09小桥和涵洞孔径计算
小桥涵水力计算及确定孔径经验方法
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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
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（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。
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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。
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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。
第九章小桥和涵洞孔径计算ppt课件
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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篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
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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篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
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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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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篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
二、小桥孔径计算（试算法）
➢ 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
➢ 路堤填土高度 填土高度小，满足壅水要求—涵洞 填土高度过大—小桥
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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第八章 小桥和涵洞孔径计算
第二节 小桥孔径计算
1、自由式出流
小桥下游天然水深ht≤1.3hk时，桥下水流图式如下图。桥下水深为 桥下河槽的临界水深hk。
2、淹没式出流
小桥下游天然水深ht＞1.3hk时，桥下的临界水深被下游天然水深水 面所淹没，桥下水流图式如下图。桥下天然水深为ht。
第二节 小桥孔径计算 二、小桥孔径计算
2 vH v2 H ht 2 2g 2 g
（8-2-12）
式中：v—由采用的桥孔长度计算的桥下流速(m/s)；其他符号意义同前。
第二节 小桥孔径计算
4、确定路基和桥面最低高程
按图8-2-6可得：桥头路基最低高程=河床最低点高程+H+△ （8-2-13） 按图8-2-7可得：桥面最低高程=河床最低点高程+H+J+D （8-2-14） 式中：H—桥前水深(m)； △—安全高度(m)； J—桥下净空安全值(m)；与大中桥相同； D—桥梁上部结构建筑高度(m)。
2、半压力式
当涵洞的进水口建筑为普通型，且水流充满进口，涵前水深H＞1.2hT时， 但收缩断面以后在整个涵洞内都具有自由水面，称为半压力式水流状态。
H
H'
hT
H
h0
i
h0或hk
i
hc
h
h0或hk
hT
h
第三节 涵洞孔径计算
3. 压力式
当涵洞的进水口建筑为流线型，而涵前水深H>1.4hT，且涵底纵坡i<iw， 或下游洞口被掩埋时，整个涵洞的断面都充满水流，称压力式水流状态。 涵洞的摩阻坡度iw为恰好使水流重力克服水流摩阻力所需要的坡度，可按 下式计算： 式中：iw——摩阻坡度； Q——过涵流量(m3/s)； Q2 iw 2 2 A——涵身断面全面积(m2)； （8-3-1） AC R C——谢才系数(m1/2/s)； R——涵身断面的水力半径(m)。
7 第七章 小桥和涵洞孔径计算
第七章小桥和涵洞孔径计算第一节概述一、小桥和涵洞◦根据已建成公路统计，小桥涵洞的工程投资约占公路工程总投资的15%~20%，投资总额为大、中桥的2~4倍。
设计合理性影响巨大。
◦孔径大小应根据设计流量、河床特性及河床进出口加固类型所允许的平均流速等确定。
桥涵分类多孔跨径总长L（m）单孔跨径L k（m）桥涵分类多孔跨径总长L（m）单孔跨径L k（m）特大桥L>1000L k>150小桥8≤L≤305≤L k<20大桥100≤L≤100040≤L k≤150涵洞—L k<5中桥30<L<10020≤L k<40第一节概述一、小桥和涵洞位置选择◦山岭和丘陵区小桥和涵洞位置选择◦平原区小桥和涵洞位置选择第一节概述山岭和丘陵区小桥和涵洞位置选择◦一沟一涵，间距<300m，当汇水区小，两沟靠近，可改沟合并。
◦涵洞位置与路基排水系统密切配合，如截水沟排水出口处、边沟最低点处都应设置涵洞，以避免水流冲刷路面和路基。
◦路线转角较大（>90°）、平曲线半径较小，进入弯道前纵坡>4%，在弯道起止点附近设置涵洞。
◦路线由陡坡段过度到缓坡段，200m范围内无涵洞，则在变坡点附近应设置涵洞。
第一节概述平原区小桥和涵洞位置选择◦根据天然排洪系统，有利于农业灌溉，并避免桥涵出口对耕地造成冲蚀；◦通过较长低洼和泥沼地带，具有天然纵坡地带，可多设置涵洞；◦靠近村庄时应通过设置涵洞避免村内积水；◦小桥和涵洞位置应选择在河床地质良好、地基承载力大的河段。
第一节概述二、小桥和涵洞类型选择◦材料选择原则：安全、就地取材、经济、便于施工、养护方便。
◦构造形式选择原则：设计流量、路堤高度、河床纵坡、建材类型等。
第二节小桥孔径计算一、小桥水流图示桥孔压缩河槽，水流受到桥头和路堤压缩出现桥前雍水，桥下水面降低，按下游水深可分为：◦自由式出流◦淹没式出流第二节小桥孔径计算自由式出流◦当天然水深ℎt≤1.3ℎk桥下河槽临界水深◦桥下水流为急流，下游水深对桥下过流能力无影响。
09-小桥和涵洞孔径计算
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9.2 小桥孔径计算
二、小桥孔径计算
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9.2 小桥孔径计算
二、小桥孔径计算
小桥水力计算的内容：
根据设汁流量Qs，河床加固类型所对应的最大容许流速 ，确定满足过流能力和防冲条件的孔径以及对应的桥前雍水 高度等。 计算方法：试算法。 拟定河床加固类型，确定桥下河床的容许流速；再根据 容许流速与设计流量，通过计算确定孔径大小与雍水高度； 与允许的雍水高度进行比较，从而判断是否需调整孔径值， 直至达到允许的雍水高度。
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9.3 涵洞孔径计算
Hale Waihona Puke 一、涵洞的组成和分类箱涵：又称矩形涵或方涵，与盖板涵相似。建 2. 涵洞的分类 造材料一般用混凝土或钢筋混凝土等。铁路矩形涵 的顶板、边墙、底板连成整体。对特软地基采用箱 涵较为有利，但施工困难、造价较高。 圆形涵：又称圆管涵，简称圆涵或圆管，常用 钢筋混凝土制作。填土高度为 1～15米。欧美一些 国家多采用皱纹铁管。皱纹铁管通常由钢板弯成半 圆形或拱形管片，以上下两片或数片组合而成。这 种管片可在工厂制造，运至工地安装。圆形涵受力 性能好，工程量小，施工方便,但它的过水能力差。 孔径较小（一般为1.5米以下）的涵洞采用圆管涵式 居多。
按其水力性能可分为无压力式涵洞（水面都低于洞顶），半压力式 涵洞（水面淹没入口），压力式涵洞（流水充满整个洞身）； 按其构造类型可分为拱涵、盖板式涵、箱涵、圆形涵、倒虹吸涵等 。
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9.3 涵洞孔径计算
2. 涵洞的分类
一、涵洞的组成和分类
拱涵:洞身由拱圈、边墙和基础组成,一般用砖、石和混凝土建造。填 土高度为 1～20米。拱涵需有较高的路基和坚实的地基。在石料丰富，地
9-小桥和涵洞孔径计算
二 小桥位置测量
目的：现场勘定位置，确定中心桩号，检查方案 合理性，为路线标高提供依据
1）断面测量---小桥
①范围：上游100～200米，下游50～100米，河岸以上 或两侧泛滥线以外10～20米。
②比例尺： 1:50～1:100 ③断面图要求：如图14-8
二 小桥位置测量
1）断面测量---涵洞 一般只需涵洞中心处纵剖面图
3、钢筋混凝土板桥（涵） 无石料地区常采用的一种类型，主要有点： ①建筑高度小，受填土高度限制小 ②能采用工厂预制，现场装配，施工简便快速 ③为简支结构，对地基条件要求不高 ④遭受破坏后易于修复 缺点：需用水泥、钢筋等材料，因此造价高。 适应：填土高度一般为12m
钢筋混凝土板桥（涵）按施工方法不同，可有预制装配 和就地浇筑之分。装配式桥（涵）能在工厂预制，运至现 场安装，不受气候影响、工期短、节省模板，适用于桥涵 集中并有运输及吊装条件的公路。就地浇筑的桥涵，整体 性好，施工不需运输及吊装、施工简便，适用于分散或改 建的单个桥涵，以及不具备运输及吊装条件的公路。
5、钢筋混凝土箱梁： 箱涵是一种闭合式的钢筋混凝土薄壁结构，多用于无石 料结构。有点：整体性能好、对地基适应性能较强。缺点 为用钢量多、造价高，一般多采用现场浇筑施工，施工难 度较大，通常适于软土情况。由于箱涵整体性好、结构坚 固、跨度尺寸适中，常用于高速公路人行通道。
三 小桥涵平面布置要求
1) 洪水主流区 2) 小桥轴线与洪水主流向正交；涵洞与洪水主流向
三、各类小桥涵特点及其使用条件 1、石拱桥（涵）
石拱桥（涵）为山区公路常采用的一种类型，其主要有点 是： ①能充分利用天然石料，无需钢材，只需少量水泥，工程造 价低；工程费用少 ②施工技术简单，专用设备少； ③结构坚固，自重及超载潜力大，使用寿命长
涵洞孔径计算
涵洞孔径计算涵洞计算1、涵洞的布设本路段小桥涵设置时主要考虑了：上游洞口应考虑流向，下游洞口以不危及农田村镇为原则，同时考虑到圆管涵利于施工，又经济简便，所以大部分形式均采用无压力式圆管涵形式。
本设计所取标准跨径为1.0m。
本设计中涵洞的位置以及孔径见表1所示：表1涵洞一览表序号12涵洞位置K16+708K17+200结构类型钢筋混凝土圆管涵钢筋混凝土圆管涵交角（°）孔数及孔径90901-Φ1.51-Φ1.5洞口型式一字一字管涵的标准跨径通常取50、75、100、125、150（cm）。
下面以排水总体规划图中K16+708处的涵洞计算为例。
汇水面积：0.031km2，主河沟平均比降：12.4%，流域土壤吸水类属：Ⅲ，年平均降雨量：793mm，设计洪水频率1/50，汇流时间：30min，径流系数：0.95，粗糙度系数n=0.014。
我国公路系统最常采用的是公路科学研究所提出的简化公式，其中未考虑洪峰削减的公式为：由涵洞设计手册得洪峰流量计算：。
Qm0h-zF3245式中QP——规定频率为P时的雨洪设计流量（m3/）F——汇水面积（km2）h——暴雨径流厚度（mm）Z——被植物或坑挖滞流的径流厚度φ——地貌系数，根据地型、汇水面积F、主河沟平均坡度Iz决定β——洪峰传播的流量折减系数，由汇水面积重心至桥涵的距离（L0＝0.3Km<1Km）及汇水区的类型（丘陵汇水区）综合查表3.2－10得γ——汇水区降雨不均匀的折减系数δ——考虑湖泊或小水库调节作用对洪峰流量影响的折减系数根据已知条件查《公路桥涵设计手册·涵洞》表4-8、表4-11、表4-12、表4-13、表4-14、表4-15，分别得地貌系数0取0.09，常用迳流厚度h取53mm，植物坑洼滞留的迳流厚度z取10mm，洪峰传播的流量折减系数β取1、降水不均匀折减系数γ取1.0、小水库（湖泊）调节折减系数δ取1。
Qm0h-zF=1.58m3/1、确定涵洞孔径d查《公路排水设计手册》（人民交通出版社姚祖康编著）公式Ak3Q2Q2（3.3-18）得管径与流量关系式55k或d5，式中系数gdbkdgk3245=0.09某(53-10)某0.031某1某1某13245k=k13/k2,为充满度h/d的函数。
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9.1 堰流基本理论
堰：顶部过流的水工建筑物
工程中的坝、桥涵、溢流设备等，其水力特征都与堰相 似。它们使上游水位壅高，对水流起侧向收缩和底坎约束 的作用。
堰流：无压缓流经堰顶溢流时形成堰上游水位升高而后 水面急剧下降的局部水力现象。
无压缓流经小桥涵时水力现象也与堰流类似，堰在纵向 压缩了过水断面，小桥涵则在横向压缩了过水断面，局部 阻力条件类似。因此，堰流理论也是小桥涵水力计算的基 本理论。
Q A1R2/3i1/2 n
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S 5%
or≤1%
h=ht
9.2 小桥孔径计算
二、小桥孔径计算 1．判别桥下水力图式
2)确定桥下临界水深hk 桥下河槽的临界水探hk，可按临界水深函数求得
因此，任意形状断面的平均临界水深 h k 为
hk
Ak Bk
Qk2 Ak2g
vk2 g
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当ht≥1.3hk时，淹没式出流。
2．确定小桥孔径 1)自由式出流
桥下水面宽度B
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9.1 堰流基本理论
如图所示，距堰前缘(3-5)H处的上游水 位至堰顶的水深H，称为堰顶水头，又称为 堰顶水深。该断面的平均流速，称为行近流 速，常用v0表示。按堰壁厚度δ对水流的影 响程度，通常将堰分为三种类型：
1．薄壁堰（δ/H＜0.67）
如图a)所示，当（δ/H）＜0.67时，堰壁厚度对过堰水流无影响，水 流过堰呈自由下落曲线此称为薄壁堰。
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第九章 小桥和涵洞孔径计算
小桥：是为公路跨越小河流、山谷等天然或人工障碍物 （人行小道）而建造的构筑物。 涵洞：为宣泄地面水流（包括小河流）而设置的横穿路 基的小型排水构筑物。一般孔径较小，形状有管形、箱 形及拱形等 。
2020/5/8
第九章 小桥和涵洞孔径计算
公路工程技术标准JTG B01-2019
2020/5/8
9.2 小桥孔径计算
二、小桥孔径计算
2020/5/8
9.2 小桥孔径计算
二、小桥孔径计算
小桥水力计算的内容： 根据设汁流量Qs，河床加固类型所对应的最大容许流速
，确定满足过流能力和防冲条件的孔径以及对应的桥前雍水 高度等。
计算方法：试算法。 拟定河床加固类型，确定桥下河床的容许流速；再根据
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9.1 堰流基本理论
2．实用堰（ 0.67＜（δ/H）＜ 2.5）
堰顶厚度对过堰水流开始有顶托相约束作用， 但是过堰水流还是在重力作用下的自由下落运动， 此称为实用断面堰。常见的实用断面堰有折线型和 曲线两种，如图b)及c)所示。水利工程中常用来作 泄水建筑物，如溢流坝等。
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2020/5/8
第八章 小桥和涵洞孔径计算
作用： 保证“路基”连续； 保证水流畅通； 保证行车无阻。
影响： 小桥涵影响到公路的造价（15-20%）； 小桥涵影响到公路使用； 小桥涵影响到生产生活。
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第九章 小桥和涵洞孔径计 算
31 堰流基本理论 2 小桥孔径计算 3 涵洞孔径计算 4 小桥和涵洞进出口处理
临界流速，采 用容许流速
9.2 小桥孔径计算
二、小桥孔径计算
1．判别桥下水力图式
2)确定桥下临界水深hk
hk
Ak Bk
Qk2 Ak2g
vk2 g
对于矩形断面的桥孔，桥下临界水深等于平均临界水深，即 hk hk ； 对于宽浅的梯形断面，也可以取 hk hk ；
对于窄而深的梯形断面，临界水深hk可按过水面积相等的关系近似求
临界水 深函数
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9.2 小桥孔径计算
一、水流通过小桥的图式
经小桥孔径的水流特点： ① 具有侧向影响，造成局部阻力 ② 桥孔前水位整齐，桥孔内流速增加，造成第一次水面跌落 ③ 桥孔后流速减小，产生局部阻力，造成第二次水面跌落。
水力现象与宽顶堰相同。 形成原因：
水流在缓流河道中，由于桥墩或桥的边墩侧向收缩，使水 流过水断面减小造成的。 分类：
9.1 堰流基本理论
3．宽顶堰（2.5＜δ/ H ＜10 ）
宽顶堰堰顶厚度对水流顶托非常明显。水流在进口附近的水面形成降 落；有一段水流与堰顶几乎平行；下游水位较低时，出堰水流二次水面降。
堰顶水深h接近临界水深hk，即h≈hk；收缩断面水深hc＝φhk,，φ＜ 1。按急流的水力特性，宽顶堰的过水能力(即泄流量)只受收缩断面控制。 当下游水位较低且hc＜hk式，宽顶堰的过水能力取决于堰顶水头，不受收 缩断面下游水位波动的影响。小桥涵的泄流图式与宽顶堰相同，因此，小 桥涵又称无槛宽顶堰。
自由出流 淹没出流
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9.2 小桥孔径计算
一、水流通过小桥的图式
2020/5/8
9.2 小桥孔径计算
二、小桥孔径计算 大中桥允许桥下河床发生一定的冲刷，一般采用天然河槽 平均流速作为设计流速。 小桥涵一般不允许河底发生冲刷，可以根据河床加固铺砌 的类型，选择适当的容许流速作为设计流速。（表9-2-1）
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9.1 堰流基本理论
临界水深（hk） 对于明渠水流的某个断面，以该断面底的最低点所在的水
平面做为参考基准面，过水断面上单位重量的水体所具有的总 能量叫做断面比能。当渠底坡度较小时，断面比能近似等于水 深加上单位重量水体的动能。
对于给定的断面，相应于某个流量，断面比能最小值的水 深，称此水深为该断面该流量的临界水深。
容许流速与设计流量，通过计算确定孔径大小与雍水高度； 与允许的雍水高度进行比较，从而判断是否需调整孔径值， 直至达到允许的雍水高度。
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9.2 小桥孔径计算
二、小桥孔径计算
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：
1．判别桥下水力图式
1)确定河槽天然水深ht（试算法） 先假设一个水深h，从河槽横断面图上求得过水面积A和水力半径R，按 下列公式计算相应的流量Q：
得(见图9-4-3)。 B kh k B k 2 m kh k h m k 2 h
hk Bk
Bk2 4mB khk 2m
临界断面水面宽度
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Bk
gAk3
Qs2
gQvks
3
Qs2
Qsg vk3
9.2 小桥孔径计算
二、小桥孔径计算
1．判别桥下水力图式
3)水流图式判别
当ht≤1.3hk时，自由式出流；