小桥和涵洞孔径计算
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第九章桥涵水文
中 国 矿 业 大 学 建 筑 工 程 学 院
三、小桥孔径计算 1.小桥孔径计算需调查的基础资料 2.计算法计算小桥孔径 （1）计算的基本程序 （2）确定建桥处河床断面通过设计流量时天然 水深h （3）确定桥下临界水深hk （4）确定小桥孔径长度L （5）确定桥前水深H
第三节 涵洞孔径计算中 国 矿 业来自大 学 建 筑 工 程 学 院
一、涵洞孔径计算特点 1.涵洞洞身随路基填土高度增加而增长； 2.洞身过水阻力的影响； 3.人工加固河床的方法提高流速； 4.水流充满洞身及洞顶。 二、水流通过涵洞的图式 1.无压力式涵洞 2.半压力式涵洞 3.压力式涵洞
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三、涵洞孔径计算 1.公式法 (1)无压力式涵 Qs A h (2)半压力式涵洞 Q A 2g(H h ) (3)压力式涵洞 2.标准法
一、小桥和涵洞勘测的主要任务 二、小桥和涵洞勘测的主要工作内容 勘测前的准备工作 小桥和涵洞位置的选择 小桥和涵洞测量 小桥和涵洞类型选择
小流域设计流量的推算
中 国 矿 一、推理公式 业 1.基本公式 Qmax=KψαF （9-1） 大 Qmax——流域出口断面的最大洪峰流量 学 K——单位换算系数 建 ψ——洪峰流量的径流系数 筑 α——平均暴雨强度 工 F——流域面积 程 2.公路部门常用的推理公式 学 （1） 暴雨径流公式 院 Qp=0.278(Sp/τ-μ)F
Qp——频率为Pd设计流量 Sp——设计雨力，可从暴雨分区图查取 τ——汇流时间 μ——损失参数 F——流域面积
（9-2）
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（2）交通科学研究院的径流简化公式
Qp——频率为P的洪峰流量 φ——地貌系数 h——径流厚度（mm），汇流时间t(min)按流域面积F大小而定。即： F<10时，t=30; 10<F<20时，t=45; 20<F<30时，t=80。 Z——被植物滞留的径流厚度 F——流域面积 β——洪水折减系数 γ——流域折减系数 δ——湖泊折减系数
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。
哈工大桥涵水文第九章1小桥涵1
第八章 小桥和涵洞孔径计算
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。
第八章 小桥和涵洞孔径计算
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。
第八章 小桥和涵洞孔径计算
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。
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
⑧对于沿溪路线，应有较好的线形条件(图d)。
第八章 小桥和涵洞孔径计算
第八章 小桥和涵洞孔径计算
ii）、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（沟心涵）：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。 ③截弯取直设涵（上图的a、b、c）：称为改沟涵。
单孔跨径＜5m，多孔跨径＜8m，为涵洞； 单孔跨径在5～20m，多孔跨径在8～30m，为小桥
第八章 小桥和涵洞孔径计算
一、涵洞类型：
1、按材料分类：
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
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。
第五章 桥涵孔径设计
当桥位与水流斜交时，则为：
g
(1
QP
)PVS
cos
α为桥轴线的法线与水流方向的夹角。
(5 3)
具体应用时，采用在桥位断面图上布设桥孔方案， 量算桥下实有的毛过水面积（或净过水面积），若等 于或略大于上述公式计算的面积，则布设的桥孔方案 即为所求。
具体步骤： L
1、布置桥孔方案
包括：桥孔长度、
确定单跨径时，需要考虑流木、流冰和通航 时对净跨径的要求。可按表5-4、表5-5确定。
如何定义桥孔长度 和桥孔净长？
为什么简化水流图式可以 作为桥孔设计的依据？
§5-2 桥面标高 The Height of Bridge Deck
桥面标高：桥面中心线上最低点的高程。
设计时，必须满足桥下通过设计洪水、通航、 流木、流冰的要求，并必须考虑桥前壅水、风浪壅 高、河湾超高、河床淤积抬高等影响。
具体应用时，在桥位上游不小于3~4倍河宽，下 游不小于2倍河宽的范围内，进行观察分析（对于弯 曲河段，在桥位上游至少要包括一个河湾）。根据河 段特性，对照表 2-6 确定桥位河段的类型。河段稳定 性及变形程度，可用50年左右的演变过程，作为衡量 标准。
不同类型的河段，桥孔布设的要求是不同的，在实 际工作中，可参考设计手册、设计规范的规定，结 合桥位河段的实际情况布设桥孔 。
0.75，1.0，1.25，1.5，2.0，2.5，3.0，4.0，5.0， 6.0，8.0，10，13，16，20，25，30，35，40，45， 50，60
对梁式桥、板式桥，标准跨径为桥墩中心线之间 的距离；拱式桥（涵）、箱涵、圆管涵，标准跨径为 净跨径。
跨径在60m以下的桥梁，一般应选用标准跨径。
ωj：冲刷前桥下净过水面积， ωj = ωg – ωd
第8章小桥孔径计算
g
再将
Q meb 2g H
代入（1）式得
hk 3 2m 2 H 0
可根据《水力学》书P248表8—4选设计所需的e和值。
• 2.桥下允许不冲刷流速与桥前允许壅水高度 • (1)桥下允许不冲刷流速Vmax • 天然河床土质及人工加固河床的允许不冲刷流速见表8.1. • (2)桥前允许壅水高度 • 桥前允许壅水高度应根据：桥位上游两岸村镇、工厂、设 施、农田、水力标高或防洪设防标高以及路线设计标高等因 素综合考虑确定。通常允许壅水标高加上规定的安全高度之 和必须小于路线所经地区防洪设防标高；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）。
• 3.小桥孔径计算 • 小桥孔径计算一般采用试算法和查表法（图表法）进行。
(1)试算法： 1)确定河槽中的天然水深hc hc可以根据已知的设计流量与河槽特征（糙率n，河底比降i等） 采用明渠均匀流公式进行逐步渐近法确定。先假定一个水深，从 河槽断面图上求得过水断面面积A和水力半径R，按谢才和曼宁公 式计算出相应的流速V和流量Q： Q=AV 1 2/3 1/2
hj
hD hj
H
河床最低标高
H
河床最低标高
按图8.4可得： 桥头路基最低标高=河床最低标高+H+ hj 按图8.5可得： 桥面最低标高=河床最低标高+H+ h + j
再将
Q meb 2g H
代入（1）式得
hk 3 2m 2 H 0
可根据《水力学》书P248表8—4选设计所需的e和值。
• 2.桥下允许不冲刷流速与桥前允许壅水高度 • (1)桥下允许不冲刷流速Vmax • 天然河床土质及人工加固河床的允许不冲刷流速见表8.1. • (2)桥前允许壅水高度 • 桥前允许壅水高度应根据：桥位上游两岸村镇、工厂、设 施、农田、水力标高或防洪设防标高以及路线设计标高等因 素综合考虑确定。通常允许壅水标高加上规定的安全高度之 和必须小于路线所经地区防洪设防标高；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）。
• 3.小桥孔径计算 • 小桥孔径计算一般采用试算法和查表法（图表法）进行。
(1)试算法： 1)确定河槽中的天然水深hc hc可以根据已知的设计流量与河槽特征（糙率n，河底比降i等） 采用明渠均匀流公式进行逐步渐近法确定。先假定一个水深，从 河槽断面图上求得过水断面面积A和水力半径R，按谢才和曼宁公 式计算出相应的流速V和流量Q： Q=AV 1 2/3 1/2
hj
hD hj
H
河床最低标高
H
河床最低标高
按图8.4可得： 桥头路基最低标高=河床最低标高+H+ hj 按图8.5可得： 桥面最低标高=河床最低标高+H+ h + j
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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
1. 无压力式涵洞
2. 半压力式涵洞
普通式进水口H≤1.2hT；
流线型进水口H≤1.4hT， 一般涵洞底坡i=ik，涵内水
小桥和涵洞孔径 计算
9.1 小桥涵的类型与特点
9.1.1 小桥涵划分
小桥 涵洞
小桥和涵洞按跨径分类表
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
小桥涵 的分类
9.1.2 小桥涵的分类
①管涵
②盖板涵
1.按结构形式分
③拱涵
④箱涵
⑤拱桥与板桥
2.按建筑材料分
①木桥涵 ②石桥涵 ③混凝土桥涵 ④钢筋混凝土桥涵
小桥涵 的分类
9.1.2 小桥涵的分类
①无压力式
3.按水利特性分
②半压力式 ③压力式
4.按填土高度分
①明涵 ②暗涵
9.4 小桥孔径计算
大中桥 小桥
3. 压力式涵洞
进水口被淹没，整个洞身被 水流充满；
H
hT h
H
hT h
i
i
普通型进水口涵洞一般不出 现压力式水流图式
压力式涵洞出现的条件：
①进水口建筑物为流线型；
②H >1.4hT；
③ i<iW
9.5.3 涵洞孔径计算
(一) 公式法 1.无压力式涵洞
以进口附近水深恰为hk 的水流比能来推算过涵流 量和涵前水深。
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。
vc 2gHhT
QA2gHhT
3. 压力式涵洞
按水力学中的短管计算
天然土质河床的允许不冲刷流速 石质土的容许（不冲刷）平均流速表9-6 粘性土的容许（不冲刷）平均流速表9-7 非粘性土的容许（不冲刷）平均流速表9-8
人工加固河床的允许不冲刷流速 人工加固工程的容许（不冲刷）平均流速表9-9
9.4.3 小桥孔径计算 ①试算法
方法 ②查表法
1. 试算法
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 与桥前雍水高度。计算程序为：
过水断面面积相等的原则确定hk
Bk hk (Bk 2mhk )hk mhk2
hk Bk
Bk2 4mBk hk 2m
临界断面水面宽度Bk
B Akk3 Q gs2Bk AQ k3gs2 Q vsk3g
3）水流图式判别
自由出流：ht≤1.3hk 淹没出流：ht>1.3hk
2.确定小桥孔径长度L 1）自由出流：
21
R 3i2
nHale Waihona Puke 若 Q Qs 10%Qs
Q Av
则ht=h1，否则，需重新 假定水深h2
2）确定桥下临界水深hk
可由临界函数求出
Ak3 Qs2 hk
Bk g
B Akk gQ Ak2 s2vg2 k
vk
vbc
矩形断面：
hk h k
宽浅梯形断面： h k h k
窄深梯形断面：
窄深梯形断面：
BBk NdQ vsgk3 Nd
矩形桥孔断面：L=B
梯形桥孔断面：L=B+2mΔh
2) 淹没出流：
B0
Qs
hvbc
Nd
矩形桥孔断面：L=B0 梯形桥孔断面：L=B0+2m（1/2h+Δh)
若桥梁与水流斜交:
L
L
cos
选用标准跨径L0作为实际桥孔长度；
若
L0 L
，应按标准跨径复核出流状态；
10%
QAk 2gH0hk
vk
Q Ak
H0
hk
vk2
2g 2
H
H0
v
2 0
2g
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
2. 半压力式涵洞
L
若与原出流状态不符，则应重新选择标准跨径，
直至误差<10%。
3. 确定桥前水深H
1）自由出流：
H
hk
vk2
2g2
vH2 2g
2) 淹没出流
H
ht
v2
2g2
vH2 2g
4. 确定路基和桥面最低标高
桥头路基最低标高=河床最低标高+H+Δ 桥面最低标高=河床最低标高+H+J+D
2. 查表法
计算步骤：
（1）确定允许不冲刷流速vmax； （2）确定桥台形式；
（3）先按自由出流计算，由vmax与桥台形式，查表9-11， 即可得出孔径系数、桥下临界水深hk和桥前水深H；
（4）用试算法求得桥下游天然水深，并判断水力图式；
（5）计算桥跨长度；
先计算水面宽度B0； ①自由出流：
B0QsNd
②淹没出流：
小桥与大中桥孔径计算的异同
容许河床发生冲刷
容许 一般不容许
设计流速
天然河槽断面平均流速 容许不冲刷流速
9.4.1 水流通过小桥的图式
水流图式
自由出流 淹没出流
ht ——桥下游天然水深； hk ——桥下临界水深。
判别标准
ht≤1.3hk ht>1.3hk
9.4 小桥孔径计算
9.4.2 桥下允许不冲刷流速与 桥前允许雍水高度
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
1. 无压力式涵洞
2. 半压力式涵洞
普通式进水口H≤1.2hT；
流线型进水口H≤1.4hT， 一般涵洞底坡i=ik，涵内水
小桥和涵洞孔径 计算
9.1 小桥涵的类型与特点
9.1.1 小桥涵划分
小桥 涵洞
小桥和涵洞按跨径分类表
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
小桥涵 的分类
9.1.2 小桥涵的分类
①管涵
②盖板涵
1.按结构形式分
③拱涵
④箱涵
⑤拱桥与板桥
2.按建筑材料分
①木桥涵 ②石桥涵 ③混凝土桥涵 ④钢筋混凝土桥涵
小桥涵 的分类
9.1.2 小桥涵的分类
①无压力式
3.按水利特性分
②半压力式 ③压力式
4.按填土高度分
①明涵 ②暗涵
9.4 小桥孔径计算
大中桥 小桥
3. 压力式涵洞
进水口被淹没，整个洞身被 水流充满；
H
hT h
H
hT h
i
i
普通型进水口涵洞一般不出 现压力式水流图式
压力式涵洞出现的条件：
①进水口建筑物为流线型；
②H >1.4hT；
③ i<iW
9.5.3 涵洞孔径计算
(一) 公式法 1.无压力式涵洞
以进口附近水深恰为hk 的水流比能来推算过涵流 量和涵前水深。
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。
vc 2gHhT
QA2gHhT
3. 压力式涵洞
按水力学中的短管计算
天然土质河床的允许不冲刷流速 石质土的容许（不冲刷）平均流速表9-6 粘性土的容许（不冲刷）平均流速表9-7 非粘性土的容许（不冲刷）平均流速表9-8
人工加固河床的允许不冲刷流速 人工加固工程的容许（不冲刷）平均流速表9-9
9.4.3 小桥孔径计算 ①试算法
方法 ②查表法
1. 试算法
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 与桥前雍水高度。计算程序为：
过水断面面积相等的原则确定hk
Bk hk (Bk 2mhk )hk mhk2
hk Bk
Bk2 4mBk hk 2m
临界断面水面宽度Bk
B Akk3 Q gs2Bk AQ k3gs2 Q vsk3g
3）水流图式判别
自由出流：ht≤1.3hk 淹没出流：ht>1.3hk
2.确定小桥孔径长度L 1）自由出流：
21
R 3i2
nHale Waihona Puke 若 Q Qs 10%Qs
Q Av
则ht=h1，否则，需重新 假定水深h2
2）确定桥下临界水深hk
可由临界函数求出
Ak3 Qs2 hk
Bk g
B Akk gQ Ak2 s2vg2 k
vk
vbc
矩形断面：
hk h k
宽浅梯形断面： h k h k
窄深梯形断面：
窄深梯形断面：
BBk NdQ vsgk3 Nd
矩形桥孔断面：L=B
梯形桥孔断面：L=B+2mΔh
2) 淹没出流：
B0
Qs
hvbc
Nd
矩形桥孔断面：L=B0 梯形桥孔断面：L=B0+2m（1/2h+Δh)
若桥梁与水流斜交:
L
L
cos
选用标准跨径L0作为实际桥孔长度；
若
L0 L
，应按标准跨径复核出流状态；
10%
QAk 2gH0hk
vk
Q Ak
H0
hk
vk2
2g 2
H
H0
v
2 0
2g
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
2. 半压力式涵洞
L
若与原出流状态不符，则应重新选择标准跨径，
直至误差<10%。
3. 确定桥前水深H
1）自由出流：
H
hk
vk2
2g2
vH2 2g
2) 淹没出流
H
ht
v2
2g2
vH2 2g
4. 确定路基和桥面最低标高
桥头路基最低标高=河床最低标高+H+Δ 桥面最低标高=河床最低标高+H+J+D
2. 查表法
计算步骤：
（1）确定允许不冲刷流速vmax； （2）确定桥台形式；
（3）先按自由出流计算，由vmax与桥台形式，查表9-11， 即可得出孔径系数、桥下临界水深hk和桥前水深H；
（4）用试算法求得桥下游天然水深，并判断水力图式；
（5）计算桥跨长度；
先计算水面宽度B0； ①自由出流：
B0QsNd
②淹没出流：
小桥与大中桥孔径计算的异同
容许河床发生冲刷
容许 一般不容许
设计流速
天然河槽断面平均流速 容许不冲刷流速
9.4.1 水流通过小桥的图式
水流图式
自由出流 淹没出流
ht ——桥下游天然水深； hk ——桥下临界水深。
判别标准
ht≤1.3hk ht>1.3hk
9.4 小桥孔径计算
9.4.2 桥下允许不冲刷流速与 桥前允许雍水高度