《公路小桥涵勘测设计》课程设计计算书

1. 设计方案的拟定 ................................................................. - 1 -

1.1. 选择涵洞类型 ..................................................................................... - 1 - 1.

2.

进出水口形式 ..................................................................................... - 1 -

2.

涵洞水文、水力计算 ......................................................... - 1 -

2.1. 涵洞水文计算 ..................................................................................... - 1 - 2.1.1. 确定计算参数 ............................................................................. - 1 - 2.1.2. 设计洪水量计算 ......................................................................... - 1 - 2.2. 涵洞水力计算Q .................................................................................. - 1 -

3. 几何设计 ............................................................................. - 2 -

3.1. 尺寸拟定 ............................................................................................. - 2 - 3.1.1. 拟定常规尺寸 ............................................................................. - 2 - 3.1.2. 本涵洞经拟定的尺寸 ................................................................. - 3 -

4.2. 涵洞纵断面上有关尺寸和高程的计算 ............................................. - 3 -

4.2.1. 洞身部分的高程和尺寸 ............................................................. - 3 - 4.2.2. 涵长计算 ..................................................................................... - 4 - 4.2.3. 进出水口八字翼墙计算尺寸 ..................................................... - 4 - 4.3. 涵洞平面图上有关几何尺寸计算 ..................................................... - 5 -

4.3.1. 净跨径0L .................................................................................... - 5 - 4.3.2. 涵台半剖面和平面图上的有关尺寸 ......................................... - 5 - 4.4. 半洞身和洞口立面图上有关尺寸计算 ............................................. - 5 -

4.4.1安全带尺寸 ..................................................................................... - 5 - 4.4.3台帽厚度 ......................................................................................... - 5 - 4.4.4设计板厚 ......................................................................................... - 5 - 4.4.5桥面铺装 ......................................................................................... - 5 - 4.4.6涵台基础尺寸 ................................................................................. - 5 - 4.

5. 局部剖面图的尺寸 ............................................................................. - 5 -

4.5.1. 翼墙根部和端部断面背坡0n .................................................... - 6 - 4.5.2. 翼墙墙身根部断面与基础顶面的交线的垂线间夹角 ......... - 6 - 4.5.3. 上下游洞口根部断面总高度 ..................................................... - 6 - 4.5.4. 翼墙墙身根部与端部断面墙顶，顺端墙方向平面投影宽度 . - 6 - 4.5.5.

翼墙洞口正投影长度 ................................................................. - 7 -

4.5.6. 翼墙基础襟边顺洞墙端部断面的平面投影长度1e 和2e ......... - 7 - 4.5.7. 八字翼墙的总张口大小B ......................................................... - 7 - 4.5.8. 翼墙基础平面尺寸计算 ............................................................. - 7 -

参考文献 ........................................................................................ - 9 -

1. 设计方案的拟定

1.1. 选择涵洞类型

由地形图可知需要在某三级公路上拟建一道交通涵洞，假设地区为第3暴雨分区，由地形图可确定汇水面积为A=0.13km 2，汇水区表土为黏土，主河沟平均纵坡I z =1.5%，汇水区内主要为山区水稻田。涵洞类型有石拱涵、石盖板涵、钢筋混凝土盖板涵、钢筋混凝土圆管涵、钢筋混凝土箱涵、倒虹吸管涵波纹管涵、砖拱涵。这些涵洞类型中，石拱涵、石盖板涵、钢筋混凝土圆管涵都只适用于设计流量在10m 3/s 以下的河流，有后面计算可知这些涵洞的泄水能力不能满足本次设计；而倒虹吸管涵是用于灌溉的因此也不符合；而砖拱涵的承载能力很低，因此也不符合本次设计需求。结合各类型涵洞特点和设计需求以及达到总造价最低的原则，本次设计需用钢筋混凝土盖板涵。 1.2. 进出水口形式

八字式洞口构造简单，建筑结构美观，施工简单造价较低。常用于河沟平坦顺直、无明显沟槽，且沟底与涵底高差变化不大的情况。结合以上各洞口类型特点和设计资料，本次设计涵洞进出口形式选用八字式洞口。

2. 涵洞水文、水力计算

2.1. 涵洞水文计算

本设计采用径流形成法法计算涵洞的设计流量。 2.1.1. 确定计算参数

根据公路技术等级确定设计洪水频率25

1

=P ；依据A=0.13km 2，I z =1.5%，查附

表（1-8）求得地貌系数ψ=0.05；根据汇水面积A=0.13km 2，查表（1-11）得汇流时间min 30=τ；根据土壤黏土，确定吸水类属为Ⅱ类；由设计洪水频率

25

1=P 、min 30=τ、Ⅱ类土、暴雨分区为3，查表得径流厚度h=43mm 。

2.1.2. 设计洪水量计算

435

2

435

2

3()..0.13110.05189.570.21.85/s Q h z A m s

=ψ-β.γ

=0.05?(43-10)???=??= 由于汇水面积较小，按简化公式计算时偏差较大，用公式)/(56.03s m hA Q s =计算比较，取其中较小者。

30.56430.13 3.13/s Q m s =??=

故取31.85/s Q m s =。 2.2. 涵洞水力计算Q

假设涵洞净空高度：m h d 5.2=； 进水口和壅水降落系数： 87.0=β； 进口涵洞净空高度： m 5.0=?； 则涵前水深： m h H d 3.287

.05

.05.2=-=

?

-=β

； 盖板涵的涵洞净宽：332

2

1.850.341.575 1.575

2.3

s

Q B m H

=

=

=?

根据《公路桥涵标准图》钢筋混凝土盖板涵泄水能力及水力计算表确定所选定型涵洞有关数据：

跨径： m L 00.3=;

净跨径： m L 40.20=; 净高： m h d 5.2=; 临界水深： m h lj 82.1=; 临界流速： s m v 22.4=; 泄洪能力： m Q 343.18=

3. 几何设计

3.1. 尺寸拟定

3.1.1. 拟定常规尺寸

(1) 涵底纵坡涵I ：根据河沟纵断面地面线的天然纵坡拟定为1.5%。 (2) 铺地厚度铺底h ：拟定为30cm 厚的浆砌片石。

(3) 涵底高程涵H ：按涵底中心地面高程下挖（清底）cm 30~20推算。 (4) 涵洞埋深（从铺地算起往下至基础底面）：要大于当地冻深1.0m 。 (5) 进、出水洞口形式采用八字墙，洞口尺寸： ①八字墙垂直顶宽a=40cm ；

②墙身与其基础垂直襟边e 取20cm ； ③墙身背面垂直背坡取4:1；

④墙身端部断面的高度端h ：以端部露出底面高cm 40~20推算； ⑤墙身根部断面高度根h ：按帽石底面算起至基础之高差；

⑥本涵桥面板厚20cm ，铺装层厚8cm ，台帽厚（帽石顶面宽度）取30cm 。

3.1.2. 本涵洞经拟定的尺寸

1. 八字墙端部露出地面的高度拟定为20cm ，根部高度以其基础顶面自安全带出檐的下缘降低10cm 考虑，八字墙垂直顶宽取40cm ，垂直背坡取为4:1，墙身基础与涵身基础等厚为60cm ，并与涵身做成同一坡度，即2%，标于进出水口的端部。

2. 基础埋深根据当地冻深确定为120cm ，标于出口端部相应位置处。

3. 基础厚度拟定为60cm ，填土高度120cm 。

4. 涵底铺砌拟定为30cm 厚的浆砌片石。

5. 涵身与基础按同一坡度设计，坡度取为2%，标于相应铺底顶面。

6. 截水墙宽度取为40cm ，埋深与基础同深，并将其宽度标于进出口截水墙处。

4.2. 涵洞纵断面上有关尺寸和高程的计算 4.2.1. 洞身部分的高程和尺寸 (1) 路基设计高程

根据地形图，查算出涵位中心桩号处的路基设计高程分别为：

H 设=115.5m

H 下设=H 上设=115.5-3.75×1.5%=115.14m

(2) 涵底高程计算

根据涵位中心桩号处原地面高程（在此以沟H 表示）减去30cm

清底厚度（即清h ）得出，即 H 涵=H 沟-H 清=108.5-0.3=108.2m

(3) 确定进出口处的建筑高度及涵洞中心涵台高度

① 进水洞口高度

H 净进=H 上设-H 填-H 铺装-h 板-H 涵-I 涵×

2

B 115.14 1.50.200.08108.2 3.75 1.5%

5.10m

=-----?=

② 出水洞口净高

h 出净=H 下设-h 填-h 铺装- h 板-H 涵+I 涵×

2

B 115.14 1.50.200.08108.2 3.75 1.5%

5.22m

----+?=

③ 涵洞中心净高

h 中净=H 中设-h 填-h 中涵-（h 板+h 铺）

115.5108.2(0.200.08)7.02m

--+=

将以上计算结果标于设计草图相应位置。

④ 进出水口建筑高度

h 进=h 进净+h 板+h 铺

5.060.200.08

5.34m

++=

h 出=h 出净+h 板+h 铺

5.180.200.08 5.46m =++=

4.2.2. 涵长计算

H=H 上设-H 涵=115.14-108.2=6.9m

11(?213.75 1.51 1.5% 1.5

6.32B

m H H c L im

m

+-+=

++?(6.94-5.34)?0.3=+?=

21(?213.75 1.51 1.5% 1.5

6.40B

m H H c L im

m

+-+=

-+?(6.94-5.46)?0.3=-?=

涵洞全长：

12 6.32 6.4012.72L L L =+=+=

4.2.3. 进出水口八字翼墙计算尺寸

本设计进出水口处八字翼墙基础埋深与涵身埋深基深h 取值相同，翼墙基础厚度cm h 60=墙基。

（1） 进水口处

翼墙根部断面高度：

10506201012060576h h h h h cm

=+-+-=+-+-=板基深进根进净墙基（）

（）

翼墙端部断面高度：

201206020

80h h h cm

=-+=-+=基深进端墙基

上式中10cm 为使八字翼墙美观，在墙顶设的一个小平台高度，20cm 为翼墙端部断的露出地面的高度。 （2）出水口处

翼墙根部断面高度：

105182010(12060)588h h h h h cm

=+-+-=+-+-=板出根基深出净墙基（）

翼墙端部断面高度：

20

1206020

80h h h cm

=-+=-+=出端基深墙基 其中10cm 为根部高度自安全带出檐降低10cm ；120cm 为埋深；60cm 为基础厚度；20cm 为翼墙端部露出地面的高度。 4.3. 涵洞平面图上有关几何尺寸计算 4.3.1. 净跨径0L

根据流量计算结果选择，本设计依据标准图，采用标准跨径m L k 00.3=，钢筋混凝土板在两边韩台上各搭接30cm ，故取m L 40.20=，将此数据标于平面设计草图上的相应位置。

4.3.2. 涵台半剖面和平面图上的有关尺寸 （1）涵台底面的底宽

参考《公路桥涵设计手册》本涵台底面的底宽取50cm 。 （2）基础襟边宽度取20cm 。

将以上数据标于剖面和半平面图的设计草图相应位置。 4.4. 半洞身和洞口立面图上有关尺寸计算 4.4.1安全带尺寸

板涵边部快件采用预制和安全带一起浇筑，故安全带长度与板长相同，板长取300cm ，扣除两侧的预留缝隙各2cm ，因此取296cm ，标于相应草图的位置。 4.4.2涵台高度

前已算过为537cm 。 4.4.3台帽厚度

前以取定为30cm 。 4.4.4设计板厚

前以取定为20cm 。 4.4.5桥面铺装

前以取定为6cm 防水混凝土加2cm 沥青混凝土铺装，共8cm 。 4.4.6涵台基础尺寸

cm b s B 90502022=+?=+=台基

将上述六项的尺寸标于洞身剖面图上。 4.5. 局部剖面图的尺寸

根据现场地形进行的进出口布置结果，进出口各有一对八字墙水流扩散角

0β相同，取 300=β，故本设计进出水口八字墙左右对称。

4.5.1. 翼墙根部和端部断面背坡0n

根据公式

正翼墙）正

(75.330cos 5.130sin 4cos sin 0=????

? ??+=??? ??+=

ββm n n 式中：β——八字墙张角，即αββ+=0； α——涵洞斜交角，取为0； 0β——水流扩散角；

n ——翼墙背坡。

4.5.2. 翼墙墙身根部断面与基础顶面的交线的垂线间夹角δ

由公式得：

??

?

??

?

-

=正正001tan arctan n m βδ 因为本涵为正交涵，水流扩散角皆为 30，上下游四个八字墙左、右各堆成。因此有反正δδ=，即：

'

=??

?????=472175.35.11-

30tan arctan δ 4.5.3. 上下游洞口根部断面总高度

上游洞口： h 进根=576cm 下游洞口： h 出根=588cm

4.5.4. 翼墙墙身根部与端部断面墙顶，顺端墙方向平面投影宽度

cm a c 4630cos /40cos /=== β

考虑八字墙根部小平台的影响，经计算

进水口两个八字墙根部断面墙底顺墙方向投影宽度

d 1=d 3=c 1=h 进根/n 0=576

46195375

cm += 出水口两个八字翼墙根部断面墙底顺端墙方向投影宽度

''1305880.46375

203/d d c h n cm

=+===+进根

进水口两个八字翼墙端部断面墙底顺端墙方向投影宽度

028********/6d c n c d h m =+

===+进根

出水口两个八字翼墙端部断面墙底顺端墙方向投影宽度

?ˉ??240

80

463756/7d d c h n cm =+

===+出根

4.5.5. 翼墙洞口正投影长度

涵

端根进、出I m h h m G ?±?=

1)

-(

1.1.5151 1.5% 1.5715m h h G I m cm +?(576-80)

=

?=-=++进进端进涵

（）

G 出=()1.1.5151 1.5% 1.5788m cm

m h h I -?(588-80)

=

-+-?=出根出墙涵

上式中预加的15cm 为八字墙顶小平台的长度。 4.5.6. 翼墙基础襟边顺洞墙端部断面的平面投影长度1e 和2e

翼墙基础垂直襟边宽度e 取20cm,则：

cm e e 2330cos /20cos /1=== β cm e e 228.21cos /20cos /2=== δ

4.5.7. 八字翼墙的总张口大小B

B 进=L 0+（G 进×tan β ）? 2=240+(715?tan300) ?2=1066cm B 出=L 0+（G 出×tan β ）? 2=240+(788?tan300)

?2=1149cm

4.5.8. 翼墙基础平面尺寸计算

进水口左翼墙基础根部宽度：

11122319522250b e d e cm =++=++=

进水口左翼墙基础端部宽度：

2122236722122

b e d e cm

=++=++=

进水口右翼墙基础根部宽度：

31250

b b cm

==

进水口右翼墙基础端部宽度：

42122

b b cm

==

出水口左翼墙基础根部宽度：

'''' 33342320322248

b e d e cm

=++=++=

出水口左翼墙基础端部宽度：

'''' 4344236722112

b e d e cm

=++=++=

出水口右翼墙基础根部宽度：''

13248

b b cm

==

出水口右翼墙基础端部宽度：''

24112

b b cm

==

参考文献

[1] JTG/T D65-04—2007，公路涵洞设计细则[S]．北京：人民交通出版社，2007．

[2] JT/GBQ 003-2003．公路桥涵标准图—钢筋混凝土盖板涵[S]．北京：人民交通出版社，2003.

[3] 刘培文，等．公路小桥涵设计示例[M]．北京：人民交通出版社，2005.

[4] 孙家驷．公路小桥涵勘测设计[M]．北京：人民交通出版社，2009．

[5]JTG D60——2005，公路桥涵设计通用规范中华人民共和国交通运输部发布