小桥涵水力计算方法.ppt

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1、第五章第五章 小桥涵水力计算小桥涵水力计算2第五章第五章 小桥涵水力计算小桥涵水力计算第一节第一节 小桥涵水力计算概要小桥涵水力计算概要第二节第二节 小桥水力计算小桥水力计算第三节第三节 涵洞水力计算涵洞水力计算第四节第四节 确定小桥涵孔径经验方法确定小桥涵孔径经验方法35-1 小桥涵水力计算概要小桥涵水力计算概要概念：概念：1.孔孔径径：指指桥桥涵涵下下过过水水净净空空的的大大小小，它它是是桥桥涵涵设设计计的的基基本本尺尺寸。寸。2.通常通常桥梁桥梁孔径用孔数和单孔跨径表示：孔径用孔数和单孔跨径表示：213m3.涵洞涵洞孔径用孔数、单孔跨径和涵台高度表示：孔径用孔数、单孔跨径和涵台高度表示：

2、2250200cm2 （孔数（孔数标准跨径标准跨径涵台高度）涵台高度）4.圆管涵圆管涵则用涵管的孔数和内径表示：则用涵管的孔数和内径表示：2150cm4一、任务及内容一、任务及内容1.任务任务小小桥桥涵涵水水力力计计算算主主要要是是解解决决小小桥桥涵涵孔孔径径尺尺寸寸问问题题，通通过过水水力力计计算算，确确定定桥桥涵涵孔孔径径大大小小，以以确确保保设设计计流流量量顺顺利利安安全全地地通通过过桥桥（涵涵）下下，而而不不发发生生不不利利冲冲刷刷、水水毁毁以以及及不不利利的的壅壅水。水。孔孔径径计计算算的的任任务务是是：在在足足以以宣宣泄泄设设计计洪洪水水流流量量并并保保证证桥桥涵涵前前雍雍水水不不

3、致致过过高高、桥桥涵涵下下流流速速不不致致冲冲刷刷河河床床或或结结构构物物的的条件下，通过水力计算确定合理经济的桥涵孔径尺寸。条件下，通过水力计算确定合理经济的桥涵孔径尺寸。5一、任务及内容一、任务及内容2.内容内容（1）确定桥涵的孔径尺寸大小；）确定桥涵的孔径尺寸大小；（2）确确定定河河床床（进进出出口口）加加固固的的类类型型和和尺尺寸寸，上上下下游游需需设设各种消能（力）设施的类型和尺寸；各种消能（力）设施的类型和尺寸；（3）计计算算并并确确定定壅壅水水高高度度，小小桥桥桥桥面面最最低低标标高高或或小小桥桥涵涵顶顶上的最低路堤标高；上的最低路堤标高；（4）确定桥（涵）跨布孔方案。）确定桥（

4、涵）跨布孔方案。6二、小桥涵水力计算的特点二、小桥涵水力计算的特点1.小桥孔径计算的特点小桥孔径计算的特点（1）跨跨径径与与台台高高之之间间无无一一定定比比例例关关系系，孔孔径径计计算算主主要要是是解解决跨径长度问题；决跨径长度问题；（2）桥桥身身断断面面的的过过水水阻阻力力小小（桥桥台台宽宽度度较较小小），沿沿程程阻阻力力忽略不计；忽略不计；（3）一一般般不不加加固固河河床床，允允许许不不冲冲刷刷流流速速是是小小桥桥孔孔径径计计算算的的重要控制条件；重要控制条件；（4）要要求求有有一一定定的的净净空空高高度度，计计算算时时按按水水力力学学的的宽宽顶顶堰堰计计算。算。7大中桥与小桥孔径计算有什

5、么不同？大中桥与小桥孔径计算有什么不同？大大中中桥桥孔孔径径计计算算以以冲冲刷刷系系数数作作控控制制条条件件，容容许许桥桥下下发发生生一一定定的的冲冲刷刷，采采用用天天然然河河槽槽断断面面平平均均流流速速作作为为桥桥孔孔设设计计流流速速，并并按自由出流条件，由计算的过水面积推求桥孔长度；按自由出流条件，由计算的过水面积推求桥孔长度；小小桥桥孔孔径径计计算算则则以以容容许许不不冲冲刷刷流流速速作作为为控控制制条条件件，河河床床不不容容许许发发生生冲冲刷刷，但但容容许许有有较较大大的的桥桥前前壅壅水水高高度度，须须考考虑虑桥桥孔孔的的出流状态，按此确定桥孔长度。出流状态，按此确定桥孔长度。8二、小

6、桥涵水力计算的特点二、小桥涵水力计算的特点2.涵洞孔径计算的特点涵洞孔径计算的特点（1）跨跨径径与与台台高高之之间间有有一一定定比比例例关关系系，其其经经济济比比例例通通常常为为1 11.5 1，孔径计算要解决跨径及台高两个关系；，孔径计算要解决跨径及台高两个关系；（2）考虑洞身过水阻力的影响，因为过水孔道长而小；）考虑洞身过水阻力的影响，因为过水孔道长而小；（3）通常人工加固河床，提高允许流速；）通常人工加固河床，提高允许流速；（4）洞身水流可充满洞身并可触及洞顶。）洞身水流可充满洞身并可触及洞顶。9二、小桥涵水力计算的特点二、小桥涵水力计算的特点涵洞孔径计算与小桥孔径计算有什么不同？涵洞孔

7、径计算与小桥孔径计算有什么不同？涵涵洞洞洞洞身身随随路路基基填填土土高高度度增增加加而而增增长长，洞洞身身断断面面尺尺寸寸对对工工程程量量影影响响较较大大。因因此此计计算算涵涵洞洞孔孔径径时时，还还要要求求跨跨径径与与台台高高有有一一定定的的比比例例关关系系。通通常常采采用用加加固固河河床床提提高高容容许许流流速速的的办办法法来来减减小小涵涵洞洞孔孔径径，由由于于河河床床加加固固后后的的容容许许流流速速都都比比较较高高，如如计计算算孔孔径径时时仍仍按按容容许许不不冲冲刷刷流流速速控控制制，根根据据设设计计流流量量计计算算出出涵涵洞洞孔孔径径会会很很小小，从从而而使使得得涵涵前前水水深深增增加加

8、，它它将将危危及及到到涵涵洞洞与与路路堤的安全。堤的安全。因因此此，控控制制涵涵前前水水深深、满满足足泄泄流流要要求求与与具具有有一一定定合合适适断断面面高高宽比例，是涵洞孔径计算的基本要求。宽比例，是涵洞孔径计算的基本要求。10三、小桥涵孔径计算的一般要求三、小桥涵孔径计算的一般要求（1 1）小小桥桥涵涵孔孔径径必必须须保保证证设设计计洪洪水水、流流水水和和漂漂流流物物等等的的安安全全通通过过；必必须须满满足足交交通通、农农田田灌灌溉溉、排排涝涝和和排排碱碱等等的的合合理理需需要要；同同时时要要考考虑虑桥桥涵涵前前积积水水影影响响路路堤堤的的稳稳定定和和农农田田村村舍舍的的受受淹淹影影响响，

9、通过全面分析，从而选定孔径。通过全面分析，从而选定孔径。（2 2）小小桥桥涵涵孔孔径径不不应应单单凭凭流流量量计计算算资资料料来来确确定定，其其他他如如流流域域水水文文特特征征、沟沟槽槽形形态态、地地质质特特点点、冲冲淤淤情情况况、人人类类活活动动等等对对桥桥涵涵孔径大小都会产生影响，在确定孔径时，应充分给与考虑。孔径大小都会产生影响，在确定孔径时，应充分给与考虑。（3 3）小小桥桥涵涵孔孔径径应应采采用用标标准准孔孔径径，并并应应大大于于规规定定的的最最小小孔孔径径要要求。求。（4 4）小桥宜设计为自由出流状态，涵洞应设计为无压力式。）小桥宜设计为自由出流状态，涵洞应设计为无压力式。11三、

10、小桥涵孔径计算的一般要求三、小桥涵孔径计算的一般要求（5 5）有有压压涵涵洞洞水水压压力力较较大大，沉沉陷陷缝缝处处容容易易漏漏水水，危危及及基基础础和和路路堤堤，所所以以涵涵洞洞应应设设计计为为无无压压的的，仅仅在在特特殊殊情情况况下下，有有充充分分的的技术经济比较依据时，方可采用有压涵洞。技术经济比较依据时，方可采用有压涵洞。（6 6）涵涵洞洞可可设设计计成成单单孔孔或或双双孔孔。由由于于多多孔孔涵涵洞洞流流量量分分配配不不均均匀匀，使使个个别别涵涵孔孔通通过过流流量量有有可可能能超超过过设设计计标标准准，故故不不宜宜修修建建，只有个别情况在技术和经济上均属适宜时，方可采用多孔。只有个别情

11、况在技术和经济上均属适宜时，方可采用多孔。（7 7）小小桥桥涵涵孔孔径径式式样样，在在同同一一区区段段内内应应力力求求简简化化，以以便便于于施施工及养护维修。工及养护维修。12四、小桥涵孔径与水毁四、小桥涵孔径与水毁1.1.公路桥涵水毁的成因分析公路桥涵水毁的成因分析2.2.小桥涵水毁的防治小桥涵水毁的防治13公路桥涵水毁的成因分析公路桥涵水毁的成因分析从小桥涵水毁实况，可归纳其水毁主要成因：从小桥涵水毁实况，可归纳其水毁主要成因：（1）较较大大孔孔径径的的小小桥桥、涵涵洞洞，由由于于基基础础的的埋埋置置深深度度不不够够或或未未设必要的调治防护构造物，而致桥台及涵洞进出口被冲毁。设必要的调治防

12、护构造物，而致桥台及涵洞进出口被冲毁。沪陕高速大桥桥墩受损沪陕高速大桥桥墩受损严重严重 商州水务局称洪商州水务局称洪水冲刷所致水冲刷所致14公路桥涵水毁的成因分析公路桥涵水毁的成因分析（2）涵涵洞洞压压缩缩水水流流过过大大，在在墩墩台台周周围围形形成成高高速速螺螺旋旋水水流流，剧剧烈烈地地冲冲刷刷床床面面泥泥沙沙，墩墩台台前前形形成成一一个个漏漏斗斗形形的的冲冲刷刷坑坑而而危危及及墩墩台台。同同时时，冲冲起起的的泥泥砂砂随随水水流流挟挟带带运运往往下下游游，有有时时在在墩台的两侧逐渐下沉，造成淤塞。墩台的两侧逐渐下沉，造成淤塞。上范线上范线K3+980狮山小桥水毁桥台空洞狮山小桥水毁桥台空洞柏

13、塘镇的一座桥，几年前遭到洪水冲击，柏塘镇的一座桥，几年前遭到洪水冲击，造成桥体部分坍塌造成桥体部分坍塌15公路桥涵水毁的成因分析公路桥涵水毁的成因分析（3）公公路路沿沿线线的的小小桥桥、涵涵洞洞布布置置的的数数量量少少，排排水水系系统统不不完完善善，或或河河沟沟上上游游有有堆堆积积物物、漂漂浮浮物物，导导致致小小桥桥涵涵堵堵塞塞，引引起起洪洪水漫流路面，冲蚀路肩乃至毁坏路基或桥涵。水漫流路面，冲蚀路肩乃至毁坏路基或桥涵。连续大雨，造成该涵洞墙身松动，盖板断裂，连续大雨，造成该涵洞墙身松动，盖板断裂，导致涵洞塌陷、堵塞，加上水流过猛，大量导致涵洞塌陷、堵塞，加上水流过猛，大量泥沙积聚在涵洞中，涵

14、洞内的水流，直接从泥沙积聚在涵洞中，涵洞内的水流，直接从公路中间往上冒，造成路面严重积水公路中间往上冒，造成路面严重积水16公路桥涵水毁的成因分析公路桥涵水毁的成因分析泥石流堵塞涵洞泥石流堵塞涵洞修建高速公路时建设的涵洞，交通涵兼排修建高速公路时建设的涵洞，交通涵兼排水涵水涵涵洞地势低，连接下游的排水沟太小，再涵洞地势低，连接下游的排水沟太小，再加上淤泥堵塞才导致涵洞常年积水加上淤泥堵塞才导致涵洞常年积水17公路桥涵水毁的成因分析公路桥涵水毁的成因分析（4）小小桥桥涵涵进进水水口口紧紧接接较较陡陡的的山山坡坡，进进水水口口处处的的路路基基及及防防护护构构造造物物由由于于洪洪水水急急流流的的顶顶

15、冲冲而而被被摧摧毁毁，或或因因为为淘淘刷刷基基础造成了水毁。础造成了水毁。（5）受受资资金金、材材料料的的限限制制，公公路路标标准准低低、质质量量差差，缺缺少少排排水水和和防防护护构构造造物物；平平原原地地区区的的路路基基标标高高太太低低，填填土土高高度度较较小小；多多年年来来农农、林林、水水和和公公路路建建设设欠欠协协调调，破破坏坏了了生生态态平平衡衡，同同时时公公路路桥桥涵涵的的抗抗灾灾能能力力降降低低，严严重重的的则则发发生了水毁。生了水毁。18小桥涵水毁的防治小桥涵水毁的防治（1）注注意意小小桥桥涵涵设设计计的的合合理理性性。桥桥涵涵位位置置的的选选定定、结结构构的的形形式式、净净孔孔

16、的的大大小小、进进出出口口的的布布置置等等一一系系列列因因素素，均均不不可可忽忽视。视。（2）平平原原地地区区桥桥涵涵设设计计既既要要加加大大桥桥涵涵底底纵纵坡坡，又又要要注注意意进进出出口口水水流流的的纵纵向向顺顺畅畅衔衔接接。进进口口宜宜扩扩大大引引纳纳水水流流，有有条条件件时，涵洞进口可采用流线形（升高管节式）。时，涵洞进口可采用流线形（升高管节式）。（3）山山区区水水流流流流速速较较大大，当当桥桥涵涵处处地地基基为为土土质质时时，为为了了防防止止严严重重冲冲刷刷，应应铺铺砌砌加加固固桥桥涵涵下下的的河河沟沟底底面面。下下游游出出口口可可采采用用挑挑坎坎（一一、二二、三三级级挑挑坎坎）或

17、或加加设设急急流流槽槽、消消力力池池、消力槛等消能设施。消力槛等消能设施。19小桥涵水毁的防治小桥涵水毁的防治（4）对对上上游游蜿蜿蜒蜒曲曲折折的的河河沟沟段段，可可裁裁弯弯取取直直，改改善善水水流流条条件件。有有时时还还可可以以在在桥桥涵涵前前河河沟沟的的上上游游，加加设设消消力力池池等等消消能能设施，以达到降低流速，沉积泥沙的目的。设施，以达到降低流速，沉积泥沙的目的。孔孔径径是是影影响响小小桥桥涵涵水水毁毁的的重重要要因因素素，正正确确进进行行小小桥桥涵涵水水力计算，合理确定小桥涵孔径是防止水毁的重要措施之一。力计算，合理确定小桥涵孔径是防止水毁的重要措施之一。20五、小桥涵水流状态五、

18、小桥涵水流状态1.1.水流类型水流类型 水流的类型有临界流、缓流、急流三类。水流的类型有临界流、缓流、急流三类。当计算基线通过河底时，当计算基线通过河底时，位能：位能：动能：动能：能率：能率：21五、小桥涵水流状态五、小桥涵水流状态当流量及流水断面形状为已知时，能率为水深的函数：当流量及流水断面形状为已知时，能率为水深的函数：位能线位能线动能线动能线能率线能率线C C点的能率最小，称为临界点。点的能率最小，称为临界点。其对应水深其对应水深 为临界水深为临界水深其相应流速其相应流速 称为临界流速称为临界流速22五、小桥涵水流状态五、小桥涵水流状态缓流：缓流：临界流：临界流：急流：急流：位能线位能

19、线动能线动能线能率线能率线23五、小桥涵水流状态五、小桥涵水流状态2.2.临界流及其水力参数临界流及其水力参数临临界界流流就就是是水水深深等等于于临临界界水水深深时时的的一一种种特特殊殊的的水水流流状状态态。主主要参数有：要参数有：（1 1）临界水深）临界水深 （2 2）临界流速）临界流速 （3 3）临界坡度）临界坡度24（1）临界水深）临界水深临界水深时的能率最小，有临界水深时的能率最小，有对任何形状的断面，有对任何形状的断面，有 ，B B为水面宽度。为水面宽度。因此因此或或25临界水深临界水深对于矩形断面对于矩形断面临界水深：临界水深：临界水深计算公式：临界水深计算公式：或：或：对于一般断

20、面对于一般断面26（2）临界流速）临界流速临界流速：临界流速：因此因此而而 （断面平均水深）（断面平均水深）对于矩形断面对于矩形断面对于梯形断面对于梯形断面27（3）临界坡度）临界坡度用谢才流速公式计算流经河槽的流量用谢才流速公式计算流经河槽的流量当水流为临界流时，当水流为临界流时，因此，因此，临界坡度临界坡度28临界坡度临界坡度谢才系数谢才系数C C用满宁系数表达，用满宁系数表达，因此，因此，295-2 小桥水力计算小桥水力计算一、小桥水力计算图式一、小桥水力计算图式通通过过桥桥下下水水流流，由由于于受受到到桥桥头头路路堤堤和和墩墩台台的的挤挤束束，将将使使桥桥下下流流速增大。速增大。若桥下

21、水流压缩很小，则孔径偏大很不经济；若桥下水流压缩很小，则孔径偏大很不经济；若若压压缩缩过过大大，虽虽然然孔孔径径可可以以减减小小，可可节节省省工工程程数数量量，但但会会造造成成上上游游水水淹淹没没农农田田，且且桥桥下下流流速速过过大大需需要要很很坚坚固固的的河河床床加加固固，并并且且水水流流出出桥桥后后会会冲冲刷刷河河床床及及冲冲毁毁下下游游农农田田，直直接接影影响响路路基基和和桥桥梁使用安全。梁使用安全。因因此此，在在一一般般情情况况下下，权权衡衡利利弊弊，选选择择适适当当的的压压缩缩程程度度以以使使桥桥孔设计较为经济合理。孔设计较为经济合理。桥桥孔孔压压缩缩改改变变天天然然水水流流状状态态

22、后后，桥桥下下的的水水流流状状态态还还受受桥桥下下游游沟沟槽槽天天然然水水深深的的影影响响。按按宽宽顶顶堰堰流流理理论论，小小桥桥下下的的水水流流可可有有自自由由出流及非自由出流出流及非自由出流(又叫淹没出流又叫淹没出流)两种水力图式。两种水力图式。30小桥水力计算图式小桥水力计算图式1自由出流自由出流根根据据试试验验分分析析，当当下下游游水水深深小小于于或或等等于于临临界界水水深深的的1.3倍倍时时，桥下为临界水流状态，则为自由出流。桥下为临界水流状态，则为自由出流。这这时时桥桥下下游游天天然然水水深深不不影影响响桥桥下下水水出出流流，桥桥下下的的过过水水量量仅仅与与桥桥下下临临界界水水深深

23、有有关关，此此种种图图式式类类似似于于流流水水通通过过不不淹淹没式宽顶堰情况。没式宽顶堰情况。自由出流的水力条件：自由出流的水力条件：31小桥水力计算图式小桥水力计算图式2.非自由出流非自由出流 当当桥桥下下游游水水深深大大于于临临界界水水深深的的1.3倍倍时时，由由于于下下游游水水位位的的顶顶托托作作用用，桥桥下下临临界界水水深深被被淹淹没没，桥桥下下水水深深即即为为天天然然水水深深，形形成成非非自自由由出出流流。此此时时桥桥下下游游水水深深直直接接影影响响桥桥下下水水流流出出流流，使使桥桥下下流流速速降降低低，过过水水流流量量比比自自由由出出流流有有所减少。所减少。非自由出流的水力条件：非

24、自由出流的水力条件：32二、方法步骤二、方法步骤1.判定桥下水力图式判定桥下水力图式 （1）确定天然水深）确定天然水深htu 试算法试算法u 公式法公式法（2）确定桥下临界水深）确定桥下临界水深hk（3）判断桥下水力图式）判断桥下水力图式2.确定桥梁跨径长度确定桥梁跨径长度L3.计算桥前水深计算桥前水深H4.确定桥头路堤及桥面最低高程确定桥头路堤及桥面最低高程a.试算法试算法 先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，即可从实测河床断面上求即可从实测河床断面上求出过水面积出过水面积w及湿周及湿周x，按表计算出相应的流速、流量。，按表计算出相应的流速、流量。33确定天然水深确定天

25、然水深水位水位天然水深天然水深如求得流量与已知的设计流量相差不超过如求得流量与已知的设计流量相差不超过10%，则所假定的，则所假定的ht及及vt可作为以后孔径计算的依据，否则应另行假定可作为以后孔径计算的依据，否则应另行假定ht，重，重新计算。新计算。34确定天然水深确定天然水深b.公式法公式法 如将河床断面规则化，用三角形代替，如将河床断面规则化，用三角形代替，其中：其中：设计流量（设计流量（m3/s）河床边坡系数河床边坡系数 河床主河沟平均纵坡河床主河沟平均纵坡 河床糙率河床糙率35确定天然水深确定天然水深公式法步骤公式法步骤先按照等面积原理及原河床断面接近的原则，将河床断先按照等面积原理

26、及原河床断面接近的原则，将河床断面规则化，使之用三角形代替面规则化，使之用三角形代替边坡系数：边坡系数：由由 即可求出即可求出相应流速相应流速桥下平均临界水深：桥下平均临界水深：其中对于桥下临界流速其中对于桥下临界流速 ，孔径计算时按桥下的允，孔径计算时按桥下的允许不冲刷流速控制，查附表许不冲刷流速控制，查附表1-351-38临界水深按断面形状分别计算临界水深按断面形状分别计算u对于矩形及宽的梯形桥孔断面，对于矩形及宽的梯形桥孔断面，u对于狭和深的梯形桥孔断面，对于狭和深的梯形桥孔断面，36判断桥下水力图式判断桥下水力图式（2）确定桥下临界水深）确定桥下临界水深37判断桥下水力图式判断桥下水力

27、图式（3）判断桥下水力图式）判断桥下水力图式自由出流：自由出流：非自由出流：非自由出流：38方法步骤方法步骤2.确定桥梁跨径长度确定桥梁跨径长度L（1）自由出流时）自由出流时由流量基本公式，当通过设计流量时，桥下临界断面处由流量基本公式，当通过设计流量时，桥下临界断面处而而因此因此39自由出流时确定桥梁跨径长度自由出流时确定桥梁跨径长度L考虑水流流入桥孔时受侧向收缩的影响，自由出流时临界断考虑水流流入桥孔时受侧向收缩的影响，自由出流时临界断面水宽度公式：面水宽度公式：其中：其中：桥下临界断面的水面宽度（桥下临界断面的水面宽度（m）设计流量（设计流量（m3/s）临界流速（临界流速（m/s），计算

28、时按允许不冲刷流），计算时按允许不冲刷流速控制速控制 侧向挤压系数侧向挤压系数40自由出流时确定桥梁跨径长度自由出流时确定桥梁跨径长度L当为多孔桥时，应考虑桥墩的阻水宽度当为多孔桥时，应考虑桥墩的阻水宽度其中：其中：中墩个数中墩个数 中墩在水面线上顺桥跨方向的宽度中墩在水面线上顺桥跨方向的宽度41自由出流时确定桥梁跨径长度自由出流时确定桥梁跨径长度L当桥孔断面为矩形时，桥跨长度当桥孔断面为矩形时，桥跨长度其中：其中：桥梁上部构造底面高出设计洪水位的高度桥梁上部构造底面高出设计洪水位的高度 桥跨长度桥跨长度当桥孔断面为梯形时，桥跨长度当桥孔断面为梯形时，桥跨长度42确定桥梁跨径长度确定桥梁跨径长

29、度L（2）非自由出流时）非自由出流时此时桥下水深即为河槽的天然水深，则过水断面的平均宽度：此时桥下水深即为河槽的天然水深，则过水断面的平均宽度：当桥孔断面为矩形时，桥跨长度当桥孔断面为矩形时，桥跨长度当桥孔断面为梯形时，桥跨长度当桥孔断面为梯形时，桥跨长度43斜交桥斜交桥如斜交桥斜度为如斜交桥斜度为 ，所需桥跨长度，所需桥跨长度其中：其中：桥台宽度（桥台宽度（m）443.计算桥前水深计算桥前水深（1）自由出流时）自由出流时根据桥前断面与桥下临界断面的伯努里方程可推导出桥前水根据桥前断面与桥下临界断面的伯努里方程可推导出桥前水深的计算公式深的计算公式其中：其中：流速系数，视桥台类型查附表流速系数

30、，视桥台类型查附表1-32 水深为水深为H时的桥前流速时的桥前流速453.计算桥前水深计算桥前水深为简化计算，为简化计算，矩形断面时：矩形断面时：463.计算桥前水深计算桥前水深（2）非自由出流时）非自由出流时其中：其中：根据最后选定的孔径计算的桥下流速（根据最后选定的孔径计算的桥下流速（m/s）简化计算表达式：简化计算表达式：474.确定桥头路堤及桥面最低高程确定桥头路堤及桥面最低高程考虑建桥压缩河床后引起桥前壅水对路堤和桥面高度的影响，考虑建桥压缩河床后引起桥前壅水对路堤和桥面高度的影响，需要对桥头路堤及桥面最低高程进行验算：需要对桥头路堤及桥面最低高程进行验算：路堤最低高程路堤最低高程=

31、河床最低高程河床最低高程+H+桥面最低高程桥面最低高程=河床最低高程河床最低高程+H+1+K其中：其中：桥前水深（桥前水深（m）安全值，一般取安全值，一般取=0.5m 桥前水面至上部构造底面的净空高度，查表桥前水面至上部构造底面的净空高度，查表1-7 桥梁上部构造的建筑高度桥梁上部构造的建筑高度48三、表解法求算孔径三、表解法求算孔径将小桥孔径计算编制成图表，与公式计算略有出入，但能满将小桥孔径计算编制成图表，与公式计算略有出入，但能满足实用的精度。足实用的精度。（1）根据河床土的性质或加固类型，按附表）根据河床土的性质或加固类型，按附表1-351-38确确定允许不冲刷流速定允许不冲刷流速 。

32、（2）先按自由出流计算，由）先按自由出流计算，由 查附表查附表2-1得孔径系数、桥得孔径系数、桥下临界水深下临界水深 和桥前水深和桥前水深H。（3）用公式或试算法求桥下游天然水深）用公式或试算法求桥下游天然水深ht，并判断水力图，并判断水力图式。如为非自由出流，则应重新按非自由出流查表求解，如式。如为非自由出流，则应重新按非自由出流查表求解，如为自由出流，以上计算有效。为自由出流，以上计算有效。（4）计算桥跨长度：）计算桥跨长度：L孔径系数孔径系数Qs （5）验算桥头路堤及桥面最低标高。）验算桥头路堤及桥面最低标高。49算例算例P89505-3 涵洞水力计算涵洞水力计算一、涵洞水力图式一、涵洞

33、水力图式1.1.无压力式无压力式水水流流通通过过涵涵洞洞时时在在其其洞洞身身长长度度内内都都有有与与洞洞顶顶不不接接触触的的自自由由水水面。面。此时下游河槽水流不影响洞内水流的出流。此时下游河槽水流不影响洞内水流的出流。计算方法与自由出流的小桥相同。计算方法与自由出流的小桥相同。无无压压力力式式涵涵洞洞洞洞身身多多为为混混凝凝土土或或砌砌石石构构成成，具具有有较较大大的的抗抗流流速速能能力力，一一般般采采用用较较高高的的出出口口流流速速，但但不不超超过过56m/s。出出口口流速与涵洞长度及涵底纵坡有关。流速与涵洞长度及涵底纵坡有关。51水力图式水力图式对于普通进水口（包括端墙式、八字式、平头式

34、等）对于普通进水口（包括端墙式、八字式、平头式等）对于流线型进水口（包括喇叭形等）对于流线型进水口（包括喇叭形等）其中：其中：涵前水深（涵前水深（m）涵洞洞内净高（涵洞洞内净高（m）涵前水深可按下式估算：涵前水深可按下式估算：525-3 涵洞水力计算涵洞水力计算a a）八字式）八字式b b）端墙式）端墙式c c）锥坡式）锥坡式d d）直墙式）直墙式 e e）扭坡式）扭坡式f f）平头式）平头式g g）走廊式）走廊式h h）流线型式）流线型式53无压力式无压力式542.半压力式半压力式涵洞进水口被淹没，但整个洞身仍具有自由水面。涵洞进水口被淹没，但整个洞身仍具有自由水面。对于普通进水口对于普通进

35、水口对于流线型进水口，一般不出现半压力式水力图式对于流线型进水口，一般不出现半压力式水力图式553.压力式压力式压力式涵洞进口完全被水淹没，且整个洞身被水流充满，无压力式涵洞进口完全被水淹没，且整个洞身被水流充满，无自由表面，整个洞身呈有压力状态，其水力图式与水力学中自由表面，整个洞身呈有压力状态，其水力图式与水力学中的短管出流的水力状态相似。的短管出流的水力状态相似。563.压力式压力式对于流线型进水口，对于流线型进水口，且且其中：其中：涵底纵坡涵底纵坡 洞内摩阻坡度洞内摩阻坡度573.压力式压力式对于普通进水口涵洞，一般不出现有压力式水流状态。对于普通进水口涵洞，一般不出现有压力式水流状态

36、。因为，尽管因为，尽管 ，且，且 ，洞内可能局部充满水流，洞内可能局部充满水流，但由于进水口断面突变，水流在挤入洞内时吸进了空气，致但由于进水口断面突变，水流在挤入洞内时吸进了空气，致使充满的管流不断被空气破坏，实际只能符合不稳定的半压使充满的管流不断被空气破坏，实际只能符合不稳定的半压力式水流状态。力式水流状态。压力式涵洞除满足压力式涵洞除满足 条件外，还应满足条件外，还应满足 。若若 ，水流沿流程因重力而获得的功将大于摩阻力所消，水流沿流程因重力而获得的功将大于摩阻力所消耗的能，洞内离进口不远处的流速即增大到使水流脱离洞顶耗的能，洞内离进口不远处的流速即增大到使水流脱离洞顶面而形成自由水面

37、，使泄水能力降低。面而形成自由水面，使泄水能力降低。58二、孔径计算二、孔径计算1.无压力式涵洞孔径计算无压力式涵洞孔径计算59各类涵洞孔径计算简化公式各类涵洞孔径计算简化公式（1）盖板涵及箱涵盖板涵及箱涵其中：其中：涵前水深，根据水面降落曲线近似计算涵前水深，根据水面降落曲线近似计算其中：其中：洞口处水流深度洞口处水流深度 进水口和壅水降落系数，通常采用进水口和壅水降落系数，通常采用0.8760各类涵洞孔径计算简化公式各类涵洞孔径计算简化公式（3）圆管涵圆管涵（2）石拱桥石拱桥612.半压力式涵洞孔径计算半压力式涵洞孔径计算其中：其中：涵洞进口附近收缩断面面积、水深涵洞进口附近收缩断面面积、

38、水深及流速，及流速，流速系数，普通型洞口取流速系数，普通型洞口取0.85623.压力式涵洞孔径计算压力式涵洞孔径计算其中：其中：从假想的摩擦坡度线起算的涵前水头总从假想的摩擦坡度线起算的涵前水头总高度高度63三、倒虹吸涵洞孔径计算三、倒虹吸涵洞孔径计算1.基本计算公式基本计算公式公路上常用的是竖井式倒虹吸涵洞，孔径计算的基本公式：公路上常用的是竖井式倒虹吸涵洞，孔径计算的基本公式：其中：其中：上下游水面的水位差，即总水头损失，等上下游水面的水位差，即总水头损失，等于沿程水头损失与局部水头损失之和。于沿程水头损失与局部水头损失之和。水头损失综合系数水头损失综合系数64倒虹吸涵洞孔径计算倒虹吸涵洞

39、孔径计算断面为圆形时：断面为圆形时：断面为正方形时：断面为正方形时：2.水头损失综合系数的确定水头损失综合系数的确定水流通过倒虹吸涵洞的水头损失，由沿程水头损失与局部水流通过倒虹吸涵洞的水头损失，由沿程水头损失与局部水头损失两部分组成。局部水头损失包括：涵身断面变化、水头损失两部分组成。局部水头损失包括：涵身断面变化、进口、转变、出口等各项阻力引起的水头损失进口、转变、出口等各项阻力引起的水头损失同时考虑同时考虑 上各项水头损失，水头损失综合系数：上各项水头损失，水头损失综合系数：65倒虹吸涵洞孔径计算倒虹吸涵洞孔径计算（1）沿程阻力系数）沿程阻力系数66各项阻力系数各项阻力系数其中：其中：涵

40、洞沿程长度，包括两竖井沿程长度涵洞沿程长度，包括两竖井沿程长度 涵身断面水力半径涵身断面水力半径 粗糙系数。涵洞材料为混凝土时，采用粗糙系数。涵洞材料为混凝土时，采用0.0130.014；为浆砌石块时，为；为浆砌石块时，为0.0160.017（2）涵身断面变化的阻力系数）涵身断面变化的阻力系数 查附表查附表2-3（3）进口阻力系数）进口阻力系数 查附表查附表2-4（4）转弯阻力系数）转弯阻力系数u 急弯急弯 ，查附表，查附表2-5u 缓弯缓弯 ，其中：其中：系数，对于正方形断面查附表系数，对于正方形断面查附表2-6，对于圆，对于圆形断面查附表形断面查附表2-767各项阻力系数各项阻力系数（5）

41、出口阻力系数）出口阻力系数涵洞水流出口断面增大，流速骤减，一般取出口阻力系数涵洞水流出口断面增大，流速骤减，一般取出口阻力系数为为1倒虹吸管的渠道一般最大与最小流量相差甚大。倒虹吸管的渠道一般最大与最小流量相差甚大。孔径设计时注意使倒虹吸管通过最大流量时水头损失不致过大，孔径设计时注意使倒虹吸管通过最大流量时水头损失不致过大，不致恶化管后渠道水流状态，并使管内流速不致恶化管后渠道水流状态，并使管内流速通过最小流量时，管内流速不小于通常采用的不淤流速通过最小流量时，管内流速不小于通常采用的不淤流速1.5m/s，并最好使入口水流满孔，以免产生脉动压力水跃对，并最好使入口水流满孔，以免产生脉动压力水

42、跃对倒虹吸管不利。倒虹吸管不利。当单孔不能满足上述条件时，可采用双孔。当单孔不能满足上述条件时，可采用双孔。68各项阻力系数各项阻力系数695-4.确定小桥涵孔径的经验方法确定小桥涵孔径的经验方法一、估算法一、估算法（1 1）对对于于有有明明显显河河槽槽、河河岸岸稳稳定定、无无冲冲刷刷现现象象并并可可调调查查到到洪水位的河沟，可按以下三种情况估定孔径：洪水位的河沟，可按以下三种情况估定孔径：洪洪水水不不溢溢槽槽，水水深深小小于于0.5m0.5m的的，以以水水面面宽宽度度一一半半来来估定；估定；洪洪水水不不溢溢槽槽，水水深深超超过过0.5m0.5m的的，以以水水面面宽宽度度与与沟沟底底宽度之和的

43、一半来估算确定。宽度之和的一半来估算确定。洪洪水水溢溢槽槽的的，采采用用沟沟顶顶的的宽宽度度，再再考考虑虑溢溢槽槽水水深深和和泛滥宽度，酌情加大孔径。泛滥宽度，酌情加大孔径。705-4.确定小桥涵孔径的经验方法确定小桥涵孔径的经验方法（2）对于冲刷痕迹显著的河床，最好在上下游选择比较稳）对于冲刷痕迹显著的河床，最好在上下游选择比较稳定的河段，参照以上方法估算确定孔径。如无上述条件，可定的河段，参照以上方法估算确定孔径。如无上述条件，可用沟顶宽度来估定。用沟顶宽度来估定。（3）对于河槽明显、河岸稳定，但调查不到洪水位时，可）对于河槽明显、河岸稳定，但调查不到洪水位时，可用河沟顶宽和底宽之和的一半

44、来估算确定。用河沟顶宽和底宽之和的一半来估算确定。（4）无明显河槽时，应估计过水面积，估算流量，拟定孔）无明显河槽时，应估计过水面积，估算流量，拟定孔径。径。（5）如能调查到历史洪水位，则可根据拟定采用洪水位的）如能调查到历史洪水位，则可根据拟定采用洪水位的水面宽度和水深参照附表估定。水面宽度和水深参照附表估定。715-4.确定小桥涵孔径的经验方法确定小桥涵孔径的经验方法二、不考虑水文条件的情况二、不考虑水文条件的情况（1 1）地地区区地地形形复复杂杂工工程程艰艰巨巨地地段段，为为避避免免高高填填深深挖挖而而设设置置的的旱旱桥桥（涵涵），以以及及山山区区狭狭窄窄的的干干谷谷和和瀑瀑布布型型的的

45、深深沟沟，可可直直接接根据地形结合路线要求、基础条件以及经济原则确定孔径。根据地形结合路线要求、基础条件以及经济原则确定孔径。（2 2）人人工工排排灌灌渠渠道道上上的的桥桥涵涵，应应根根据据灌灌溉溉流流量量和和当当地地水水利利部部门门及及有有关关单单位位意意见见确确定定其其孔孔径径。一一般般以以不不压压缩缩渠渠道道过过水水面面积积为宜。为宜。（3 3）桥涵下兼作其他通道时，应按相应的净空要求确定孔径。）桥涵下兼作其他通道时，应按相应的净空要求确定孔径。（4 4）考考虑虑养养护护方方便便按按最最小小孔孔径径设设涵涵。一一般般汇汇水水面面积积很很小小，经经常常无无水水的的干干沟沟、小小型型农农田田灌灌溉溉渠渠、路路基基边边沟沟排排水水涵涵多多按按最最小小孔径设涵。孔径设涵。72补充：堰流补充：堰流堰流：流经过水建筑物顶部下泄，溢流上表面不受约束的堰流：流经过水建筑物顶部下泄，溢流上表面不受约束的开敞水流。开敞水流。73补充：堰流补充：堰流74补充：堰流补充：堰流工工程程上上通通常常按按照照堰堰壁壁厚厚度度与与堰堰上上水水头头H H的的比比值值大大小小及及水水流流的的特征将堰流分作：特征将堰流分作：1薄壁堰：薄壁堰：2实用堰：实用堰：3宽顶堰流：宽顶堰流：