小桥涵课程设计说明书

河南理工大学
《公路小桥涵》课程设计说明书
班级：道桥11-01班
******
学号：************
指导老师：***
日期：2014年07月
目录
一、小桥涵课程设计任务书 (1)
1.设计目的和要求 (1)
2.设计资料 (1)
3.设计任务 (1)
二、小桥涵课程设计说明书 (2)
1.工程资料 (2)
2.资料收集 (2)
3.桥涵水文计算 (2)
4.水力计算 (3)
5.几何设计 (5)
6.桥涵工程量计算 (6)
7.工程量计算表 (8)
参考文献 (9)
一、小桥涵课程设计任务书
1.设计目的和要求
本课程设计通过一个常用、典型的涵洞的设计（包括水文计算、水力计算、涵洞几何设计和结构计算等），让学生将所学到的理论知识与设计方法运用于具体的设计实践中，提高专业设计能力及创造性思维能力，使所学知识能够融会贯通。

设计要求：
（1）学生需认真阅读课程设计任务书，熟悉有关设计资料及参考资料，熟悉各种设计规范的有关内容，认真完成任务书规定的设计内容。

（2）学生均应在教师指导下、在规定的时间内独立完成规定的内容和工作量。

（3）课程设计的成果为计算书1份和手工（CAD）A3图2张以上。

要求计算书内容计算准确、文字通顺、书写工整。

要求图纸、图面布置合理、正确清晰、符合制图标准及有关规定，用工程字注文。

2.设计资料
（1）地形资料见附图，自选一个汇水区域，自拟一个地理区域及地质条件。

（2）设计荷载：根据道路等级选用。

（3）设计洪水频率及最大冰冻深度：设计洪水频率根据等级选用，最大冰冻深度：1.0 米。

（4）地震烈度 8度。

3.设计任务
进行水文计算确定设计流量，完成一道石台钢筋混凝土盖板桥（涵）设计、钢筋混凝土圆管涵、金属波纹管管涵、石拱（桥）涵或箱涵，应进行结构分析和方案比选，选择最佳方案进行设计。

本课程设计要求每位学生根据所给定的设计资料，独立完成一道涵洞，进出口形式（八字墙、锥坡）自定，图幅采用三号图，全套设计成果主要内容有：①涵洞布置图（三视图）；②结构配筋图及细部构造图；③进出口结构尺寸；④工程数量表；⑤设计计算说明书。

二、小桥涵课程设计说明书
1.工程资料
河南山岭重丘三级公路渠家溪处，经孔径计算需设一座1－20m 石拱桥。

桥址路中心河床横断面见下表9-3（河床纵坡平缓，上、下游断面相同）。

河床地质均为坚硬的砂岩，表面风化层厚度约0.5m ，设计洪水位244.30m ，桥位处路线平面为直线，纵面为平坡，桥面边缘标高为248.60m ，路基宽7.5m ，桥面净宽为7+2×0.5m ，桥头路基挖方边坡1:0.3。

小桥设计作业断面资料 表9-3
2.资料收集
25年一遇洪水，拟定汇水区面积约为A=82Km ，主河沟长L=10.5km 拟定主河沟的平均纵坡为：00
8z I 。

3.桥涵水文计算
桥涵水文计算的方法主要有暴雨推理法、径流形成法、直接类比法、形态调查法，由于本次设计是模拟题，故无法采用形态调查和直接类比法，故应选择暴雨推理法和径流形成法。

由于缺乏实地调查的条件，现在采用暴雨推理法进行水文计算。

查阅河南省暴雨等值线图得到:h /mm 90S 004P == 汇流时间τ值的计算：
北方公式： (
)
1
αZ
3I L
K τ=
查表： 038.03=K , 75.01=α 75
.0008.05.10(038.0）÷⨯=τ=1.35
确定暴雨递减指数n 值：查阅暴雨递减指数n 值分区图，该地区属于Ⅱ类分区。

查阅暴雨递减指数n 值分区表，根据上面的汇流时间τ值的计算，1~6h 内，可以查到n=0.70 损失参数μ值计算：
查阅损失参数分区和系数指数值，Ⅲ类土得到：057.01=K ,0.11=β
北方公式： 1
p 1S K βμ= 13.590057.00.1=⨯=μ
将以上计算内容代入到流量计算公式里面：
()A μτS 278.0Q n %4P %4P -×===
s Q /m 4.148813.5-35
.190278.037
.0p =⨯⨯
=）（
4.水力计算
桥涵采用非自由出流，入口形式采用八字翼墙，石拱桥。

由桥涵址处河床横断面图形资料，绘制图形如下：
实测资料如下：
（1）主河沟平均纵坡00
8=ι。

（2）河床粗糙系数m=20。

（3）河床最低点高程为239.49m 。

计算得如下资料。

（1）设计流量s Q S /m 4.1483=。

（2）过水面积2m 5.52=ω；水力半径R=1.9m 确定孔径：
（1）确定t h 及t ν 用试算法：
假定天然水深m 9.1h t =，则：
s /m 74.2008.09.120mR 21
322
1
32t =⨯⨯==ι
ν
相应的流量：s Q /m 85.14347.25.523t =⨯==ων
计算的流量Q 与设计流量s Q S /m 4.1483=相差不超过10%，可不重新计算。

求得m 9.1h t =，s /m 74.2t =ν （2）确定桥下临界水深Lj h
选用25cm 大小单层洗面粗凿石料铺砌加固河床，m 9.1h t =，由附表1-38知s /m 5.4y =ν，则得
桥下平均临界水深按下式计算： )m 07
.25.4102.0102.0g
h 2
2j 2
j
j （=⨯===
L L L νν 采用矩形桥孔断面则有: m 07.2h h j j ==L L
（3）判定水力图示： m L 9.1h 9m 6.207.23.11.3h t j =>=⨯= 故桥下为自由出流 （4）确定小桥跨径长度L
选用八字墙式桥台，由附表1-32查得85.0=ε，自由出流时临界断面水宽度为：m 8.185.485.04
.14881.9g 3
3
Lj
Lj =⨯⨯=
=
ενS
Q B
选用单孔20m 的石拱桥，净跨径为18.m ，与18.8m 相比孔径不超过10%，可
采用。

计算的j h L 、j L ν可不重新计算。

（5）计算桥前水深H
自由出流时，矩形断面时：m 1.3153.0g
2g
g
2h 2
j 2Lj
2Lj 2Lj
Lj ==+
=
+
=L H νννν
5.几何设计
按等截面板拱设计 （1）拱圈尺寸 拱圈厚度按下式初拟：
已知，净跨径：m 190=L ；净矢高：m 5.74f 0=；净矢跨比：
4
1f 00=L 。

m
R 875.1175
.4275.45.92
20=⨯+=；
o
013.5375
.4-875.115
.9arctan
==ϕ；
拱圈厚度cm L R 3.6962/19005.118737.162/37.1t 00=++⨯=++⨯=
取t=70cm ，sin 0ϕ=0.8，6.0cos 0=ϕ。

计算跨径：m 56.198.07.019sin t 00=⨯+=⋅+=ϕL L 计算半径：m L R 225.128
.0256
.19sin 20=⨯==
ϕ 计算矢高：m R 89.4)6.01(225.12cos -1f 0=-⨯==）（
ϕ （2）主要尺寸
m L f f L L R 875.11)4(200000=+=
； o 0013.53f
-1arccos ==）（R
ϕ 净矢高 m 75.4cos -1f 00==）（
ϕR ； 净跨径 m L 19Rsin 200==ϕ；
拱脚水平宽度 m 14.0d 2-1x 0
==
）（R
L ，取0.2m ； 拱脚竖向高度 m 42.0d /f -1y 0==
）（R ；
拱轴长度m 74.222
d
2s 0
=+=）（R ϕ 6.桥涵工程量计算
（1）拱圈
已知93.00=ϕ（弧度），R=11.875m ，d=0.7m ，B=7m
拱圈体积 320m 4.111d d 2=+=B R V ）（拱圈ϕ
查表得，当矢跨比为1/4时，U=1.1594，则拱圈两侧及拱弧勾缝面积
20m 27.1857197.014.1921594.1d 2U =⨯+⨯⨯⨯=+=）（）（拱B L L A
（2)侧墙
如图所示 计算如下：
2200m 73.31)2sin 2(41
=-=R A ）（ϕϕ ； b=a+c=a+nf=0.6+0.286*5.03=2.04m
圆弧拱拱上侧墙 331m 5.23)3
1
()(21=---+=L rA f c aA fL b a V
侧墙其他部分计算公式 ）（)h h (m )h (36
22++++=H H H B L
V
计算得 32m 22.1=V ;33m 05.7=V ;34m 32.8=V ;35m 06.68=V ;3616.2m V = ; （3）桥墩
圆头墩体积：3211211m 27.37r r 31
r =++++=）（）（R R H R H B V π
（4）护拱 台顶护拱
用经验公式，31 3.8m =3.61.056AB =V ⨯=护
近似计算得；A=1.0562m ，6.32)3t 2-h (5.3211=⎥⎦
⎤
⎢
⎣⎡+-=c B B m t 护拱高度，t=
2
f 0
；n ：1，拱上侧墙背坡坡度；1h 拱上侧墙最大宽度（m ）；c 拱上侧墙顶宽。

（5）锥形护坡 正锥坡
正锥坡一般为椭圆椎体的1/4。

正锥坡主要尺寸如下。

锥底椭圆方程：)(222222m b a y a x b =+ 锥底椭圆面积：A=πab=48.3562m
锥底椭圆周长：K S )b a (+=π=24.87m (查表知K=1.0025)
椭圆锥体体积：3m 5.147ab 31
==H V π
长半轴：a=mH=4.4m 短半轴：b=nH=3.5m
片石护坡垂直厚度： 6m 4.0m m 1u 2=+=
t 0.56m t n
n 1v 2
=+= (m=0.48 , n=0.38 , t=0.2m) （6）工程数量
1、锥坡填土体积 3H mn 12
π
=
土V =30.783m ；
m 64.8t )(2
1
u 21-=+-=+=B A H V H H ）（；
）（m 3.2m m 12=+=A ；）（m 8.2n
n 12
=+=B 2、锥坡片石砌体体积 3333m 78.5-mn 12
-mn 12
==
=
）（土片石H H V H V π
π
3、锥坡片石基础砌体体积 []300m 34.11d b b -e 2n m 4
=++=
H K V ）（基π
0b 锥坡基础宽度（m ）;d 锥坡基础厚度（m ）
4、锥坡表面积 22m 5.30mn 12
=++=
H B AB A A ）（坡π
7.工程量计算表
参考文献
[1] JTG/T D65-042007，公路涵洞设计细则[S]．北京：人民交通出版社，2007．
[2] JT/GBQ 003-2003．公路桥涵标准图钢筋混凝土盖板涵[S]．北京：人民交通出版社，2003.
[3] 刘培文，等．公路小桥涵设计示例[M]．北京：人民交通出版社，2005.
[4] 孙家驷．公路小桥涵勘测设计[M]．北京：人民交通出版社，2009．
9。