《公路小桥涵勘测设计》课程设计计算书

1、公路小桥涵勘测设计课程设计计算书一设计任务书 1.1 设计目的 本课程设计通过一个常用、典型的涵洞的设计（包括水文计算、水力计算、涵洞几何设计和结构计算等），让学生将所学到的理论知识与设计方法运用于具体的设计实践中，提高专业设计能力及创造性思维能力，使所学知识能够融会贯通。 1.2 设计要求 （1）学生需认真阅读课程设计任务书，熟悉有关设计资料及参考资料，熟悉各种设计规范的有关内容，认真完成任务书规定的设计内容。 （2）学生均应在教师指导下在规定的时间内独立完成规定的内容和工作量。 （3）课程设计的成果为计算书1份和A3图2张。要求计算书内容计算准确、文字通顺、书写工整。要求图纸、图面布置合理

2、、正确清晰、符合制图标准及有关规定，用工程字注文。1.3 设计资料 （1）地形资料见附图，自选一个汇水区域，自拟一个地理区域及地质条件。（2）设计荷载：根据道路等级选用。（3）设计洪水频率及最大冰冻深度：洪水频率根据等级选用，最大冰冻深度：1.0m。（4）地震烈度 8度。1.4 设计任务 进行水文计算确定设计流量，完成一道石台钢筋混凝土盖板桥（涵）设计、钢筋混凝土圆管涵、金属波纹管管涵、石拱（桥）涵或箱涵，应进行结构分析和方案比选，选择最佳方案进行设计。本课程设计要求每位学生根据所给定的设计资料，独立完成一道涵洞，进出口形式（八字墙、锥坡）自定，图幅采用三号图，全套设计成果主要内容有：涵洞布置

3、图（三视图）；结构配筋图及细部构造图；进出口结构尺寸；工程数量表；设计计算说明书。1.5设计要点1、盖板采用简支板计算图式进行设计。按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行计算和验算。2、盖板的计算高度按d1计，为提高盖板强度在盖板跨中加厚为d2。预制盖板宽度为99cm。3、盖板底层设受力主筋，顶层设架立钢筋，各种钢筋沿板长和板宽方向均匀布置。4、路面车辆活载对涵顶的压力按30°角进行分布；填土内磨擦角为35°，土容重18KN/m3。5、涵台的计算按四铰框架模式进行。6、涵洞支撑梁宜采用钢筋混凝土浇筑。7、涵洞过水流量按无压力式涵洞设计。确定涵底坡度时，一般应小于水力计

4、算表中设定流速下的最大坡度imax，同时应大于表中的临界坡度Ik。当设计涵底坡度小于临界坡度时，泄水能力应予折减。8、涵洞洞口处的路基边坡应与涵洞所在路段路基边坡保持一致。二 基本资料拟定： 1.通过给定的地形图选择某个汇水区域，通过计算确定汇水区域的面积和主河沟的长度和主河沟的纵坡。在1:5000的地形图上，选择桥涵位置，确定汇水面积和主河沟的长度及主河沟的纵坡。通过在桥涵位置处找两条山脊线并确定汇水区域，在分岔的山谷线处选择一条主河沟，并通过测量得到主河沟的长度为和用方格网法得到了大致为1410个方格，方格的面积为，从而得到了汇水区的面积为，另外通过悬挂法得到了汇水区的形心，并求得了汇水区

5、的平均宽度为1050m，用此法得到的汇水区的面积为，所以求得平均值为作为最终的汇水区域的面积。条件：河南省某二级公路，路基宽度为8.5m,中心桩号位置之路肩高程为98.3m,涵洞洞底中心高程为89.85m,冒石的尺寸为，边坡采用一种边坡为1:1.5；涵洞进水口建筑高度为4.61m,出水口建筑高度为4.87m,涵底的纵坡为3%。河南省分区区，冀北山区，主河沟的长度为，汇水区的面积为，主河沟平均纵坡I=33，由于没有实际的资料，所以本次计算设计流量的方法采用暴雨推理法。2设计荷载：公路级3设计洪水频率及最大冰冻深度设计洪水频率：1/50，最大冰冻深度：1.0 米4地震烈度：8度 2.1选择涵洞类型

6、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，可知这些涵洞的泄水能力不能满足本次设计；而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。2.2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

7、形式选用八字式洞口。2.3涵洞水文计算本设计采用暴雨推理法计算涵洞的设计流量。推理公式：（1）（2）汇流时间值的计算 北方多采用：查附表1-4得：（3）确定暴雨递减指数n值 查附表1-1河南区，当应取值，n=0.55（4）损失参数值计算北方采用：植被为差的一般黏砂土地面，由附表1-2得为，所以由河南省查附表1-3 2)按经验公式I推算查附表1-5得：3) 按经验公式II推算 2.4涵洞水力计算假设涵洞净空高度；进水口和壅水降落细数；进口涵洞净空高度；根据盖板涵孔径计算得简化公式：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如

8、下表：名称标准跨径净跨径净高临界水深临界流速泄水能力尺寸 2.5几何设计2.5.1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3%。(2) 铺地厚度：拟定为30cm厚的浆砌片石。(3) 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。(4) 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；墙身背面垂直背坡取4:1；本涵桥面板厚28cm，铺装层厚10cm，台帽厚取40cm。2.5.2拟定涵洞尺寸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40cm，垂

9、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3%，基础埋深当地冻深确定为120cm。 2.涵底铺砌拟定为30cm厚的浆砌片石。3.截水墙宽度取为40cm，埋深与基础同深。2.6涵洞纵断面上有关尺寸和高程2.6.1洞身部分的高程和尺寸1.路基设计高程根据路基设计表结合小桥涵野外调查设计卡，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地面高程（表示）减去30cm厚清底： 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：进出水口建筑高度： 涵洞中心涵台高度:2.6.2进出水口八字翼墙计算尺寸1.进

10、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：2.6.3其余尺寸1.净跨径：根据流量计算结果选择，本设计采用标准跨径，钢筋混凝土板在两边涵台上各搭接30cm，故取。2.涵台底面的底宽取60cm3.基础襟边宽度取20cm4.桥面铺装：6cm防水混凝土和4cm沥青混凝土铺装，共10cm5.涵台基础尺寸:6.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。本涵是位于河南省内的二级公路，路基宽度为8.5m,

11、边坡为1:1.5，路拱横坡为1.5%,路线纵坡3%。本涵采用是钢筋混凝土盖板涵，跨径采用标准跨径为4m净跨径为3.4m涵底铺砌采用片石，铺砌厚度是30cm，基础采用分离式基础，基础厚60cm，填土厚度1.60m。盖板厚28cm,设计底部纵坡3%。当地最大冰冻深度为1.0m,所以基础埋深1.30m，铺砌采用30#片石，砂浆用M7.5砂浆，盖板采用C30混凝土，盖板配级钢筋，台帽用C20混凝土，基础和台身都采用C20混凝土，涵台基础采用30#片石，M7.5的砂浆，八字墙墙身采用30#片石和M7.5砂浆砌筑。沉降缝贯通整个涵台断面（包括基础），缝宽2cm,沉降缝的设置与行车方向平行。洞身铺砌与洞口铺

12、砌均采用两层铺砌，上层采用将其片石，下层采用。三 各细部尺寸的计算3.1涵洞洞长计算涵洞进水口一侧涵身长度为：涵洞出水口一侧涵身长度为：涵洞全长为：3.2涵洞八字墙计算该涵洞为正交涵洞，洞口八字翼墙的张角为。进水口，出水口基础厚度为0.6m。3.2.1进水口八字墙计算 （1）求两个翼墙墙身体积： 路基边坡为1:1.5, 两个墙身体积： （2）两个翼墙的基础体积 一个八字墙基础的体积：两个翼墙基础体积：（3）两个翼墙墙顶面积一个翼墙墙顶面积：两个翼墙顶面面积：3.2.2出水口八字墙计算（1）求两个翼墙墙身体积 路基边坡为1:1.5, 两个墙身体积： （2）两个翼墙的基础体积 一个八字墙基础的体积

13、：两个翼墙基础体积：（3）两个翼墙墙顶面积一个翼墙墙顶面积：两个翼墙顶面面积：3.3涵洞洞身计算 1、预制盖板体积 3、涵台体积4、涵台基础体积5、台帽体积6、支撑梁体积3.4涵底铺砌体积翼墙洞口正投影长度，八字墙的总张口大小为，洞口铺砌：涵身涵底铺砌的体积截水墙： 铺底层：涵洞上面填土体积四. 盖板设计4.1盖板尺寸本涵洞盖板设计采用预制钢筋混凝土板，涵长共13.7m,选用14块预制盖板，12块标准盖板，板长396cm，板宽99cm，板厚为28cm；两边两块预制板宽度均别为85cm，长度为396cm，板厚为28cm。板间边缝和端部两块盖板两边长缝均用C30混凝土现浇。4.2恒载计算设计荷载：

14、公路-级净跨径： 计算跨径：；填土高1.6m,混凝土强度等级为C30；,混凝土容重土容重,板的容重填土垂直压力: 盖板自重垂直力: 涵洞工程数量表工程项目材料体积（）进水口八字墙翼墙墙体M7.5砂浆砌MU30片石27.4进水口八字墙翼墙基础C20混凝土浇筑11.8出水口八字墙翼墙墙体M7.5砂浆砌MU30片石31.4出水口八字墙翼墙基础C20混凝土浇筑17.46预制盖板C30混凝土浇筑15.48支撑梁C30混凝土浇筑3.3涵台M7.5砂浆砌MU30片石118涵台基础C20混凝土浇筑22.2台帽C20混凝土浇筑12涵洞涵底铺砌M7.5砂浆砌MU30片石14涵洞上面填土体积砾石类材料76 铺底层M

15、7.5砂浆砌MU30片石 0.73 截水墙M7.5砂浆砌MU30片石 5.1 洞口铺砌M7.5砂浆砌MU30片石 304.3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-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。公路-级车轮压力面积：行车方向：垂直于行车方向：恒载跨中弯矩：恒载支点剪力：活荷载产生的弯矩活荷载产生的支点剪力：4.4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：短期组合：长期组合： 4.5截面强度计

16、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：4.5.1配筋计算取1m长的板带钢筋：HRB335，混凝土C30， ,保护层厚度a=20mm，h=28cm 符合适筋破 坏的范围 每米板宽10根直径为18的主筋。4.5.2截面验算满足要求,可以选择按照构造配置箍筋。4.5.3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。最大裂缝宽度按下式计算， C1钢筋表面形状系数C2作用长期效应影响系数，长期荷载作用时，C2=1+0.5Nl/Ns, Nl和Ns分别为按作用长期效应组合和短期效应组合计算的内力值；C3与构件受力性质有关的系数 d纵向受拉钢筋直径 纵向受拉钢筋配筋率Es钢筋的弹性模量,HRB335钢筋，Es=2.0×105MPa；受拉钢筋在使用荷载作用下的应力，即；Ms按作用短期效应组合计算的弯矩值；As受拉区纵向受拉钢筋截面面积。作用短期作用组合：作用长期作用组合： 作用短期效应钢筋应力：179Mpa作用长期效应组合：156Mpa d=18mm，0.18mm<0.2m