《小桥和涵洞孔径计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《小桥和涵洞孔径计算（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、南京工业大学小桥和涵洞孔径计算桥涵水文第九章 小桥和涵洞孔径计算小桥：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 。University of Technology桥涵水文第九章 小桥和涵洞孔径计算公路工程技术标准JTG B01-2003University of Technology桥涵水文第八章 小桥和涵洞孔径计算u保证“路基”连续；u保证水流畅通；u保证行车无阻。作用：影响：u小桥涵影响到公路的造价（15-20%）；u小桥涵影响到公路使用；u小桥涵影
2、响到生产生活。University of Technology桥涵水文第九章 小桥和涵洞孔径计算小桥孔径计算2堰流基本理论3 1涵洞孔径计算3 3小桥和涵洞进出口处理4University of Technology桥涵水文9.1 堰流基本理论堰：顶部过流的水工建筑物u工程中的坝、桥涵、溢流设备等，其水力特征都与堰相似 。它们使上游水位壅高，对水流起侧向收缩和底坎约束的作 用。u堰流：无压缓流经堰顶溢流时形成堰上游水位升高而后水 面急剧下降的局部水力现象。u无压缓流经小桥涵时水力现象也与堰流类似，堰在纵向压 缩了过水断面，小桥涵则在横向压缩了过水断面，局部阻力 条件类似。因此，堰流理论也是小桥
3、涵水力计算的基本理论 。University of Technology桥涵水文9.1 堰流基本理论如图所示，距堰前缘(3-5)H处的上游水位至堰顶的水深H，称为堰顶水头，又称为堰顶水深。该断面的平均流速，称为行近流速，常用v0表示。按堰壁厚度对水流的影响程度，通常将堰分为三种类型：1薄壁堰（/H0.67）如图a)所示，当（/H）0.67时，堰壁厚度对过堰水流无影响，水流过堰呈自由下落曲线此称为薄壁堰。University of Technology桥涵水文9.1 堰流基本理论2实用堰（ 0.67（/H） 2.5）堰顶厚度对过堰水流开始有顶托相约束作用，但是过堰水流还是在重力作用下的自由下落运
4、动，此称为实用断面堰。常见的实用断面堰有折线型和曲线两种，如图b)及c)所示。水利工程中常用来作泄水建筑物，如溢流坝等。University of Technology桥涵水文9.1 堰流基本理论宽顶堰堰顶厚度对水流顶托非常明显。水流在进口附近的水面形成降落；有一段水流与堰顶几乎平行；下游水位较低时，出堰水流二次水面降。 堰顶水深h接近临界水深hk，即hhk；收缩断面水深hchk,，1。按急流的水力特性，宽顶堰的过水能力(即泄流量)只受收缩断面控制。当下游水位较低且hchk式，宽顶堰的过水能力取决于堰顶水头，不受收缩断面下游水位波动的影响。小桥涵的泄流图式与宽顶堰相同，因此，小桥涵又称无槛宽顶
5、堰。3宽顶堰（2.5/ H 10 ）University of Technology桥涵水文9.1 堰流基本理论u 临界水深（hk）对于明渠水流的某个断面，以该断面底的最低点所在的水 平面做为参考基准面，过水断面上单位重量的水体所具有的总 能量叫做断面比能。当渠底坡度较小时，断面比能近似等于水 深加上单位重量水体的动能。 对于给定的断面，相应于某个流量，断面比能最小值的水 深，称此水深为该断面该流量的临界水深。 临界水 深函数University of Technology桥涵水文9.2 小桥孔径计算一、水流通过小桥的图式n 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，
6、桥孔内流速增加，造成第一次水面跌落 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。 n 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。 n 分类：自由出流 淹没出流University of Technology桥涵水文9.2 小桥孔径计算一、水流通过小桥的图式University of Technology桥涵水文9.2 小桥孔径计算二、小桥孔径计算u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。u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
7、）University of Technology桥涵水文9.2 小桥孔径计算二、小桥孔径计算University of Technology桥涵水文9.2 小桥孔径计算二、小桥孔径计算u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对应的桥前雍水高度等。u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。University of Technology桥涵水文9.2 小桥孔径计算二、小桥孔
8、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=htUniversity of Technology桥涵水文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 为临界流速，采 用容许流速University of Technology桥涵水文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
9、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University of Technology桥涵水文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：反映了墩台的阻水效应，查表9-2-3University of Technology桥涵水文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
10、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+2mh2)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：University of Technology桥涵水文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：University of Technology桥涵水文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University of Techno
11、logy桥涵水文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University of Technology桥涵水文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 University of Technology桥涵水文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
12、University of Technology桥涵水文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。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。University of Technology桥涵水文9.3 涵洞孔径计算一、涵洞的组成和分类2. 涵
13、洞的分类p涵洞按其用途可分为铁路涵洞和公路涵洞；p按建筑材料可分为砖涵、石涵、混凝土涵、钢筋混凝土涵等；p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；p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）；p按其构造类型可分为拱涵、盖板式涵、箱涵、圆形涵、倒虹吸涵等。 University of Technology桥涵水文9.3 涵洞孔径计算一、涵洞的组成和分类2. 涵洞的分类拱涵:洞身由拱圈、边墙和基础组成,一般用砖、石和混凝土建造。填土高度为 120米。拱涵需有较高的路基和坚实的地基。在石料丰富，地质良好和流量较大的地区
14、，涵式选择上应优先选用拱涵。中国拱涵采用较广，如宝成铁路有832座铁路涵洞，其中732座为拱涵。 盖板式涵：洞身由钢筋混凝土盖板、石料或混凝土边墙、基础组成。填土高度为18米，甚至可达12米。在孔径较大和路堤较高时，盖板涵比拱涵造价高，但施工技术较简单，排洪能力较大，盖板可以集中制造。 University of Technology桥涵水文9.3 涵洞孔径计算一、涵洞的组成和分类2. 涵洞的分类箱涵：又称矩形涵或方涵，与盖板涵相似。建造材料一般用混凝土或钢筋混凝土等。铁路矩形涵的顶板、边墙、底板连成整体。对特软地基采用箱涵较为有利，但施工困难、造价较高。 圆形涵：又称圆管涵，简称圆涵或圆管，
15、常用钢筋混凝土制作。填土高度为 115米。欧美一些国家多采用皱纹铁管。皱纹铁管通常由钢板弯成半圆形或拱形管片，以上下两片或数片组合而成。这种管片可在工厂制造，运至工地安装。圆形涵受力性能好，工程量小，施工方便,但它的过水能力差。孔径较小（一般为1.5米以下）的涵洞采用圆管涵式居多。 University of Technology桥涵水文9.3 涵洞孔径计算一、涵洞的组成和分类3. 涵洞的洞口形式a）八字式； b）端墙式； c）锥坡式； d）直墙式; e）扭坡式； f）平头式； g）走廊式； h）流线型式University of Technology桥涵水文9.3 涵洞孔径计算二、水流通过涵
16、洞的水力图式根据涵洞出口是否被下游水面淹没，可分为自由式出流与淹没式出流。实际工程中绝大多数为自由式出流。按涵洞进水口建筑形式不同与涵前水头高低，水流通过涵洞可分为无压力式半压力式压力式University of Technology桥涵水文9.3 涵洞孔径计算二、水流通过涵洞的水力图式1. 无压力式 水流流经全涵洞均保持自由水面 。进水口（端墙式、八字式、 平头式），涵前水深H1.2hT进水口建筑流线型（喇叭形 、太高式），涵前水深H1.4hTUniversity of Technology桥涵水文9.3 涵洞孔径计算二、水流通过涵洞的水力图式2. 半压力式 当涵洞得进水口为普通型，且水流充满进口，涵前水深H1.2hT （出水口不被淹没） 入口处水流的水位高于洞口上缘，部分洞顶承受水头压力，但 收缩断面以后在整个涵洞内都具有自由水面，称为半压力式水 流状态。当工程上采用半压力式涵洞时，涵底纵坡通常用iik。 i ik当时，收缩断面
