小桥和涵洞孔径计算解析课件.ppt

1、第第9章章 小桥和涵洞孔径计算小桥和涵洞孔径计算p9.1 小桥涵的类型与特点小桥涵的类型与特点 p9.2 小桥涵勘测小桥涵勘测 p9.3 小桥涵位置选择小桥涵位置选择p9.4 小桥孔径计算小桥孔径计算p9.5 涵洞孔径计算涵洞孔径计算p9.6 小桥及涵洞的构造小桥及涵洞的构造p9.7 涵洞进出口河床的处理涵洞进出口河床的处理9.1.1 小桥涵划分小桥涵划分9.1 小桥涵的类型与特点小桥涵的类型与特点小桥和涵洞按跨径分类表小桥和涵洞按跨径分类表多孔跨径总长L（m）单孔跨径L0（m）小桥8 L 305 L0 20涵洞L0 5小桥和涵洞的标准跨径表小桥和涵洞的标准跨径表0.75 1.0 1.25 1

2、.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.08.0 10.0 13.0 16.0小桥涵小桥涵的分类的分类1.按结构形式分按结构形式分2.按建筑材料分按建筑材料分9.1.2 小桥涵的分类小桥涵的分类管涵管涵盖板涵盖板涵拱涵拱涵箱涵箱涵拱桥与板桥拱桥与板桥木桥涵木桥涵石桥涵石桥涵混凝土桥涵混凝土桥涵钢筋混凝土桥涵钢筋混凝土桥涵小桥涵小桥涵的分类的分类3.按水利特性分按水利特性分4.按填土高度分按填土高度分9.1.2 小桥涵的分类小桥涵的分类无压力式无压力式半压力式半压力式压力式压力式明涵明涵暗涵暗涵小桥与大中桥孔径计算的异同小桥与大中桥孔径计算的异同容许河床发生冲刷设计流速大中桥容许天然河

3、槽断面平均流速小桥一般不容许容许不冲刷流速9.4 小桥孔径计算小桥孔径计算水流图式判别标准自由出流ht1.3hk淹没出流ht1.3hkht 桥下游天然水深；桥下游天然水深；hk 桥下临界水深。桥下临界水深。9.4.1 水流通过小桥的图式水流通过小桥的图式9.4 小桥孔径计算小桥孔径计算9.4.2 桥下允许不冲刷流速与桥下允许不冲刷流速与 桥前允许雍水高度桥前允许雍水高度天然土质河床的允许不冲刷流速 石质土的容许（不冲刷）平均流速表9-6 粘性土的容许（不冲刷）平均流速表9-7 非粘性土的容许（不冲刷）平均流速表9-8人工加固河床的允许不冲刷流速 人工加固工程的容许（不冲刷）平均流速表9-99.

4、4.3 小桥孔径计算小桥孔径计算方法方法试算法试算法查表法查表法1.试算法试算法p根据根据已知的设计流量已知的设计流量和和拟定的河床容许流速拟定的河床容许流速，计算小桥孔径，计算小桥孔径与桥前雍水高度。计算程序为：与桥前雍水高度。计算程序为：p1.判别桥下水力图式判别桥下水力图式 1）确定河槽天然水深确定河槽天然水深ht 2）确定桥下临界水深确定桥下临界水深hk 3）水流图式判别水流图式判别p2.确定小桥孔径长度确定小桥孔径长度L 1）自由式出流）自由式出流 2）淹没式出流）淹没式出流p3.确定桥前水深确定桥前水深H 1）自由式出流）自由式出流 2）淹没式出流）淹没式出流p4.确定路基和桥面最

5、低确定路基和桥面最低标高标高 1）确定河槽天然水深确定河槽天然水深htp假定一个水深假定一个水深h1p求求A、Rp计算计算v、Qp若若 则则ht=h1，否则，需重新否则，需重新假定水深假定水深h22 13 21vR inQAv10%ssQQQ2）确定桥下临界水深）确定桥下临界水深hkp可由临界函数求出可由临界函数求出23222kkskskkkkAQAQvhBgBgAgkkhhkbcvvp矩形断面：矩形断面：宽浅梯形断面：宽浅梯形断面：窄深梯形断面：窄深梯形断面：kkhh窄深梯形断面：窄深梯形断面：p过水断面面积相等的原则确定过水断面面积相等的原则确定hk22(2)42kkkkkkkkkkkB

6、hBmh hmhBBmB hhmp临界断面水面宽度临界断面水面宽度Bk32323kskskkskAQA gQ gBBgQv 3）水流图式判别）水流图式判别p自由出流：自由出流：ht1.3hkp淹没出流：淹没出流：ht1.3hkp2.确定小桥孔径长度确定小桥孔径长度L 1）自由出流：）自由出流：矩形桥孔断面：矩形桥孔断面：L=B 梯形桥孔断面：梯形桥孔断面：L=B+2mh h 2)淹没出流：淹没出流：3skkQ gBBNdNdv0sbcQBNdhv矩形桥孔断面：矩形桥孔断面：L=B0梯形桥孔断面：梯形桥孔断面：L=B0+2m（1/2h+h)若桥梁与水流斜交若桥梁与水流斜交:p选用标准跨径选用标准

7、跨径L0作为实际桥孔长度；作为实际桥孔长度；p若若 ，应按标准跨径复核出流状态；，应按标准跨径复核出流状态；若与原出流状态不符，则应重新选择标准跨径，若与原出流状态不符，则应重新选择标准跨径，直至误差直至误差10%。cosLL010%LLL3.确定桥前水深确定桥前水深Hp 1）自由出流：）自由出流：p2)淹没出流淹没出流22222kHkvvHhgg22222HtvvHhgg4.确定路基和桥面最低标高确定路基和桥面最低标高p桥头路基最低标高桥头路基最低标高=河床最低标高河床最低标高+H+p桥面桥面最低标高最低标高=河床最低标高河床最低标高+H+J+Dp计算步骤：（1）确定允许不冲刷流速）确定允许

8、不冲刷流速vmax；（2）确定桥台形式；）确定桥台形式；（3）先按自由出流计算，由）先按自由出流计算，由vmax与桥台形式，查表与桥台形式，查表9-11，即可得出孔径系数、桥下临界水深即可得出孔径系数、桥下临界水深hk和桥前水深和桥前水深H；（4）用试算法求得桥下游天然水深，并判断水力图式；）用试算法求得桥下游天然水深，并判断水力图式；（5）计算桥跨长度；）计算桥跨长度；先计算水面宽度先计算水面宽度B0；自由出流：自由出流：淹没出流：淹没出流：同试算法，确定桥孔长度同试算法，确定桥孔长度（6 6）同试算法，计算桥头路基及桥面最低标高。）同试算法，计算桥头路基及桥面最低标高。2.查表法查表法0s

9、BQN d01sBQN d 河床实际情况河床实际情况建桥河段附近建材建桥河段附近建材桥下河床允许流速桥下河床允许流速河床天然水深河床天然水深临界水深临界水深出流形式出流形式桥孔长度桥孔长度桥前水深桥前水深设计要求设计要求确定设计各要素确定设计各要素是是否否p1.洞身断面的尺寸对工程数量影响较大洞身断面的尺寸对工程数量影响较大;p2.涵洞孔径小、孔道长，水流过涵阻力较大涵洞孔径小、孔道长，水流过涵阻力较大;p3.通常采取人工加固措施来提高过涵流速通常采取人工加固措施来提高过涵流速;p4.孔径计算需考虑水流充满洞身的情况。孔径计算需考虑水流充满洞身的情况。9.5.1 涵洞孔径计算特点涵洞孔径计算特

10、点 9.5 涵洞孔径计算涵洞孔径计算分类分类p出水口是否被下游淹没出水口是否被下游淹没自由式出流自由式出流 淹没式出流淹没式出流p行洪时洞口是否被淹没行洪时洞口是否被淹没无压力式无压力式 半压力式半压力式 压力式压力式涵洞的摩擦坡度涵洞的摩擦坡度iW9.5.2 水流通过涵洞的图式水流通过涵洞的图式 222WQiAC R1.无压力式涵洞无压力式涵洞p普通式进水口普通式进水口H1.2hT；流线型进水口流线型进水口H1.4hT，p一般涵洞底坡一般涵洞底坡i=ik，涵内水，涵内水深深h0=hk iik，涵内水深，涵内水深h0 hk；p很少采用很少采用i1.2hT 进水口被淹没，出水口没；进水口被淹没，

11、出水口没；流线型进水口，一般不出现流线型进水口，一般不出现半压力式半压力式p工程中采用半压力式涵洞时工程中采用半压力式涵洞时涵底纵坡涵底纵坡 iikp应避免采用应避免采用i1.4hT；iiW(一一)公式法公式法1.无压力式涵洞无压力式涵洞 以进口附近水深恰为以进口附近水深恰为 的水流比能来推算过涵流的水流比能来推算过涵流量和涵前水深。量和涵前水深。9.5.3 涵洞孔径计算涵洞孔径计算 kh02kkQAg HhkkQvA2022kkvHhg2002vHHg 孔径计算简化式：孔径计算简化式：p（1）圆管涵）圆管涵p（2）盖板涵及箱涵）盖板涵及箱涵p（3）石拱涵）石拱涵2569.1dQs5269.1

12、sQd 23575.1BHQs23575.1HQBs 23422.1BHQs23422.1HQBs 2.半压力式涵洞半压力式涵洞p水力计算根据水流穿过侧壁孔口出流公式，以收水力计算根据水流穿过侧壁孔口出流公式，以收缩断面处的比能来推算过涵流量和涵前水深。缩断面处的比能来推算过涵流量和涵前水深。2cTvg Hh2TQAg Hh 3.压力式涵洞压力式涵洞 按水力学中的短管计算按水力学中的短管计算 2WTvg H l iih 2WtQAg H l iih (二二)标准法标准法p1.无压力式涵洞无压力式涵洞 1）最小净高）最小净高规定规定盖板涵、箱涵：盖板涵、箱涵：h2.0m时，时，=0.25m。p公

13、路工程水文勘测设计规范公路工程水文勘测设计规范(JTG C30-2002),对对值的规定：值的规定：涵洞进口涵洞进口 净高净高(或内径或内径)h(m)圆涵圆涵拱涵拱涵矩形涵矩形涵330.750.750.514Th14Th16Thp1)最小净高最小净高规定规定p2)降落系数取降落系数取0.87，而，而H=hT p3)收缩断面的水深收缩断面的水深hc=0.9hk。p4)涵前的行近流速涵前的行近流速V00，即，即H0=H。p5)最大允许流速最大允许流速Vmax规定为：规定为：L0=0.51.5m的拱涵、盖板涵的拱涵、盖板涵:Vmax=4.5m/s；L0=2.04.0m的拱涵，盖板涵及所有的圆管涵的拱

14、涵，盖板涵及所有的圆管涵:Vmax=6.0m/s。0.87ThHH9.6.1 小桥组成小桥组成9.6 小桥及涵洞的构造小桥及涵洞的构造p小桥组成小桥组成上部结构上部结构 下部结构下部结构附属工程附属工程承重结构承重结构桥面系统桥面系统桥桥 墩墩桥桥 台台基基 础础桥头路堤桥头路堤锥形护坡锥形护坡护岸工程护岸工程调治构造物调治构造物9.6.2 涵洞组成涵洞组成p涵洞组成涵洞组成洞洞 身身洞洞 口口附属工程附属工程进水口进水口出水口出水口锥体锥体河床加固铺砌河床加固铺砌路堤护坡路堤护坡改沟渠道及护砌改沟渠道及护砌路堤边坡检查台阶路堤边坡检查台阶9.6.3 涵洞洞身构造涵洞洞身构造p涵洞洞身涵洞洞身

15、形状形状1.圆管涵圆管涵2.拱涵拱涵3.盖板涵盖板涵石拱涵石拱涵砖拱涵砖拱涵钢筋混凝土拱涵钢筋混凝土拱涵4.箱涵箱涵石盖板涵石盖板涵钢筋混凝土盖板涵钢筋混凝土盖板涵整体闭合式钢筋混凝整体闭合式钢筋混凝土框架结构土框架结构钢筋混凝土预制管钢筋混凝土预制管9.6.3 涵洞洞身构造涵洞洞身构造1.圆管涵圆管涵管身管身基础基础混凝土整平层混凝土整平层混凝土浆砌片石基础混凝土浆砌片石基础垫层基础垫层基础接缝及防水层接缝及防水层企口接头填缝企口接头填缝平口接头填缝平口接头填缝2.拱涵拱涵拱圈拱圈护拱护拱拱上侧墙拱上侧墙涵台涵台基础基础铺底铺底沉降缝沉降缝防水层、排水设施防水层、排水设施3.盖板涵盖板涵盖板

16、盖板涵台涵台变形缝变形缝基础基础洞身铺底洞身铺底沉降缝沉降缝防水层防水层4.箱涵箱涵涵身涵身翼墙翼墙基础基础9.6.4 涵洞洞口构造涵洞洞口构造p洞口形式洞口形式1.八字式洞口八字式洞口2.端墙式洞口端墙式洞口3.跌水井洞口跌水井洞口正八字式洞口正八字式洞口斜八字式洞口斜八字式洞口9.6.5 涵洞基础涵洞基础p洞口形式洞口形式1.单独基础单独基础2.整体基础整体基础3.实体基础实体基础9.7.1 进水口河床加固处理进水口河床加固处理9.7 涵洞进出口河床的处理涵洞进出口河床的处理p1.缓坡进水口河床加固缓坡进水口河床加固 1)纵坡小于纵坡小于10%的顺直河沟的处理的顺直河沟的处理 干砌片石10

17、0 略大于1:10干砌片石100p2)天然河沟纵坡天然河沟纵坡1040%时的处理时的处理人工铺砌加固缓坡涵(12)L0 a)缓坡涵1:4:人工铺砌加固 b)陡坡涵1:4:陡坡涵 3)涵前河沟纵坡大于涵前河沟纵坡大于50%时的处理时的处理p2.陡坡进水口河床加固陡坡进水口河床加固 9.7.2 出水口河床加固处理出水口河床加固处理 p1.缓坡涵洞出水口河床加固处理缓坡涵洞出水口河床加固处理 (1)当河沟纵坡当河沟纵坡15%，涵洞底坡，涵洞底坡5%，其，其出水口流速不大，出水口常采用延长铺砌、加出水口流速不大，出水口常采用延长铺砌、加深截水墙的处理方法。深截水墙的处理方法。(2)无压力式涵洞下游，在

18、涵洞出口八字墙或无压力式涵洞下游，在涵洞出口八字墙或锥坡范围内设置挑坎锥坡范围内设置挑坎 缓坡涵洞：指涵洞底坡缓坡涵洞：指涵洞底坡5%1)铺砌加固的长度铺砌加固的长度l涵洞出口沟床的加固长度涵洞出口沟床的加固长度河床土质河床土质加固长度加固长度当出口未淹没当出口未淹没时时(自由式出流自由式出流)当出口被淹没当出口被淹没时时(淹没式出流淹没式出流)亚粘土和亚砂土亚粘土和亚砂土2.5q0.71.7q0.7重亚粘土和密实的亚重亚粘土和密实的亚砂土砂土2.2q0.71.4q0.7卵石，砾石卵石，砾石1.7q0.751.1q0.75大卵石大卵石1.1q0.750.7q0.75注：表中注：表中q为洞口建筑

19、端点的单宽流量。为洞口建筑端点的单宽流量。p加固厚度加固厚度h1：可根据出口流速：可根据出口流速、铺砌加固类型与材料确铺砌加固类型与材料确定。定。p加固厚度加固厚度h2：式中：式中：h2加厚段的厚度加厚段的厚度(m)；水的重度，取水的重度，取9.8KN/m3；S石块石块(或混凝土或混凝土)的重度，取的重度，取26KN/m3；hk涵洞出口处的临界水深涵洞出口处的临界水深(m)；h加固段上的平均水深加固段上的平均水深(m)。2)铺砌加固厚度铺砌加固厚度hhhks2 3)截水墙及其埋置深度截水墙及其埋置深度 垂裙埋置深度表垂裙埋置深度表出口流速出口流速(m/s)1.02.03.04.05.06.0垂

20、裙埋置深垂裙埋置深度度(m)0.500.901.321.702.002.20垂裙厚度表垂裙厚度表垂裙埋置深度垂裙埋置深度(m)2/5D23倍上坎高上坎D=200400h2/5D平 台(1/41/3)D12倍下坎高下坎挑坎的一般布置图挑坎的一般布置图(尺寸单位：尺寸单位：cm)p2.陡坡涵洞出水口河床加固处理陡坡涵洞出水口河床加固处理 陡坡涵洞：指涵洞底坡陡坡涵洞：指涵洞底坡5%台阶式加糙急流槽3:1约200b)5:135急流槽3:1缓流井a)伸缩缝3:1跌水5:12%加糙段消力槛2%伸缩缝403:13:1d)e)伸缩缝2%台阶式多级跌水403:12%2%消力槛5:1急流槽伸缩缝缓流井3:1c)消力槛2%40