第九章 小桥和涵洞孔径计算
[讲义]小桥涵水力计算经典讲义(71页 涵洞 倒虹吸)
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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
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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，
水文学考点
第一章降水(Precipitation)：大气中水汽凝结后以液态水或固态水降落到地面的现象。
如雨、雪、露、霜、雹、霰等。
蒸发(Evaporation)：水分子从水面、冰雪面或其它含水物质表面以水汽形式逸出的现象。
包括截留蒸发、地面蒸发、叶面散发、水蒸发等。
径流(Runoff)：陆地上的降水汇流到河流、湖库、沼泽、海洋、含水层或沙漠的水流。
包括地面径流和地下径流。
渗流(Seepage flow)：水从地表渗入地下及在地下流动的现象。
包括入渗和渗透两种现象。
2、河流的基本特征1）河流断面：横断面：垂直于水流方向的断面。
深泓线：河流中沿水流方向各横断面最大水深点的连线。
纵断面：沿河流深泓线的断面。
（沿程变化）2）河流长度：天然河流从河源到河口的距离。
3）河流比降：深泓线上单位长度内的平均落差。
（落差？）河段比降（水面或河底比降）：l H l H H i ∆=-=12 平均比降（图1-1-3河流纵断面图）： ()()()[]1121212112.....1l H l H H l H H l H H L i n n n n n n +++++++=----- 二、流域1、概念：流域：降落到地面上的水被高地、山岭（分水线）分隔而汇集到不同的河流中，这些汇水的区域称为流域。
分水线——分隔水流的高地、山岭的山脊线。
2、流域面积：流域分水线所包围的平面面积，称为流域面积。
单位：Km23、流域的特征1）几何特征面积：径流量m3；调节作用；洪水涨落形状：狭长或宽阔。
2）自然地理特征A 、 流域的地理位置：一般以流域中心和周界的径纬度来表示。
B 、流域的地形：一般以流域平均高程和流域的平均坡度来表示。
C 、流域内的地质、土壤、森林植被和湖泊等，也都是流域的自然地理特征，与径流的形成过程都有密切的关系。
按平面形状及演变过程有下述四种类型：1）顺直微弯型河段 2）弯曲型河段 3）分汊型河段 4）散乱型河段一、径流的形成过程1、降雨降雨强度：单位时间内的降雨量，（mm/min,mm/h ）。
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：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。
采用的方法为径流形成法，此法是以暴雨资料为主推算小流域洪水流量的一种方法，是公路部门目前普遍使用的一种计算方法，该公式只适用于汇水面积F ≤30 km 2的小流域。
汇水面积：0.0312km ，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：。
()βγδϕ54230m z -h F Q =式中 Q P ——规定频率为P 时的雨洪设计流量（m 3/s ）F ——汇水面积（km 2） 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I z 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（L 0＝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0ϕ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。
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。
涵洞孔径计算
涵洞孔径计算1、涵洞设计流量计算原则流域面积小于30 k m 2的河流，利用《公路涵洞设计细则》（JTG/T D65-04-2007）中径流形成法公式计算流量，用经验公式复核。
2、计算公式计算公式1 -径流形成法公式 公式： 其中：Q p ：规定频率为p 时的洪峰流量（m 3/s ）； ψ：地貌系数，查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-5；h ：径流厚度（mm ），由暴雨分区、规定频率P%、土的吸水类属一级汇流时间确定，查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-9；z ：被植物或坑洼滞留的径流厚度（mm ），查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-10；F ：汇水区面积（km 2）；β：洪峰传播的流量折减系数，查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-11；γ：汇水区降雨量不均匀的折减系数，查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-12；δ：小水库（湖泊）调节作用影响洪峰流量的折减系数，查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-13，本项目路线无小水库，则δ＝1。
计算公式2-经验公式法 经验公式Ⅲ：Q p =CS F其中：Q p ：规定频率为p 时的洪峰流量（m 3/s ）； C ：系数，C ＝0.4；S ：频率为P 的雨力（mm/h ），查四川省雨力（mm/h ）等值线图，S=90 F ：汇水面积（km 2）。
经验公式Ⅳ：Q p =KF n其中：Q P ：规定频率为p 时的洪峰流量（m 3/s ）； K ：迳流模量，K=0.74；()5423Fz h Q p -ψ=F：汇水区面积（km2）。
（1）、汇水面积流域面积从1：5000或1：10000的地形图上勾绘出汇水区范围，然后再以图形法求算面积。
（2）、设计流量本次所选的涵洞汇水面积均小于30 k m2，故采用径流形成法公式计算流量。
依以上参数，对路线上部分涵洞1%洪峰流量进行计算，结果见下表1-1。
表1-1 涵洞设计流量注：本次根据流域面积范围选择设计流量值。
3、涵洞孔径计算考虑本合同段区域的地形、地貌，涵洞选择无压力式较为适宜。
小桥涵计算
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。
第九章-桥位勘测设计PPT课件
F2nb2mJ24
1
Qp
(1134)
F1nb1mJ14
– 下标1——测站或形态断面数值
– 下标2——桥位断面数值
– Qp ——测站或形态断面抵算的设计流量
– m1
– n值 3
F 3 0 K m 2n 0 .8;F 3 0 K m 2n 1 :1
23
– F<30km2或流域面积相差小于20%时
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第九章 桥位勘测设计
第三节 大中桥面设计高程计算
• 各种水面超高值计算
– 桥前最大壅水高度
zvM 2 v02
水流阻力系数
桥下断面设计 平均流速
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第九章 桥位勘测设计
第三节 大中桥面设计高程计算
– 桥下壅水高度
• 根据洪水涨落情势和土质易冲程度取值，一般情况 取桥前最大壅水高度的1/2。
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第九章 桥位勘测设计
第二节 大中桥孔径计算
最小毛过水面积的计算
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第九章 桥位勘测设计
第二节 大中桥孔径计算
最小毛过水面积的计算
Ad：冲刷前桥墩所占的桥下过水面积 Ax：冲刷前漩涡所占的桥下过水面积 Ay：冲刷前桥下有效过水面积 Aj：冲刷前桥下净过水面积；Aj=Ay+Ax Aq：冲刷前桥下毛过水面积。Aq=Aj+Ad
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第九章 桥位勘测设计
第三节 大中桥面设计高程计算
• 路堤（或导流堤）边坡处的波浪高度
9 0 o ， s in 1 ， h e K K v K e h L
0，he 13KKvKehL
• 斜向波浪爬高
he123 sinKKvKehb1%
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第九章 桥位勘测设计
第三节 大中桥面设计高程计算
桥涵孔径计算课件
操作流程
桥涵孔径计算软件的操作流程一 般包括数据输入、计算过程和结 果输出三个步骤。
功能特点
软件应具备界面友好、操作简单 、计算准确等特点，同时应具备 数据存储和查询功能。
软件应用实例及效果展示
应用实例
以某高速公路桥涵为例，采用计算机 程序进行孔径计算，相比传统手工计 算方法，大大缩短了计算时间，提高 了效率。
桥涵孔径计算课件
目 录
• 桥涵孔径计算概述 • 桥涵孔径计算的前期准备 • 桥涵孔径计算的数学模型 • 桥涵孔径计算的实例分析 • 桥涵孔径计算的软件应用 • 桥涵孔径计算的发展趋势与展望
01
桥涵孔径计算概述
桥涵孔径的概念与重要性
桥涵孔径是指桥涵流水断面上垂直于 流线的直线长度，是桥涵设计中的重 要参数之一。
桥涵孔径的大小直接影响着桥涵的过 水能力、水流状态、河床冲刷和河床 演变等，对于桥梁和涵洞的安全和使 用性能具有重要意义。
桥涵孔径计算的原理与依据
桥涵孔径计算的原理主要是基于水力学和流体力学的原理，通过分析桥涵处的地 形、地质、水流条件等因素，确定合适的孔径大小。
桥涵孔径计算的主要依据包括桥涵设计规范、水文资料、地质勘察报告、洪水计 算成果等。
02
根据桥涵设计的规范和标准，确 定计算方法和标准，如采用水力 学公式或计算机程序进行计算。
建立计算模型与数据库
根据桥涵设计的具体情况，建立合适的计算模型，如堰流模 型、孔口模型等。
建立桥涵孔径计算的数据模型和数据库，包括数据采集、处 理、存储和查询等功能，以便进行计算和管理。
03
桥涵孔径计算的数学模型
桥涵孔径计算的基本步骤
01
02
03
04
收集和分析桥涵设计规范、水 文资料、地质勘察报告、洪水