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1、河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 - 13 - 公路小桥涵课程设计1. 设计方案的拟定1.1. 选择涵洞类型由设计任务书可知需要在某三级公路上拟建一道交通涵洞，该地区为第12暴雨分区，由地形图可确定汇水面积为,汇水区表土为黏土，主河沟平均纵坡，汇水区内主要为山区水稻田，汇水面积重心与桥涵位置距离为。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10m3/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
2、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；依据，查附表求得地貌系数；根据汇水面积，查表得汇流时间；根据土壤黏土，
3、确定吸水类属为类；由设计洪水频率、类土、暴雨分区为12，查表得径流厚度。2.1.2. 设计洪水量计算 由于汇水面积较小，按简化公式计算时偏差较大，用公式计算比较，取其中较小者。故取 2.2. 涵洞水力计算Q假设涵洞净空高度： ；进水口和壅水降落系数： ；进口涵洞净空高度： ；则涵前水深： ；盖板涵的涵洞净宽：；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： ;净跨径： ;净高： ;临界水深： ;临界流速： ;泄洪能力： 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：根据河沟纵断面地面线的天然纵坡拟定为2%。(2) 铺地厚度：
4、拟定为30cm厚的浆砌片石。(3) 涵底高程：按涵底中心地面高程下挖（清底）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：八字墙垂直顶宽a=40cm；墙身与其基础垂直襟边e取20cm；墙身背面垂直背坡取4:1；墙身端部断面的高度：以端部露出底面高推算；墙身根部断面高度：按帽石底面算起至基础之高差；本涵桥面板厚24cm，铺装层厚9cm，台帽厚（帽石顶面宽度）取40cm。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40
5、cm，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150cm，标于出口端部相应位置处。3. 基础厚度拟定为60cm，填土高度150cm。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：(2) 涵底高程计算根据涵位中心桩号处原
6、地面高程（在此以表示）减去30cm清底厚度（即）得出，即 (3) 确定进出口处的建筑高度及涵洞中心涵台高度进水洞口高度 出水洞口净高 涵洞中心净高 将以上计算结果标于设计草图相应位置。进出水口建筑高度涵洞中心涵台高度其中为涵台基础顶面至铺底顶面的距离，其值为基础埋深减去基础厚度，本设计基础埋深取150cm，基础厚度取60cm，故设计取。4.2.2. 涵长计算 涵洞全长：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取值相同，翼墙基础厚度。（1） 进水口处翼墙根部断面高度： ；翼墙端部断面高度：；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
7、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：；翼墙端部断面高度：其中10cm为根部高度自安全带出檐降低10cm；150cm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. 净跨径根据流量计算结果选择，本设计依据标准图，采用标准跨径，钢筋混凝土板在两边韩台上各搭接30cm，故取，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
8、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40cm。4.4.4设计板厚前以取定为24cm。4.4.5桥面铺装前以取定为6cm防水混凝土加3cm沥青混凝土铺装，共9cm。4.4.6涵台基础尺寸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相同，取，故本设计进出水口八字墙左右对称。4.5.1. 翼墙根部
9、和端部断面背坡根据公式式中：八字墙张角，即； 涵洞斜交角，取为0； 水流扩散角； 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由公式得：因为本涵为正交涵，水流扩散角皆为，上下游四个八字墙左、右各堆成。因此有，即：4.5.3. 上下游洞口根部断面总高度上游洞口： 下游洞口： 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出水口两个八字翼墙根部断面墙底顺端墙方向投影宽度进水口两个八字翼墙端部断面墙底顺端墙方向投影宽度出水口两个八字翼墙端部断面墙底顺端墙方向投影宽度4.5.5. 翼
10、墙洞口正投影长度上式中预加的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和翼墙基础垂直襟边宽度取20cm,则：4.5.7. 八字翼墙的总张口大小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： 进水口左翼墙基础端部宽度： 进水口右翼墙基础根部宽度： 进水口右翼墙基础端部宽度： 出水口左翼墙基础根部宽度： 出水口左翼墙基础端部宽度： 出水口右翼墙基础根部宽度：出水口右翼墙基础端部宽度：5. 结构设计 5.1. 盖板尺寸本涵洞盖板设计采用预制钢筋混凝土板，涵长共12.8m，选用11块预制盖板，9块标准盖板，板长296cm，板宽99cm，板厚为2
11、4cm；两边两块预制板宽度均别为89cm，长度为296cm，板厚为24cm。板间边缝和端部两块盖板两边长缝均用C30混凝土现浇。(1) 主筋主筋直径：20mm 主筋长度：325cm主筋根数：8根主筋种类：HRB335(2) 箍筋箍筋直径：8mm箍筋长度：245cm箍筋根数：34根箍筋种类：R235(3) 架立钢筋 架立钢筋直径：12mm架立钢筋长度：328cm架立钢筋根数：6根架立钢筋种类：R2355.2. 恒载计算土的重度是，板的重度填土垂直压力: 盖板自重垂直力:5.3. 活载计算按公路桥涵设计通用规范（JTG-2004）4.3.1条和4.3.2条规定，本题计算采用车辆荷载，公路-级和公路
12、-级采用相同的车辆荷载标准，填料厚度大于或等于0.5m的涵洞不计冲击力。按公路桥涵设计通用规范（JTG-2004）4.3.5条规定计算荷载分布宽度。一个后轮单边荷载横向分布宽度为：故后轮垂直荷载分布宽度互相重叠，荷载横向分布宽度应按两辆车后轮外边计算，即一个车轮的纵向分布宽度：故纵向后轮垂直荷载分布长度互相重叠，荷载纵向分布宽度b应按两轮（后轴）外边至外边计算，即 5.4. 盖板弯矩计算填土重产生的弯矩：盖板自重产生的弯矩：恒载弯矩：车辆荷载产生的弯矩：5.5. 荷载组合按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）4.1.6条进行作用效应组合。承载能力极限状态组合：正常使用状态组合：短期
13、组合：长期组合：5.6. 截面强度计算盖板边处留接缝宽1cm，故实际预制板宽99cm，承受1m长度的荷载。由公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）5.2.2条公式按单筋截面计算：符合公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）5.2.25.2.3条规定。 截面强度满足要求。5.7. 裂缝宽度验算由公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）6.4.3条和6.4.4条规定。满足公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）6.4.2条规定。6. 工程数量计算根据公路小桥涵设计手册的标准图，该涵洞共需0.99m宽中板11块，0.89m边块2块，计算出该涵洞的工程数量如下。6.1. 盖板(1) 主筋（20）：(2) 架立钢筋（12）：(3) 箍筋（8）：(4) 预制板混凝土（C30）：6.2. 涵洞计
