公路涵洞设计细则解释.pptx

细则包括的内容1.各类涵洞的使用条件，涵洞布设的基本要求，以及涵洞与路基在设计与施工中的相关要求；2.涵洞各个勘查阶段的工作内容、精度以及平纵布设要求；3.涵洞水利水文的计算方法及适用条件；4.各类涵洞的组成部分和构造要求；5.涵洞上、下部结构计算的方法；6.讨论。内内容容1.为适应公路建设需要，规范、指导公路涵洞的勘测设计，依据公路工程技术标准（JTG B01）和公路桥涵设计通用规范（JTG D60）等相关标准、规范的规定，制定本细则。2.本细则适用于新建和改建各级公路涵洞的勘测设计。3.涵洞布设除必须满足排水、输砂要求外，还应与公路排水系统、水利规划及农田排灌相合。一一.总则总则一总则4.公路涵洞设计应符合安全、适用、经济、美观和有利环保的要求，并考虑因地制宜、就地取材、便于施工和养护等因素。5.公路涵洞的勘测设计除应符合本细则规定外，尚应符合现行国家颁发的有关标准、规范的规定。一总则1.涵洞 culvert 为保证地面水流能够横穿公路而设置的小型构 造物，一般由基础、洞身、洞口组成。2.管涵 pipe culvert 洞身为管形的涵洞。3.拱涵 arch culvert 洞身截面顶部呈拱形的涵洞。4.箱涵 box culvert 洞身为钢筋混凝土箱形截面的涵洞。二二.术语术语(29个，其中涵洞关于结构个，其中涵洞关于结构9个，水利水文个，水利水文10个，材料、作用及分项系数个，材料、作用及分项系数9个）个）二术语5.盖板涵 slab culvert 洞身以钢筋混凝土板、石板等作为顶盖的涵洞。6.压力式涵洞 outlet submerged culvert 进、出洞口都被水流淹没，洞身涵长范围内全断 面过水且洞内顶部承受水头压力的涵洞。7.半压力式涵洞 inlet submerged culvert 进口被水流淹没，洞身内只有部分段落承受水头 压力的涵洞。二术语8.无压力式涵洞 inlet unsubmerged culvert 洞身全长的水流处于无压流动状态下的涵洞。9.倒虹吸涵 inverted siphon 路基两侧水流都高于涵洞进、出水口，且靠水流 压力通过形似倒虹吸的涵洞。10.汇水面积（集水面积）catchment area 流域分水线与涵位断面之间所包围的平面面积。11.径流 runoff 陆地上的降水汇流到河流、湖库、沼泽、海洋、含水层或沙漠的水流。二术语12.壅水 back water 水流受到压缩或潮水水位、干流水位顶托而 导致上游水位抬高的现象。13.临界流速 critical velocity 明渠水流中发生临界水深的断面平均流速。14.允许（不冲刷）流速 the permit velocity for no scour 涵洞和排水计算时，保证不出现冲刷所采用 的流速。二术语15.过水断面 wetted cross-section 河流、渠道或管道内能排泄水流的横断面。16.湿周 wetted perimeter 过水断面的水流与河床（管道）接触部分的 润湿边界长度。17.水力半径 bydraulic radius 过水断面面积与其湿周的比值。18.淤积 sediment 水流挾带的泥沙由于流速减缓而沉积的现象。二术语19.糙率 coefficient of roughness 综合反映河床粗糙程度对水流起摩阻影响的系 数。20.材料强度标准值 characteristic value of material strength 设计结构或构件时采用的材料强度的基本代表 值。该值可根据符合规定标准的材料，取其强 度概率分布的0.05分位值确定。21.材料强度设计值 design value of material strength 材料强度标准值除以材料强度分项系数后的值。二术语22.作用 actions 施加在结构上的集中力或分布力如汽车、结 构的自重及土压力等，称为直接作用，也称 为荷载；引起结构外加变形或约束变形的原 因如地震、基础不均匀沉降、温度变化等，称为间接作用。两者统称为作用。23.作用标准值 characteristic value of an action 作用的主要代表值。其值可根据设计基准期 内最大概率分布的某一分位值确定。二术语24.作用设计值 design value of an action 作用标准值乘以作用分项系数后的值。25.作用效应 effects of an action 结构对所受作用的反映，称为作用效应。如由 作用产生的结构或构件的轴向力、弯矩、剪力、应力、裂缝、变形等。26.作用效应组合 combination for action effects 结构上几种作用分别产生的效应的随机叠加。二术语27.安全等级 safety class 根据结构破坏所产生后果的严重程度而划分 的设计安全等级。28.结构重要性系数 coefficient for importance of a structure 对不同安全等级的结构，为使其具有规定的可 靠度而对作用效应附加的系数。二术语29.分项系数 partial safety factor 为保证所设计的结构或构件具有规定的可靠 度，在结构极限状态设计表达式中采用的系 数。分为作用分项系数和材料分项系数等。二术语公路涵洞设计细则 解解 释释 冯忠居冯忠居 教授教授 长安大学长安大学 二零零七年九月二零零七年九月1.1.材料强度材料强度1)涵洞所用石材、混凝土和砂浆的强度级，应按下列规定采用：石材强度等级：MU120、MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30；混凝土强度等级：C40、C35、C30、C25、C20、C15；砂浆强度等级：M20、M15、M10、M7.5、M5。三三.材料材料三材料注：石材强度等级采用边长70mm的含水饱和立方 体试 件的抗压强度（MPa）表示。抗压强度取三块试件 平均值；混凝土强度等级的定义见公路钢筋混凝土及预应 力混凝土桥涵设计规范（JTG D62）；砂浆的强度等级采用边长70.7mm的标准立方体试件 28d抗压强度（MPa）表示。抗压强度取三块试件平 均值；不同尺寸的石材试件强度换算系数及石砌体的分类 可按附录A的规定采用。三材料2)石材强度设计值应按表3.1.2的规定采用。表3.1.2 石材强度设计值（MPa）三材料3)混凝土强度设计值应按表3.1.3规定采用。表3.1.3 混凝土强度设计值（MPa）三材料 4)砂浆砌体抗压强度设计值规定如下：混凝土预制块砂浆砌体抗压强度设计值fcd应 按表3.1.4-1的规定采用。三材料 表3.1.4-1混凝土预制块砂浆砌体抗压强度设计值fcd（MPa）三材料块石砂浆砌体抗压强度设计值fcd应按表3.1.4-2的规定采用。表3.1.4-2 块石砂浆砌体的抗压强度设计值fcd（MPa）注：对各类石砌体，应按表中数值分别乘以下列系数：细料 石砌体1.5；半细料石砌体1.3；粗料石砌体1.2；干砌块 石砌体可采用砂浆强度为零时的抗压强度设计值。三材料片石砂浆砌体抗压强度设计值fcd应按表3.1.4-3的规定采用。表3.1.4-3 片石砂浆砌体的抗压强度设计值fcd（MPa）注：干砌片石砌体可采用砂浆强度为零时的抗压强度设计值。三材料各类砂浆砌体的轴心抗拉强度设计值ftd、弯曲抗拉强度设计值ftmd和直接抗剪强度设计值fvd应按表3.1.4-4的规定采用。表3.1.4-4 砂浆砌体轴心抗拉、弯曲抗拉和直接抗剪强 度设计值（MPa）三材料注：(1)砌体龄期为28d；(2)规则砌块砌体包括：块石砌体、粗 料石砌 体、半细料石砌体、细料石砌体、混凝土预 制块砌体；(3)规则砌块砌体在齿缝方向受剪时，系通过砌 块和灰缝剪破。三材料 5)小石子混凝土砌块石、片石砌体强度设计值，应分别按表3.1.5-1和表3.1.5-2及表3.1.5-3 的规定采用。表3.1.5-1小石子混凝土砌块石砌体轴心抗压强度设计值fcd(MPa)注：砌块为粗料石时，轴心抗压强度为表值乘1.2；砌块为 细料石、半细料石时，轴心抗压强度为表值乘1.4。三材料 表3.1.5-2小石子混凝土砌片石砌体轴心抗压强度设计值fcd(MPa)三材料 表3.1.5-3小石子混凝土砌块石、片石砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉和直接抗剪强度设计值(MPa)注：其它规则砌块砌体强度值为表内块石砌体值乘以下列 系数：粗料石砌体0.7；细料石、半细料石砌体0.35。三材料6)混凝土及各类砌体的受压弹性模量应分别按表3.1.6-1、表3.1.6-2的规定采用。混凝土和砌体的剪变模量Gc和Gm分别取其受压弹性模量的0.4倍。表3.1.6-1混凝土的受压弹性模量（MPa）三材料 表3.1.6-2各类砌体受压弹性模量（MPa）三材料7)普通钢筋宜选用热轧R235、HRB335、HRB400及KL400钢筋。普通钢筋的抗拉强度标准值fsk、抗拉强度设计值和抗压强度设计值应分别按表3.1.7的规定采用。三材料 表3.1.7 普通钢筋抗拉强度标准值及抗拉、抗压强度设计值（MPa）注：(1)表中d系指国家标准中的钢筋公称直径，单位为mm。(2)钢筋混凝土轴心受拉和小偏心受拉构件的钢筋抗拉 强度设计值大于330MPa时，仍应按330MPa取用；(3)构件中配有不同种类的钢筋时，每种钢筋应采用各 自的强度设计值。三材料8)普通钢筋的弹性模量应按表3.1.8的规定采用。表3.1.8 钢筋的弹性模量Es（MPa）三材料2.2.材料基本要求材料基本要求1)公路涵洞所使用的材料的最低强度等级应符合表3.2.1的规定。钢筋混凝土涵洞的混凝土强度等级不应低于C20。表3.2.1 涵洞材料的最低强度等级三材料2)片石混凝土为混凝土中掺入不多于其体积20%的片石，片石强度等级不应低于混凝土强度等级和本细则第3.2.1条规定的石材最低强度等级。片石混凝土各项强度、弹性模量和剪变模量可按同强度等级的混凝土采用。3)累年最冷月平均温度等于或低于-10的地区，当无实践经验证明材料确有足够抗冻性能的，应作抗冻试验。所用的石材抗冻性指标，应符合下列规定：石材在含水饱和状态下经过-15的冻结与20融化的循环25次。试验后的材料应无明显损伤（裂缝、脱层），其强度不应低于试验前的0.75倍。三材料 4）石材应具有耐风化和抗侵蚀性。用于浸水或气候潮湿地区的受力结构的石材，其在含水饱和状态下与干燥状态下试块极限抗压强度的比值不应低于0.8。5）结构混凝土耐久性的基本要求应符合表3.2.5的规定。三材料 表3.2.5 结构混凝土耐久性的基本要求注：（1）表中氯离子含量系指其与水泥用量的百分率；（2）当有实际工程经验时，处于类环境中结构混 凝土的最低强度等级可比表中降低一个等级。三材料6)普通钢筋的最小混凝土保护层厚度应符合表3.2.6的规定。表3.2.6 普通钢筋最小混凝土保护层厚(mm)注：（1）预制钢筋混凝土圆管涵最小混凝土保护层厚度 可按环境类别分别采用20、30、40、40mm。（2）对于环氧树脂涂层钢筋，可按环境类别取 用。三材料公路涵洞设计细则 解解 释释 冯忠居冯忠居 教授教授 长安大学长安大学 二零零七年九月二零零七年九月四.一般规定1.1.涵洞分类涵洞分类1)按建筑材料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。2)按构造型式构造型式涵洞分为管涵、盖板涵、拱涵、箱涵等。常见的涵洞适用跨径应符合表4.1.2的规定。四一般规定 表4.1.2各类涵洞适用跨径（m）四一般规定3)按填土高度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时称暗涵。4)按水力性质水力性质涵洞分为无压力式、半压力式、压力式三种。2.2.各类涵洞的适用条件各类涵洞的适用条件1)钢筋混凝土管涵钢筋混凝土管涵适用于缺少石料地区有足够填土高度的小跨径暗涵。一般采用单孔；多孔时不宜超过3孔。四一般规定2)钢筋混凝土盖板涵钢筋混凝土盖板涵适用于无石料地区且过水面积较大的明涵或暗涵。3)拱涵拱涵适用于跨越深沟或高路堤。4)钢筋混凝土箱涵钢筋混凝土箱涵适用于软土地基。5)石盖板涵石盖板涵适用于石料丰富、且过水流量较小的小型涵洞。6)倒虹吸管涵倒虹吸管涵适用于路堑挖方高度不能满足设置渡槽的净空要求时的灌溉渠道，不适用于排洪河沟。7)钢波纹管涵钢波纹管涵适用于地基承载力较低，或有较大沉降与变形的路基。四一般规定3.3.涵洞布设基本要求涵洞布设基本要求1)各级公路涵洞设计洪水频率、汽车荷载及安全等级应符合表4.3.1的规定。表4.3.1 涵洞设计洪水频率、汽车荷载及安全等级注：（1）二级公路作为干线公路且重型车辆多时，其涵 洞设计可采用公路-级汽车荷载。（2）四级公路重型车辆少时，其涵洞设计可采用公 路-级车辆荷载效应的0.7倍。四一般规定2)新建涵洞应采用无压力式涵洞；当涵前允许积水时，可采用压力式或半压力式涵洞；当路基顶面标高低于横穿沟渠的水面标高时，也可设置倒虹吸管涵。3)涵洞的孔径涵洞的孔径，应根据设计洪水流量、河沟断面形态、地质和进出水口沟床加固形式等条件，经水力验算确定。4)新建涵洞应采用标准跨径新建涵洞应采用标准跨径0.75m、1.0m、1.25m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、4.0m、5.0m，其中0.75m的孔径只适用于无淤积地区只适用于无淤积地区的灌溉渠。排洪涵洞跨径不宜小于1.0m。四一般规定5)涵洞内径或净高不宜小于0.75m；涵洞长度大于15m但小于30m时，其内径或净高不宜小于1.0m；涵洞长度大于30m且小于60m时，其内径或净高不宜小于1.25m；涵洞长度大于60m时，其内径或净高不宜小于1.5m。当旧路改建、拓宽时当旧路改建、拓宽时，如原涵洞状态良好，其孔径和长度可视具体情况而定。寒冷地区寒冷地区的涵洞内径及净高应考虑涎流冰的影响。四一般规定6)冰冻地区冰冻地区不宜采用小孔径管涵和倒吸虹管涵洞。当 有农田排灌需要，必须采用时，须在冻 期前将管内积水排除，并将两端进出口封闭。7)无压力式涵洞内顶点至最高流水面的净空，应符合表4.3.7的规定。涵前水深应小于或等于涵洞净高涵前水深应小于或等于涵洞净高的的1.15倍倍。可不计涵前积水对设计流量的影响。表4.3.7无压力式涵洞净空高度hd（m）四一般规定8)涵洞位置涵洞位置应符合沿线线形布设要求，当不受线形布设限制时，宜将涵洞位置选择在地形有利，地质条件良好，地基承载力较高、沟床稳定的河（沟）段上。9)涵洞出入口处应设端墙或翼墙，其式样和尺寸应使涵洞具有相应的过水能力和保证涵洞处路堤的稳定。端墙或翼墙与洞身应设缝隔开，缝内填以不透水材料。四一般规定 10)涵洞的洞身和出入口一定范围内的沟床、路基坡面、锥体填方均应铺砌加固。出入口铺砌的平面 形式应根据沟形确定，对于无明显沟槽者，出口平面宜采用等腰梯形，其铺砌角可取为20；铺砌材料应按铺砌层上最大流速确定，铺砌末端必须设截水墙。当沟床为岩石或不被洪水冲移的大块石、漂石所覆盖时，沟床可不作铺砌。在纵坡陡、流速大的河沟，必要时还需设置急流槽、跌水及相应的消能措施,并应在端墙外端底部设置截水墙。在沟床铺砌的端部，亦应设置截水墙。四一般规定 11)斜坡上的涵洞涵底纵坡涵底纵坡不宜大于5，圆管 涵的纵坡不宜大于3。当涵底纵坡大于5时，涵底宜采用齿状基础，或者出口设置为扶壁式。当涵底纵坡大于10时，洞身及基础应分段作 成阶梯形，前后两节涵洞盖板或拱圈的搭接高 度不应小于其厚度的14。四一般规定 12)沉降缝设置沉降缝设置。置于非岩石地基上的涵洞,根 据涵洞的涵底纵坡及地基土情况,每隔4-6m 应设置一道沉降缝；高路堤路基边缘以下的 洞身及基础每隔适当距离应设置沉降缝；旧 涵洞接长时，亦应在新旧接头处设置沉降缝。沉降缝应采用弹性不透水材料填塞。岩石地 基上的涵洞可不设沉降缝。四一般规定13)涵洞的基础涵洞的基础，应按涵洞的构造、地质条件及地基处理的情况，设计为整体式或非整体式。冰冻地区，端墙与端管节应采用整体的刚性基础。14)有水压涵洞应设置基础，管节（涵节）（涵节）接缝应密不透水，避免水压渗透，保证路堤及基底的稳定性。15)管涵及其他封闭式截面的涵洞，当涵身底部土质均匀，下沉量不大时，涵洞可不设基础，并按表4.3.15进行处置。但涵洞出入口应设基础并考虑防渗作用，以避免管节（涵节）（涵节）间发生不均匀沉降和接缝漏水。四一般规定 表4.3.15涵身底部的处置形式四一般规定16)排洪涵洞和通道涵洞应分别设置排洪涵洞和通道涵洞应分别设置。如设置排洪涵兼通道时，应详细分析历史洪水情况，采取必要的防洪安全措施，确保人、畜和车辆的通行安全。17)涵洞基础应计算工后沉降工后沉降，其工后沉降量不应大于200mm。当涵洞的工后沉降量不满足上述要求时，应进行地基处理。4.4.涵洞与路基在设计与施工中的相关要求涵洞与路基在设计与施工中的相关要求（重要）（重要）四一般规定1)涵洞洞身两侧填土应对称均衡分层夯实，其每侧长度不应小于洞身两侧填土高度的一倍，压实度不应小于96。2)高速公路、一级公路、二级公路路堤与涵洞连接处应设置过渡段，过渡段长度宜按23倍路基填土高度确定。路基压实度不应小于96%，填料强度、地基处理、涵台背防排水等应进行综合设计。3)当采用机械填土时，须待涵洞圬工达到容许强度后，洞身两侧应用人工或小型机具对称夯填，待填方高出涵顶不少于1.0m时，再用机械填筑。四一般规定4)预制混凝土拱圈和钢筋混凝土盖板的宽度应视起重及运输能力而定，但应保证构件的强度和刚度，其宽度不应小于1.0m。当需加宽时，可按0.5m的倍数增加。预制钢筋混凝土圆形管节的长度不宜小于1.0m。5)施工时涵洞应设上拱度施工时涵洞应设上拱度，除高填土和长、大孔径涵洞需要计算外，一般涵洞的预设拱度，可按表4.4.5的规定设置。但入口流水槽面的高程不宜低于涵身中部流水槽面的高程。四一般规定 表4.4.5涵洞预设上拱度6)在同一区段内的涵洞类型，应力求简化，便于 施工及养护维修。四一般规定公路涵洞设计细则 解解 释释 冯忠居冯忠居 教授教授 长安大学长安大学 二零零七年九月二零零七年九月五.涵洞勘测1.1.初测阶段涵洞勘测的工作内容和要求初测阶段涵洞勘测的工作内容和要求1)初测阶段勘测的目的目的是通过外业勘测和调查，收集和初步整理出涵洞设计所需的外业资料，包括涵洞所在区域的排水体系、地形、地质、水文、农田排灌等自然条件，结合路基排水系统合理拟定涵洞的位置、结构类型、孔径、高度、洞口布置及附属工程等。五涵洞勘测2)基本资料的收集 沿线地形图，以能获得汇水区流域面积、主河沟纵横坡度等资料为原则。地质特征资料和区域地质图及土壤土壤土壤土壤资料。多年平均降雨量，与设计洪水频率相对应的24h降雨量及雨力等。涵位附近上、下游坝、闸、渠等水利设施的修建情况和水文资料。地区性洪水计算方法、历史洪水资料、各河沟已有洪水计算成果。五涵洞勘测 现有排灌系统及规划方案图、各排灌渠的设计断面、流量、水位等。对于改建工程，还需收集有关原涵洞测设、施工及竣工资料。了解涵洞的使用、养护、水毁等情况。3)初测的主要工作内容 一般的涵洞经现场粗略勘测调查确定位置，但复杂的涵洞、改沟工程、人工排灌渠道等应进行高程与断面测量。当涵洞处于村庄附近，应调查历史洪水位、常水位、沟床冲淤及漂浮物等情况。五涵洞勘测 调查涎流冰、泥石流及既有涵洞现状、结构类型、基础埋深、冲淤变化、运用情况等。征求当地群众和有关部门对拟建涵洞的意见。现场初步选定涵洞类型、洞口型式及防护工程类型。勾绘涵址汇水面积，进行必要的水文、水力计算。采用调查、挖探、钻探相结合的方法了解地基承载力、地质构造和地下水情况及其对构造物的稳定性影响等。在涵洞轴线上勘探点不少于五涵洞勘测 1个，其深度应达到持力层，遇软弱地基应穿 过软弱夹层。提供涵洞轴线地质断面图与勘探 点柱状图。对地质条件复杂的场地，应增勘涵 洞中线及左、右边线的地质断面图。对于改建工程，还应查明原涵洞的位置、结 构形式、荷载标准、跨径、高度、长度、基础 形式及埋置深度、修建年代、损毁修复等情况 及利用的程度。五涵洞勘测2.2.定测阶段涵洞勘测的工作内容和要求定测阶段涵洞勘测的工作内容和要求1)定测阶段涵洞勘测的目的目的是根据批准的初步设计文件所确定的原则和方案，在初测资料的基础上，进行详细的调查、勘测、核实、补充或 修正，确定涵洞的位置、交角、结构类型、孔径、涵底标高、地基土壤类别、基础形式、洞口布置及附属工程等，满足施工图设计需要。2)定测的主要工作内容 涵址平面示意图和（工点）地形图测量一般的涵洞可绘制涵址平面示意图。应示出路线、沟渠、建筑物的相对位置；涵址桩号；五涵洞勘测 历史洪水位和泛滥范围；原地面（含沟底）主 要特征点高程等。复杂的涵洞，应绘制涵址地形图。其范围为上 游2倍沟宽、下游1倍沟宽，并超过铺砌加固长 度，顺路线方向为最高历史洪水位以上0.5m。除平面示意图要求外，还应增绘地面等高线；设计频率洪水泛滥线；涵洞及调治构造物位 置；改沟位置；改建工程原有墩台、进出口及 铺砌的位置和高程等。五涵洞勘测 涵址横断面测量 应沿路线方向测量涵址中线沟渠断面；当沟渠 与路线正交时，即为沟渠的横断面。比例尺可 根据沟渠宽度采用1：501：200，测绘范围一 般在调查历史洪水位以上0.5m，或洪水泛洪线 10m以外，沟渠有堤坝时应测到堤外。应示出 涵址桩号；路基设计标高；历史洪水位、设计 水位；地貌情况；地质挖探等。若沟形复杂，洞口不易布置时，可选择上、下游洞口附近补 测断面。当路幅较宽、斜交角度较大时尚需增 测必要的垂直沟渠的横断面。五涵洞勘测 沟渠纵断面测量 沟渠纵断面一般应沿沟底施测，施测长度为 上、下游洞口外不应小于20米。比例尺采用 1：1001：200。应示出沟渠纵坡；冲淤情 况；涵址桩号；路基设计标高；历史洪水位 和设计水位的水面线。对于改建工程，尚须 增加原涵洞、进出口铺砌加固等构造物的位 置和高程等。沟渠洪水纵坡测量 当洪水位比降不易测到时，可用常水位、低 水位比降或沟底平均坡度代替，其施测长度：五涵洞勘测 在平原区，宜沿沟渠上游测量200米，下游100 米；在山区，宜沿沟渠上游测量100米，下游 50米；如有陡坡跌水时，其施测长度还应将陡 坡跌水包含在内。地质调查及勘探 对存在不良地质的涵洞或移位、新增涵洞，其 地基的地层岩性、地质构造及岩土承载力应补 充地质勘探。提供资料与初测阶段相同。五涵洞勘测3.3.涵洞勘测的精度要求涵洞勘测的精度要求1)外业勘测资料应准确可靠、系统完整，要求深入现场，反复细致地边调查、边勘测、边核实、边整理，最后提交涵洞勘测调查整理表。2)复杂的涵洞、改沟工程、人工排灌渠道等，应放桩并实测高程与断面，必要时应测绘1：500 1：2000工点地形图。当地形及水文条件简单时，可在1：2000地形图上查取或采用数字地面模型内插获取，并应现场核对。3)涵洞调查和勘测中的高程应与路线高程系统一致，并应起闭于路线的水准点，允许闭合差为五涵洞勘测 (mm)；平面位置应与路线控制桩建立联 系，量距限差1/2000。历史洪水位、水文断面 及沟渠洪水纵坡的高程读数取位至厘米，允许 闭合差 (mm)；水平量距误差不大于 1/2000。4.4.涵洞的平面布设涵洞的平面布设 1)涵洞布设原则 应根据沿线地形、地质、水文等条件，结 合路线排水系统，适应农田排灌，经济合理地 布设涵洞。五涵洞勘测 在跨越排水沟槽处、通过农田排灌渠道处、平原区路线通过较长的低洼或泥沼地带、傍山或沿溪路线暴雨时径流易集中地带以及边沟排水需要时，均应设置涵洞。当地形条件许可，经过技术、经济比较，可并沟设涵。涵洞位置和方向的布设，宜与水流方向一致，避免因涵洞布设不当，引起上游水位壅高，淹没农田、村庄和路基，引起下游流速过大，加剧冲蚀沟岸及路基。涵洞的设置应综合考虑施工和养护维修的要求，降低建设和养护费用。五涵洞勘测 沿线涵洞布设密度应根据地形、地貌、水文及农田排灌等自然条件确定，但考虑路基施工压实方便，其涵洞间距不宜小于50米。2)山区涵洞布设 山岭地区一般应一沟一涵。在降雨量大或者暴雨集中且山坡植被很稀疏的地区，河沟均不宜合并设涵。当汇水区很小，两河沟相距很近，又具备沟通的条件下，通过技术经济比较，可合并设涵，但应注意修建必要的防护工程。五涵洞勘测 涵洞的设置应尽量符合水流方向，不宜为减短涵长强行正交。当流速或流量较大，或窄深河沟两岸横向坡度较大、河沟水流方向与路线不垂直时，宜将涵洞斜交布设，其斜度不宜大于45。在截水沟排水出口处应布设涵洞，以免水顺边沟流经距离过长而冲刷路面和路基。路线的转角大于90，曲线半径较小，弯道前的纵坡大于4，且坡长在200米内又无其他涵洞时，在弯道地点附近应布设涵洞。五涵洞勘测 路线由陡坡（5%）段过渡到缓坡（3%）段，在此200米内又无其他涵洞时，在变坡点附近应布设涵洞。沿溪线涵洞的布设，应考虑上游洞口水流方向，下游洞口应不危及农田和村镇。五涵洞勘测3)山前区（丘陵地带）涵洞布设 流量较大、水流集中的丘陵河沟，可集中设置涵洞；当流量较小、水流分散时，可采用分散与集中相结合的方法布设沿线涵洞。丘陵区宽谷槽田地带，可将涵洞布设在地质条件较好的山坡坡脚或溪沟边岸附近。在漫流无显著沟槽地带，可采取分片泄洪的原则，结合水流出路选择低洼处布设涵洞，但不应过分集中布设。五涵洞勘测 在山口冲积扇地区，应分散布设涵洞，不应强行改沟引至低洼处。两冲积扇间洼地，亦应布设涵洞。路线跨越弯曲的河沟时，在地形条件许可的情况下，可进行裁弯取直，改移河沟，使水流畅通，并尽量与路线正交。当路线跨越弯曲的沟谷处为坚硬的岩石，且涵身很长时，不易改沟设涵，可将涵身设为曲线形，确保水流畅通，节省工程量。五涵洞勘测 在农灌区应与农田排灌系统相配合。当须局部改变原有排灌系统时，不应降低原有排灌功能。4)平原区涵洞布设 应根据农业灌溉所需的天然河沟和人工渠道位置，按天然排灌系统布设涵洞，避免因改沟合并占用农田和破坏既有的耕作和排灌系统。对于人工排灌渠道，应与当地有关部门协商涵址及孔径，避免调查不彻底，造成施工期间或工后增补涵洞。五涵洞勘测 在路线通过较长的低洼、泥沼地段时，应向当地居民、有关部门详细了解水流趋向，在适当的位置设置涵洞。路线靠近村庄时，涵洞布设应能排除村内沥水，且涵洞的出水口设置应不危及农田和房屋。在有长期积水的低洼地段，应设置涵洞，以降低路基两侧水位差。当河沟严重弯曲、分叉时，可改沟取直或合并设正交涵。移位后的涵洞，上游应有1.5倍河槽宽的直沟段长度，下游以占地面积及工程量最小为原则；宜设置上下游防护工程，以防止引 五涵洞勘测起上游水位壅高，造成淹没农田、村庄，或流速增大加剧下游沟岸与耕地的冲蚀。5)不良地质地段及特殊条件下的涵洞布设 涵洞应尽量避免布设在泥石流地区，无法绕避时，可设在流通区的最窄处，且孔径应适当增大，净高应比流动泥石流的平衡高度高出1.0米以上。在软土泥沼地段，涵洞应选择在泥沼覆盖层较浅或厚度较薄的地带布设，以便于地基基础的处理。五涵洞勘测 在水库回水区段涵洞应布设在水库正常蓄水位以上。地形地质条件允许时，可将涵洞移建于岸坡上。在填挖交界地段，涵洞应布设在原状地基上，或将挖方路基进行开挖，然后填筑涵洞地基，以避免不均匀沉降。路基高填地段，河沟边坡稳定、土壤密实时，可将涵址从沟底移至岸坡上。五涵洞勘测5.5.涵洞的立面布设涵洞的立面布设1)涵洞布设原则 应根据实际地形、地质及水文等条件进行涵洞立面布设，确保涵洞基础稳定，涵底不冲不淤。坡山岭重丘地区河沟纵坡较陡，水流流速较大，涵洞立面布设应结合具体地形地质情况，设置缓坡涵或陡涵。平原微丘地区河沟纵坡较平缓，水流流速较小，设在天然河床上的涵洞，其铺砌顶面标高及坡度应与天然沟底标高及沟底纵坡基本一致。五涵洞勘测2)平原微丘区涵洞布设 当河沟纵坡3%，且涵长15m时，涵洞基底可水平设置，涵底铺砌纵坡可采用1%3%。当河沟纵坡3%，但6%时，涵底铺砌可采用与天然河沟相同的纵坡。涵洞基础底面当河沟纵坡较小时，可设置为平置式；河沟纵坡较大时，可设置为斜置式。当路线以路堑形式通过灌溉沟渠且不满足建设渡槽的净空要求时，可采用竖井式倒虹吸管涵洞，其立面布设应使出水口铺砌顶面标高低于五涵洞勘测进水口标高，涵身底部顺水流向纵坡可采用1%3%。构造中应注意采取防漏和防淤措施。3)山岭重丘区涵洞布设 缓坡涵洞布设 当河沟中纵坡较小且涵长较短时，可按下游洞口沟床标高，以3%左右的缓坡向上延伸设置涵底铺砌。上游的铺砌，选择合适的坡率与原沟底面连接。涵底基础与平原微丘地区设置方法相同。当河沟纵坡较大，但15%，如地质条件良好，五涵洞勘测 基底有足够的强度且纵、横向均匀一致时。若 附近有大量石方可利用，可将涵洞基础以缓坡 形式设置在紧密砌石基底上。上游砌石与原沟 底面平顺衔接，下游洞口坡度较陡、流速较大 时，应采取适当的消能措施。陡坡涵洞布设 对于纵坡10%的土质地基河沟，或纵坡hN时)；hN下游沟槽正常水深；ho形成匀流时洞内正常水深；Ic出口处形成水深ho时的坡度七涵洞水力计算图b 半有压涵洞水流状态示意图七涵洞水力计算图c 有压涵洞水流状态示意图七涵洞水力计算 1)涵洞水力计算是孔径设计的依据，必须保 证设计洪水、漂浮物等的安全通过，确保路 基及基底的稳定，满足排灌需要，避免对上、下游农田、房舍的不利影响，并考虑工程造 价的经济合理。2)根据公路等级，求得涵洞规定设计洪水频 率的设计流量，并初拟涵洞的类型、洞口式 样和孔径后，应进行水力计算；验算涵内流 速、水深和涵前壅水位。七涵洞水力计算 3)涵洞水力计算图示应采用无压力式，并应符 合4.3.7条规定；仅在特殊情况下，有充分的技 术经济比较依据时，方可采用半压力式或压力 式涵洞。4)涵洞孔径应采用标准跨径，当采用多孔时应 注意流量分配的不均匀性。5)人工排灌渠道上的涵洞，应依据排灌流量和 当地水利部门及有关单位意见确定其孔径。不 宜压缩排灌渠道过水面积。七涵洞水力计算 6)山区涵洞的布设，应保证路基和涵洞的稳定、免遭水毁，必须采取相应的工程措施防止冲刷和消耗能量。其陡坡过水消能建筑物一般布置型式见（图7.1.6）。图7.1.6 陡坡过水建筑物组成图七涵洞水力计算2.2.涵洞孔径验算涵洞孔径验算 1)无压力式涵洞的孔径验算 水流类型有缓流、急流和临界流三种。在明渠 中，当流量为定值时，水流类型随沟底坡度而 变，若沟底坡度较缓，则流速较小，而水深较 大；若沟底坡度较陡，则流速较大，而水深较 小（如图a）.当流量一定时，若hhk,则vvk,能率E（即断面单位能量）随水深h增加而增大，势能大而动能小，水深流缓，水流处于缓流状 态，称为缓流；若h vk,能率E随水深 增大而减小，势能小而动能大，水浅流急，七涵洞水力计算 水流处于急流状态，称为急流；h=hk,v=vk,能率E达到最小值，即缓流与急流的分界处水流处于临界状态，称为临界流。水流类型图 七涵洞水力计算 根据河沟断面形态初拟孔径后，应按下列公式 验算涵内流速、水深和涵前壅水位。临界流状态 （7.2.1-1）（7.2.1-2）七涵洞水力计算 （7.2.1-3）（7.2.1-4）（7.2.1-5）（7.2.1-6）七涵洞水力计算 当HsHcd1.3hkId（LhLc）时，应改 按淹没流状态验算。当涵洞内铺砌面允许流速VyVqs（涵内收 缩断面处流速）时，应改变铺砌类型，使 VyVqs。当Hy（涵前壅水位）超过涵前允许淹没水 位时，应增大孔径。七涵洞水力计算 淹没流状态（缓流）（7.2.1-7）（7.2.1-8）（7.2.1-9）（7.2.1-10）（7.2.1-11）七涵洞水力计算 （7.2.1-12）（7.2.1-13）当VsVy时，应改变铺砌类型，使VyVs，或 增大孔径使VsVy。当Hy（涵前壅水位）超过涵前允许淹没水位 时，应增大孔径；当Hy低于涵前允许淹没水位 过多时，可考虑缩减孔径。七涵洞水力计算 急流（补充）当铁路跨越坡度陡峻地区的河沟时，为了适 应地形，顺畅宣泄水流，节省建设投资，往 往要修建陡坡涵洞。陡坡涵洞由于纵坡陡峻，水流通过涵洞时，呈现急流状态，采用下式 进行洞内水力计算：按等截面均匀流计算，即：七涵洞水力计算 陡坡涵洞的水力特征是洞内水深小于临界水 深hk,洞内坡度大于临界坡度ik，洞内流速大 于vk,为确定其水力条件和判别其水流状态，一般先计算临界水深hk和临界坡度ik,hk和ik 的计算见有关参考书。掺气水流计算 在流速很大的水流中，流体掺进了空气，成 为掺气水流，空气体积与水和空气总体积之 比，称为掺气系数。七涵洞水力计算 当洞底坡度i0.06，未考虑掺气之前的水流 流速v=3.5m/s,R0.3m时，应考虑水流掺气。其计算式见有关参考书。2)倒虹吸涵洞的孔径计算。倒虹吸管是一个中段低下的压力管道，主要 由进口段、水平段和出口段三部分组成，管 身断面通常为圆形或矩形。倒虹吸管的过水 原理，是借助水压将水由进口端压至出口端 渠道。七涵洞水力计算 进、出口应做成与渠道连接的渐变段，作适 当长度的铺砌加固，其末端设置垂裙，以防 止或减少渗漏及冲刷。倒虹吸管水力计算的目的，在于合理选择断 面尺寸与流速、计算各种水头损失、核算通 过流量并确定倒虹吸管进、出口高程等。倒虹吸过水面积应按下列公式计算:（7.2.2-1）（7.2.2-2）七涵洞水力计算 阻力系数一般包括：管径变化阻力系数，进 口阻力系数，转弯阻力系数，沿程阻力系数和 出口阻力系数等，各阻力系数应按以下规定确 定。管径变化阻力系数1，按表7.2.2-1确定。表7.2.2-1 管径变化阻力系数1 注：A1为较小的断面面积，A2为较大的断面面积。七涵洞水力计算 进口阻力系数2，按表7.2.2-2确定。表7.2.2-2 进口阻力系数2七涵洞水力计算 转弯阻力系数3 转弯分为急弯和缓弯两种，转弯角15 时为缓弯，15时为急弯。急弯的阻 力系数3视角大小，按表7.2.2-3确 定。缓弯的阻力系数3，按下式计算。（7.2.2-3）七涵洞水力计算 表7.2.2-3 急弯阻力系数3 表7.2.2-4 缓弯矩形断面k值 七涵洞水力计算 表7.2.2-5 缓弯圆形断面的k值 沿程阻力系数4，按下式计算 （7.2.2-4）七涵洞水力计算 出口阻力系数5，一般采用1.0。3.3.过水消能建筑物的水力计算过水消能建筑物的水力计算 1)消力池的水力计算：初估消力池下挖深度d，可按下列公式计算收 缩断面的水深和流速（图7.3.1）。图7.3.1消力池计算图式七涵洞水力计算 （7.3.1-1）（7.3.1-2）计算hc的水跃共轭水深hc （7.3.1-3）验算假定的池深为了使消力池产生淹没式水跃，可按下式验算：（7.3.1-4）七涵洞水力计算假定的池深d经试算至等式成立（相差不大于5%）为止，d即为确定池深。水流的射流长度L1，可按下式计算 （7.3.1-5）水跃长度L2消力池内的水跃是一种强迫形成的水跃,它的长度比自由水跃长度为短,可按下式计算.L2=5(hc-hc)(7.3.1-6)七涵洞水力计算 消力池的池长L，可按下式计算。LL1+L2 (7.3.1-7)水跃静定缓和所需的铺砌长度L0由于水流发生水跃后仍存在剩余动能，需有一个静定缓和的过程，故池后加设一段铺砌长度L0，可按下式计算。L0（2.53.0）L2 （7.3.1-8）2)消力槛的水力计算消力槛类似消力池，即决定槛高及消力池的长度。其中消力池长度可按公式（7.3.1-7）算。七涵洞水力计算槛高P1可按下式计算（图7.3.2）。图7.3.2消力槛计算图式 （7.3.2-1）七涵洞水力计算 槛上水深H1和槛上总水头H10的确定 (7.3.2-2)(7.3.2-3)消力槛淹没系数s的确定。（7.3.2-4）计算中可按表7.3.2选用s的数值。表中当hs/H100.45时，s 1，为自由出流；当hs/H100.45时，s 1，为淹没出流。七涵洞水力计算 表7.3.2消力槛的淹没系数s值 消力槛高P1的确定 根据公式（7.3.2-1）（7.3.2-3）、表7.3.2，先假定s 1求得消力槛淹没系数s，判断出槛水流情况。当为自由出流时，则P1值即