5_桥涵水文第五章 大中桥孔径计算
第六章__大中桥孔径计算
第一节 桥位河段水流图式和桥孔布设 第三节 桥面高程
桥位河段水流图式（缓流）
由于桥孔对水流的压缩，从桥 位上游相当远处的断面①起， 水面就开始壅高，并呈型壅水 曲线，无导流堤时直到桥位上 游大约一个桥孔长度L处的断面 ②，达到最大壅水高度。水流 接近桥孔时，急剧收缩而呈“漏 斗”状，无导流堤时直到桥位下 游附近的断面③，水面最窄， 流速最大，形成收缩断面。收 缩断面下游，水流又逐渐扩 散，到断面④才恢复天然状 态。并且在水流收缩段的主流 与河岸之间，由于水流分离现 象，桥台上下游两侧将形成回 水区。
2 w
根据内陆水库观测资料制定的，适用于大陆地区河流、湖泊的桥梁设计
路堤边坡处的波浪爬高
he K K v R0 h2
he
KΔ
1 2 sin he he 3
——波浪爬高（m），其高度自静水位算起 ——边坡糙渗系数，查表6-3-3 ——与风速有关的参数，查表6-3-4 ——相对波浪侵袭高度，查表
桥下净空安全值
非通航河段
桥梁的部位 高出计算水位 （m） 0.50 高出最高流冰面 （m） 0.75
洪水期无大漂流物 梁 底
洪水期有大漂流物 有泥石流 支承垫石顶面 拱脚
1.50 1.00 0.25 0.25
— — 0.50 0.25
通航河流和通航海轮的桥下净空
设计最高通航水位根据各种河流具体情况确定。一般 天然河流的设计最高通航水位可采用表6-3-10中规定的各 级洪水重现期水位 。设计最高通航水位可按《内河通航 标准》和《通航海轮桥梁通航标准 》来确定。
（3）建桥后的桥前壅水，不得对两岸河堤、 农田、村镇造成威胁；在平原地区尤为重要， 往往以桥前壅水的允许高度作为桥孔长度的控 制因素。 （4）应考虑桥位上下游已建或拟建的水利工 程、航道码头和管线等引起的河床演变对桥孔 的影响。 （5）桥位河段的天然河道不宜开挖或改移。 开挖、改移河道应有充分的技术、经济论证。
涵洞水文计算
沟渠较顺直，汇水面积为2.7平方公里。
涵洞水文计算书
斜交角度 θ =
0.00
度
二、流量计
算
1.按暴雨径流形成法公式
汇水面积 F =
2.700
Km2
根据涵洞手册查表得
地貌系数 ψ =
根据涵洞手册查
洪峰传播流量折减系 数β
考虑削减流量 Qp=ψ(h-z)3/2F4/5 βγδ= 2.按经
验公式计算
根据涵洞手
径流模量K
册查表得
Qp=KFn=
三、孔径计 算
初步拟定ห้องสมุดไป่ตู้洞净高
27.669
5 10.02131329
0.100 1.000 m3/s
m
径流厚度h = 汇水面积降 水量不均匀 折减系数γ
地区指数n
40.000 1.000
滞留径流厚度Z =
湖泊或小水库调 节折减系数δ
15.000 1.0
0.700
hd
4.000 m
进水口涵洞净空高度△
0.500
m
涵前水深H
3.0
m
最小涵洞净宽 B = Q/(1.581*H3/2) =
3.368
m
则初步拟定涵孔净宽4m，涵洞设计为1-3.5 X 4.5米钢筋混凝土箱涵
5_小桥涵水力计算资料
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
20
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
7
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。
8
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。
11
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。
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。
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。
桥涵水文计算书
16.70 m
3.65-2式计算桥墩局部冲刷 d 5 mm
第 3 页
桥涵水文大作业计算书
v0 0.28(d 0.7)0.5 0.67
m/s BC=
QC = λ = hCM=
vc
A=
Q2 = μ= B2 =
hc
BC A0.1 Q2 v 1.04 Qc (1 ) B 2
k
0.1
1.3 1326 m3/s 0.934 127 m 2.08 m
0.34
130 1326 0.067 3.12 4.91
m
m3/s
m m/s
h 3 cm vc 6.70 hc
2
m/s B1= 2m
1
1
0.55
v0 0.12(d 0.5)
'
0.31 m/s n ' 0.15 v v0 * 因为v>v0为动床冲刷，由式 hb K * K 2 * B10.6 * hp 计算 v0 0.23 0.19 * lg d 0.363 0.23 0.19*lg d v n1 0 0.433
* hCM
4.54 m
2.64-1修正公式计算河槽一般冲刷
A= μ= Bc = E=
'
1.3 0.934 121 m 0.66
3
Q2 = hCM=
hc
1326 m3/s 3.122 m 2.079 m 0.005 m
dc
5 5 3 A Q2 hCM ' BC hc hp 1 6 Ed c
v
公路小桥涵第五章(03)
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。 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。
3)小桥孔径通常比涵洞要大得多，为减少河 床加固工程数量，一般只有跨径不大的小 桥才采用加固河床的办法来提高允许流速， 增加泄水能力。即使采用河床加固，允许 流速也不宜太大。因此，允许不冲刷流速 是小桥孔径计算的重要控制条件。河床不 加固的小桥，其孔径计算与大中桥相同。 4)由于小桥孔径较大，桥上一般无填土路基， 水流都不会淹没整个桥孔(漫水桥除外)，孔 径计算时都要求保证设计水位距桥梁底部 有一定净空高度。计算时按水力学中的宽 顶堰计算。
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，正确进行小桥涵水力计算， 合理确定小桥涵孔径是防止水毁的重要措 施之一。
第二节、 小桥水力计算 一、小桥水力计算图式 通过桥下水流，由于受到桥头路堤和墩台的 挤束，将使桥下流速增大，若桥下水流压缩很 小，则孔径偏大很不经济；若压缩过大，虽然 孔径可以减小，可节省工程数量，但会造成上 游水淹没农田，且桥下流速过大需要很坚固的 河床加固，并且水流出桥后会冲刷河床及冲毁 下游农田，直接影响路基和桥梁使用安全。因 此，在一般情况下，权衡利弊，选择适当的压 缩程度以使桥孔设计较为经济合理。 桥孔压缩改变天然水流状态后，桥下的水流 状态还受桥下游沟槽天然水深的影响。按宽顶 堰流理论，小桥下的水流可有自由出流及非自 由出流(又叫淹没出流)两种水力图式。
涵洞孔径计算
涵洞孔径计算1、K24+080盖板涵汇水面积：0.12km ，主河沟平均比降：12.4%，流域土壤吸水类属：Ⅲ，年平均降雨量：1800mm ，设计洪水频率1/100，汇流时间：30min ，径流系数：0.95，根据确定的路基设计标高以及上游允许积水程度，推算出涵前允许最大水深H=2m洪峰流量计算：()δγβϕ***z -h 54230m F Q =查涵洞设计手册，得地貌系数0ϕ取0.09，h 径流厚度取49mm ，z 取10mm ，β、γ、δ都为1.0. ∴()δγβϕ***z -h 54230m F Q ==0.09×（49-10）23×0.154× 1×1×1=3.48s /m 3由公式算出所需涵洞净宽=⨯==232321.5813.481.581H QB 0.78(m)选一高度为1.5m ，净跨径为1.5m 的钢筋混凝土盖板涵，此时实际的涵前水深为：=⨯==3232)1.51.5813.48()1.581B (Q H 1.29(m) 进水口水深：=⨯== 1.290.870.87'H H 1.12 (m) 盖板涵净空高度6h ≥∆，则涵洞净高d h ≥'56H ==⨯1.156 1.32(m) 1.5m 高涵洞满足排洪要求。
2、K24+320盖板涵汇水面积：0.412km ，主河沟平均比降：5%，域土壤吸水类属：Ⅲ，年平均降雨量：1800mm ，设计洪水频率1/100，汇流时间：30min ，径流系数：0.95，根据确定的路基设计标高以及上游允许积水程度，推算出涵前允许最大水深H=2m洪峰流量计算：()δγβϕ***z -h 54230m F Q =查涵洞设计手册，得地貌系数0ϕ取0.07，h 径流厚度取49mm ，z 取10mm ，β、γ、δ都为1.0.∴()δγβϕ***z -h 54230m F Q ==0.08×（49-10）23×0.4154×1×1×1=9.54s /m 3由公式算出所需涵洞净宽=⨯==232321.5819.541.581H QB 2.13 (m)选一高度为2m ，净跨径为2.5m 的钢筋混凝土盖板涵，此时实际的涵前水深为：=⨯==3232)2.51.5819.54()1.581B (Q H 1.8 (m) 进水口水深：=⨯== 1.730.870.87'H H 1.57(m) 盖板涵净空高度6h ≥∆，则涵洞净高d h ≥'56H ==⨯1.5756 1.88(m) 2m 高涵洞满足排洪要求。