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1、第八章第八章 小桥和涵洞计算小桥和涵洞计算武汉理工大学交通学院第七章 回 顾1 导流堤2 丁坝3 计算示例第八章 小桥和涵洞孔径计算 小桥涵孔径计算的目的,是要合理地确定桥涵孔径的大小、河床加固的类型和尺寸、壅水高度、桥涵处路基和桥涵顶面的最低标高。第一节 小桥和涵洞勘测一 小桥涵勘测设计任务小桥涵勘测设计任务包括外业勘测和内业设计两部分。其外业有:调查收集公路沿线的工程地质、水文地质、水文、气象、地震、地形、农田水利、环境保护、有关建设及施工条件等资料,按不同设计阶段进行相应的勘测工作。内业有:对已有资料的综合分析和研究,进一步从技术上使设计方案具体化,完成公路工程基本建设项目设计文件编制办
2、法规定的设计图表资料,据以提供概预算的编制和工程施工的依据。 第一节 小桥和涵洞勘测1 勘测前的准备工作地形资料。地质资料。水文资料。气象资料。其他资料。 第一节 小桥和涵洞勘测2 小桥涵洞位置的确定山岭区一沟一函。涵位与路基排水密切配合。涵位与路线平纵曲线配合。 第一节 小桥和涵洞勘测2 小桥涵洞位置的确定平原区有利于农业灌溉。防止排水不畅。村庄附近设置涵洞。地基承载力的要求。 第二节 小桥孔径计算一 水流通过小桥的图式在多数情况下,通过小桥桥下的水流受到压缩,水流在进入桥孔时会发生侧收缩,使桥孔过水断面面积减小,上游水位抬高。小桥的水流图式与宽顶堰相同,一般采用宽顶堰理论作为小桥孔径计算的
3、理论依据。水流通过小桥的可能图式,按下游水深的大小可分为自由式出流与淹没式出流两种。第二节 小桥孔径计算一 水流通过小桥的图式1自由式出流下游的天然水深 ht=l.3hk 时,桥下水流图式下图所示,桥下水深为临界水深hk。这种图式称为自由式出流。第二节 小桥孔径计算一 水流通过小桥的图式2、淹没式出流下游的天然水深htl.3hk时,桥下的水深为天然水深ht 。称为淹没式出流。第二节 小桥孔径计算二 小桥孔径计算通常是根据天然河床土质情况选定加固河床的类型,并据此确定允许流速(查表得到)。计算通过设计流量时,按临界水流状态设计,根据设计流量计算孔径大小和桥前壅水水深,然后与允许的桥前水深值比较,
4、从而判断是否要调整孔径大小。若桥前壅水水深超过实际允许的桥前水深值,则应增大孔径,使桥前壅水水深降低至允许值。第二节 小桥孔径计算二 小桥孔径计算通常是根据天然河床土质情况选定加固河床的类型,并据此确定允许流速(查表得到)。容许流速查表。第二节 小桥孔径计算二 小桥孔径计算1 判别桥下水力图式1) 确定河槽天然水深ht 按照水力学 明渠均匀流公式,采用试算法确定天然水深。即先假定一个天然水深值,按照下式计算流量,并与设计流量对比,相差不超过5时,可以认为假定水深即为所求天然水深。否则要重新假定水深。第二节 小桥孔径计算二 小桥孔径计算1 判别桥下水力图式2) 确定河槽桥下临界水深hk 按照临界
5、水深函数求得hk : (新教材p169公式错) 则平均临界水深为: (vk取为河床容许流速)第二节 小桥孔径计算二 小桥孔径计算1 判别桥下水力图式若为矩形断面或宽浅梯形断面,有临界断面水面宽度为:其中m为边坡系数。 第二节 小桥孔径计算二 小桥孔径计算1 判别桥下水力图式3) 水流图式判别 ht=l.3hk 时,桥下水流为自由式出流。 htl.3hk时,为淹没式出流。第二节 小桥孔径计算二 小桥孔径计算n2 确定通过设计流量时需要的小桥孔径长度L1) 自由式出流,水面宽度为: 为水流挤压系数。由桥墩形状查表得到。第二节 小桥孔径计算二 小桥孔径计算n2 确定通过设计流量时需要的小桥孔径长度L
6、若为矩形断面,则桥孔长度L=B;若为梯形断面,则桥孔长度为: L=B+2mh h为小桥上部结构高出水面的高度第二节 小桥孔径计算二 小桥孔径计算n2 确定通过设计流量时需要的小桥孔径长度L2) 淹没式出流,桥下过水断面的平均宽度为:若为矩形断面,则桥孔长度L=B0;若为梯形断面,则桥孔长度为: L=B0+2m(ht/2+h)第二节 小桥孔径计算二 小桥孔径计算n2 确定通过设计流量时需要的小桥孔径长度L 若桥孔轴线与水流方向斜交,则斜交桥孔长度为:第二节 小桥孔径计算二 小桥孔径计算2 确定通过设计流量时需要的小桥孔径长度L 根据计算所得到的桥孔长度选用标准跨径,两者相差应小于或等于10。否则
7、要用选用的标准桥孔长度,反算桥下流速和临界水深,复核水流图式。如有变化需重新设定L,直至满足条件。第二节 小桥孔径计算二 小桥孔径计算3 确定桥前水深H (根据能量方程)1)自由出流:其中为流速系数,是由水流进入桥孔时的局部水头损失而引起的。在桥台形状已知时可查表得到。 vH 桥前水深为H时的桥前断面的行进流速第二节 小桥孔径计算二 小桥孔径计算3 确定桥前水深H (根据能量方程)2)淹没出流V为采用的桥孔长度计算的桥下流速。第二节 小桥孔径计算二 小桥孔径计算4 确定路基和桥面最低标高桥头路基最低标高河床最低点标高+H+桥面最低点标高河床最低点标高+H+J+D本节课到此结束!第三节 涵洞孔径
8、计算一 水流通过涵洞的水力图示无压力式。半压力式。压力式。第三节 涵洞孔径计算二 涵洞孔径计算涵洞孔径计算步骤1)根据涵位处的地形、地质和水文条件,结合路基设计标高和河床底面标高等选择涵洞类型。2)根据设计流量和涵洞类型,查标准图中各类涵洞的泄水能力及水力计算表,选择适当的结构型式、跨径及台高。3)根据涵洞类型和相应的计算公式,计算涵前水深并核算出口处或收缩断面处的流速是否超过允许流速;当超过允许流速时,应重新选择跨径。第四节 小桥和涵洞进出口处理涵洞类型涵洞由洞身、洞口、基础三个部分组成。洞身构成了路堤下的一个过水孔道,它要承受涵洞上填土的垂直与侧向的土压力以及活载压力。基础把涵洞所受的荷载
9、均匀地分布和传递到土基上,并使地基免受水流的直接冲刷。洞口用以连接洞身与上下水流,使水流能顺畅地通过洞身,并保证洞口周围的路基边坡免遭冲刷。第四节 小桥和涵洞进出口处理涵洞类型根据涵洞洞身的构造型式不同,涵洞可分为圆管涵、拱涵、盖板涵和箱涵等。第四节 小桥和涵洞进出口处理涵洞类型1)圆管涵 孔径一般为0.51.5m,最小填土厚度50cm,受力情况良好,圬工数量小,造价较低。多孔时不宜超过三个。其一般构造图如下:第四节 小桥和涵洞进出口处理涵洞类型2)盖板涵其结构型式在低填土路基上设置有利,还可以做成明涵。3)拱涵是一种常用的型式,其超载潜力大,砌筑技术易掌握,便于就地取材。4)箱涵适用于软土地基,但因施工困难,造价较高,一般不常采用。第四节 小桥和涵洞进出口处理涵洞洞口形式的选择第四节 小桥和涵洞进出口处理涵洞洞口形式的选择八字翼墙式或锥形护坡式在洞口设敞开斜置的翼墙,平面上呈八字式。为缩短翼墙长度、减少工程数量,其末端常做成矮墙。这种洞口型式适用于平坦顺直、河沟较宽、纵断面高差变化不大的河沟和孔径有一定压缩的情况。它具有工程量小,水力条件较好,施工简单,一般认为涵洞高度在5m以下较为经济等优点,因而是最常用的洞口型式。第八章 小 结1 小桥和涵洞勘测2 小桥孔径计算3 涵洞孔径计算4 小桥和涵洞的进出口处理本节课到此结束!