7 公路涵洞设计水力计算技术要求.docx

1、7 公路涵洞设计水力计算技术要求7 公路涵洞设计水力计算技术要求7.1一般规定7.1.1涵洞水力计算应保证设计洪水、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。7.1.2根据公路等级，求得涵洞规定设计洪水频率的设计流量，结合河沟断面形态、地质和进出水口、沟床加固形式等条件初拟涵洞的类型、洞口式样和孔径后， 应进行水力计算；应验算涵内流速、水深和涵前壅水位。7.1.3新建涵洞应采用无压力式，在涵前允许壅水且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。条文说明涵洞前水深可以低于涵洞净高，也可以高于涵洞净高，按涵

2、前水深是否淹没洞口以及涵洞水流过水状态，分为无压力式、半压力式和压力式三种。因为有压涵洞水压力较大，沉降缝容易漏水，危害基础及路堤的稳定性。既要求不透水，又要求能沉降自如，这样在构造上就比较复杂，因此要避免使用有压涵洞。所以涵洞要设计成无压力式的。7.1.4新建涵洞孔径宜采用标准跨径，最小 0.75m 跨径只适用于无淤积地区的灌溉渠道，排洪涵洞跨径不宜小于 1.0m。7.1.5涵洞内径或净高应考虑涵长的影响，但不宜小于 0.75m；寒冷地区的涵洞内径及净高还应考虑涎流冰的影响；当旧路改扩建时，如原涵洞状态良好，其孔径和长度可视具体情况而定。7.1.6人工排灌渠道上的涵洞，应依据排灌流量、过水断

3、面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。天然河沟上的涵洞，可按河沟断面形态初拟孔径，不宜压缩设计洪水标准下河沟的天然排水面积。7.1.7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，应在冻期前将管内积水排除，并将两端进出口封闭。7.1.8无压力式涵洞内顶点至最高流水面的净空，应符合表 7.1.8 的规定。涵前水深应小于或等于涵洞净高的 1.15 倍。可不计涵前积水对设计流量的影响。表 7.1.8 无压力式涵洞净空高度 hd（m）涵洞进口净高或内径 hd（m）管涵拱涵板涵、箱涵3hd/4hd/4hd/630.750.750.57.2涵洞孔径验

4、算7.2.1无压力式涵洞的孔径计算应根据河沟断面形态初拟孔径后，按下列公式验算涵内流速、水深和涵前壅水位。1临界流状态可按下列公式计算：VK =AK =QPVK（7.2.1-1）（7.2.1-2）Vqs= VK0.9（7.2.1-3）hqs = 0.9hkV 2 V 2（7.2.1-4）h q = h qs+qs 2g 2 2g（7.2.1-5）H1 = Hqs + hq （7.2.1-6）式中：Vk涵内临界流速（m/s）；Qp设计流量（m3/s）；Bk临界水深时的涵内净水面宽度（m）； g重力加速度，取用 9.80（m/s2）；涵洞侧向压缩系数，对无升高管节的拱涵取 0.96，其他涵可取 1

5、.0；Ak临界水深时的涵内净过水面积（m2）； Vqs涵内收缩断面处流速（m/s）； hqs涵内收缩断面处水深（m）；hk临界水深（m），指临界断面处，铺砌面至临界水面的水深，按Ak 值及涵内断面形式推算； hq涵前积水深（m）；流速系数，查附录 B 表 B-18；V涵前行近流速（m/s）；H1涵前壅水位（m）； Hqs涵前铺砌面高程（m）。1）当 H2Hd1.3hkI（LLc）时，应改按淹没流状态验算。式中：H2涵洞出口断面的设计水位（m）； Hd涵洞出口断面铺砌面高程（m）； I涵底纵坡；L涵长（m）；Lc涵洞进口端至收缩断面间的距离，取 1.52.5（hq-hqs）。 2）当涵洞内铺砌面

6、允许流速 VyVqs 时，应改变铺砌类型，使 VyVqs。3）当 H1 超过涵前允许淹没水位时，应增大孔径。20淹没流状态可按下列公式计算：Vs = 2g(H0 H2) （7.2.1-7）A = QpVs（7.2.1-8）H = H + V2（7.2.1 9）0 1 2gv2V2H1 = H2 + s （ 7.2.1 10）2g 2 2g08 0 =（7.2.1-11）2gL = 2（7.2.1 12）2 C R1 1C = n R6 （7.2.1 13）式中：Vs涵内设计流速（m/s）； 0流速修正系数； H0涵前水头高程（m）； A涵内过水面积（m2）；1入口损失参数，查附录 B 表 B-

7、19 取用相应的摩阻系数 1 值；2沿程损失系数；C满宁流速系数；n涵内糙率，一般取用 0.017 或查取相关资料； R水力半径（m）。1）当 VsVy 时，应改变铺砌类型，使 VyVs，或增大孔径使 VsVy。2）当 H1 超过涵前允许淹没水位时，应增大孔径；当 H1 低于涵前允许淹没水位过多时，可考虑缩减孔径。7.2.2倒虹吸涵洞的孔径计算应符合下列规定：1倒虹吸过水面积应按下列公式计算：Qp = A2gZ (7.2.2 1) = 15i=1 i式中：A倒虹吸过水面积（m2）; Z上、下游水位差（m）； 水头损失综合系数；（7.2.2 2）5i=1i阻力系数之和。2阻力系数包括管径变化阻力

8、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，各阻力系数应按下列规定确定：1）管径变化阻力系数 1，应按表 7.2.2-1 确定：表 7.2.2-1 管径变化阻力系数 1断面变化比 A1/A20.010.10.20.40.60.81.01断面由小变大0.980.810.640.360.160.040断面由大变小0.450.390.350.280.200.090注：A1 为较小的断面面积，A2 为较大的断面面积。2）进口阻力系数 2，应按表 7.2.2-2 确定。进口边缘外形2边缘未作成圆弧形0.5边缘微带圆弧形0.20.25边缘轮廓很光滑0.050.10表 7.2.2-2 进

9、口阻力系数 23）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，应按表 7.2.2-3 确定。缓弯的阻力系数 3，应按下式计算。3式中：转弯角（）； k090（7.2.2-3）确定。k系数，对矩形断面，应按表7.2.2-4 确定，对圆形断面应按表7.2.2-5表 7.2.2-3 急弯阻力系数 3153045609030.0250.1100.2600.4901.200表 7.2.2-4 缓弯矩形断面k 值b/2R0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0k0.120.140.180.250.400.641.021.

10、552.273.23注：b净宽（m），R弯曲半径（m）。表 7.2.2-5 缓弯圆形断面的 k 值r/R0.10.20.30.40.5k0.130.140.160.210.29注：r圆管半径（m），R弯曲半径（m）。4）沿程阻力系数 4，应按下式计算2gn2L ( )4 R4/37.2.2 4式中：L涵洞（包括两竖井）的沿程长度（m）；R水力半径（m）；n糙率，对混凝土洞身，采用 0.0130.014；对浆砌块石洞身，采用 0.0160.017。5）出口阻力系数 5，宜采用 1.0。7.3过水消能建筑物的水力计算7.3.1消力池的水力计算应符合下列规定：1 初估消力池下挖深度 d ，收缩断面的

11、水深和流速可按下列图式计算（图 7.3.1）：图 7.3.1 消力池计算图式Vc =h = Q（7.3.1-1）（7.3.1-2）cc BV式中：VC收缩断面流速（m/s）; d消力池下挖深度（m）； p跌坎距原沟底面的高度（m）； hk 跌坎上临界水深（m）；hC 收缩断面水深（m）；Q需通过的设计流量（m3/s）;B消力池宽度（m）。计算得的 hc 与假定值比较；若相差较大，应将算得的 hc 值代回式（7.3.1-1）和式（7.3.1-2）再计算 hc。2计算 hc 的水跃共轭水深 hc可按下列公式计算：.|2h= hc c |-1|（7.3.1-3）3验算假定的池深，为了使消力池产生淹没

12、式水跃，可按下式验算：t ch + d = 1.1h 式中：ht下游天然正常水深（m）。（7.3.1-4）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。4 水流的射流长度 L1 ，可按下式计算：L V （7.3.1-5）1 k5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短,可按下式计算：L2=5(hc-hc) (7.3.1-6)6消力池的池长 L，可按下式计算：LL1+L2 (7.3.1-7)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：L

13、0（2.53.0）L2 （7.3.1-8）7.3.2消力槛的水力计算类似消力池，应计算槛高和消力池长度。消力池长度可按本规范公式（7.3.1-7）计算；槛高 P1 可按下列图式计算（图 7.3.2）。图 7.3.2 消力槛计算图式2 q 3q 2P1 = hc- | | Ms + 2g(h )2（7.3.2-1）c1 槛上水深 H1 和槛上总水头 H10 可按下列公式确定：q 2H1 = H10 2(7.3.2-2)c2g|h | 2 q 3H10 = | M |(7.3.2-3)式中：q单宽流量(m3/s)/m,矩形过水断面q = Q ；Bhc水跃的跃后水深（m）；动能修正系数，可取 1；消力槛前保证形成淹没式水跃的系数，一般取 1.051.10；M流量系数，