一级路工程桥涵水文计算

XX一级路工程桥涵水文计算书
XX 一级路工程水文计算
1. 设计流量计算
1.1无定堂大桥（朝凯沟）
由于该河无水文站资料，且为季节性河流，测量时河流干涸，故利用暴雨资料推算洪峰流量，计算中采用交通部公路科学研究所推理公式及经验公式计算。

（1）交通部公路科学研究所推理公式
F S Q n ⎪⎭
⎫
⎝⎛-=μτ%1%1278.0=778.5m 3/s
其中
27.241%11==γμS K ，
（K 1=1.03，S 1%=45，γ1=0.83） 17.12=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=β
τj L K ，（K 2=0.237，j =1.5%，L =30.25，β=0.29） F =177.6Km 2，n =0.74
（2）交通部公路科学研究所经验公式
1）()1%1%1λμφF S Q m
-==749.0m 3/s
其中
φ=0.473，m =1.2，λ1=0.72，余同上 2）22
%1%1λγF CS Q ==734.4 m 3/s 其中
C =0.183，γ2=1.2，λ2=0.72，余同上
三种计算方法结果相近，取平均值754m 3/s 作为设计流量。

1.2巴拉贡大桥（巴拉贡沟）
由于该河无水文站资料，且为季节性河流，测量时河流干涸，故利用暴雨资料推算洪峰流量，计算中采用交通部公路科学研究所推理公式及经验公式计算。

（1）交通部公路科学研究所推理公式
F S Q n ⎪⎭
⎫
⎝⎛-=μτ%1%1278.0=307.7m 3/s
其中
27.241%11==γμS K ，
（K 1=1.03，S 1%=45，γ1=0.83） 17.12=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=β
τj L K ，（K 2=0.237，j =1.2%，L =27.2，β=0.29） F =70.4Km 2，n =0.74
（2）交通部公路科学研究所经验公式
1）()1%1%1λμφF S Q m
-==384.7m 3/s
其中
φ=0.473，m =1.2，λ1=0.72，余同上 2）22
%1%1λγF CS Q ==377.2 m 3/s 其中
C =0.183，γ2=1.2，λ2=0.72，余同上
三种计算方法经验公式结果相近，偏保守的取其平均值380m 3/s 作为设计流量。

1.3水泉沟中桥（水泉沟）
由于该河无水文站资料，且为季节性河流，测量时河流干涸，故利用暴雨资料推算洪峰流量，计算中采用交通部公路科学研究所推理公式及经验公式计算。

（1）交通部公路科学研究所推理公式
F S Q n ⎪⎭
⎫
⎝⎛-=μτ%1%1278.0=66.7m 3/s
其中
27.241%11==γμS K ，
（K 1=1.03，S 1%=45，γ1=0.83） =⎪⎪⎭⎫
⎝⎛=β
τj L K 20.68，（K 2=0.237，j =1.8%，L =5，β=0.29） F =6.7Km 2，n =0.74
（2）交通部公路科学研究所经验公式
1）()1%1%1λμφF S Q m
-==70.7m 3/s
其中
φ=0.473，m =1.2，λ1=0.72，余同上 2）22
%1%1λγF CS Q ==69.4 m 3/s 其中
C =0.183，γ2=1.2，λ2=0.72，余同上
三种计算方法结果相近，取平均值69m 3/s 作为设计流量。

1.4阿玛乌素中桥
由于该河无水文站资料，且为季节性河流，测量时河流干涸，故利用暴雨资料推算洪峰流量，计算中采用交通部公路科学研究所推理公式及经验公式计算。

（1）交通部公路科学研究所推理公式
F S Q n ⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=μτ%1%1278.0=69.2m 3/s
其中
27.241%11==γμS K ，
（K 1=1.03，S 1%=45，γ1=0.83）
=⎪⎪⎭⎫
⎝⎛=β
τj L K 20.61，（K 2=0.237，j =2.3%，L =3.9，β=0.29） F =6.1Km 2，n =0.74
（2）交通部公路科学研究所经验公式
1）()1%1%1λμφF S Q m
-==66.1m 3/s
其中
φ=0.473，m =1.2，λ1=0.72，余同上 2）22
%1%1λγF CS Q ==64.8 m 3/s 其中
C =0.183，γ2=1.2，λ2=0.72，余同上
三种计算方法结果相近，取平均值67m 3/s 作为设计流量。

2. 无定堂大桥水位计算
2.1 设计水位与设计高程计算
朝凯沟河床在桥位处较平坦，可取河槽底部平均高程，从而形成桥台—河槽—河堤的梯形断面计算设计水位。

如图 2-1所示：
图 2-1 河沟形态断面示意图
（1）降绘制水位——流量关系曲线
首先，据以下下公式进行试算水位，其次依试算数据点汇水位—流量曲线，确定水位
Q=A c V c +A t V t
Vc=
2
/13/21I R n c c
Vt=
2
/13/21I R n t t
式中：
Q ——洪水流量（m 3/s ）
Ac 、At ——河槽、河滩过水面积（m 2） Vc 、Vt ——河槽、河滩平均流速（m 2） n c 、n t ——河槽、河滩糙率，见规范 Rc 、Rt ——河槽、河滩水力半径（m ），当宽深比大于10时，可用平均水深代替；
I ——水面比降 河槽糙率系数取40，河滩糙率系数取25，桥位处水面比降I=16‰。

本河段宽深比大10，故水力半径用平均水深代替。

计算结果如表 2-1所示：
表 2-1 流量水位试算表
过水面积 （m 2） 流速 （m/s ） 水力半径 （m ） 水深 （m ） 流量 （m 3/s ） 水位 （m ） 49.5 2.2674314 0.3 0.3 112.23785 1084.37 82.7 3.1873762 0.5 0.5 263.59601 1084.57 116.06 3.9888895 0.7 0.7 462.95052 1084.77 149.58 4.7164473 0.9 0.9 705.48619 1084.97 183.26 5.3915682 1.1 1.1 988.0588 1085.17 217.1
6.0267367
1.3
1.3
1308.4045
1085.37
根据表 2-1可得水位—流量关系曲线如图 2-2所示：
图 2-2 水位—流量关系曲线图
由曲线插值可得，根据曲线求得交叉断面百年一遇最高洪水位为1085.004m （黄
海高程），行洪范围在桥台与河堤之间，行洪宽度165m 左右，对应设计流速4.83m/s ，平均水深0.93m 。

（2）桥前壅水与浪高
桥前最大壅水高度可按照下式计算：
)
(22
2OM M N y V V g
K K Z -=
∆
1
.05.0-=
g V K M y
0.12-=
OM
M
N V V K
)1(5.01'25
.050
'-+=
-C
M M
M V V d V V
式中：
Z ∆——桥前最大壅水高度（m ）；
K y ——修正系数
K N ——定床壅水系数；
V M ——考虑冲刷影响后的桥下平均流速（m/s ），当桥下河床为岩石或有铺砌时，即为
'
M
V ； V OM ——天然状态下桥下平均流速（m/s ）；
'
M
V ——未考虑冲刷影响的桥下平均流速（m/s ），为设计流量除以桥下净过水面积；取5.21m/s 。

Vc ——河槽平均流速（m/s ）；
50d ——按质量计50%都较他为小的粒径（mm ）
；取3mm
经计算：
'M
V =5.23
V M =5.14 V C =5.03 V OM =4.83 Ky=0.32 K N =7.9
)(40.0)(22
2m V V g
K K Z OM M N y =-=
∆
依《公路桥位勘测设计规范》，浪高△H=0.25m
（3）桥面设计高程 H min =H S +∑△h+△h j +△h 0 H S ——设计水位（m ）；
∑△h ——考虑壅水、浪高、波浪壅高、河湾超高、水拱、局部股流壅高、床面淤高、漂浮物高度等诸因素的总合（m ）；
△h j ——桥下净空安全值（m ）；取0.5米；
△h 0——上部构造建筑高度，包括桥面铺装（m ）； 可得最低设计标高：
H min =1085.004+0.4+0.25+0.5+1.85=1088.004m
2.2 墩台冲刷计算
(1)桥下一般冲刷计算
无定堂大桥一般冲刷计算依下式计算：
其中：
——桥下一般冲刷后的最大水深（m）
——频率为P%的设计流量（m3/s），取754m3/s；
——桥下河槽部分通过的设计流量（m3/s），取754m3/s
——天然状态下河槽部分设计流量（m3/s），取754m3/s。

——天然状态下桥下河滩部分设计流量（m3/s），为0；
——桥长范围内的河槽宽度（m），取165m；
——造床流量下的河槽宽度（m），取151.5m；
μ——桥墩水流侧向压缩系数查表可取0.93；
——河槽最大水深取0.93m。

——单宽流量集中系数
——造床流量下的河槽平均水深，取0.96m。

（2）局部冲刷计算
局部冲刷计算采用65-2式，即
其中：
式中：
Kξ——墩形系数，取1；
B1——桥墩计算宽度，B1=b=1.5m；
h p——一般冲刷后的最大水深，取1.59m；
——平均粒径，取3mm；
——河床颗粒影响系数，
V ——一般冲刷后墩前行近流速（m/s）
V0——河床泥沙启动流速（m/s）
——墩前泥沙起冲流速（m/s）
由上式可得，最大局部冲刷深度为4.36m
总冲刷深度为，一般冲刷深度与局部冲刷深度之和，为5.95m。

3.巴拉贡大桥水文计算
计算方法与参数取值原则，与无定堂大桥相同，计算可得巴拉贡沟、巴拉贡大桥相关水文计算结果如表3-1所示：
表3-1 巴拉贡大桥水文计算结果
设计流量（m3/s）平均流速
（m/s）
平均水深
(m)
设计水位
(m)
净过水面积
(m2)
壅高+浪高
(m)
最低设计高程
(m)
380 4.757 0.926 1108.642 79.886 0.702 1111.694
冲刷计算结果如表3-2所示：
表3-2 巴拉贡大桥墩台冲刷深度表
一般冲刷深度
（m）局部冲刷深度
（m）
总冲刷深度
（m）
1.53 4.33 5.86
4.水泉沟中桥水文计算
同样，可得到水泉沟中桥的水文计算结果如表4-1所示：
表4-1水泉沟中桥水文计算结果
设计流量（m3/s）平均流速
（m/s）
平均水深
(m)
设计水位
(m)
净过水面积
(m2)
壅高+浪高
(m)
最低设计高程
(m)
69 2.172 0.40 1090.62 29.94 0.32 1093.09
墩台冲刷计算结果如表4-2所示：
表4-2 水泉沟中桥墩台冲刷深度表
一般冲刷深度
（m）局部冲刷深度
（m）
总冲刷深度
（m）
1.60
2.08
3.68
5.阿玛乌素中桥水文计算
阿玛乌素中桥水文计算结果如表5-1所示：
表5-1水泉沟中桥水文计算结果
设计流量（m3/s）平均流速
（m/s）
平均水深
(m)
设计水位
(m)
净过水面积
(m2)
壅高+浪高
(m)
最低设计高程
(m)
67 2.585 0.43 1084.18 25.09 0.30 1086.63 墩台冲刷计算结果见表5-2所示：
表5-2 阿玛乌素中桥冲刷计算
一般冲刷深度
（m）局部冲刷深度
（m）
总冲刷深度
（m）
1.54 1.94 3.48
6.小桥水文计算
6.1计算理论
小桥孔径计算按照宽顶堰理论，水流状态将视下游的天然水深ht的大小，分两种计算图示：
1）当下游水深h t≤1.3h k时，为自由出流；
2）当下游水深h t＞1.3h k时，为非自由出流。

计算未建桥前的天然水深h t和断面平均流速V t，根据初拟的桥型、桥孔情况，确定桥下临界水深h k，进行水力计算图示判定。

通过水力计算，确定小桥孔径。

最后确定桥前壅水高度，以及推求路线的路堤和小桥桥面的最低标高。

小桥孔径长度L 的确定：
1）自由出流时需要的桥下水面宽度Bk和孔径长度L的计算：
2）当桥孔断面为矩形时，小桥孔径长度L＝Bk；当桥孔断面为梯形时，小桥孔径长度：
L＝B k+2m×Δh。

6.2 主线小桥水文计算
根据上述水文计算理论，进行小桥桥位的水文计算，并根据计算结果，确定小桥孔径如表6-1所示。

表6-1 小桥水文计算表
桩号临界流速
（m/s）
设计流量
（m3/s）
计算孔径
（m）
初拟孔径
（孔-m）
设计水深
（m）
设计高程
（m）
选用尺寸
（孔-m）
K408+231 2.85 10.25 4.16 1-10m 0.39 1086.427 1-10m K408+720 3.98 26.86 4.18 1-13m 0.67 1082.21 1-13m K409+749 2.79 11.03 4.98 1-10m 0.39 1084.961 1-10m K412+640 3.04 34.76 12.12 2-13m 0.45 1090.896 2-13m K413+178 3.45 29.96 7.15 1-16m 0.54 1094.92 1-16m K417+136 1.48 3.92 11.86 2-10m 0.15 1093.57 2-10m K417+580 1.60 4.66 11.15 1-13m 0.19 1088.42 1-13m K417+886 1.79 2.72 4.64 1-10m 0.14 1101.63 1-10m
7.涵洞水文计算
7.1 计算理论
涵洞均按照无压力涵洞设计。

水文计算，首先根据未建桥时的洪峰流量确定涵洞设计流量。

根据过水断面确定涵前水深H。

具体计算方法见《公路桥涵设计手册—涵洞》。

由简化公式：
Q＝1.581BH1.5
可得过水宽度：
B=Q/（1.581H1.5）
拟定涵洞宽度后反算水深，再根据水深由
H’＝(ht-△)/0.87
拟定涵洞高度。

7.2 涵洞水文计算
根据以上理论计算涵洞水文并拟定涵洞规格如表7-1所示：
表7-1 涵洞水文计算表
桩号设计流量Q
（m3/s）
初拟孔径
（m）
计算水深
H’
（m）
涵洞净高
（m）
备注
选用尺寸
孔-m×m
K405+135 3.77 3.00 0.86 2.5 涵洞1-3×2.5 K406+115 6.47 2.00 1.61 2 涵洞1-2×2 K407+095 1.40 4.00 0.37 3.5 涵洞1-4×3.5 K407+545 4.36 4.00 0.78 2 涵洞1-4×2 K407+775 1.20 4.00 0.33 2 涵洞1-4×2 K408+055 3.15 3.00 0.76 2 涵洞1-3×2 K409+395 7.88 2.00 1.84 2 涵洞1-2×2 K410+215 3.67 2.00 1.10 1.5 涵洞1-2×1.5 K410+695 3.15 3.00 0.76 2 涵洞1-3×2 K411+635 1.05 3.00 0.37 2 涵洞1-3×2 K412+115 2.03 2.00 0.75 1.5 涵洞1-2×1.5 K412+960 3.28 2.00 1.03 2 涵洞1-2×2 K413+720 1.56 4.00 0.39 2 涵洞1-4×2 K414+010 0.88 4.00 0.27 2 涵洞1-4×2 K414+520 2.65 4.00 0.56 2 涵洞1-4×2 K414+940 3.12 4.00 0.62 2 涵洞1-4×2 K415+440 7.97 2.00 1.85 4 机通1-2×4 K415+976 0.87 6.00 0.20 1.5 涵洞1-6×1.5 K417+264 0.91 4.00 0.27 3.5 机通1-4×3.5 K419+110 2.43 2.00 0.84 1.5 涵洞1-2×1.5 K419+650 6.72 2.00 1.65 2 涵洞1-2×2。