第九章 小桥和涵洞孔径计算

Qi Ai vi
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1、判别桥下水流图式 （2）确定桥下临界水深 hk
2 3 QS AK BK g
3 AK g QS g BK 3 2 QS vk
vk hk g
2
矩形断面,宽浅梯形断面 hk hk
深而窄的梯形断面
2 BK BK 4mBK hk hk 2m
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1、判别桥下水流图式 （3）水流图式判别
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（2）出水洞口沟床加固处理
1）缓坡涵洞（洞底坡度小于5%）出水口处理
②在无压力式涵洞下游，为了减小水流冲刷和 稳定河床，实践证明， 在涵洞出口处采用八字 翼墙配以挑坎，可有效防止末端的冲刷。
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（2）出水洞口沟床加固处理
2）陡坡涵洞（洞底坡度大于5%）出水口处理
设有跌水和消力池的布置
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设有跌水和急流槽的布置
沉砂池
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(1)进水洞口沟床加固处理 2）急坡涵洞进水口沟床加固 ①涵前河沟纵坡大于50%，且水流流速很大
急流槽1:1~1:2
跌水
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（1）进水洞口沟床加固处理 2）陡坡涵洞进水口沟床加固 ②当涵洞及涵前均应位于良好的岩石地基上，并 且水流流量不大、涵前纵坡很陡时
1:1~1:0.2
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（2）出水洞口沟床加固处理 1）缓坡涵洞（洞底坡度小于5%）出水口处理 ①河沟纵坡小于5%，出水口流速不大——延长铺砌、 加深截水墙。
vc 2g H hT
Q A 2g H hT
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3、压力式涵洞 为充分利用断面，达到缩小孔径的目的，压力式 涵洞一般采用进水口升高式的洞口建筑，使涵顶 与水流线形基本一致。基本公式为：
v 2 gH Liw i hT
Q A 2 gH Liw i hT
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四、涵进出口处理
1、涵洞洞口形式的选择 （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。
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1、涵洞洞口形式的选择 （2）一字墙护坡洞口
适用于边坡规则的人工渠道或在窄而深、水流比较 集中、河床纵断面变化不大的天然河沟。
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1、涵洞洞口形式的选择
6
7
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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2、小桥和涵洞位置的选择 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。
9
2、小桥和涵洞位置的选择 ④凹形竖曲线的低处或路线由陡变缓，在此200m内又 无其他涵洞，在低点或变坡点附近应设置涵洞。
32
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2、盖板涵
承载结构——石盖板或钢筋混凝土盖板 盖板涵孔径一般为1.0~4.0m 盖板涵可为明涵，也可为暗涵 设支承盖板的涵台，多采用圬工轻型桥台
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2、盖板涵
基础可采用整体式基础或分离式基础
台身底部设钢筋混凝土支撑梁
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3、拱涵
承载结构——圬工或钢筋混凝土拱圈
拱涵孔径一般为1.0~4.0m 可用于明涵或暗涵
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二、小桥孔径计算（试算法）
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二、小桥孔径计算（试算法）
1、判别桥下水流图式 （1）确定小桥下游河槽天然水深ht 外业调查： n, i , 河床横断面图
假设不同水深 hi : Ai , Ri , i
1 3 1 vi Ri i 2 n
2
计算相应于 hi 的流速和流量 比较 QS 与 Qi
无压力式涵洞的基本公式
Q Ak 2 g ( H 0 hk )
Q vk Ak
v H 0 hk 2 g 2
2 k
2 v0 H H0 2g
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2、半压力式涵洞 半压力式涵洞的水力计算，常以涵前断面和进口 收缩断面作为计算断面，根据能量方程来推算流 量和涵前水深。其基本公式为：
4
二、小桥和涵洞勘测的主要工作内容
（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。
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3、拱涵
涵台与盖板涵类似，但设背坡 基础与盖板涵同
承载潜力大，但对地基承载能力要求高
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4、箱涵
承载结构——封闭的钢筋混凝土箱型框架结构
箱涵孔径一般为2.0~4.0m
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4、箱涵
采用双层基础，上层为10cn厚的混凝土，下
层为40~70cm的砂砾垫层
钢筋用量大，施工麻烦，多用于软土地基或高
流线型：不出现
特点：进水口口被水淹没，洞内部分水面具有自由液面
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二、水流通过涵洞的水力图式
3、压力式
条件： 普通式：不出现 H 1.4hT i iw 流线型： 或出水口被淹没 特点：整个洞身被水充满，不具有自由液面
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三、涵洞孔径计算
1、无压力式涵洞 （1）无压力式涵洞进水口处，涵内的最高水面与 涵洞顶之间要保持一个最小净空高度△。
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二、小桥和涵洞勘测的主要工作内容
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、小桥和涵洞类型的选择
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第二节
小桥孔径计算
1
水流通过小桥的图式
2
小桥孔径计算
13
一、水流通过小桥的图式
1、断面比能
单位质量液体相对于基准面 o o 的机械能
v 2 Q 2 ES h h 2g 2 gA2

路堤填土高度
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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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。
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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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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）
小桥孔径的计算方法与大中桥不同：
（1）大中桥允许桥下产生适当的冲刷
小桥不允许桥下发生冲刷，需进行人工铺砌 （2）大中桥桥下断面设计流速为天然河槽平均流速 小桥根据铺砌的类型取允许不冲刷流速作为设 计流速。
第九章
01 02 03 第一节 第二节 第三节
小桥和涵洞孔径计算
小桥和涵洞勘测 小桥孔径计算 涵洞设计
1
第一节
小桥和涵洞勘测
1
小桥和涵洞勘测的主要任务
2
小桥和涵洞勘测的主要工作内容
2
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。
3
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。
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设有急流槽和消力池的布置
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近似认为 矩形断面 梯形断面
h ht
B0
Qs Nd ht vbc
1 L B0 2m( h h) 2
L B0
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二、小桥孔径计算（试算法）
3、确定桥前水深H （1）桥下为自由式出流，桥前水深H按下式计算：
2 2 vk vH H hk 2 2g 2 g
H—桥前水深； —流速系数，见表9-2-2； vH—水深为H的桥前断面的行近流速。
Baidu Nhomakorabea
速公路的通道
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5、倒虹吸涵 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，可采用倒虹吸涵。
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二、水流通过涵洞的水力图式
1、无压力式 条件： 普通式：H 1.2hT 流线型：H 1.4hT
特点：洞身内水流全具有自由液面。
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二、水流通过涵洞的水力图式
2、半压力式
条件： 普通式：H 1.2hT 出水口不被湮没
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四、涵洞进出口处理
2、进出口沟床加固处理 （1）进水洞口沟床加固处理 1）缓坡涵洞进水口沟床加固 ①纵坡小于10%的顺直河沟 翼墙间采用干砌片石 铺砌加固。对流速 较小、孔径较大的 多孔涵洞，可采用 U形铺砌。
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1）缓坡涵洞进水口沟床加固 ②涵前天然河沟纵坡为10%~40%
缓坡1~2倍孔径 开挖、护坡 1：4~1:10
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2、临界水深
在断面形式与流量给定的条件下,相对应于断面 比能最小时的水深
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3、宽顶堰
堰：渠底抬高形成的局部障碍壁 ＜10 宽顶堰： 2.5＜ H 按照宽顶堰理论分析计算小桥下的水流
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一、水流通过小桥的图式
1、自由式出流
条件： ht 1.3hk 特点： 桥下水深为临界水深 桥下水流出流不受下游天然水深影响
（3）跌水井式洞口
适用于涵底高程低于路基边沟沟底高程的情况
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1、涵洞洞口形式的选择
（4）流线型洞口
既适用于压力式涵洞，又适用于无压力式涵洞， 多用于盖板涵和拱涵
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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。
斜交正做：洞口断面与涵洞轴线垂直，与路中心 线斜交——圆管涵和斜度大的拱涵 斜交斜做：洞口断面与路中线平行，与涵洞轴 线斜交——多用
5
二、小桥和涵洞勘测的主要工作内容
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。
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二、小桥孔径计算（试算法）
3、确定桥前水深H
2）桥下为淹没式出流，桥前水深H按下式计算：
v v H ht 2 2g 2 g
V—由采用的桥孔长度计算的桥下流速。
2
2 H
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二、小桥孔径计算（试算法）
4、确定路基和桥面最低高程
桥头路基最低高程=河床最低点高程+H+△ 桥面最低高程=河床最低点高程+H+J+D
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三、涵洞孔径计算
1、无压力式涵洞
（2）从涵前水深H到进口水深H’的降落系数取0.87
H' hT H 0.87 0.87
（3）收缩断面的水深hc=0.9hk，涵前的行近流 速v0≈0，即H0≈H。 （4）涵洞出口处或收缩断面处的最大允许流速
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三、涵洞孔径计算
实际工程中，涵洞孔径多按照标准图的水力计算 资料采用。
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第三节
涵洞设计
1
2
小桥和涵洞类型的选择）
水流通过涵洞的水力图式 涵洞孔径计算 涵洞进出口处理
29
3
4
一、小桥和涵洞类型的选择

1、小桥和涵洞的选择
影响小桥涵类型的因素主要有两个：

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 填土高度小，满足壅水要求—涵洞 填土高度过大—小桥
当ht≤1.3hk时，自由式出流；
当ht＞1.3hk时，淹没式出流。
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二、小桥孔径计算（试算法）
2、确定小桥孔径长度 L （1）自由式出流 近似认为 h hk 矩形断面 梯形断面
LB
QS g B 3 Nd vk
L B 2mh
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2、确定小桥孔径长度 L （2）淹没出流
10
2、小桥和涵洞位置的选择 （2）平原区小桥和涵洞位置的确定 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。