小桥和涵洞孔径计算.ppt

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,小桥和涵洞的标准跨径表,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,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,小桥与大中桥孔径计算的异同,9.4 小桥孔径计算,ht 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9-9,9.4.3 小桥孔径计算,方法,试算法,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ht 2）确定桥下临界水深hk 3）水流图式判别,2.确定小桥孔径长度L 1）自由式出流 2）淹没式出流,3.确定桥前水深H 1）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h2,2）确定桥下临界水深hk,可由临界函数求出,矩形断面： 宽浅梯形断面： 窄深梯形断面：,窄深梯形断面：,过水断面面积相等的原则确定hk,临界断面水面宽度Bk,3）水流图式判别,自由出流：ht1.3hk 淹没出流：ht1.3hk,2.确定小桥孔径长度L 1）自由出流： 矩形桥孔断面：L=B 梯形桥孔断面：L=B+2mh 2) 淹没出流：,矩形桥孔断面：L=B0 梯形桥孔断面：L=B0+2m（1/2h+h),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%。,3. 确定桥前水深H,1）自由出流： 2) 淹没出流,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+ 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； 自由出流： 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,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iW,9.5.2 水流通过涵洞的图式,1. 无压力式涵洞,普通式进水口H1.2hT； 流线型进水口H1.4hT， 一般涵洞底坡i=ik，涵内水深h0 = hk iik，涵内水深h0 hk； 很少采用iik的涵洞,2. 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 iik 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；,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： 进水口建筑物为流线型； H 1.4hT； iiW,(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,孔径计算简化式：,（1）圆管涵 （2）盖板涵及箱涵 （3）石拱涵,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。,3. 压力式涵洞 按水力学中的短管计算,(二) 标准法 1.无压力式涵洞 1）最小净高规定 盖板涵、箱涵： h2.0m时，=0.25m。,公路工程水文勘测设计规范(JTG C30-2002), 对值的规定：,1)最小净高规定 2)降落系数取0.87，而H=hT 3)收缩断面的水深hc=0.9hk。 4)涵前的行近流速V00，即H0=H。 5)最大允许流速Vmax规定为： L0=0.51.5m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: Vmax=6.0m/s。,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,2)天然河沟纵坡1040%时的处理,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,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