9小桥和涵洞孔径计算

第9章小桥和涵洞孔径计算9.1小桥涵的类型与特点9.2小桥涵勘测9.3小桥涵位置选择9.4小桥孔径计算9.5涵洞孔径计算9.6小桥及涵洞的构造9.7涵洞进出口河床的处理9.1.1小桥涵划分9.1小桥涵的类型与特点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0.751.01.251.52.02.53.04.05.06.08.010.013.016.0小桥涵的分类1.按结构形式分2.按建筑材料分9.1.2小桥涵的分类①管涵②盖板涵③拱涵④箱涵⑤拱桥与板桥①木桥涵②石桥涵③混凝土桥涵④钢筋混凝土桥涵小桥涵的分类3.按水利特性分4.按填土高度分9.1.2小桥涵的分类①无压力式②半压力式③压力式①明涵②暗涵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小桥孔径计算水流图式判别标准自由出流ht≤1.3hk淹没出流ht1.3hkht——桥下游天然水深；hk——桥下临界水深。9.4.1水流通过小桥的图式9.4小桥孔径计算9.4.2桥下允许不冲刷流速与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9-99.4.3小桥孔径计算方法①试算法②查表法1.试算法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ht2）确定桥下临界水深hk3）水流图式判别2.确定小桥孔径长度L1）自由式出流2）淹没式出流3.确定桥前水深H1）自由式出流2）淹没式出流4.确定路基和桥面最低标高1）确定河槽天然水深ht假定一个水深h1求A、R计算v、Q若则ht=h1，否则，需重新假定水深h221321vRinQAv10%ssQQQ2）确定桥下临界水深hk可由临界函数求出23222kkskskkkkAQAQvhBgBgAgkkhhkbcvv矩形断面：宽浅梯形断面：窄深梯形断面：kkhh窄深梯形断面：过水断面面积相等的原则确定hk22(2)42kkkkkkkkkkkBhBmhhmhBBmBhhm临界断面水面宽度Bk32323kskskkskAQAgQgBBgQv3）水流图式判别自由出流：ht≤1.3hk淹没出流：ht1.3hk2.确定小桥孔径长度L1）自由出流：矩形桥孔断面：L=B梯形桥孔断面：L=B+2mΔh2)淹没出流：3skkQgBBNdNdv0sbcQBNdhv矩形桥孔断面：L=B0梯形桥孔断面：L=B0+2m（1/2h+Δh)若桥梁与水流斜交:选用标准跨径L0作为实际桥孔长度；若，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，直至误差10%。cosLL010%LLL3.确定桥前水深H1）自由出流：2)淹没出流22222kHkvvHhgg22222HtvvHhgg4.确定路基和桥面最低标高桥头路基最低标高=河床最低标高+H+Δ桥面最低标高=河床最低标高+H+J+D计算步骤：（1）确定允许不冲刷流速vmax；（2）确定桥台形式；（3）先按自由出流计算，由vmax与桥台形式，查表9-11，即可得出孔径系数、桥下临界水深hk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；（5）计算桥跨长度；先计算水面宽度B0；①自由出流：②淹没出流：同试算法，确定桥孔长度（6）同试算法，计算桥头路基及桥面最低标高。2.查表法0sBQNd01sBQNd河床实际情况建桥河段附近建材桥下河床允许流速河床天然水深临界水深出流形式桥孔长度桥前水深设计要求确定设计各要素是否1.洞身断面的尺寸对工程数量影响较大;2.涵洞孔径小、孔道长，水流过涵阻力较大;3.通常采取人工加固措施来提高过涵流速;4.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9.5涵洞孔径计算分类出水口是否被下游淹没——自由式出流√淹没式出流行洪时洞口是否被淹没——无压力式半压力式压力式涵洞的摩擦坡度iW9.5.2水流通过涵洞的图式222WQiACR1.无压力式涵洞普通式进水口H≤1.2hT；流线型进水口H≤1.4hT，一般涵洞底坡i=ik，涵内水深h0=hkiik，涵内水深h0＞hk；很少采用iik的涵洞H'Hh0或hkhcihThh0或hkHh0hTih2.半压力式涵洞普通式进水口H1.2hT进水口被淹没，出水口没；流线型进水口，一般不出现半压力式工程中采用半压力式涵洞时涵底纵坡i≥ik应避免采用iik的涵洞3.压力式涵洞进水口被淹没，整个洞身被水流充满；iHhThiHhTh普通型进水口涵洞一般不出现压力式水流图式压力式涵洞出现的条件：①进水口建筑物为流线型；②H1.4hT；③iiW(一)公式法1.无压力式涵洞以进口附近水深恰为的水流比能来推算过涵流量和涵前水深。9.5.3涵洞孔径计算kh02kkQAgHhkkQvA2022kkvHhg2002vHHg孔径计算简化式：（1）圆管涵（2）盖板涵及箱涵（3）石拱涵2569.1dQs5269.1sQd23575.1BHQs23575.1HQBs23422.1BHQs23422.1HQBs2.半压力式涵洞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。2cTvgHh2TQAgHh3.压力式涵洞按水力学中的短管计算2WTvgHliih2WtQAgHliih(二)标准法1.无压力式涵洞1）最小净高Δ规定①盖板涵、箱涵：h2.0m时，=0.10m；h≥2.0m时，=0.25m。②拱涵涵洞：hT≤1.0m时，=0.10m；hT=1.0~2.0m时，=0.15m；hT2.0m时，=0.25m。《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2019),对Δ值的规定：Δ涵洞进口净高(或内径)h(m)圆涵拱涵矩形涵≤33≥0.75≥0.75≥0.514Th14Th16Th1)最小净高Δ规定2)降落系数取0.87，而H′=hT–Δ3)收缩断面的水深hc=0.9hk。4)涵前的行近流速V0≈0，即H0=H。5)最大允许流速Vmax规定为：L0=0.5~1.5m的拱涵、盖板涵:Vmax=4.5m/s；L0=2.0~4.0m的拱涵，盖板涵及所有的圆管涵:Vmax=6.0m/s。'0.87ThHH9.6.1小桥组成9.6小桥及涵洞的构造小桥组成上部结构下部结构附属工程承重结构桥面系统桥墩桥台基础桥头路堤锥形护坡护岸工程调治构造物9.6.2涵洞组成涵洞组成洞身洞口附属工程进水口出水口锥体河床加固铺砌路堤护坡改沟渠道及护砌路堤边坡检查台阶9.6.3涵洞洞身构造涵洞洞身形状1.圆管涵2.拱涵3.盖板涵石拱涵砖拱涵钢筋混凝土拱涵4.箱涵石盖板涵钢筋混凝土盖板涵整体闭合式钢筋混凝土框架结构钢筋混凝土预制管9.6.3涵洞洞身构造1.圆管涵管身基础混凝土整平层混凝土浆砌片石基础垫层基础接缝及防水层企口接头填缝平口接头填缝2.拱涵拱圈护拱拱上侧墙涵台基础铺底沉降缝防水层、排水设施3.盖板涵盖板涵台变形缝基础洞身铺底沉降缝防水层4.箱涵涵身翼墙基础9.6.4涵洞洞口构造洞口形式1.八字式洞口2.端墙式洞口3.跌水井洞口正八字式洞口斜八字式洞口9.6.5涵洞基础洞口形式1.单独基础2.整体基础3.实体基础9.7.1进水口河床加固处理9.7涵洞进出口河床的处理1.缓坡进水口河床加固1)纵坡小于10%的顺直河沟的处理干砌片石100略大于1:10干砌片石1002)天然河沟纵坡10~40%时的处理人工铺砌加固缓坡涵(1～2)L0a)缓坡涵1:4～１:１０人工铺砌加固b)陡坡涵1:4～１:１０陡坡涵3)涵前河沟纵坡大于50%时的处理2.陡坡进水口河床加固9.7.2出水口河床加固处理1.缓坡涵洞出水口河床加固处理(1)当河沟纵坡15%，涵洞底坡5%，其出水口流速不大，出水口常采用延长铺砌、加深截水墙的处理方法。(2)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缓坡涵洞：指涵洞底坡5%1)铺砌加固的长度l涵洞出口沟床的加固长度河床土质加固长度当出口未淹没时(自由式出流)当出口被淹没时(淹没式出流)亚粘土和亚砂土2.5q0.71.7q0.7重亚粘土和密实的亚砂土2.2q0.71.4q0.7卵石，砾石1.7q0.751.1q0.75大卵石1.1q0.750.7q0.75注：表中q为洞口建筑端点的单宽流量。加固厚度h1：可根据出口流速、铺砌加固类型与材料确定。加固厚度h2：式中：h2——加厚段的厚度(m)；——水的重度，取9.8KN/m3；S——石块(或混凝土)的重度，取26KN/m3；hk——涵洞出口处的临界水深(m)；h——加固段上的平均水深(m)。2)铺砌加固厚度hhhks23)截水墙及其埋置深度垂裙埋置深度表出口流速(m/s)1.02.03.04.05.06.0垂裙埋置深度(m)0.500.901.321.702.002.20垂裙厚度表垂裙埋置深度(m)1.21.2~1.51.5~1.81.8~2.1≥2.2垂裙厚度(m)0.40.50.60.70.81.缓坡涵洞出水口河床加固处理(2)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挑坎由上坎、平台、下坎及截水墙组成。2/5D2～3倍上坎高上坎D=200～400h2/5D平台(1/4～1/3)D1～2倍下坎高下坎挑坎的一般布置图(尺寸单位：cm)2.陡坡涵洞出水口河床加固处理陡坡涵洞：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