T《公路涵洞設(shè)計(jì)細(xì)則》講稿6

《公路涵洞設(shè)計(jì)細(xì)則》

解釋1.一般規(guī)定

七.涵洞水力計(jì)算圖a涵洞水流狀態(tài)示意圖lc=A(H-ho),A=1.5~2.5,隨入口類型而變；ho~0.9hk;l出＝(2.0～2.5)(ho-hN),(當(dāng)ho>hN時)；hN－下游溝槽正常水深；ho－形成勻流時洞內(nèi)正常水深；Ic－出口處形成水深ho時的坡度七涵洞水力計(jì)算圖b半有壓涵洞水流狀態(tài)示意圖七涵洞水力計(jì)算圖c有壓涵洞水流狀態(tài)示意圖七涵洞水力計(jì)算1)涵洞水力計(jì)算是孔徑設(shè)計(jì)的依據(jù)，必須保證設(shè)計(jì)洪水、漂浮物等的安全通過，確保路基及基底的穩(wěn)定，滿足排灌需要，避免對上、下游農(nóng)田、房舍的不利影響，并考慮工程造價的經(jīng)濟(jì)合理。2)根據(jù)公路等級，求得涵洞規(guī)定設(shè)計(jì)洪水頻率的設(shè)計(jì)流量，并初擬涵洞的類型、洞口式樣和孔徑后，應(yīng)進(jìn)行水力計(jì)算；驗(yàn)算涵內(nèi)流速、水深和涵前壅水位。七涵洞水力計(jì)算3)涵洞水力計(jì)算圖示應(yīng)采用無壓力式，并應(yīng)符合4.3.7條規(guī)定；僅在特殊情況下，有充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較依據(jù)時，方可采用半壓力式或壓力式涵洞。4)涵洞孔徑應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑，當(dāng)采用多孔時應(yīng)注意流量分配的不均勻性。5)人工排灌渠道上的涵洞，應(yīng)依據(jù)排灌流量和當(dāng)?shù)厮块T及有關(guān)單位意見確定其孔徑。不宜壓縮排灌渠道過水面積。

七涵洞水力計(jì)算6)山區(qū)涵洞的布設(shè)，應(yīng)保證路基和涵洞的穩(wěn)定、免遭水毀，必須采取相應(yīng)的工程措施防止沖刷和消耗能量。其陡坡過水消能建筑物一般布置型式見（圖7.1.6）。圖7.1.6陡坡過水建筑物組成圖七涵洞水力計(jì)算2.涵洞孔徑驗(yàn)算1)無壓力式涵洞的孔徑驗(yàn)算水流類型有緩流、急流和臨界流三種。在明渠中，當(dāng)流量為定值時，水流類型隨溝底坡度而變，若溝底坡度較緩，則流速較小，而水深較大；若溝底坡度較陡，則流速較大，而水深較?。ㄈ鐖Da）.當(dāng)流量一定時，若h>hk,則v<vk,能率E（即斷面單位能量）隨水深h增加而增大，勢能大而動能小，水深流緩，水流處于緩流狀態(tài)，稱為緩流；若h<hk,則v>vk,能率E隨水深增大而減小，勢能小而動能大，水淺流急，七涵洞水力計(jì)算水流處于急流狀態(tài)，稱為急流；h=hk,v=vk,能率E達(dá)到最小值，即緩流與急流的分界處水流處于臨界狀態(tài)，稱為臨界流。

水流類型圖

七涵洞水力計(jì)算根據(jù)河溝斷面形態(tài)初擬孔徑后，應(yīng)按下列公式驗(yàn)算涵內(nèi)流速、水深和涵前壅水位。①臨界流狀態(tài)……（7.2.1-1）

……（7.2.1-2）七涵洞水力計(jì)算……（7.2.1-3）……（7.2.1-4）……（7.2.1-5）……（7.2.1-6）七涵洞水力計(jì)算Ⅰ當(dāng)Hs＞Hcd＋1.3hk＋I(xiàn)d（Lh－Lc）時，應(yīng)改按淹沒流狀態(tài)態(tài)驗(yàn)算。Ⅱ當(dāng)涵洞內(nèi)鋪砌砌面允許流速速Vy＜Vqs（涵內(nèi)收縮斷面處流速速）時，應(yīng)改改變鋪砌類型型，使Vy≥Vqs。Ⅲ當(dāng)Hy（涵前壅水位位）超過涵前前允許淹沒水水位時，應(yīng)增大大孔徑。七涵洞水力計(jì)算②淹沒流狀態(tài)（（緩流）……（7.2.1-7）……（7.2.1-8）……（7.2.1-9）……（7.2.1-10）……（7.2.1-11）七涵洞水力計(jì)算……（7.2.1-12）……（7.2.1-13）Ⅰ當(dāng)Vs＞Vy時，應(yīng)改變鋪鋪砌類型，使使Vy≥Vs，或增大孔徑使Vs≤Vy。Ⅱ當(dāng)Hy（涵前壅水位位）超過涵前允許許淹沒水位時，應(yīng)增大孔孔徑；當(dāng)Hy低于涵前允許許淹沒水位過多時，可考考慮縮減孔徑徑。七涵洞水力計(jì)算③急流（補(bǔ)充））當(dāng)鐵路跨越坡坡度陡峻地區(qū)區(qū)的河溝時，，為了適應(yīng)地形，順暢暢宣泄水流，，節(jié)省建設(shè)投投資，往往要修建陡坡坡涵洞。陡坡坡涵洞由于縱縱坡陡峻，水流通過涵洞洞時，呈現(xiàn)急急流狀態(tài)，采采用下式進(jìn)行洞內(nèi)水力力計(jì)算：Ⅰ按等截面均勻勻流計(jì)算，即即：七涵洞水力計(jì)算Ⅱ陡坡涵洞的水水力特征是洞洞內(nèi)水深小于于臨界水深hk,洞內(nèi)坡度大于于臨界坡度ik，洞內(nèi)流速大于vk,為確定其水力力條件和判別別其水流狀態(tài)態(tài)，一般先計(jì)算臨臨界水深hk和臨界坡度ik,hk和ik的計(jì)算見有關(guān)關(guān)參考書。Ⅲ摻氣水流計(jì)算算在流速很大的的水流中，流流體摻進(jìn)了空空氣，成為摻氣水流，，空氣體積與與水和空氣總總體積之比，稱為摻氣氣系數(shù)。七涵洞水力計(jì)算當(dāng)洞底坡度i>0.06，未考慮摻氣氣之前的水流流流速v=3.5m/s,R≤≤0.3m時，應(yīng)考慮水水流摻氣。其計(jì)算式見有有關(guān)參考書。。2)倒虹吸涵洞的的孔徑計(jì)算。。倒虹吸管是一一個中段低下下的壓力管道道，主要由進(jìn)口段、水水平段和出口口段三部分組組成，管身斷面通常為為圓形或矩形形。倒虹吸管管的過水原理，是借助助水壓將水由由進(jìn)口端壓至至出口端渠道。七涵洞水力計(jì)算進(jìn)、出口應(yīng)做做成與渠道連連接的漸變段段，作適當(dāng)長度的鋪砌砌加固，其末末端設(shè)置垂裙裙，以防止或減少滲漏漏及沖刷。倒虹吸管水力力計(jì)算的目的的，在于合理理選擇斷面尺寸與流速速、計(jì)算各種種水頭損失、、核算通過流量并確定定倒虹吸管進(jìn)進(jìn)、出口高程程等。①倒虹吸過水面面積應(yīng)按下列列公式計(jì)算:……（7.2.2-1）……（7.2.2-2）七涵洞水力計(jì)算②阻力系數(shù)一般般包括：管徑徑變化阻力系系數(shù)，進(jìn)口阻力系數(shù)，，轉(zhuǎn)彎阻力系系數(shù)，沿程阻阻力系數(shù)和出口阻力系數(shù)數(shù)等，各阻力力系數(shù)應(yīng)按以以下規(guī)定確定。Ⅰ管徑變化阻力力系數(shù)ξ1，按表7.2.2-1確定。表7.2.2-1管徑變化阻力力系數(shù)ξ1注：A1為較小的斷面面面積，A2為較大的斷面面面積。七涵洞水力計(jì)算Ⅱ進(jìn)口阻力系數(shù)數(shù)ξ2，按表7.2.2-2確定。表7.2.2-2進(jìn)口阻力系數(shù)數(shù)ξ2七涵洞水力計(jì)算Ⅲ轉(zhuǎn)彎阻力系數(shù)數(shù)ξ3轉(zhuǎn)彎分為急彎彎和緩彎兩種種，轉(zhuǎn)彎角θ＜15°時為緩彎，θ≥15°時為急彎。急急彎的阻力系數(shù)ξ3′視θ角大小，按表表7.2.2-3確定。緩彎的阻阻力系數(shù)ξ3″，按下式計(jì)算算?！?.2.2-3）七涵洞水力計(jì)算表7.2.2-3急彎阻力系數(shù)數(shù)ξ3′表7.2.2-4緩彎矩形斷面面k值七涵洞水力計(jì)算表7.2.2-5緩彎圓形斷面面的k值Ⅳ沿程阻力系數(shù)數(shù)ξ4，按下式計(jì)算算……（7.2.2-4）七涵洞水力計(jì)算Ⅴ出口阻力系數(shù)數(shù)ξ5，一般采用1.0。3.過水消能建筑筑物的水力計(jì)計(jì)算1)消力池的水力力計(jì)算：①初估消力池下下挖深度d，可按下列公公式計(jì)算收縮斷面的水深深和流速（圖圖7.3.1）。圖7.3.1消力池計(jì)算圖圖式七涵洞水力計(jì)算……（7.3.1-1）……（7.3.1-2）②計(jì)算hc的水躍共軛水水深hc′……（7.3.1-3）③驗(yàn)算假定的池池深為了使消力池池產(chǎn)生淹沒式式水躍，可按按下式驗(yàn)算：：……（7.3.1-4）七涵洞水力計(jì)算假定的池深d經(jīng)試算至等式式成立（相差差不大于5%）為止，d即為確定池深深。④水流的射流長長度L1，可按下式計(jì)計(jì)算……（7.3.1-5）⑤水躍長度L2消力池內(nèi)的水水躍是一種強(qiáng)強(qiáng)迫形成的水水躍,它的長度比自由水躍長度度為短,可按下式計(jì)算算.L2=5(hc′-hc)………(7.3.1-6)七涵洞水力計(jì)算⑥消力池的池長長L，可按下式計(jì)計(jì)算。L＝L1+L2……(7.3.1-7)⑦水躍靜定緩和和所需的鋪砌砌長度L0由于水流發(fā)生生水躍后仍存存在剩余動能能，需有一個個靜定緩和的過過程，故池后后加設(shè)一段鋪鋪砌長度L0，可按按下下式式計(jì)計(jì)算算。。L0＝（（2.5～3.0）L2………（7.3.1-8）2)消力力檻檻的的水水力力計(jì)計(jì)算算消力力檻檻類類似似消消力力池池，，即即決決定定檻檻高高及及消消力力池池的的長長度度。。其中中消消力力池池長長度度可可按按公公式式（（7.3.1-7）算算。。七涵洞水力計(jì)算檻高高P1可按按下下式式計(jì)計(jì)算算（（圖圖7.3.2）。。圖7.3.2消力力檻檻計(jì)計(jì)算算圖圖式式………（7.3.2-1）七涵洞水力計(jì)算①檻上上水水深深H1和檻檻上上總總水水頭頭H10的確確定定………(7.3.2-2)………(7.3.2-3)②消力力檻檻淹淹沒沒系系數(shù)數(shù)σs的確確定定。?！?.3.2-4）計(jì)算算中中可可按按表表7.3.2選用用σs的數(shù)數(shù)值值。。表表中中當(dāng)hs/H10≤0.45時，，σs＝1，為為自自由由出出流流；；當(dāng)hs/H10＞0.45時，，σs＜1，為為淹淹沒沒出出流流。。七涵洞水力計(jì)算表7.3.2消力力檻檻的的淹淹沒沒系系數(shù)數(shù)σs值③消力力檻檻高高P1的確確定定Ⅰ根據(jù)據(jù)公公式式（（7.3.2-1）（（7.3.2-3）、、表表7.3.2，先假假定定σs＝1求得得消消力力檻檻淹淹沒沒系系數(shù)數(shù)σs，判判斷斷出出檻檻水流流情情況況。。當(dāng)當(dāng)為為自自由由出出流流時時，，則則P1值即即為為所所求求得得的值值；；當(dāng)當(dāng)為為淹淹沒沒出出流流時時，，可可重重新新假假定定P1值，，七涵洞水力計(jì)算試算算σs值。。試試算算中中以以公公式式（（7.3.2-1）的的變變形形式式計(jì)算算Ⅱ每次次試試算算σs值后后，，可可按按下下式式計(jì)計(jì)算算單單寬寬流流量量。?！?.3.2-5）若計(jì)計(jì)算算的的q與設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的單單寬寬流流量量（（））大大致致相相等時時，，則則所所設(shè)設(shè)的的P0即為為確確定定值值。。若若不不相相等等，，繼繼續(xù)假假設(shè)設(shè)P1試算算，，直直至至q與qs基本本一一致致為為止止。。七涵洞水力計(jì)算3)跌水水的的水水力力計(jì)計(jì)算算：：①單單級級跌跌水水的的計(jì)計(jì)算算只只是是收收縮縮斷斷面面水水深深計(jì)計(jì)算算及及消消力池池、、消消力力檻檻計(jì)計(jì)算算（圖圖7.3.1、圖圖7.3.2）。按按本本細(xì)則則第第7.3.1條和和第第7.3.2條規(guī)規(guī)定定計(jì)計(jì)算算。。七涵洞水力計(jì)算②多多級級跌跌水水就就是是一一系系列列相相連連的的消消力力（（圖圖7.3.3）。。這種種跌跌水水的的水水力力計(jì)計(jì)算算與與單單級級跌跌水水的的計(jì)計(jì)算算相相似似。。其其計(jì)算算內(nèi)內(nèi)容容為為：：確確定定各各級級消消力力檻檻高高和和消消力力池池長長及及最最后一一級級消消力力池池池池深深及及池池長長。。多多級級跌跌水水的的級級高高宜宜取取相同同數(shù)數(shù)值值。。圖7.3.3多級級跌跌水水布布置置圖圖式式七涵洞水力計(jì)算4)急流流槽槽的的水水力力計(jì)計(jì)算算急流流槽槽是是由由進(jìn)進(jìn)口口、、陡陡坡坡槽槽身身、、消消能能設(shè)設(shè)施施和和出出口口等等四部部分分組組成成，，如如圖圖7.3.4所示示圖7.3.4急流流槽槽七涵洞水力計(jì)算①急急流流槽槽的的寬寬度度一一般般與與涵涵洞洞孔孔徑徑大大致致相相同同，，或或根據(jù)據(jù)需需要要通通過過的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)流流量量計(jì)計(jì)算算確確定定。。②急急流流槽槽中中水水流流在在整整個個槽槽身身長長度度內(nèi)內(nèi)處處于于急急流流狀狀態(tài)，，起起點(diǎn)點(diǎn)斷斷面面水水深深為為臨臨界界水水深深hk，隨隨后后