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1、会计学1桥涵桥涵(qiohn)水文第章水文第章第一页，共257页。本章重点本章重点本章重点本章重点1 1 1 1、桥桥桥桥涵涵涵涵分分分分类类类类；桥桥桥桥涵涵涵涵布布布布置置置置的的的的一一一一般般般般原原原原则则则则；桥桥桥桥位位位位选选选选择择择择(xunz)(xunz)(xunz)(xunz)的的的的规规规规定定定定；桥位勘察的内容及主要成果。桥位勘察的内容及主要成果。桥位勘察的内容及主要成果。桥位勘察的内容及主要成果。2 2 2 2、桥孔最小净长计算；、桥孔最小净长计算；、桥孔最小净长计算；、桥孔最小净长计算；3 3 3 3、桥面中心最低标高和引道路堤最低设计标高的计算。、桥面中心最
2、低标高和引道路堤最低设计标高的计算。、桥面中心最低标高和引道路堤最低设计标高的计算。、桥面中心最低标高和引道路堤最低设计标高的计算。本章难点本章难点本章难点本章难点 桥桥桥桥涵涵涵涵布布布布置置置置的的的的一一一一般般般般原原原原则则则则；桥桥桥桥位位位位选选选选择择择择(xunz)(xunz)(xunz)(xunz)的的的的规规规规定定定定；桥桥桥桥面面面面中心最低标高和引道路堤最低设计标高的计算。中心最低标高和引道路堤最低设计标高的计算。中心最低标高和引道路堤最低设计标高的计算。中心最低标高和引道路堤最低设计标高的计算。返回(fnhu)本章第1页/共257页第二页，共257页。一、桥涵分类
3、一、桥涵分类按照公路工程技术标准和按照公路工程技术标准和部颁部颁JTG D602004公路桥涵设公路桥涵设计通用规范计通用规范(gufn)规定，规定，其类别划分见下表。其类别划分见下表。12.1 桥涵分类及大中桥设计的一般(ybn)规定一、桥涵分类；二、公路桥涵布置(bzh)的一般原则及规定第2页/共257页第三页，共257页。分类多孔跨径总L（m）单孔跨径总长Lk（m）分类多孔跨径总长L（m）单孔跨径总长Lk（m）特大桥大桥中桥L500100L50030L100Lk10040Lk10020Lk40小桥涵洞8L30L85Lk20Lkikiik（ikik为临界底坡为临界底坡)，在进口处作适当开挖
4、，如图，在进口处作适当开挖，如图1411a)1411a)所示。所示。2)52)5i i1010的非岩石河沟或的非岩石河沟或5 5i i3030的岩石河沟的岩石河沟 对于这类河沟，可采用斜置式坡涵。结合地形、地质情况对于这类河沟，可采用斜置式坡涵。结合地形、地质情况(qngkung)(qngkung)，其基础可有台阶形（如图，其基础可有台阶形（如图14-11b14-11b、c c所示所示)、齿形与扶壁形。、齿形与扶壁形。3)10%3)10%i i30%30%的河沟的河沟 这类河沟可采用洞身为阶梯形的平置坡涵，如图这类河沟可采用洞身为阶梯形的平置坡涵，如图1411b)1411b)所示。其立所示。其
5、立面布置要求有：面布置要求有：(1)(1)分节段长度一般为分节段长度一般为2m-6m2m-6m，随纵坡增大而减小。相邻两节段的最大高差，随纵坡增大而减小。相邻两节段的最大高差一般不超过涵洞上部厚度的一般不超过涵洞上部厚度的3/43/4，如图，如图1413a)1413a)所示；否则，应在节间加设矮所示；否则，应在节间加设矮墙，如图墙，如图14-13b)14-13b)所示，矮墙高度应小于所示，矮墙高度应小于0.7m0.7m或或1/31/3的涵洞净高。分节长度一般的涵洞净高。分节长度一般应大于台阶高度的应大于台阶高度的1010倍，否则，台阶长度应按多级跌水计算确定。矮墙高度应倍，否则，台阶长度应按多
6、级跌水计算确定。矮墙高度应避免过多压缩涵洞过水断面。避免过多压缩涵洞过水断面。第184页/共257页第一百八十五页，共257页。(2)(2)当河沟当河沟(hgu)(hgu)纵坡变化较大时，可适应地形条件采用不等长分节洞身，纵坡变化较大时，可适应地形条件采用不等长分节洞身，不等高的阶梯形，跌水段长度应大于涵洞孔径，必要时应按多级跌水计算不等高的阶梯形，跌水段长度应大于涵洞孔径，必要时应按多级跌水计算确定。确定。(3)(3)涵洞采用的孔径应大于计算值，每节间应设沉降缝。涵洞采用的孔径应大于计算值，每节间应设沉降缝。返回(fnhu)本章第185页/共257页第一百八十六页，共257页。14-5 小桥
7、孔径小桥孔径(kngjng)计算计算 小桥的泄流特性与宽顶堰相似，但小桥一般无槛高，故又称为无槛宽小桥的泄流特性与宽顶堰相似，但小桥一般无槛高，故又称为无槛宽顶堰。小桥的水力计算主要是确定小桥孔径大小及桥前水探。小桥的设计顶堰。小桥的水力计算主要是确定小桥孔径大小及桥前水探。小桥的设计流量由水文计算提供。小桥设计通常考虑了一定的桥孔净空高度，一般桥流量由水文计算提供。小桥设计通常考虑了一定的桥孔净空高度，一般桥孔不会全淹没，如图孔不会全淹没，如图71e)71e)、f)f)所示；其跨径与桥台高度比例也无限制关所示；其跨径与桥台高度比例也无限制关系。因此，小桥孔径计算主要是确定桥跨长度。系。因此，
8、小桥孔径计算主要是确定桥跨长度。但是，小桥的孔径计算与大中桥不同。大中桥孔径但是，小桥的孔径计算与大中桥不同。大中桥孔径(桥长桥长)计算以冲刷计算以冲刷系数作控制条件，容许桥下河床发生一定的冲刷，采用天然河槽断面平均系数作控制条件，容许桥下河床发生一定的冲刷，采用天然河槽断面平均流速作为桥孔设计流速，并按自由出流条件，由计算的过水面积推求桥孔流速作为桥孔设计流速，并按自由出流条件，由计算的过水面积推求桥孔长度；小桥孔径长度；小桥孔径(桥长桥长)计算则以容许不冲刷流速为控制条件，河床不容许计算则以容许不冲刷流速为控制条件，河床不容许发生冲刷，但容许有较大的桥前壅水高度，须考虑桥孔的出流状态，按此
9、发生冲刷，但容许有较大的桥前壅水高度，须考虑桥孔的出流状态，按此确定桥孔长度。为了压缩确定桥孔长度。为了压缩(y su)(y su)桥孔长度，通常采用人工加固办法提高桥孔长度，通常采用人工加固办法提高容许不冲刷流速，但不宜用过大的容许不冲刷流速，以免造成过高的桥前容许不冲刷流速，但不宜用过大的容许不冲刷流速，以免造成过高的桥前水位壅高，导致上游淹没损失加大。水位壅高，导致上游淹没损失加大。第186页/共257页第一百八十七页，共257页。n n一、小桥泄流的淹没标准一、小桥泄流的淹没标准n n 小桥泄流可有自由出流与淹没出流两类，如图小桥泄流可有自由出流与淹没出流两类，如图14-1414-14
10、所示。下面建所示。下面建立立(jinl)(jinl)其自由出流与淹没出流的判别标准，简称为淹没标准。如图其自由出流与淹没出流的判别标准，简称为淹没标准。如图14-14-14a)14a)所示，水流进入桥孔后与宽顶堰类似，在进口附近发生收缩断面，其水所示，水流进入桥孔后与宽顶堰类似，在进口附近发生收缩断面，其水深深(为桥孔中的临界水深为桥孔中的临界水深)，有，有n n n n 式中：式中：进口形状系数。非平滑进口，进口形状系数。非平滑进口，0.75-0.800.75-0.80；平滑；平滑进口，进口，0.800.890.800.89。通常取。通常取 0 09090第187页/共257页第一百八十八页
11、，共257页。小桥的流速系数小桥的流速系数 ,侧收缩系数侧收缩系数及流量系数与及流量系数与宽顶堰不同，由实验值确定，见表宽顶堰不同，由实验值确定，见表141141。按矩形断面。按矩形断面桥孔计算桥孔计算(j sun)(j sun)，桥孔有效泄流宽度，桥孔有效泄流宽度bcbcbb，则临，则临界水深为界水深为又 式中：b 桥孔(qiokng)净宽 由公式(gngsh)(143)有（14-4）第188页/共257页第一百八十九页，共257页。取宽顶堰流量取宽顶堰流量(liling)(liling)系数的平均值，即系数的平均值，即m m0.34420.3442，a a1.01.0，由公式，由公式(14
12、-4)(14-4)，得，得 hk hk0.6188H0.6188H。1.3hk1.3hk1.30.6188H01.30.6188H00.8044H0 0.8H0 0.8044H0 0.8H0 表14-1 小桥侧收缩(shu su)系数及流速系数 第189页/共257页第一百九十页，共257页。对比宽顶堰的淹没标准对比宽顶堰的淹没标准(biozhn)(biozhn)得小桥淹没出流与自由出流的判别标准得小桥淹没出流与自由出流的判别标准(biozhn)(biozhn)式有：式有：对于堰流：对于堰流：自由出流自由出流 淹没出流淹没出流 对于小桥对于小桥(如图如图14-1414-14所示所示)自由出流自
13、由出流淹没出流淹没出流 第190页/共257页第一百九十一页，共257页。小桥水力计算一般忽略出口动能恢复项见图小桥水力计算一般忽略出口动能恢复项见图73c73c所示所示)。其泄流能力可按下式计算：其泄流能力可按下式计算：自由出流自由出流淹没出流淹没出流 式中式中 下游水深；下游水深；收缩断面收缩断面(dun min)(dun min)流速流速(Vc(Vc Vk)Vk)；淹没出流时，收缩断面淹没出流时，收缩断面(dun min)(dun min)处的处的缓流流速缓流流速 ()容许不冲刷流速。容许不冲刷流速。第191页/共257页第一百九十二页，共257页。n n二、小桥孔临界水深二、小桥孔临界
14、水深n n由上分析可知，小桥孔径水力计算的第一步是确定桥孔由上分析可知，小桥孔径水力计算的第一步是确定桥孔出流状态，而后按公式出流状态，而后按公式(146)(146)计算孔径计算孔径b b。因此必须。因此必须(bx)(bx)先确定桥孔中的临界水深。先确定桥孔中的临界水深。n n按临界流计算，有按临界流计算，有 n n又又 n n取取 n n得得 （防冲刷条件）（防冲刷条件）第192页/共257页第一百九十三页，共257页。因因 ，有，有 或（14-6）式中，动能修正系数，容许不冲刷(chngshu)流速。上式即满足防冲刷条件的桥孔临界水深计算公式，容许(rngx)不冲刷流速 见附录1。第193
15、页/共257页第一百九十四页，共257页。此外，桥孔中的临界此外，桥孔中的临界(ln ji)(ln ji)水深水深 还可由进口阻力还可由进口阻力条件及桥前水头求得。由公式条件及桥前水头求得。由公式(14-4)(14-4)，有，有 其中(qzhng)将m，K代入上式，得（14-7）第194页/共257页第一百九十五页，共257页。式中：式中：H H 桥前水深；桥前水深；流速系数，见表流速系数，见表141141，桥前行近流速。桥前行近流速。求得桥孔临界水深后，即可由下游水深进一步判别小求得桥孔临界水深后，即可由下游水深进一步判别小桥桥(xio qio)(xio qio)的出流状态，按公式的出流状态
16、，按公式(14-5)(14-5)计算小桥计算小桥(xio(xio qio)qio)孔径孔径b b。第195页/共257页第一百九十六页，共257页。n n三、下游水深计算方法三、下游水深计算方法n n 1.1.将下游河沟断面简化为三角形断面，由公式将下游河沟断面简化为三角形断面，由公式(14-(14-1)1)确定三角形断面的边坡系数。当为顺按河沟时确定三角形断面的边坡系数。当为顺按河沟时(i0)(i0)，通常以下游棱柱形渠道或概化三角形断面渠道中的正常通常以下游棱柱形渠道或概化三角形断面渠道中的正常水深作为下游水深。当已知流量水深作为下游水深。当已知流量Q Q，主河槽，主河槽(hco)(hco
17、)平均平均坡度坡度i i、糙率、糙率n n时，采用曼宁公式，时，采用曼宁公式，可按下式计算：可按下式计算：(14-8)式中,m 边坡系数，按公式(gngsh)(14-1)计算。第196页/共257页第一百九十七页，共257页。2.2.由概化河沟的控制断面水深通过水面曲线计算求解由概化河沟的控制断面水深通过水面曲线计算求解(qi ji)(qi ji)。但此法工作量大，结果难以理想。因此，小。但此法工作量大，结果难以理想。因此，小桥涵下游水深多按正常水深的公式桥涵下游水深多按正常水深的公式(14-8)(14-8)计算。计算。第197页/共257页第一百九十八页，共257页。n n四、小桥孔长度计算
18、四、小桥孔长度计算n n 小桥可有单跨和多跨两类，桥孔长度取决于泄流宽度、小桥可有单跨和多跨两类，桥孔长度取决于泄流宽度、桥墩宽度、上部结构底面对水面的超高及桥孔断面形状桥墩宽度、上部结构底面对水面的超高及桥孔断面形状(xngzhun)(xngzhun)。n n 1 1梯形及矩形断面桥孔长度梯形及矩形断面桥孔长度L(L(如图如图145a145a所示所示)n n 1)1)自由出流自由出流 n n 按宽顶堰泄流持性，桥孔泄流呈急流状态，且有按宽顶堰泄流持性，桥孔泄流呈急流状态，且有 ，全桥孔水深，全桥孔水深hh15i15时，通常设急坡时，通常设急坡涵涵(一般涵底坡度大于一般涵底坡度大于5 5)，其
19、出水洞口河沟应视地形、地质和水，其出水洞口河沟应视地形、地质和水力力(shul)(shul)条件，分别采用急流槽、消力池、人工加糙及多级跌条件，分别采用急流槽、消力池、人工加糙及多级跌水等设施对沟床作适当处理，消力池位于急流槽末端，人工加糙水等设施对沟床作适当处理，消力池位于急流槽末端，人工加糙在急流槽的槽身底部。在急流槽的槽身底部。n n 公路工程常用的急流槽，一般底坡不大于公路工程常用的急流槽，一般底坡不大于1 1：1.51.5，常用棱，常用棱柱形渠槽。其进口部分常用矩形断面，进水口宽度按宽顶堰宽度柱形渠槽。其进口部分常用矩形断面，进水口宽度按宽顶堰宽度计算，有计算，有第254页/共257
20、页第二百五十五页，共257页。急流槽的槽身部分底宽可按下列急流槽的槽身部分底宽可按下列(xili)(xili)经验公式计算经验公式计算:或 (14-37)式中：b 底宽(m)；i 底坡；Q 流量(s)；n 糙率；Vmax 容许不冲刷流速；水流参气系数(xsh)，当水力半径R0.1m时：i=0.1-0.2,第255页/共257页第二百五十六页，共257页。关于急流槽、消力池、多级跌水等水力计算详见第七章。对关于急流槽、消力池、多级跌水等水力计算详见第七章。对于重大于重大(zhngd)(zhngd)工程，涵洞进出口沟床的上述处理方案，还需进工程，涵洞进出口沟床的上述处理方案，还需进行模型试验验证，并作方案比较，择优选用。行模型试验验证，并作方案比较，择优选用。返回(fnhu)本章第256页/共257页第二百五十七页，共257页。