小橋涵水力計算

1、第五章第五章 小橋涵水力計算小橋涵水力計算2第五章 小橋涵水力計算第一節(jié)第一節(jié) 小橋涵水力計算概要小橋涵水力計算概要第二節(jié)第二節(jié) 小橋水力計算小橋水力計算第三節(jié)第三節(jié) 涵洞水力計算涵洞水力計算第四節(jié)第四節(jié) 確定小橋涵孔徑經(jīng)驗方法確定小橋涵孔徑經(jīng)驗方法35-1 小橋涵水力計算概要概念：概念：1. 孔徑：指橋涵下過水凈空的大小，它是橋涵設(shè)計的基本尺孔徑：指橋涵下過水凈空的大小，它是橋涵設(shè)計的基本尺寸。寸。2. 通常通常橋梁橋梁孔徑用孔數(shù)和單孔跨徑表示：孔徑用孔數(shù)和單孔跨徑表示： 213m3. 涵洞涵洞孔徑用孔數(shù)、單孔跨徑和涵臺高度表示：孔徑用孔數(shù)、單孔跨徑和涵臺高度表示： 2250200cm2 （

2、孔數(shù)（孔數(shù)標(biāo)準(zhǔn)跨徑標(biāo)準(zhǔn)跨徑涵臺高度）涵臺高度）4. 圓管涵圓管涵則用涵管的孔數(shù)和內(nèi)徑表示：則用涵管的孔數(shù)和內(nèi)徑表示： 2150cm4一、任務(wù)及內(nèi)容1. 任務(wù)任務(wù)小橋涵水力計算主要是解決小橋涵孔徑尺寸問題，通小橋涵水力計算主要是解決小橋涵孔徑尺寸問題，通過水力計算，確定橋涵孔徑大小，以確保設(shè)計流量順利安過水力計算，確定橋涵孔徑大小，以確保設(shè)計流量順利安全地通過橋（涵）下，而不發(fā)生不利沖刷、水毀以及不利全地通過橋（涵）下，而不發(fā)生不利沖刷、水毀以及不利的壅水。的壅水?？讖接嬎愕娜蝿?wù)是：在足以宣泄設(shè)計洪水流量并保證孔徑計算的任務(wù)是：在足以宣泄設(shè)計洪水流量并保證橋涵前雍水不致過高、橋涵下流速不致沖刷河

3、床或結(jié)構(gòu)物橋涵前雍水不致過高、橋涵下流速不致沖刷河床或結(jié)構(gòu)物的條件下，通過水力計算確定合理經(jīng)濟的橋涵孔徑尺寸。的條件下，通過水力計算確定合理經(jīng)濟的橋涵孔徑尺寸。5一、任務(wù)及內(nèi)容2. 內(nèi)容內(nèi)容（1）確定橋涵的孔徑尺寸大??；）確定橋涵的孔徑尺寸大??；（2）確定河床（進出口）加固的類型和尺寸，上下游需設(shè)）確定河床（進出口）加固的類型和尺寸，上下游需設(shè)各種消能（力）設(shè)施的類型和尺寸；各種消能（力）設(shè)施的類型和尺寸；（3）計算并確定壅水高度，小橋橋面最低標(biāo)高或小橋涵頂）計算并確定壅水高度，小橋橋面最低標(biāo)高或小橋涵頂上的最低路堤標(biāo)高；上的最低路堤標(biāo)高；（4）確定橋（涵）跨布孔方案。）確定橋（涵）跨布孔方案

4、。6二、小橋涵水力計算的特點1. 小橋孔徑計算的特點小橋孔徑計算的特點（1）跨徑與臺高之間無一定比例關(guān)系，孔徑計算主要是解）跨徑與臺高之間無一定比例關(guān)系，孔徑計算主要是解決跨徑長度問題；決跨徑長度問題；（2）橋身斷面的過水阻力?。蚺_寬度較小），沿程阻力）橋身斷面的過水阻力?。蚺_寬度較?。爻套枇雎圆挥?；忽略不計；（3）一般不加固河床，允許不沖刷流速是小橋孔徑計算的）一般不加固河床，允許不沖刷流速是小橋孔徑計算的重要控制條件；重要控制條件；（4）要求有一定的凈空高度，計算時按水力學(xué)的寬頂堰計）要求有一定的凈空高度，計算時按水力學(xué)的寬頂堰計算。算。7大中橋與小橋孔徑計算有什么不同？大中橋孔

5、徑計算以大中橋孔徑計算以沖刷系數(shù)沖刷系數(shù)作控制條件，容許橋下發(fā)生一作控制條件，容許橋下發(fā)生一定的沖刷，采用天然河槽斷面平均流速作為橋孔設(shè)計流速定的沖刷，采用天然河槽斷面平均流速作為橋孔設(shè)計流速，并按自由出流條件，由計算的過水面積推求橋孔長度；，并按自由出流條件，由計算的過水面積推求橋孔長度；小橋孔徑計算則以小橋孔徑計算則以容許不沖刷流速容許不沖刷流速作為控制條件，河床不作為控制條件，河床不容許發(fā)生沖刷，但容許有較大的橋前壅水高度，須考慮橋容許發(fā)生沖刷，但容許有較大的橋前壅水高度，須考慮橋孔的出流狀態(tài)，按此確定橋孔長度?？椎某隽鳡顟B(tài)，按此確定橋孔長度。8二、小橋涵水力計算的特點2. 涵洞孔徑計算

6、的特點涵洞孔徑計算的特點（1）跨徑與臺高之間有一定比例關(guān)系，其經(jīng)濟比例通常為）跨徑與臺高之間有一定比例關(guān)系，其經(jīng)濟比例通常為1 11 1.5，孔徑計算要解決跨徑及臺高兩個關(guān)系；，孔徑計算要解決跨徑及臺高兩個關(guān)系；（2）考慮洞身過水阻力的影響，因為過水孔道長而小；）考慮洞身過水阻力的影響，因為過水孔道長而小；（3）通常人工加固河床，提高允許流速；）通常人工加固河床，提高允許流速；（4）洞身水流可充滿洞身并可觸及洞頂。）洞身水流可充滿洞身并可觸及洞頂。9二、小橋涵水力計算的特點涵洞孔徑計算與小橋孔徑計算有什么不同？涵洞孔徑計算與小橋孔徑計算有什么不同？涵洞洞身隨路基填土高度增加而增長，洞身斷面尺寸

7、對工涵洞洞身隨路基填土高度增加而增長，洞身斷面尺寸對工程量影響較大。因此計算涵洞孔徑時，還要求跨徑與臺高程量影響較大。因此計算涵洞孔徑時，還要求跨徑與臺高有一定的比例關(guān)系。通常采用加固河床提高容許流速的辦有一定的比例關(guān)系。通常采用加固河床提高容許流速的辦法來減小涵洞孔徑，由于河床加固后的容許流速都比較高法來減小涵洞孔徑，由于河床加固后的容許流速都比較高，如計算孔徑時仍按容許不沖刷流速控制，根據(jù)設(shè)計流量，如計算孔徑時仍按容許不沖刷流速控制，根據(jù)設(shè)計流量計算出涵洞孔徑會很小，從而使得涵前水深增加，它將危計算出涵洞孔徑會很小，從而使得涵前水深增加，它將危及到涵洞與路堤的安全。及到涵洞與路堤的安全。因

8、此，控制涵前水深、滿足泄流要求與具有一定合適斷面因此，控制涵前水深、滿足泄流要求與具有一定合適斷面高寬比例，是涵洞孔徑計算的基本要求。高寬比例，是涵洞孔徑計算的基本要求。10三、小橋涵孔徑計算的一般要求（1 1）小橋涵孔徑必須保證設(shè)計洪水、流水和漂流物等的安全通）小橋涵孔徑必須保證設(shè)計洪水、流水和漂流物等的安全通過；必須滿足交通、農(nóng)田灌溉、排澇和排堿等的合理需要；同過；必須滿足交通、農(nóng)田灌溉、排澇和排堿等的合理需要；同時要考慮橋涵前積水影響路堤的穩(wěn)定和農(nóng)田村舍的受淹影響，時要考慮橋涵前積水影響路堤的穩(wěn)定和農(nóng)田村舍的受淹影響，通過全面分析，從而選定孔徑。通過全面分析，從而選定孔徑。（2 2）小橋

9、涵孔徑不應(yīng)單憑流量計算資料來確定，其他如流域水）小橋涵孔徑不應(yīng)單憑流量計算資料來確定，其他如流域水文特征、溝槽形態(tài)、地質(zhì)特點、沖淤情況、人類活動等對橋涵文特征、溝槽形態(tài)、地質(zhì)特點、沖淤情況、人類活動等對橋涵孔徑大小都會產(chǎn)生影響，在確定孔徑時，應(yīng)充分給與考慮?？讖酱笮《紩a(chǎn)生影響，在確定孔徑時，應(yīng)充分給與考慮。（3 3）小橋涵孔徑應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)孔徑，并應(yīng)大于規(guī)定的最小孔徑要）小橋涵孔徑應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)孔徑，并應(yīng)大于規(guī)定的最小孔徑要求。求。（4 4）小橋宜設(shè)計為非自由出流狀態(tài)，涵洞應(yīng)設(shè)計為無壓力式。）小橋宜設(shè)計為非自由出流狀態(tài)，涵洞應(yīng)設(shè)計為無壓力式。11三、小橋涵孔徑計算的一般要求（5 5）有壓涵洞水壓力較

10、大，沉陷縫處容易漏水，危及基礎(chǔ)和）有壓涵洞水壓力較大，沉陷縫處容易漏水，危及基礎(chǔ)和路堤，所以涵洞應(yīng)設(shè)計為無壓的，僅在特殊情況下，有充分的路堤，所以涵洞應(yīng)設(shè)計為無壓的，僅在特殊情況下，有充分的技術(shù)經(jīng)濟比較依據(jù)時，方可采用有壓涵洞。技術(shù)經(jīng)濟比較依據(jù)時，方可采用有壓涵洞。（6 6）涵洞可設(shè)計成單孔或雙孔。由于多孔涵洞流量分配不均）涵洞可設(shè)計成單孔或雙孔。由于多孔涵洞流量分配不均勻，使個別涵孔通過流量有可能超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，故不宜修建，勻，使個別涵孔通過流量有可能超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，故不宜修建，只有個別情況在技術(shù)和經(jīng)濟上均屬適宜時，方可采用多孔。只有個別情況在技術(shù)和經(jīng)濟上均屬適宜時，方可采用多孔。（7 7）小橋

11、涵孔徑式樣，在同一區(qū)段內(nèi)應(yīng)力求簡化，以便于施）小橋涵孔徑式樣，在同一區(qū)段內(nèi)應(yīng)力求簡化，以便于施工及養(yǎng)護維修。工及養(yǎng)護維修。12四、小橋涵孔徑與水毀1.1. 公路橋涵水毀的成因分析公路橋涵水毀的成因分析2.2. 小橋涵水毀的防治小橋涵水毀的防治13公路橋涵水毀的成因分析從小橋涵水毀實況，可歸納其水毀主要成因：從小橋涵水毀實況，可歸納其水毀主要成因： （1）較大孔徑的小橋、涵洞，由于基礎(chǔ)的埋置深度不夠或）較大孔徑的小橋、涵洞，由于基礎(chǔ)的埋置深度不夠或未設(shè)必要的調(diào)治防護構(gòu)造物，而致橋臺及涵洞進出口被沖未設(shè)必要的調(diào)治防護構(gòu)造物，而致橋臺及涵洞進出口被沖毀。毀。 （2）涵洞壓縮水流過大，在墩臺周圍形成高

12、速螺旋水流，）涵洞壓縮水流過大，在墩臺周圍形成高速螺旋水流，劇烈地沖刷床面泥沙，墩臺前形成一個漏斗形的沖刷坑而劇烈地沖刷床面泥沙，墩臺前形成一個漏斗形的沖刷坑而危及墩臺。同時，沖起的泥砂隨水流挾帶運往下游，有時危及墩臺。同時，沖起的泥砂隨水流挾帶運往下游，有時在墩臺的兩側(cè)逐漸下沉，造成淤塞。在墩臺的兩側(cè)逐漸下沉，造成淤塞。 （3）公路沿線的小橋、涵洞布置的數(shù)量少，排水系統(tǒng)不完善）公路沿線的小橋、涵洞布置的數(shù)量少，排水系統(tǒng)不完善，或河溝上游有堆積物、漂浮物，導(dǎo)致小橋涵堵塞，引起，或河溝上游有堆積物、漂浮物，導(dǎo)致小橋涵堵塞，引起洪水漫流路面，沖蝕路肩乃至毀壞路基或橋涵。洪水漫流路面，沖蝕路肩乃至毀

13、壞路基或橋涵。 14公路橋涵水毀的成因分析（4）小橋涵進水口緊接較陡的山坡，進水口處的路基及防）小橋涵進水口緊接較陡的山坡，進水口處的路基及防護構(gòu)造物由于洪水急流的頂沖而被摧毀，或因為淘刷基護構(gòu)造物由于洪水急流的頂沖而被摧毀，或因為淘刷基礎(chǔ)造成了水毀。礎(chǔ)造成了水毀。 （5）受資金、材料的限制，公路標(biāo)準(zhǔn)低、質(zhì)量差，缺少）受資金、材料的限制，公路標(biāo)準(zhǔn)低、質(zhì)量差，缺少排水和防護構(gòu)造物；平原地區(qū)的路基標(biāo)高太低，填土高排水和防護構(gòu)造物；平原地區(qū)的路基標(biāo)高太低，填土高度較小；多年來農(nóng)、林、水和公路建設(shè)欠協(xié)調(diào)，破壞了度較小；多年來農(nóng)、林、水和公路建設(shè)欠協(xié)調(diào)，破壞了生態(tài)平衡，同時公路橋涵的抗災(zāi)能力降低，嚴(yán)重的

14、則發(fā)生態(tài)平衡，同時公路橋涵的抗災(zāi)能力降低，嚴(yán)重的則發(fā)生了水毀。生了水毀。15小橋涵水毀的防治（1）注意小橋涵設(shè)計的合理性。橋涵位置的選定、結(jié)構(gòu)的形）注意小橋涵設(shè)計的合理性。橋涵位置的選定、結(jié)構(gòu)的形式、凈孔的大小、進出口的布置等一系列因素，均不可忽式、凈孔的大小、進出口的布置等一系列因素，均不可忽視。視。 （2）平原地區(qū)橋涵設(shè)計既要加大橋涵底縱坡，又要注意進）平原地區(qū)橋涵設(shè)計既要加大橋涵底縱坡，又要注意進出口水流的縱向順暢銜接。進口宜擴大引納水流，有條件出口水流的縱向順暢銜接。進口宜擴大引納水流，有條件時，涵洞進口可采用流線形（升高管節(jié)式）。時，涵洞進口可采用流線形（升高管節(jié)式）。 （3）山區(qū)水

15、流流速較大，當(dāng)橋涵處地基為土質(zhì)時，為了防）山區(qū)水流流速較大，當(dāng)橋涵處地基為土質(zhì)時，為了防止嚴(yán)重沖刷，應(yīng)鋪砌加固橋涵下的河溝底面。下游出口可止嚴(yán)重沖刷，應(yīng)鋪砌加固橋涵下的河溝底面。下游出口可采用挑坎（一、二、三級挑坎）或加設(shè)急流槽、消力池、采用挑坎（一、二、三級挑坎）或加設(shè)急流槽、消力池、消力檻等消能設(shè)施。消力檻等消能設(shè)施。16小橋涵水毀的防治（4）對上游蜿蜒曲折的河溝段，可裁彎取直，改善水流條）對上游蜿蜒曲折的河溝段，可裁彎取直，改善水流條件。有時還可以在橋涵前河溝的上游，加設(shè)消力池等消能件。有時還可以在橋涵前河溝的上游，加設(shè)消力池等消能設(shè)施，以達到降低流速，沉積泥沙的目的。設(shè)施，以達到降低流

16、速，沉積泥沙的目的。由上述分析可見，孔徑是影響小橋涵水毀的重要因素，由上述分析可見，孔徑是影響小橋涵水毀的重要因素，正確進行小橋涵水力計算，合理確定小橋涵孔徑是防止水毀正確進行小橋涵水力計算，合理確定小橋涵孔徑是防止水毀的重要措施之一。的重要措施之一。17五、小橋涵水流狀態(tài)1.1.水流類型水流類型 水流的類型有臨界流、緩流、急流三類。水流的類型有臨界流、緩流、急流三類。當(dāng)計算基線通過河底時，當(dāng)計算基線通過河底時，位能：位能：動能：動能：能率：能率：pEH22kvEg220222pkvQEEEHHgg18五、小橋涵水流狀態(tài)當(dāng)流量及流水?dāng)嗝嫘螤顬橐阎獣r，能率為水深的函數(shù)：當(dāng)流量及流水?dāng)嗝嫘螤顬橐阎?/p>

17、時，能率為水深的函數(shù)：0()Ef H0EH位能線位能線動能線動能線能率線能率線khCC C點的能率最小，稱為臨界點。點的能率最小，稱為臨界點。其對應(yīng)水深其對應(yīng)水深 為臨界水深為臨界水深其相應(yīng)流速其相應(yīng)流速 稱為臨界流速稱為臨界流速khkv19五、小橋涵水流狀態(tài)緩流：緩流：臨界流：臨界流：急流：急流：0, , kkHhvvEH隨的增大而增大0=, =, kkH hv vE為最小0, , kkHhvvEH隨的增大而減小20五、小橋涵水流狀態(tài)2.2.臨界流及其水力參數(shù)臨界流及其水力參數(shù)臨界流就是水深等于臨界水深時的一種特殊的水流狀態(tài)。臨界流就是水深等于臨界水深時的一種特殊的水流狀態(tài)。主要參數(shù)有：主要

18、參數(shù)有： （1 1）臨界水深）臨界水深 （2 2）臨界流速）臨界流速 （3 3）臨界坡度）臨界坡度21（1）臨界水深臨界水深時的能率最小，有臨界水深時的能率最小，有2202312dEdQQdHdHdHggdH 00dEdH對任何形狀的斷面，有對任何形狀的斷面，有 ，B B為水面寬度。為水面寬度。因此因此或或dBdH2310QBgQBg22臨界水深對于矩形斷面對于矩形斷面kbh臨界水深：臨界水深：231()kQ bg bh臨界水深計算公式：臨界水深計算公式：232kQhb g或：或：2kkvhg23（2）臨界流速臨界流速：臨界流速：1kkkkkkkkgQvgBB因此因此而而 （斷面平均水深）（斷

19、面平均水深）hBkvgh對于矩形斷面對于矩形斷面對于梯形斷面對于梯形斷面kkvgh2kkkkbmhvghbmh24（3）臨界坡度用謝才流速公式計算流經(jīng)河槽的流量用謝才流速公式計算流經(jīng)河槽的流量QC RI當(dāng)水流為臨界流時，當(dāng)水流為臨界流時，, kkkkgQIIBkkkkkkgC R IB因此，因此，臨界坡度臨界坡度22kkkkkkkgghIC R BC R25臨界坡度當(dāng)為矩形斷面時，當(dāng)為矩形斷面時，22kkkkvIC R謝才系數(shù)謝才系數(shù)C C用滿寧系數(shù)表達，用滿寧系數(shù)表達，161kkCRn因此，因此，243kkn ghIR當(dāng)為矩形斷面時，當(dāng)為矩形斷面時，243kkknvIR265-2 小橋水力計

20、算一、小橋水力計算圖式一、小橋水力計算圖式通過橋下水流，由于受到橋頭路堤和墩臺的擠束，將使橋下流通過橋下水流，由于受到橋頭路堤和墩臺的擠束，將使橋下流速增大。速增大。若橋下水流壓縮很小，則孔徑偏大很不經(jīng)濟；若橋下水流壓縮很小，則孔徑偏大很不經(jīng)濟；若壓縮過大，雖然孔徑可以減小，可節(jié)省工程數(shù)量，但會造成若壓縮過大，雖然孔徑可以減小，可節(jié)省工程數(shù)量，但會造成上游水淹沒農(nóng)田，且橋下流速過大需要很堅固的河床加固，并上游水淹沒農(nóng)田，且橋下流速過大需要很堅固的河床加固，并且水流出橋后會沖刷河床及沖毀下游農(nóng)田，直接影響路基和橋且水流出橋后會沖刷河床及沖毀下游農(nóng)田，直接影響路基和橋梁使用安全。梁使用安全。因此，

21、在一般情況下，權(quán)衡利弊，選擇適當(dāng)?shù)膲嚎s程度以使橋因此，在一般情況下，權(quán)衡利弊，選擇適當(dāng)?shù)膲嚎s程度以使橋孔設(shè)計較為經(jīng)濟合理?？自O(shè)計較為經(jīng)濟合理。橋孔壓縮改變天然水流狀態(tài)后，橋下的水流狀態(tài)還受橋下游溝橋孔壓縮改變天然水流狀態(tài)后，橋下的水流狀態(tài)還受橋下游溝槽天然水深的影響。按寬頂堰流理論，小橋下的水流可有自由槽天然水深的影響。按寬頂堰流理論，小橋下的水流可有自由出流及非自由出流出流及非自由出流(又叫淹沒出流又叫淹沒出流)兩種水力圖式。兩種水力圖式。27小橋水力計算圖式1自由出流自由出流根據(jù)試驗分析，當(dāng)下游水深小于或等于臨界水深的根據(jù)試驗分析，當(dāng)下游水深小于或等于臨界水深的1.3倍時，倍時，橋下為臨界

22、水流狀態(tài)，則為自由出流。橋下為臨界水流狀態(tài)，則為自由出流。這時橋下游天然水深不影響橋下水出流，橋下的過水量僅與橋這時橋下游天然水深不影響橋下水出流，橋下的過水量僅與橋下臨界水深有關(guān)，此種圖式類似于流水通過不淹沒式寬頂堰情下臨界水深有關(guān)，此種圖式類似于流水通過不淹沒式寬頂堰情況。況。自由出流的水力條件：自由出流的水力條件：1.3tLjhh28小橋水力計算圖式2. 非自由出流非自由出流 當(dāng)橋下游水深大于臨界水深的當(dāng)橋下游水深大于臨界水深的1.3倍時，由于下游水位的倍時，由于下游水位的頂托作用，橋下臨界水深被淹沒，橋下水深即為天然水深，頂托作用，橋下臨界水深被淹沒，橋下水深即為天然水深，形成非自由出

23、流。此時橋下游水深直接影響橋下水流出流，形成非自由出流。此時橋下游水深直接影響橋下水流出流，使橋下流速降低，過水流量比自由出流有所減少。使橋下流速降低，過水流量比自由出流有所減少。非自由出流的水力條件：非自由出流的水力條件：1.3tLjhh29二、方法步驟1. 判定橋下水力圖式判定橋下水力圖式 （1）確定天然水深）確定天然水深htu 試算法試算法u 公式法公式法（2）確定橋下臨界水深）確定橋下臨界水深hk（3）判斷橋下水力圖式）判斷橋下水力圖式2. 確定橋梁跨徑長度確定橋梁跨徑長度L3. 計算橋前水深計算橋前水深H4. 確定橋頭路堤及橋面最低高程確定橋頭路堤及橋面最低高程a. 試算法試算法 先

24、假定不同水位下的天然水深先假定不同水位下的天然水深ht，即可從實測河床斷面上求即可從實測河床斷面上求出過水面積出過水面積w及濕周及濕周x，按表計算出相應(yīng)的流速、流量。，按表計算出相應(yīng)的流速、流量。30確定天然水深水位水位天然水深天然水深16CmR2 13 2vmR iQvthxRxi如求得流量與已知的設(shè)計流量相差不超過如求得流量與已知的設(shè)計流量相差不超過10%，則所假定的，則所假定的ht及及vt可作為以后孔徑計算的依據(jù)，否則應(yīng)另行假定可作為以后孔徑計算的依據(jù)，否則應(yīng)另行假定ht ，重，重新計算。新計算。31確定天然水深b. 公式法公式法 如將河床斷面規(guī)則化，用三角形代替，如將河床斷面規(guī)則化，用

25、三角形代替，312883 358 88(1)1.1892stQahm i a其中：其中： 設(shè)計流量（設(shè)計流量（m3/s） 河床邊坡系數(shù)河床邊坡系數(shù) 河床主河溝平均縱坡河床主河溝平均縱坡 河床糙率河床糙率sQaim32確定天然水深公式法步驟公式法步驟 先按照等面積原理及原河床斷面接近的原則，將河床斷先按照等面積原理及原河床斷面接近的原則，將河床斷面規(guī)則化，使之用三角形代替面規(guī)則化，使之用三角形代替2Bah邊坡系數(shù)：邊坡系數(shù)： 由由 即可求出即可求出 相應(yīng)流速相應(yīng)流速saQmi、 、th2ssttQQvah33判斷橋下水力圖式（2）確定橋下臨界水深）確定橋下臨界水深220.102LjLjLjvhv

26、g橋下平均臨界水深：橋下平均臨界水深：其中對于橋下臨界流速其中對于橋下臨界流速 ，孔徑計算時按橋下的允，孔徑計算時按橋下的允許不沖刷流速控制，查附表許不沖刷流速控制，查附表1-351-38臨界水深按斷面形狀分別臨界水深按斷面形狀分別計算計算u對于矩形及寬的梯形橋孔斷面，對于矩形及寬的梯形橋孔斷面，u對于狹和深的梯形橋孔斷面，對于狹和深的梯形橋孔斷面，LjvLjLjhh242LjLjLjLjLjBBmB hhm34判斷橋下水力圖式（3）判斷橋下水力圖式）判斷橋下水力圖式自由出流：自由出流：非自由出流：非自由出流：1.3tLjhh1.3tLjhh35方法步驟2. 確定橋梁跨徑長度確定橋梁跨徑長度L

27、（1）自由出流時）自由出流時由流量基本公式，當(dāng)通過設(shè)計流量時，橋下臨界斷面處由流量基本公式，當(dāng)通過設(shè)計流量時，橋下臨界斷面處sLjQv而而LjLjh B因此因此3LjsLjvQBg36自由出流時確定橋梁跨徑長度L考慮水流流入橋孔時受側(cè)向收縮的影響，自由出流時臨界斷考慮水流流入橋孔時受側(cè)向收縮的影響，自由出流時臨界斷面水寬度公式：面水寬度公式：3sLjLjgQBv其中：其中： 橋下臨界斷面的水面寬度（橋下臨界斷面的水面寬度（m） 設(shè)計流量（設(shè)計流量（m3/s） 臨界流速（臨界流速（m/s），計算時按允許不沖刷流），計算時按允許不沖刷流速控制速控制 側(cè)向擠壓系數(shù)側(cè)向擠壓系數(shù)sQLjvLjB37自由

28、出流時確定橋梁跨徑長度L當(dāng)為多孔橋時，應(yīng)考慮橋墩的阻水寬度當(dāng)為多孔橋時，應(yīng)考慮橋墩的阻水寬度3sLjLjgQBNdv其中：其中： 中墩個數(shù)中墩個數(shù) 中墩在水面線上順橋跨方向的寬度中墩在水面線上順橋跨方向的寬度dN38自由出流時確定橋梁跨徑長度L當(dāng)橋孔斷面為矩形時，橋跨長度當(dāng)橋孔斷面為矩形時，橋跨長度LjLB其中：其中： 橋梁上部構(gòu)造底面高出設(shè)計洪水位的高度橋梁上部構(gòu)造底面高出設(shè)計洪水位的高度 橋跨長度橋跨長度Lh當(dāng)橋孔斷面為梯形時，橋跨長度當(dāng)橋孔斷面為梯形時，橋跨長度2LjLBm h39確定橋梁跨徑長度L（2）非自由出流時）非自由出流時此時橋下水深即為河槽的天然水深，則過水?dāng)嗝娴钠骄鶎挾龋捍藭r

29、橋下水深即為河槽的天然水深，則過水?dāng)嗝娴钠骄鶎挾龋簊ptyQBNdhv當(dāng)橋孔斷面為矩形時，橋跨長度當(dāng)橋孔斷面為矩形時，橋跨長度pLB當(dāng)橋孔斷面為梯形時，橋跨長度當(dāng)橋孔斷面為梯形時，橋跨長度2pLBm h40斜交橋如斜交橋斜度為如斜交橋斜度為 ，所需橋跨長度，所需橋跨長度1sincosLbL其中：其中： 橋臺寬度（橋臺寬度（m）1b413. 計算橋前水深（1）自由出流時）自由出流時根據(jù)橋前斷面與橋下臨界斷面的伯努里方程可推導(dǎo)出橋前水根據(jù)橋前斷面與橋下臨界斷面的伯努里方程可推導(dǎo)出橋前水深的計算公式深的計算公式22200222222LjLjLjLjvhvvHhhggg其中：其中： 流速系數(shù)，視橋臺類

30、型查附表流速系數(shù)，視橋臺類型查附表1-32 水深為水深為H時的橋前流速時的橋前流速0v423. 計算橋前水深為簡化計算，為簡化計算，2 (m)2LjLjvHhg矩形斷面時：矩形斷面時：22220.153 (m)22LjLjLjLjLjvvvHhvggg433. 計算橋前水深（2）非自由出流時）非自由出流時22200222222LjtLjhvvvHhhggg其中：其中： 根據(jù)最后選定的孔徑計算的橋下流速（根據(jù)最后選定的孔徑計算的橋下流速（m/s）v簡化計算表達式：簡化計算表達式：2 (m)2tvHhg444. 確定橋頭路堤及橋面最低高程考慮建橋壓縮河床后引起橋前壅水對路堤和橋面高度的影響，考慮建

31、橋壓縮河床后引起橋前壅水對路堤和橋面高度的影響，需要對橋頭路堤及橋面最低高程進行驗算：需要對橋頭路堤及橋面最低高程進行驗算：路堤最低高程路堤最低高程=河床最低高程河床最低高程+H+ 橋面最低高程橋面最低高程=河床最低高程河床最低高程+H+ 1+K其中：其中： 橋前水深（橋前水深（m） 安全值，一般取安全值，一般取 =0.5m 橋前水面至上部構(gòu)造底面的凈空高度，查表橋前水面至上部構(gòu)造底面的凈空高度，查表1-7 橋梁上部構(gòu)造的建筑高度橋梁上部構(gòu)造的建筑高度H1K45三、表解法求算孔徑將小橋孔徑計算編制成圖表，與公式計算略有出入，但能滿將小橋孔徑計算編制成圖表，與公式計算略有出入，但能滿足實用的精度

32、。足實用的精度。（1）根據(jù)河床土的性質(zhì)或加固類型，按附表）根據(jù)河床土的性質(zhì)或加固類型，按附表1-351-38確確定允許不沖刷流速定允許不沖刷流速 。（2）先按自由出流計算，由）先按自由出流計算，由 查附表查附表2-1得孔徑系數(shù)、橋得孔徑系數(shù)、橋下臨界水深下臨界水深 和橋前水深和橋前水深H。（3）用公式或試算法求橋下游天然水深）用公式或試算法求橋下游天然水深ht，并判斷水力圖，并判斷水力圖式。如為非自由出流，則應(yīng)重新按非自由出流查表求解，如式。如為非自由出流，則應(yīng)重新按非自由出流查表求解，如為自由出流，以上計算有效。為自由出流，以上計算有效。 （4）計算橋跨長度：）計算橋跨長度：L孔徑系數(shù)孔徑系

33、數(shù)Qs （5）驗算橋頭路堤及橋面最低標(biāo)高。）驗算橋頭路堤及橋面最低標(biāo)高。yvyvLjh465-3 涵洞水力計算一、涵洞水力圖式一、涵洞水力圖式1.1.無壓力式無壓力式水流通過涵洞時在其洞身長度內(nèi)都有與洞頂不接觸的自由水水流通過涵洞時在其洞身長度內(nèi)都有與洞頂不接觸的自由水面。面。此時下游河槽水流不影響洞內(nèi)水流的出流。此時下游河槽水流不影響洞內(nèi)水流的出流。計算方法與自由出流的小橋相同。計算方法與自由出流的小橋相同。無壓力式涵洞洞身多為混凝土或砌石構(gòu)成，具有較大的抗流無壓力式涵洞洞身多為混凝土或砌石構(gòu)成，具有較大的抗流速能力，一般采用較高的出口流速，但不超過速能力，一般采用較高的出口流速，但不超過5

34、6m/s。出。出口流速與涵洞長度及涵底縱坡有關(guān)?？诹魉倥c涵洞長度及涵底縱坡有關(guān)。47水力圖式對于普通進水口（包括端墻式、八字式、平頭式等）對于普通進水口（包括端墻式、八字式、平頭式等）對于流線型進水口（包括喇叭形等）對于流線型進水口（包括喇叭形等）1.2dHh1.4dHh其中：其中： 涵前水深（涵前水深（m） 涵洞洞內(nèi)凈高（涵洞洞內(nèi)凈高（m）Hdh涵前水深可按下式估算：涵前水深可按下式估算：1.15()dHh485-3 涵洞水力計算a a）八字式）八字式b b）端墻式）端墻式c c）錐坡式）錐坡式d d）直墻式）直墻式 e e）扭坡式）扭坡式f f）平頭式）平頭式g g）走廊式）走廊式h h）

35、流線型式）流線型式49無壓力式502. 半壓力式涵洞進水口被淹沒，但整個洞身仍具有自由水面。涵洞進水口被淹沒，但整個洞身仍具有自由水面。對于普通進水口對于普通進水口對于流線型進水口，一般不出現(xiàn)半壓力式水力圖式對于流線型進水口，一般不出現(xiàn)半壓力式水力圖式1.2dHh513. 壓力式壓力式涵洞進口完全被水淹沒，且整個洞身被水流充滿，無壓力式涵洞進口完全被水淹沒，且整個洞身被水流充滿，無自由表面，整個洞身呈有壓力狀態(tài)，其水力圖式與水力學(xué)中自由表面，整個洞身呈有壓力狀態(tài)，其水力圖式與水力學(xué)中的短管出流的水力狀態(tài)相似。的短管出流的水力狀態(tài)相似。523. 壓力式對于流線型進水口，對于流線型進水口，且且1.

36、4dHh222, swwQiiiC R其中：其中： 涵底縱坡涵底縱坡 洞內(nèi)摩阻坡度洞內(nèi)摩阻坡度iwi533. 壓力式對于普通進水口涵洞，一般不出現(xiàn)有壓力式水流狀態(tài)。對于普通進水口涵洞，一般不出現(xiàn)有壓力式水流狀態(tài)。因為，盡管因為，盡管 ，且，且 ，洞內(nèi)可能局部充滿水，洞內(nèi)可能局部充滿水流，但由于進水口斷面突變，水流在擠入洞內(nèi)時吸進了空氣，流，但由于進水口斷面突變，水流在擠入洞內(nèi)時吸進了空氣，致使充滿的管流不斷被空氣破壞，實際只能符合不穩(wěn)定的半致使充滿的管流不斷被空氣破壞，實際只能符合不穩(wěn)定的半壓力式水流狀態(tài)。壓力式水流狀態(tài)。壓力式涵洞除滿足壓力式涵洞除滿足 條件外，還應(yīng)滿足條件外，還應(yīng)滿足 。若

37、若 ，水流沿流程因重力而獲得的功將大于摩阻力所消，水流沿流程因重力而獲得的功將大于摩阻力所消耗的能，洞內(nèi)離進口不遠(yuǎn)處的流速即增大到使水流脫離洞頂耗的能，洞內(nèi)離進口不遠(yuǎn)處的流速即增大到使水流脫離洞頂面而形成自由水面，使泄水能力降低。面而形成自由水面，使泄水能力降低。1.4dHhwii1.4dHhwiiwii54二、孔徑計算1. 無壓力式涵洞孔徑計算無壓力式涵洞孔徑計算302 () (/ )sLjLjQg Hhms (/ )sLjLjQvm s222 (m)22LjLjLjLjLjvHhhBg200 (m)2vHHg55各類涵洞孔徑計算簡化公式3321.575B H (/ )sQms（1） 蓋板涵

38、及箱涵蓋板涵及箱涵332 (/ )1.575HsQBms其中：其中： 涵前水深，根據(jù)水面降落曲線近似計算涵前水深，根據(jù)水面降落曲線近似計算H ( )jhHm其中：其中： 洞口處水流深度洞口處水流深度 進水口和壅水降落系數(shù)，通常采用進水口和壅水降落系數(shù)，通常采用0.87jh56各類涵洞孔徑計算簡化公式5321.69 (/ )sQdms（3） 圓管涵圓管涵253 (/ )1.69sQBms3321.422B H (/ )sQms（2） 石拱橋石拱橋332 (/ )1.422HsQBms572. 半壓力式涵洞孔徑計算32 () (/ )sssQg Hhms2 () (/ )ssssQvg Hhm s

39、其中：其中： 涵洞進口附近收縮斷面面積、水深涵洞進口附近收縮斷面面積、水深及流速，及流速， 流速系數(shù)，普通型洞口取流速系數(shù)，普通型洞口取0.85,sssh v0.6sdhh583. 壓力式涵洞孔徑計算312 () (/ )sQg Hhms2 () (/ )sQvg Hhm s其中：其中： 從假想的摩擦坡度線起算的涵前水頭總從假想的摩擦坡度線起算的涵前水頭總高度高度1H1()wHHl ii59三、倒虹吸涵洞孔徑計算32 (/ )Qgzms1. 基本計算公式基本計算公式公路上常用的是豎井式倒虹吸涵洞，孔徑計算的基本公式：公路上常用的是豎井式倒虹吸涵洞，孔徑計算的基本公式：其中：其中： 上下游水面的

40、水位差，即總水頭損失，等上下游水面的水位差，即總水頭損失，等于沿程水頭損失與局部水頭損失之和。于沿程水頭損失與局部水頭損失之和。 水頭損失綜合系數(shù)水頭損失綜合系數(shù)z60倒虹吸涵洞孔徑計算斷面為圓形時：斷面為圓形時：斷面為正方形時：斷面為正方形時： (m)3.48Qdz (m)4.43Qbz2. 水頭損失綜合系數(shù)的確定水頭損失綜合系數(shù)的確定水流通過倒虹吸涵洞的水頭損失，由沿程水頭損失與局部水流通過倒虹吸涵洞的水頭損失，由沿程水頭損失與局部水頭損失兩部分組成。局部水頭損失包括：涵身斷面變化、水頭損失兩部分組成。局部水頭損失包括：涵身斷面變化、進口、轉(zhuǎn)變、出口等各項阻力引起的水頭損失進口、轉(zhuǎn)變、出口

41、等各項阻力引起的水頭損失同時考慮同時考慮 上各項水頭損失，水頭損失綜合系數(shù)：上各項水頭損失，水頭損失綜合系數(shù)：61倒虹吸涵洞孔徑計算11nii（1）沿程阻力系數(shù)）沿程阻力系數(shù)62各項阻力系數(shù)2142322gLgn LC RR其中：其中： 涵洞沿程長度，包括兩豎井沿程長度涵洞沿程長度，包括兩豎井沿程長度 涵身斷面水力半徑涵身斷面水力半徑 粗糙系數(shù)。涵洞材料為混凝土?xí)r，采用粗糙系數(shù)。涵洞材料為混凝土?xí)r，采用0.0130.014；為漿砌石塊時，為；為漿砌石塊時，為0.0160.017LRn（2）涵身斷面變化的阻力系數(shù)）涵身斷面變化的阻力系數(shù) 查附表查附表2-3（3）進口阻力系數(shù)）進口阻力系數(shù) 查附表

42、查附表2-4（4）轉(zhuǎn)彎阻力系數(shù)）轉(zhuǎn)彎阻力系數(shù)u 急彎急彎 ，查附表，查附表2-5u 緩彎緩彎 ，其中：其中： 系數(shù)，對于正方形斷面查附表系數(shù)，對于正方形斷面查附表2-6，對于圓，對于圓形斷面查附表形斷面查附表2-763各項阻力系數(shù)2341515490KK（5）出口阻力系數(shù)）出口阻力系數(shù)涵洞水流出口斷面增大，流速驟減，一般取出口阻力系數(shù)涵洞水流出口斷面增大，流速驟減，一般取出口阻力系數(shù)為為1倒虹吸管的渠道一般最大與最小流量相差甚大。倒虹吸管的渠道一般最大與最小流量相差甚大?？讖皆O(shè)計時注意使倒虹吸管通過最大流量時水頭損失不致過孔徑設(shè)計時注意使倒虹吸管通過最大流量時水頭損失不致過大，不致惡化管后渠道水流狀態(tài)，并使管內(nèi)流速大，不致惡化管后渠道水流狀態(tài)，并使管內(nèi)流速通過最小流量時，管內(nèi)流速不小于通常采用的不淤流速通過最小流量時，管內(nèi)流速不小于通常采用的不淤流速1.5m/s，并最好使入口水流滿孔，以免產(chǎn)生脈動壓力水躍對，并最好使入口水流滿孔，以免產(chǎn)生脈動壓力水躍對倒虹吸管不利。倒虹吸管不利。當(dāng)