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1、公路小桥涵勘测设计,2,小桥：是为公路跨越小河流、山谷等天然或人工障碍物（人行小道）而建造的构筑物。 涵洞：为宣泄地面水流（包括小河流）而设置的横穿路基的小型排水构筑物。一般孔径较小，形状有管形、箱形及拱形等 。,3,保证“路基”连续； 保证水流畅通； 保证行车无阻。,作用：,影响：,小桥涵影响到公路的造价（15-20%）； 小桥涵影响到公路使用； 小桥涵影响到生产生活。,4,公路在跨越河沟、溪谷和灌溉渠道时，需修建各种排水构造物，其中以小桥、涵洞居多。 一般在平原区每公里约13座，山区约35座。据已建公路统计，小桥涵的工程投资约占公路总投资的15%20%，其投资总额为大、中桥的24倍左右。
2、小桥涵孔径大小应根据设计流量、河床特性及河床进出口加固类型所允许的平均流速等来确定。 小桥涵孔径计算的目的在于合理确定桥涵孔径大小、河床加固的类型和尺寸、壅水高度、桥涵处路基和桥涵顶面的最低高程。,小桥和涵洞按跨径分类表,5,1 小桥涵的类型与特点,小桥和涵洞按跨径分类表,小桥和涵洞的标准跨径表,单孔跨径 L0 ：指标准跨径 梁式桥、板式桥涵以两桥（涵）墩中线间距离或桥（涵）墩中线与台背前缘间距为准； 拱式桥涵、箱涵、圆管涵以净跨径为准。,L0,L0,石拱涵,盖板涵,多孔跨径总长 L 仅作为划分特大桥、大桥、中桥、小桥及涵洞的一个指标，梁式桥、板式桥涵为多孔准跨径的总长；拱式桥涵为两岸桥台内起
3、拱线的水平距离；其他形式桥梁为桥面系车道长度。 净跨径 Lj 对于梁式桥是指设计洪水位上相邻两个桥墩（或桥台）之间的净距；对于拱式桥是每孔拱跨两拱脚截面最低点之间的水平距离。,桥涵的划分,公路工程技术标准（JTG B01-2003）的规定,小桥涵设计原则及基本要求,一、设计原则 1、技术、经济、合理原则 2、因地制宜，就地取材和便于施工养护 3、利于农业生产原则 4、标准化、装配式的原则,2.设计要求,1）行车要求 （1）满足平、纵面线形标准要求。 （2）满足桥涵净空的要求。 2）排水的要求 （1）保证设计流量顺利宣泄 （2）保证桥下一定的净空高度,12,小桥和涵洞勘测,一、小桥和涵洞勘测的主
4、要任务 小桥和涵洞勘测包括外业勘测和内业设计两部分。 通过对公路沿线的地形、地质、水文、气象及农田水利设施等情况进 行勘测和调查，为桥涵设计以及水力计算提供必要的资料和依据。 二、小桥和涵洞勘测的主要工作内容 1、勘测前的准备工作 2、小桥和涵洞位置的选择 3、小桥和涵洞测量 4、小桥和涵洞类型选择,13,二、小桥和涵洞勘测的主要工作内容 1、勘测前的准备工作 (1)地形资料：搜集公路沿线1:100001:50000的地形图，要求能获得必要的流域面积、主河沟平均纵坡度等资料。 (2)地质资料：搜集区域地质特征资料、地形图及土质类别。 (3)水文资料：小桥涵所在地附近水文站历年实测最大流量及其相
5、应的洪水位或历史洪水位痕迹、沿河沟上下游河床变迁情况、水工构造物等资料。 (4)气象资料：当地气象站年、月平均降雨量，暴雨强度和所持续时间，年内最高、最低气温，主导风向和风力等。 (5)其他资料：若为改建或修复工程，需向原设计、施工和养护部门搜集有关工程的测设、施工及竣工资料，了解该工程的使用、养护、水毁等情况，并征询小桥涵改建的意见。 (6)组织与配备完成该工程勘测任务的人员、仪器和工具等。,小桥和涵洞勘测,14,2、小桥和涵洞位置的选择 小桥和涵洞位置的选择应以服从路线走向，保证排水顺畅和路基稳定，降低工程造价为原则。 （1）山岭及丘陵区小桥涵位置的确定 一般为一沟一涵，间距不宜大于300
6、m。当汇水区很小时，两河沟相距很近，可改沟合并。但要注意开挖排水沟或加深、加宽边沟；做好旧河沟的堵塞、截水墙及路基加固工程。 涵位与路基排水系统密切配合，如在截水沟排水出口处设置涵洞，以免水流冲刷路面和路基。 路线的转角较大(大于90)，平曲线半径较小，进入弯道前的纵坡大于4%，在弯道起(终)点附近应设置涵洞。 路线由陡坡段过度到缓坡段，在此200m内又无其他涵洞，在变坡点附近应设置涵洞。,小桥和涵洞勘测,15,（2）平原区小桥和涵洞位置的确定 根据天然排洪系统，有利于农业灌溉设置小桥和涵洞，并避免桥涵出口对耕地造成冲蚀。 路线通过较长的低洼及泥沼地带时，在具有天然纵坡地段，可适当多设置涵洞，
7、以防排水不畅及长期积水。 路线靠近村庄时，要注意设置涵洞，以便及时排除村内的地面积水。 小桥和涵洞的位置应选择在河床地质良好、地基承载力较大的河段。 3、小桥和涵洞测量 主要包括河沟横断面、河沟纵断面及河沟比降测量并测绘桥涵址平面图。 4、小桥和涵洞类型选择 主要根据公路等级及性质，按照安全、适用、经济、就地取材、便于施工和养护等条件确定。 桥涵孔径是根据设计流量，通过水力计算，并根据小桥和涵洞所在河沟的断面形态来确定的。,小桥和涵洞勘测,测设内容,外业勘测 1、资料收集及勘测准备 2、小桥涵结构类型选择 3、小桥涵位置选择 4、拟建小桥涵址处测量 5、小桥涵址调查,内业设计 6、设计流量计算
8、及孔径确定 7、小桥涵主要尺寸拟定 8、小桥涵立面布置 9、工程数量计算及施工图预算编制,小型排水构造物的类型特点及适用条件part 2 small structures for drainage,公路排水系统 排水系统是公路的结构组成之一，为了确保路基稳定，不受自然水的侵害，公路就要修建排水系统 纵向：边沟、截水沟、排水沟 横向：路拱、小桥、涵洞、 漫水桥、 过水路面、透水路堤、 倒虹吸涵洞、 渡槽,急流槽,汇水面积,边沟,截水沟,急流槽,挡土墙,跌水,盲沟,截水沟,截水沟,涵洞出口,路基的排水出口,排水总体布置,边沟,一、小桥与涵洞,涵洞 culvert： 主要是为宣泄地面水流（包括小河
9、流）而设置的横穿路基的小型排水构造物。 小桥 small bridge： 是为公路跨越小河流、山谷等天然或人工障碍物（如人行小道、机耕道等）而建造的构造物。,21,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,管涵,盖板涵,拱涵,箱涵,拱桥与板桥,木桥涵,石桥涵,混凝土桥涵,钢筋混凝土桥涵,22,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,无压力式,半压力式,压力式,明涵,暗涵,23,9.2 小桥孔径计算,一、水流通过小桥的图式,经小桥孔径的水流特点： 具有侧向影响，造成局部阻力 桥孔前水位整齐，桥孔内流速增加，造成第一次水面跌
10、落 桥孔后流速减小，产生局部阻力，造成第二次水面跌落。 水力现象与宽顶堰相同。 形成原因： 水流在缓流河道中，由于桥墩或桥的边墩侧向收缩，使水流过水断面减小造成的。 分类： 自由出流 淹没出流,24,二、小桥孔径计算 小桥涵一般不允许河底发生冲刷，可以根据河床加固铺砌的类型，选择适当的容许流速作为设计流速。 一般采用试算法确定小桥孔径。先根据河床的实际情况，拟定河床加固类型，确定桥下河床的容许流速（见课本的表8-2-1）；再根据容许流速与设计流量，通过计算确定孔径大小与壅水高度，并与允许的壅水高度进行比较，从而判断是否需要调整孔径值，直至达到允许的壅水高度。 根据已知的设计流量和拟定的河床容许
11、流速，计算小桥孔径与桥前壅水高度的程序为：,判断桥下水力图式,确定小桥孔径长度,确定桥前水深,确定路基和桥面最低标高,25,9.2 小桥孔径计算,一、水流通过小桥的图式,26,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,大中桥允许桥下河床发生一定的冲刷，一般采用天然河槽平均流速作为设计流速。 小桥涵一般不允许河底发生冲刷，可以根据河床加固铺砌的类型，选择适当的容许流速作为设计流速。（表9-2-1）,27,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,28,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,小桥水力计算的内容： 根据设汁流量Qs，河床加固类型所对应的最大容许流速，确定满足过流能力和防冲条件的孔径以及
12、对应的桥前雍水高度等。,计算方法：试算法。 拟定河床加固类型，确定桥下河床的容许流速；再根据容许流速与设计流量，通过计算确定孔径大小与雍水高度；与允许的雍水高度进行比较，从而判断是否需调整孔径值，直至达到允许的雍水高度。,29,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,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ht（试算法） 先假设一个水深h，从河槽横断面图上求得过水面积A和水力半径R，按下列公式计算相应的流量Q：,or1%,h=ht,30,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,1判别桥下水力图式 2)确定桥下临界
13、水深hk 桥下河槽的临界水探hk，可按临界水深函数求得,因此，任意形状断面的平均临界水深 为,31,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,1判别桥下水力图式 2)确定桥下临界水深hk,对于矩形断面的桥孔，桥下临界水深等于平均临界水深，即 ； 对于宽浅的梯形断面，也可以取 ； 对于窄而深的梯形断面，临界水深hk可按过水面积相等的关系近似求 得(见图9-4-3)。,临界断面水面宽度,32,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,1判别桥下水力图式 3)水流图式判别,当ht1.3hk时，自由式出流； 当ht1.3hk时，淹没式出流。,2确定小桥孔径 1)自由式出流,桥下水面宽度B,挤压系数：反映了
14、墩台的阻水效应，查表9-2-3,33,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,2确定小桥孔径 1)自由式出流,若桥孔断面为矩形，则桥孔长度L=B； 若桥孔断面为梯形，则桥孔长度为：,L=B+2mh,2)淹没式出流,桥下河槽被下游水流淹没，桥下过水断面的水深为ht，则桥下过水断面平均宽度（即1/2ht处）为：,34,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,2确定小桥孔径 2)淹没式出流,若桥孔断面为矩形，则桥孔长度L=B0； 若桥孔断面为梯形，则桥孔长度为：,如果桥孔轴线与水流方向斜交，交角为，则斜交桥孔长度为：,35,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,3确定桥前水深 1)自由出流,36,
15、9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,3确定桥前水深 2)淹没式出流,37,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,4桥前水深判别,计算的水深与容许的壅水高度进行比较，从而判断是否需要调整孔径值，直至达到容许的壅水高度。 桥前容许壅水高度应根据： （1）桥位上下游两岸村镇、工厂、设施、农田、水力标高或防洪设防标高； （2）路线设计标高等因素综合考虑确定,38,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,5确定路基和桥面最低标高,桥头路基最低高程河床最低点高程+H+,桥面最低高程河床最低点高程+H+J+D,39,9.3 涵洞孔径计算,一、涵洞的组成和分类,涵洞是横贯路基或路堤的小型泄水和排洪构筑物
16、。与小桥相比，其特点是孔径小，孔道长，河底往往有较大的纵坡，涵前水深可以高于涵洞高度。,1. 涵洞的组成 涵洞由洞身、洞口、基础三个部分组成。洞身主要承受涵洞上填土的垂直与侧向的土压力以及活载压力。洞口用以连接洞身与上下游水道，使水流能顺畅地通过洞身，并保证洞口周围的路基边坡免遭冲刷。基础把涵洞所受的荷载均匀地分布和传递到地基上，并使地基免受水流的直接冲刷。,40,9.3 涵洞孔径计算,一、涵洞的组成和分类,2. 涵洞的分类,涵洞按其用途可分为铁路涵洞和公路涵洞； 按建筑材料可分为砖涵、石涵、混凝土涵、钢筋混凝土涵等； 按其顶上填土情况可分为顶上有填土的暗涵和无填土的明涵； 按其水力性能可分为无压力式涵洞（水面都低于洞顶），半压力式涵洞（水面淹没入口），压力式涵洞（流水充满整个洞身）
