第五章涵洞设计.doc

第五章 涵洞设计5.1 概述5.1.1 涵洞分类按建筑材料，涵洞分为石涵、混凝土涵、钢筋混凝土涵、钢波纹管涵等按构造形式，涵洞分为管涵、盖板涵、拱涵、箱涵等按填土高度，涵洞分为明涵、暗涵。当涵洞洞顶填土高度小于0.5m时称明涵，当涵洞洞顶填土高度大于或等于0.5m时称为暗涵。按水力性质，涵洞分为无压力式、半压力式、压力式三种。5.1.2 涵洞选用原则涵洞应根据所在公路的使用任务、性质和将来的发展需要，按照实用、经济、安全和美观的原则进行设计。同时，公路涵洞设计应适当考虑农田排灌的需要。适当考虑各方面的综合利用。涵洞主要是为了排泄地面水流而设置的横穿路基的小型排水构造物，其布置应结合地形、地物、地质等条件沿路合理布置，用来排水的涵洞应尽量与水流方向一致，与路线方向垂直，避免布置不当引起的壅水、涡流、下游冲刷过大等现象。5.2 涵洞拟定与设计5.2.1 圆管涵设计圆管涵的标准跨径通常取50、75、100、125、150（cm）。本设计为山区丘陵地按一沟一涵设计涵洞，下面以排水总体规划图中K0+380处的涵洞计算为例，参考资料为公路排水设计手册，以下系数及表均由此书中摘取。采用的方法为径流形成法，此法是以暴雨资料为主推算小流域洪水流量的一种方法，是公路部门目前普遍使用的一种计算方法，该公式只适用于汇水面积F30km2的小流域。设计流量： (5.1)式中：QP规定频率为P时的雨洪设计流量（m3/s） F汇水面积（km2），根据详细设计平面图计算得：F=0.064km2 h暴雨径流厚度（mm） 由表3.2-5查得本地区为暴雨分区的第三区 由表3.2-7查得汇水区土的吸水类属第类 由表3.2-6取汇流时间为t30min 根据公路类型，本地区设计洪水频率为1/50 根据以上四个因素值查表得h37mm Z被植物或坑挖滞流的径流厚度 由表3.2-8根据地面特征查表得Z5mm地貌系数，根据地型、汇水面积F、主河沟平均坡度Iz决定 汇水面积F（km2） F10 km2 由表3.2-9查得=0.1 洪峰传播的流量折减系数，由汇水面积重心至桥涵的距离（L01Km）及汇水区的类型（丘陵汇水区）综合查3.2-10表得，本设计取=1； 汇水区降雨不均匀的折减系数，查表3.2-11，由于汇水区得长度宽度均小于5Km，故不予考虑，取=1； 考虑湖泊或小水库调节作用对洪峰流量影响的折减系数，本地区有一个小池塘面积为3854m2，所以3854/64000=6%，查表3.2-12可得取0.99.将各值带入公式5-1计算得 m3/s确定涵洞孔径d：初选临界水深hk时的充满度为hk/d=0.7。查3.3-3表，k=0.221。则管径为： (5.2) 取管径d=1.5m。以d=1.5m代入计算时，可得 查表得到相应的。故临界水深临界流速和临界坡度的确定：查表可得，当时， ，。则：临界流速： (5.3) m/s临界坡度为： (5.4) 涵前水深：圆管涵洞门采用八字翼墙式，则流速系数取0.89，假设涵前流速=0，则： (5.5) 所以如果涵前流速，则涵前水深一定小于1.02，因此涵前水深满足规定。涵洞进水口处最小净空高度 涵内正常水深H0和流速V0涵洞坡度为临界坡度即：=4.15，断面流量特征值 (5.6) 满流时的断面流量特征值 由查表可得充满度，由此 查表可得断面的流速特征值相对值满流时的断面流速特征值为 流速特征值 涵内流速 (5.7) 小于混凝土的圆管流速。采用临界坡度时，涵内正常水深h0和流速v0均与临界水深hk和临界流速vk相同。涵洞底坡等于临界坡度，涵前水深小于允许水深，涵洞进水口处得净空高度大于要求得最小净空高度，涵洞出口处水深（涵内水深）大于下游正常水深，涵洞水流状态为无压自由流。最大纵坡的确定： 假设涵洞内正常流速采用允许流速（），则涵洞纵坡可增大。由流量公式，涵内过水断面面积为。则，查表3.3-3的充满度。由此，正常水深m。查表知断面的流速特征相对值,其中由此： 。则 。可见涵洞纵坡I可在ik=4.1552.8范围内选择。确定涵洞长度 式中： B路基宽度，为10米B上 , B下由路基中心至上，下游路基边缘的宽度，当路基无加宽时均为0.5B，即为5.0米； H路基填土总高度，即由路基中心至路基边缘高度，此涵洞处为3.7米 h上，h下涵洞上下游洞口建筑高度，h上取2.5米，h下取2米 m路基边坡坡度（按1：m），m=1：1.5 i0涵底坡度（以小数表示） i0=2% L上，L下涵洞上，下游长度 涵洞全长： L= L上+L下=6.6+7.78= 14.38m