长度L=B；
当桥孔断面为梯形，则桥孔长度L=B+2mΔh；
第五节 小桥孔径计算

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，则桥下过水断面的平均 宽度（即1/2ht处）为：
第四节
（3）拱涵
小桥涵类型选择与布置
一般超载潜力较大，砌筑技术易掌握，养护费用低，便于就地取材。
第四节
小桥涵类型选择与布置
（4）箱涵 适用于软土地基，但施工困难，造价较高，一般不常采用。高速 公路的通道多采用箱涵。
第四节
小桥涵类型选择与布置
（5）倒虹吸管 在路基填土不高，路线两侧水深高于路基高度，或在浅路堑处， 可采用倒虹吸管。
第四节
小桥涵类型选择与布置
3、涵洞洞口形式的选择
涵洞洞口建筑形式必须根据涵洞类型、河床及洞口附近的地形和地质 条件、水流特征等合理选择。 常见的建筑形式：八字翼墙式、锥形护坡式、一字墙护坡、跌水井式 及流线型洞口等。
涵洞洞口形式
第四节
小桥涵类型选择与布置
（1）八字翼墙式或锥形护坡式洞口 适用于平坦顺直、河沟较宽、纵断面高差变化不大的河沟和孔径有 一定压缩的情况。具有水力条件较好、工程量小、施工简单、经济等优 点。当涵洞高度在5m以下时，八字翼墙式较锥形护坡式更为经济。 （2）一字墙护坡洞口 构造简单，工程量小。适用于边坡规则的人工渠道或在窄而深、河 床纵断面变化不大的天然河沟上采用。 （3）跌水井式洞口 在排出傍山较长距离内的边沟及截水沟的水时，由于进水口涵底低 于边沟底，就需设边沟跌水井洞口。具有效能和沉淀泥沙的作用。
小桥和涵洞按跨径分类表 多孔跨径总长L（m） 小桥 涵洞 8≤ L ≤30 —— 单孔跨径L0（m） 5≤ L0 ≤20 L0 ≤5
第一节
小桥涵勘测设计内容
一 原则要求
小桥涵的设计原则： 符合安全，经济，适用，美观的统一 因地制宜，就地取材，便于施工 配合农田水利
第一节
小桥涵勘测设计内容
2）斜交斜做洞口
洞口断面N-N与路线中心线 平行，与涵洞中心线斜交。
斜交涵洞的洞口布置 a)斜交正做； b)斜交斜做
第五节 小桥孔径计算 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