涵洞水力设计计算书

2/2涵洞水力设计计算书1.工程概况本工程为某乡村道路配套排水涵洞工程，道路等级为四级公路，需穿越一条小型灌溉排洪沟，主要功能为排泄沟内日常流水及上游汇水区域的暴雨洪水。涵洞拟采用单孔钢筋混凝土圆管涵，进口采用八字形翼墙，出口采用自由出流形式，洞身采用C25钢筋混凝土预制管。2.设计依据与基础参数2.1设计依据《公路涵洞设计规范》（JTG/T3365-02-2020）《灌溉与排水工程设计标准》（GB50288-2018）《水力计算手册》（第二版）2.2基础设计参数参数名称符号取值单位说明设计洪水频率-1/25-四级公路涵洞设计洪水频率，符合规范要求设计流量Q1.2m水文计算确定的设计洪峰流量涵管内径D1.0m初拟的圆管涵内径涵管总长度L20.0m根据路基宽度及边坡确定的洞身长度涵底纵坡i0.005m/m结合地形拟定的洞底纵坡洞身糙率n0.013-钢筋混凝土管糙率，符合规范取值重力加速度g9.81m/s标准重力加速度进口形式-八字翼墙-常用进口形式，改善进流条件出口形式-自由出流-下游水位较低，不影响泄流3.流态判别结合前文基础参数，本次涵洞为新建工程，优先采用无压力式流态，根据《公路涵洞设计规范》（JTG/T3365-02-2020）第7.1.3条、7.1.8条规定，无压流需满足以下条件：涵前水深不大于涵洞净高的1.15倍；涵内最高流水面与洞顶保留足够净空。本次涵洞净高D=1.0m，初步判断涵前水深不超过4.无压流水力要素与泄流能力验算无压圆管涵的泄流能力采用明渠均匀流公式（谢才公式）计算，符合《公路涵洞设计规范》（JTG/T3365-02-2020）第7.2节无压流计算规定。4.1核心计算公式（1）明渠均匀流流量公式Q（2）谢才系数公式（曼宁公式）C（3）圆形断面非满流水力要素公式设相对水深α=h/中心角：θ过水断面面积：A湿周：χ水力半径：R4.2符号说明符号含义单位Q涵洞泄流能力mA过水断面面积mC谢才系数mR水力半径mi涵底纵坡m/mn洞身糙率-h涵内设计水深mα相对水深-θ过水断面中心角radχ湿周m4.3试算过程由于圆形非满流的水力要素与水深相关，需通过试算法确定满足设计流量的涵内水深，具体步骤如下：步骤1：初始假设与参数计算假设相对水深α=0.62，则涵内水深h中心角计算：

θ过水断面面积计算：

A湿周计算：

χ水力半径计算：

R步骤2：谢才系数计算C步骤3：泄流能力计算Q4.4验算结论计算得到的泄流能力Q=1.19m3/s，与设计流量Q同时，涵内设计水深h=0.62m，根据规范表7.1.8，管涵净高≤3m时，净空要求为hd结论：本次拟定的圆管涵断面尺寸满足泄流能力要求，无压流状态成立。5.流速验算为避免涵内出现淤积或冲刷破坏，需验算涵内设计流速是否满足不淤流速与不冲流速的要求，符合《公路涵洞设计规范》（JTG/T3365-02-2020）附录B的规定。5.1核心计算公式涵内平均流速公式：

v5.2符号说明符号含义单位v涵内平均流速m/sQ设计流量，参数同前文mA过水断面面积，参数同前文m5.3分步计算涵内平均流速计算：

v流速限值验证：最小不淤流速：根据规范要求，涵洞最小不淤流速取vmin最大不冲流速：根据规范附录B表B-17，钢筋混凝土渠道的允许不冲流速为vmax5.4验算结论本次涵内设计流速v=2.34m/s，满足0.6m/s≤2.34结论：涵内流速符合规范要求，运行安全稳定。6.水头损失与涵前壅水位计算为确定涵前壅水高度，验证是否会对上游农田及设施造成淹没影响，需计算涵洞的总水头损失，符合《公路涵洞设计规范》（JTG/T3365-02-2020）第7.2节的规定。6.1核心计算公式总水头损失为进口局部水头损失、沿程水头损失与出口局部水头损失之和：

hw局部水头损失通用公式：h沿程水头损失公式：h6.2符号说明符号含义单位h总水头损失mh进口局部水头损失mh沿程水头损失mh出口局部水头损失mξ局部水头损失系数-v涵内流速，参数同前文m/sL涵管长度，参数同前文mR水力半径，参数同前文mn糙率，参数同前文-6.3参数取值根据《公路涵洞设计规范》附录B表B-19，八字翼墙进口的摩阻系数ξj=0.25；出口局部水头损失系数6.4分步计算流速水头计算：

v进口局部水头损失计算：

h沿程水头损失计算：

h出口局部水头损失计算：

h总水头损失计算：

h涵前壅水位计算：

下游沟底设计高程为100.00m，下游正常水深为0.5m，因此下游水位高程为100.50m。

涵前壅水位高程=下游水位高程+总水头损失=100.50+0.449≈100.95m

涵前壅水高度=涵前水位高程-进口沟底高程=6.5验算结论本次涵前壅水高度为0.85m，小于无压流允许的最大涵前水深1.15D=1.15m结论：涵前壅水位满足设计要求，不会对上游造成不利影响。7.进出口高程确定结合前文计算结果，确定涵洞进出口的底高程如下：进口底高程：根据地形及上游沟底高程，取100.10m；出口底高程：根据涵底纵坡i=0.005，涵长20m，出口底高程=进口底高程-i⋅L8.消能防冲设施水力计算由于涵内出口流速v=2.34m/s，下游天然沟床为砂卵石河床，允许不冲流速为1.5m/s，出口流速大于下游允许流速，需设置简单消力池进行消能，符合《公路涵洞设计规范》（JTG/T3365-02-2020）第8.1核心计算公式消力池深度计算公式：

d=σ0hc″-ht-Δz

8.2符号说明符号含义单位d消力池深度mσ水跃淹没系数，取1.05-h水跃跃后水深mh下游正常水深，取0.5mmΔ消力池出口水面落差mL消力池总长度mL射流长度，取1.2mmh收缩断面水深mF收缩断面弗劳德数-8.3分步计算收缩断面水深试算：

假设hc=0.22m，则收缩断面流速vc=共轭水深计算：

h消力池深度计算：

d消力池长度计算：

L8.4结论本次消力池拟定深度0.6m，长度5.5m，可保证形成淹没式水跃，消除出口剩余动能，防止下游沟床冲刷。结论：消能设施尺寸满足防冲要求，下游沟床安全。9.最终计算结论本次涵洞水力设计计算全部完成，各项验算结果均符合《公路涵洞设计规范》（JTG/T3365-02-2020）的要求，具体结论如下：拟定