桥涵涵洞水力计算

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[讲义]小桥涵水力计算经典讲义(71页涵洞倒虹吸)

1.水流类型
水流的类型有临界流、缓流、急流三类。
当计算基线通过河底时，
位能： Ep H
动能：能率：
Ek

v2 2g
E0 Ep Ek
H v2 2g

H

Q2
2 g 2
17
小桥涵水流状态
当流量及流水断面形状为已知时，能率为水深的函数：
E0 f (H )
E0
C点的能率最小，称为临界点。
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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。
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三、小桥涵孔径计算的一般要求
（1）小桥涵孔径必须保证设计洪水、流水和漂流物等的安全通过；必须满足交通、农田灌溉、排涝和排碱等的合理需要；同时要考虑桥涵前积水影响路堤的稳定和农田村舍的受淹影响，通过全面分析，从而选定孔径。（2）小桥涵孔径不应单凭流量计算资料来确定，其他如流域水文特征、沟槽形态、地质特点、冲淤情况、人类活动等对桥涵孔径大小都会产生影响，在确定孔径时，应充分给与考虑。（3）小桥涵孔径应采用标准孔径，并应大于规定的最小孔径要求。（4）小桥宜设计为非自由出流状态，涵洞应设计为无压力式。
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小桥涵水毁的防治
（4）对上游蜿蜒曲折的河沟段，可裁弯取直，改善水流条件。有时还可以在桥涵前河沟的上游，加设消力池等消能设施，以达到降低流速，沉积泥沙的目的。由上述分析可见，孔径是影响小桥涵水毁的重要因素，

小桥涵水力计算讲座

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四、小桥涵孔径与水毁
1. 公路桥涵水毁的成因分析 2. 小桥涵水毁的防治
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公路桥涵水毁的成因分析
从小桥涵水毁实况，可归纳其水毁主要成因：（1）较大孔径的小桥、涵洞，由于基础的埋置深度不够或
未设必要的调治防护构造物，而致桥台及涵洞进出口被冲毁。
沪陕高速大桥桥墩受损严重商州水务局称洪水冲刷所致
大中桥孔径计算以冲刷系数作控制条件，容许桥下发生一定的冲刷，采用天然河槽断面平均流速作为桥孔设计流速，并按自由出流条件，由计算的过水面积推求桥孔长度；小桥孔径计算则以容许不冲刷流速作为控制条件，河床不容许发生冲刷，但容许有较大的桥前壅水高度，须考虑桥孔的出流状态，按此确定桥孔长度。
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三、小桥涵孔径计算的一般要求
水流的类型有临界流、缓流、急流三类。
当计算基线通过河底时，
位能： E p H
动能：
Ek

v2 2g
能率： E 0EpE kH2 vg 2H2Q g 22
（1）小桥涵孔径必须保证设计洪水、流水和漂流物等的安全通过；必须满足交通、农田灌溉、排涝和排碱等的合理需要；同时要考虑桥涵前积水影响路堤的稳定和农田村舍的受淹影响，通过全面分析，从而选定孔径。（2）小桥涵孔径不应单凭流量计算资料来确定，其他如流域水文特征、沟槽形态、地质特点、冲淤情况、人类活动等对桥涵孔径大小都会产生影响，在确定孔径时，应充分给与考虑。（3）小桥涵孔径应采用标准孔径，并应大于规定的最小孔径要求。（4）小桥宜设计为自由出流状态，涵洞应设计为无压力式。
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三、小桥涵孔径计算的一般要求
（5）有压涵洞水压力较大，沉陷缝处容易漏水，危及基础和路堤，所以涵洞应设计为无压的，仅在特殊情况下，有充分的技术经济比较依据时，方可采用有压涵洞。（6）涵洞可设计成单孔或双孔。由于多孔涵洞流量分配不均匀，使个别涵孔通过流量有可能超过设计标准，故不宜修建，只有个别情况在技术和经济上均属适宜时，方可采用多孔。（7）小桥涵孔径式样，在同一区段内应力求简化，以便于施工及养护维修。

涵洞水力计算书

涵洞水力计算书项目名称_____________日期_____________设计者_____________校对者_____________一、示意图：二、基本设计资料1．依据规范及参考书目：武汉大学水利水电学院《水力计算手册》（第二版）中国水利水电出版社《涵洞》（熊启钧编著）2．计算参数：计算目标: 已知设计流量、洞身高度、进、出口水深，确定洞身宽度。

进口型式: 八字墙。

设计流量Q = 40.000 m3/s洞身形状：矩形洞身高度D = 4.000m洞身长度L = 30.000m 纵坡i = 0.0020糙率n = 0.0140 上游行近流速V = 0.700m/s进口水深H = 4.050m出口水深h = 3.500m流量系数m = 0.360 侧收缩系数ε= 0.950进口损失系数ξ1 = 0.200 拦污栅损失系数ξ2 = 0.000闸门槽损失系数ξ3 = 0.000 出口损失系数ξ4 = 1.000进口渐变段损失系数ξ5 = 0.200 出口渐变段损失系数ξ6 = 0.300三、计算过程采用试算，拟定洞身宽度B = 3.460m进行流量计算。

1．判断流态：进口水深与洞高之比H/D = 4.050/4.000 = 1.013 < 1.2，同时因下游水深h = 3.500m < 洞高D = 4.000m，因此判定流态为无压流。

无压流洞身水面以上净空面积与洞身横断面面积的比值(D-h)/D = 0.125，不小于10%～30%，满足要求。

当洞高D>3.0m时，无压流洞身净空高度D-h = 0.500m ≥0.5m，满足要求。

洞长L = 30.00m < 8H = 8×4.05 = 32.40m，按无压流短洞计算。

2．计算公式无压流短洞流量计算公式:Q = σ×ε×m×B×(2g)0.5×Ho3/2<式1>3．流量计算<式1>中包括行近流速水头在内的进口水深Ho = H+α×V2/(2g)Ho = 4.050+1.05×0.7002/(2×9.81) = 4.076m进口内水深hs = h-i×L = 3.500-0.0020×30.00 = 3.440m当hs/Ho = 3.440/4.076 = 0.844 > 0.72时，<式1>中淹没系数σ计算公式如下: σ = 2.31×hs/Ho×(1-hs/Ho)0.4σ = 2.31×3.440/4.076×(1-3.440/4.076)0.4 = 0.927Q = 0.927×0.950×0.360×3.460×(2×9.81)0.5×4.0763/2= 40.003 m3/s4．计算成果分析无压流进口洞身水面以上净空面积与洞身横断面面积的比值(D-hs)/D = 0.140，不小于10%～30%，满足要求。

5_小桥涵水力计算资料

水流的类型有临界流、缓流、急流三类。
当计算基线通过河底时，
位能： Ep H
v2 动能： Ek 2g v2 Q2 能率： E0 E p Ek H H 2g 2 g 2
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五、小桥涵水流状态
当流量及流水断面形状为已知时，能率为水深的函数：
Q2 E0 f ( H ) H 2 g 2
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二、小桥涵水力计算的特点
2. 涵洞孔径计算的特点
（1）跨径与台高之间有一定比例关系，其经济比例通常为 1∶1～1.5∶1，孔径计算要解决跨径及台高两个关系；（2）考虑洞身过水阻力的影响，因为过水孔道长而小；（3）通常人工加固河床，提高允许流速；（4）洞身水流可充满洞身并可触及洞顶。
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二、小桥涵水力计算的特点
涵洞孔径计算与小桥孔径计算有什么不同？涵洞洞身随路基填土高度增加而增长，洞身断面尺寸对工程量影响较大。因此计算涵洞孔径时，还要求跨径与台高有一定的比例关系。通常采用加固河床提高容许流速的办法来减小涵洞孔径，由于河床加固后的容许流速都比较高，如计算孔径时仍按容许不冲刷流速控制，根据设计流量计算出涵洞孔径会很小，从而使得涵前水深增加，它将危及到涵洞与路堤的安全。
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四、小桥涵孔径与水毁
1. 公路桥涵水毁的成因分析 2. 小桥涵水毁的防治
12
公路桥涵水毁的成因分析
从小桥涵水毁实况，可归纳其水毁主要成因：
（ 1 ）较大孔径的小桥、涵洞，由于基础的埋置深度不够或未设必要的调治防护构造物，而致桥台及涵洞进出口被冲毁。
沪陕高速大桥桥墩受损严重商州水务局称洪水冲刷所致
Q (a 1)
2
mi a
3 3 8 16
5 8
其中： Qs ——设计流量（m3/s）

涵洞水文计算

水文计算书一、计算公式本路段各桥涵处汇水面积F≤30km2，根据《涵洞设计细则》径流形成法计算。

计算公式如下：Q p＝Ψ（h-z）3/2F4/5βγδQ p——规定频率为P％时的雨洪设计流量；Ψ——地貌系数；h——径流厚度；z——被植物或坑洼滞留的径流厚度；F——汇水面积；β——洪峰传播的流量折减系数；γ——汇水区降雨量不均匀的折减系数；δ——小水库调节作用影响洪峰流量的折减系数；二、典型桥涵处水文计算：1、k3+685涵洞处：设计洪水频率1/100。

汇水面积在1：10000地形图上勾划，F＝5.6km2，汇水区内水库面积f＝1.7 km2。

主河沟平均坡度3.8‰，属平原地形，地貌系数取值0.07。

汇水面积重心至桥涵的距离L＝2.5km，洪峰传播折减系数为0.925。

水库湖泊所占面积30％，折减系数δ为0.91。

暴雨分区为第5区。

降雨不均匀折减系数为1。

汇水区内分布有水稻土（约30％）、粘土（约30％），壤土（约40％），表土吸水类属为I、II、III类。

径流厚度h＝56×0.3+48×0.3+46×0.4＝49.6，取50。

汇水区内为中等稠度林和水平带梗的梯田，被植物或坑洼滞留的径流厚度z取25。

Q p＝Ψ（h-z）3/2F4/5βγδ＝0.07×（50-25）^1.5×5.6^0.8×0.925×1×0.91＝29.22（m3/s）查公路道路设计资料集——《涵洞》，净跨径3.4×净高3.4的钢筋砼盖板涵泄水能力Q＝31.59（m3/s），为统一跨径，且该处河沟宽4m，深2.5m，故设1-4×3.5涵洞排洪。

桥涵、涵洞水力计算

5
Σ ξ 0.90 C 62.02
洞底比降 i
0.2
洞宽 B
0.3
洞高 D
0
过水面积 A
0 χ 7
0
0.4
0.020
流量系数m3
R 0.429
n 0.014
1.5
2
3
0.852
【黑色数为输入值，红色数值为计算值】
动能修正系数α
H0
淹没系数σ
Q计算 14.08
Q设计 5
1.058.80来自0.23755
出口渐变段 ξ 6
Σ ξ
洞底比降修正系数β i 2
0.2
洞宽B
0.3
洞高D
0
过水面积A
0 χ 7
0.5 R 0.429
1.00 n 0.014
0.020 C 62.02
0.85
上游行近流速V0
1.5
2
3
0.04
四、淹没压力流涵洞过流能力
淹没压力流涵洞过流计算表
进口损失系拦污栅损失闸门损失系数ξ 1 系数ξ 2 数ξ 3 进口渐变段出口渐变段损出口损失系数ξ 4 损失系数ξ 失系数ξ 6
为短洞
一、无压流涵洞过流能力
无压流涵洞过流能力计算表
洞宽B 洞高D 流量系数 m 侧收缩系数ε 进口水深洞进口内水深洞底比降上游行近流速V0 H hs i
1.5
2
0.36
0.95
8.8
8.77
0.020
0.039
二、半有压流涵洞过流能力
半有压力流涵洞过流能力计算表
流量系数m1 洞身长 L 修正系数β 1 洞底比降 i 进口水深 H 洞宽 B 洞高 D 过水面积 A

箱涵、涵洞半压力流和非淹没压力流水力计算程序

半压力流涵洞计算适用条件：1.2D<H<1.5D,h<D(H为进口水深，D为涵洞高，△Z=a.q2^2/(2g.φ^2.hs^2)-a.q2^2/(2g.hc2^2) 1.093 d1=σ0.hc2-hs-△Z0.880池深差：d1-d0.000 3）消力池长度计算：水跃长度Lj=6.9×(hc2-hc1)20.62斜坡段长度Ls=m×(P+d) 5.64消力池长度：Lsj=Ls+β.Lj21.10三、消力池底板厚度计算1.基本资料消力池进口处的单宽流量q(m3/s.m)17.692上游总水头H0(m) 6.748消力池底板计算系数k1(可采用0.15～0.20）0.15消力池底板安全系数k2(可采用1.1～1.3） 1.2消力池底板的饱和重度γb(kN/m3)24消力池跃前收缩水深hc1(m) 1.912消力池跃后水深hc2(m) 4.900消力池跃前收缩断面流速Vc(m/s)9.253 2.按抗冲要求计算消力池底板厚度t(m)1.02取消力池的底板厚度（等厚）为：t= 1.1 3.按抗浮要求验算消力池底板顶面的水重（水深为跃后水深）：W=γ.hc249.00消力池底板上的脉动压力（跃前收缩断面流速水头的5%）2.18 Pm=0.05γ.Vc^2/(2g)消力池底板底面的扬压力：U=γ(hc2+t)60.00消力池底板安全系数： 2.00抗浮安全系数k2大于1.1～1.3,安全四、海漫长度计算基本资料消力池末端单宽流量qs=Q/B217.692上游总水头T0(m) 6.748海漫长度计算系数ks7当满足： 6.779246595海漫长度：47.45五、海漫长末羰沟槽冲刷深度及防冲槽计算基本资料海漫末端水深hm(m) 3.5沟槽土质允许不冲流速[V0]1渠槽末端宽度Bs(m)6海漫长末端单宽流量qm=Q/Bs7.667海漫长末端沟槽冲刷深度：dm=1.1qm/[V0]-hm 4.933公式来洞计算洞宽B源：《灌溉与适应计算备注例题黄色底纹标记为需要手动输入部分463.5300.002为半压力流 4.70.72.81.05点选进口型式八字墙自动选择0.67自动选择0.744.7+1.05*0.7^2/(2*9.81) 4.7346/(0.67*3.5*(2*9.81*(4.726+0.002*30-0.74*3.5))^0.5) 2.99。

放水涵洞水利计算说明书

放水涵洞水利计算说明书放水洞的水力计算1、闸孔出流计算根据闸孔出流公式计算闸门开度：Q =μ2gH 0式中：Q ——下泄流量，为2.0m 3/s；μ——闸孔出流流量系数，μ=ε2ϕ-ε2取0.62；b——闸孔宽度，为1.2m ； e——闸门开度；H0——闸前水头，为13.02m ；试算得闸门开度e=0.181m时，下泄流量为2.0 m3/s。

（1）涵洞临界底坡 q =3Q 2==1. 67mB 1. 2e其中ψ取0.95；ε2H 02*1. 67h k ==0. 669. 8x k =0. 66⨯2+1. 2=2. 52mA k =0. 66⨯1. 2=0. 79m 2R k =0. 79=0. 31m 2. 5211C k =⨯0. 36=54. 95m0. 01522=0. 0068 i k =220. 79⨯54. 95⨯0. 31i=0. 01>i k =0. 0068根据计算结果，涵洞纵坡大于临界底坡，涵洞为陡坡，按短洞考虑。

（2）涵洞正常水深涵洞正常水深计算公式如下：12(1++m h ) nQ ) h =(m b 1+h b22535oioitHoi涵洞的过水流量Q=2 m3/s,涵洞底板宽度b 本工程取1.2m 。

由以上已知条件可求得: h0=0.57m。

（3）闸孔收缩断面水深计算计算公式：hc=eε=0.62*0.18=0.12m式中：hc──闸孔收缩断面水深；e──闸门开度, 为0.18m ；ε——垂直收缩系数，0.62。

（4）涵洞水面线计算涵洞水面线计算按明渠水面线计算方法计算，采用分段求和法计算。

由于hc ＜h0＜hk ，故洞内水面线型式为c 2型壅水曲线。

因此水面线应从起始端开始向下游计算。

基本公式如下：计算结果见表4-9⎛v i 2⎛⎛v i 2+1⎛h i +⎛- h i +1+⎛ ⎛ 2g ⎛⎛2g ⎛⎛⎛=i -J =∆l（5）波动及掺气水深计算⎛v 2⎛∆ h +2g ⎛⎛⎛⎛∆l深孔闸后洞内无压流的流速很大，一般都要考虑因水流掺气而增加的水深，已得到设计涵洞的高度。

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进口水深流量系数
H
m2
8.8 0.636
H0
Q计算
8.80 23.74
Q设计 5
进口水深出口水深出口下游过
H
h
水面积A下
8.8
8.7
13.05
上游行近流速V0
H0
Q计算
0.04 8.80 10.75
Q设计 5
R
1.5
2
3
7
0.429
Σξ
1.00 n
0.014
洞底比降修正系数β
i
2
0.020 0.85
C 62.02
上游行近流速V0
0.04
四、淹没压力流涵洞过流能力
淹没压力流涵洞过流计算表
进口损失系拦污栅损失闸门损失系
数ξ1
系数ξ2
数ξ3
0.2
0.3
0
出口损失系数ξ4
0
进口渐变段损失系数ξ
出口渐变段损失系数ξ6
5
0
0.4
Σξ 0.90
洞底比降 i
0.020
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
洞宽 B
洞高 D
过水面积 A
χ
1.5
2
3
7
R 0.429
n 0.014
C
流量系数m3
62.02 0.852
动能修正系数α
1.05
H0
淹没系数σ Q计算
8.80 0.2375 14.08
Q设计 5
希望大家用的满意
洞宽
B
8.8
1.5
上游行近流速V0
0.04
H0 8.80
洞高 D
2
Q计算
25.37
过水面积 A
3
Q设计
5
三、非淹没压力流涵洞过流能力
2
非淹没压力流涵洞过流能力计算表
进口损失系拦污栅损失闸门损失系
数ξ1
系数ξ2
数ξ3
0.2
0.3
0
进口渐变段ξ5
0
出口渐变段 ξ6
0.5
洞宽B
洞高D 过水面积A
χ
涵洞过流能力采用
洞宽 B
1.5
设计流量 Q=
洞高 D
2
5 m3/s
出口水深 h
水流流态
8.70
淹没压力流
1.2D
1.5D
Q计算
2.4
3.00
10.75
进口水深H
8.8
洞身长 L
8 H 长短洞判别
40
70.4 为短洞
一、无压流涵洞过流能力
无压流涵洞过流能力计算表
洞宽B
1.5
洞高D 流量系数 m 侧收缩系数ε
2
0.36
0.95
进口水深洞进口内水深洞底比降上游行近流
H
hs
i
速V0
8.8
8.77
0.020 0.039
二、半有压流涵洞过流能力
半有压力流涵洞过流能力计算表
流量系数m1
洞身长 L
修正系数β1
0.670
40
0.74
χ
R
n
7
0.429
0.014
洞底比降 i
0.020 C
62.02
进口水深 H