涵洞孔径计算

深h0 = hk i<ik，涵内水深h0 ＞hk； 很少采用i<ik的涵洞
普通式进水口H>1.2hT 进水口被淹没，出水口没；
流线型进水口，一般不出现 半压力式
工程中采用半压力式涵洞时 涵底纵坡 i≥ik
应避免采用i<ik的涵洞
H H'
hc hT h
H
h0 hT h
i
h 0或 h k
i
h 0或 h k
1.判别桥下水力图式
1）确定河槽天然水深ht 2）确定桥下临界水深hk 3）水流图式判别
2.确定小桥孔径长度L 1）自由式出流 2）淹没式出流
3.确定桥前水深H 1）自由式出流 2）淹没式出流
4.确定路基和桥面最低 标高
1）确定河槽天然水深ht
假定一个水深h1 求A、R
计算v、Q
v
1
B 01Q sNd
同试算法，确定桥孔长度
（6）同试算法，计算桥头路基及桥面最低标高。
河床实际情况 建桥河段附近建材
桥下河床允许流速
河床天然水深
临界水深
出流形式
桥孔长度
桥前水深
否
设计要求 是
确定设计各要素
9.5 涵洞孔径计算
9.5.1 涵洞孔径计算特点
1.洞身断面的尺寸对工程数量影响较大; 2.涵洞孔径小、孔道长，水流过涵阻力较大; 3.通常采取人工加固措施来提高过涵流速; 4.孔径计算需考虑水流充满洞身的情况。
9.5.2 水流通过涵洞的图式
分类
出水口是否被下游淹没——自由式出流√
淹没式出流
行洪时洞口是否被淹没——无压力式
半压力式
压力式
涵洞的摩擦坡度iW
iW
Q2 A2C 2R

一、洞身及组成按涵洞构造形式和组成部分不同，洞身也有不同的形式。

现将常见的洞身形式分述如下：1.圆管涵(包括倒虹吸圆管涵)圆管涵洞身主要由各分段圆管节和支承管节的基础垫层组成，见图2-1。

当整节钢筋混凝土圆管无铰时，称为刚性管节; 当沿横截面圆周对称加设4个铰时，称为柔性管节(参见第六章第二节)。

圆管涵常用孔径d0为50 (农田灌溉时用) 、75、100、125、 150cm，对应的管壁厚度δ分别为6、8、10、12、14cm。

基础垫层厚度t根据基底土质确定，当为卵石、砾石、粗中砂及整体岩层地基时，t=0; 当为亚砂土、粘土及破碎岩层地基时，t=15cm 当为干燥地区的粘土、亚粘土、亚砂土及细砂的地基时t=30cm。

图2-1 圆管涵洞身d0-孔径(净跨);δ-管壁厚度;B-基底宽度;t-基础垫层厚度尺寸单位：cm2.盖板涵盖板涵洞身由涵台(墩)、基础和盖板组成。

盖板有石盖板及钢筋混凝土盖板等。

当跨径较小、洞顶具有一定填土高度时，可采用石盖板; 当跨径较大时，宜采用钢筋混凝土盖板，见图 2-2。

石盖板涵常用跨径L0为75、100、125cm，盖板厚度d随洞顶填土高度与跨径而变，一般在15～40cm之间。

作盖板的石料必须是不易风化的、无裂缝的优质石板。

钢筋混凝土盖板涵跨径为150、200、250、300、400cm，相应的盖板厚度d在15～22cm 之间。

当L0达500cm以上时为小桥，相应的盖板厚度d可在25～30cm之间。

圬工涵台(墩)的临水面一般采用垂直面，而涵台背面采用垂直或斜坡面，涵台(墩)顶面一般做成平面。

涵台顶面有时做成L型企口，使其在支承盖板的同时，借助盖板的支撑作用来加强涵台的稳定。

涵台(墩)的下部用砂浆与基础结成整体。

钢筋混凝土盖板涵的涵台(墩)上部往往比台(墩)身尺寸略大，做成台(墩)帽。

为了增加整体稳定性和抗震性，当跨径大于2m且涵洞较高时，可在盖板下或盖板间，沿涵长每隔2m增设一根支撑梁，也可分别在盖板两端和台(墩)帽内预埋栓钉，使盖板与台(墩)加强连结。

同理可得: 涵洞长度:
1 W上 a m( H h1 ) L上 1 mi 1 W下 a m( H h2 ) L下 1 mi L L上 L下
2、路堤边坡有两个数值时,方法同上,可得:
1 W上 m1 H1 m2 ( H 2 h1 ) a L上 1 m2 i 1 W下 m1 H1 m2 ( H 2 h2 ) a L下 1 m2 i
线 a b W 入 H h d h L 路 上 下 1 2 中 口 心 线

i 0 W上 a H (h1 d ) m
W上 a H (h1 L上 i ) m W上 a m ( H h1 ) L上 m i

习题
72.在Ⅰ、Ⅱ级铁路上设置涵洞时，应：①按流量 Q1%选择孔径并按Q1%检算路堤高度；②按Q2%选择 孔径并按Q2%检算路堤高度；③按流量Q1%选择孔 径并按Q2%检算路堤高度；④按流量Q2%选择孔径 并按Q1%检算路堤高度。（ ） 73.新建涵洞设置上拱度时应使：①进口流水槽面， 低于或等于涵中即涵洞中心的流水槽面；②涵中 的流水槽面高于进口流水槽面；③进口流水槽面 高于或等于涵中的流水槽面。（ ）
（三）箱涵 优点：施工期限较拱涵短，对地基承载力 较拱涵低。 缺点：钢筋用量比拱涵多。 适用范围:要求排洪量大,地质条件差,路 堤高度小,不宜设置拱涵的工点。
三、确定拱涵孔径 （一）排洪涵孔径的确定（步骤） 首先根据已知的设计流量Q2%，从表中查 出适宜孔径；按设计流量Q1%查该孔径的涵 前积水深H。 然后按水力条件要求H+0.5m应不高于现 有路堤高度；按结构条件要求的最小路堤 高度应不高于现有路堤高度。 若现有路堤高度不足或涵前积水太深， 应另选用较大孔径或将单孔改为双孔。

涵洞孔径计算1、涵洞设计流量计算原则流域面积小于30 k m 2的河流，利用《公路涵洞设计细则》（JTG/T D65-04-2007）中径流形成法公式计算流量，用经验公式复核。

2、计算公式计算公式1 -径流形成法公式 公式： 其中：Q p ：规定频率为p 时的洪峰流量（m 3/s ）； ψ：地貌系数，查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-5；h ：径流厚度（mm ），由暴雨分区、规定频率P%、土的吸水类属一级汇流时间确定，查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-9；z ：被植物或坑洼滞留的径流厚度（mm ），查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-10；F ：汇水区面积（km 2）；β：洪峰传播的流量折减系数，查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-11；γ：汇水区降雨量不均匀的折减系数，查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-12；δ：小水库（湖泊）调节作用影响洪峰流量的折减系数，查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-13，本项目路线无小水库，则δ＝1。

计算公式2-经验公式法 经验公式Ⅲ：Q p =CS F其中：Q p ：规定频率为p 时的洪峰流量（m 3/s ）； C ：系数，C ＝0.4；S ：频率为P 的雨力（mm/h ），查四川省雨力（mm/h ）等值线图，S=90 F ：汇水面积（km 2）。

经验公式Ⅳ：Q p =KF n其中：Q P ：规定频率为p 时的洪峰流量（m 3/s ）； K ：迳流模量，K=0.74；()5423Fz h Q p -ψ=F：汇水区面积（km2）。

（1）、汇水面积流域面积从1：5000或1：10000的地形图上勾绘出汇水区范围，然后再以图形法求算面积。

（2）、设计流量本次所选的涵洞汇水面积均小于30 k m2，故采用径流形成法公式计算流量。

依以上参数，对路线上部分涵洞1%洪峰流量进行计算，结果见下表1-1。

表1-1 涵洞设计流量注：本次根据流域面积范围选择设计流量值。

3、涵洞孔径计算考虑本合同段区域的地形、地貌，涵洞选择无压力式较为适宜。

面的水深为ht,则桥下过水断面平均宽度为：
B0
Qs
ht vbc
Nd
（8-2-8）
B0—桥下过水断面的平均宽度(m)；
vbc—河床的容许(不冲刷)流速(m/s)，可按表8-2-1采用。
第二节 小桥孔径计算
❖ 若桥孔断面为矩形，则桥孔长度L=B0；
❖ 若桥孔断面为梯形，则桥孔长度为：
L
B0
2m( 1 2
❖ 小桥涵孔径大小应根据设计流量、河床特性及河床进出口加固类型所允许 的平均流速等来确定。
❖ 小桥涵孔径计算的目的在于合理确定桥涵孔径大小、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高程。
小桥 涵洞
小桥和涵洞按跨径分类表 多孔跨径总长L（m） 8≤ L ≤30 ——
单孔跨径L0（m） 5≤ L0 ≤20 L0 ≤5
第一节 小桥和涵洞勘测
一、小桥和涵洞勘测的主要任务
❖ 小桥和涵洞勘测包括外业勘测和内业设计两部分。 ❖ 通过对公路沿线的地形、地质、水文、气象及农田水利设施等情况进
行勘测和调查，为桥涵设计以及水力计算提供必要的资料和依据。
二、小桥和涵洞勘测的主要工作内容
❖ 1、勘测前的准备工作 ❖ 2、小桥和涵洞位置的选择 ❖ 3、小桥和涵洞测量 ❖ 4、小桥和涵洞类型选择
ε—挤压系数；见表8-2-2；
N—桥墩个数； d —桥墩宽度(m)；
其他符号意义同前。
第二节 小桥孔径计算
挤压系数ε与流速系数值φ
桥台形状 单孔桥锥坡填土 单孔桥有八字翼墙
ε 0.90 0.85
多孔桥或无锥坡或桥 台伸出锥坡以外
拱脚淹没的拱桥
0.80 0.75
表8-2-2
φ 0.90 0.90

K0+438.00涵洞孔径计算（1）选择涵洞孔径汇水面积：20.432kmF =采用经验公式，设计流量：()2F u -S Q mp p λψ=其中：，，100S p=3.261001S K u71.0p 11=⨯==β67.01m 76.02===ψλ，，()67.01432.03.2610076.0Q 1001⨯-⨯=sm 92.313=设涵洞进水口净高：m5.2h d='涵前水深：m 39.287.065.25.287.0h H d =-=∆-'=涵洞宽度：m46.539.2581.192.31H581.1Q B 2323p=⨯=⨯=选一净跨径的钢筋混凝土盖板涵，此时涵前实际水深：m 6L 0=m25.2L 581.1Q H 320p =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=因此，进水口水深：m 95.1H 87.0H =='查表5-8，则涵洞净高6h ≥∆ 2.5m m 35.295.156H 56h d ≈=⨯='≥（2）确定ck c k V V h h 、、、此时，临界水深m45.1H 6435.0==kh 收缩断面水深：m30.19.0k c==h h 收缩断面流速：s m 6V s m 4.09134.025.2134.0H V y 2121c =〈=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫⎝⎛=临界流速：sm 6V m 68.3V 9.0V y c k=〈==（3）计算临界坡度：水力半径：m98.045.12645.16h 2B h B P R k k kkk =⨯+⨯=+⨯==ω()max 23234k 2k k 22kk i %356.098.068.3016.0R V n R C V i 〈=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⨯==满足要求，故选取涵洞m5.20.32⨯-K1+268.00涵洞孔径计算（1）选择涵洞孔径（按25年一遇）汇水面积：2km65.1F =采用经验公式，设计流量：3F CS Q p pλβ=其中：，，70S p=42.20701S K u 71.0p11=⨯==β67.00.36C 07.13===λβ，，67.007.165.17036.0Q 1001⨯⨯=sm 45.473=设涵洞进水口净高：m5.2h d='涵前水深：m 39.287.065.25.287.0h H d =-=∆-'=涵洞宽度：10mm 40.939.2366.145.47H366.1Q B 2323p≈=⨯=⨯=选一净跨径的拱涵，此时涵前实际水深：m 10L 0=m29.2L 366.1Q H 320p =⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=因此，进水口水深：m99.1H 87.0H =='查表5-8，则涵洞净高6h ≥∆ 2.5mm 39.299.156H 56h d ≈=⨯='≥（2）确定c k c k V V h h 、、、此时，临界水深m 35.1H 591.0==kh 收缩断面水深：m22.19.0k c==h h 收缩断面流速：s m 6V s m 4.13134.029.2134.0H V y 2121c =〈=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=临界流速：sm 6V s m 72.3V 9.0V y c k=〈==（3）计算临界坡度：水力半径：m06.135.121035.110h 2B h B P R k k kkk =⨯+⨯=+⨯==ω()max 23234k 2k k 22k k i %328.006.172.3016.0R V n R C V i 〈=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⨯==满足要求，故选取涵洞m5.20.52⨯-K3+692.00涵洞孔径计算（1）选择涵洞孔径汇水面积：20.854mF =采用经验公式，设计流量：()2F u -S Q mp p λψ=其中：，，100S p=3.261001S K u71.0p 11=⨯==β67.01m 76.02===ψλ，，()67.01854.03.2610076.0Q 1001⨯-⨯=sm 39.503=设涵洞进水口净高：m3h d='涵前水深：m 87.287.063387.0h H d =-=∆-'=涵洞宽度：8mm 59.787.2366.139.50H366.1Q B 2323p≈=⨯=⨯=选一净跨径的拱涵，此时涵前实际水深：m 8L 0=m77.2L 366.1Q H 320p =⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=因此，进水口水深：m41.2H 87.0H =='查表5-8，则涵洞净高6h ≥∆3mm 89.241.256H 56h d ≈=⨯='≥（2）确定c k c k V V h h 、、、此时，临界水深m 78.1H 6435.0==k h 收缩断面水深：m60.19.0k c==h h收缩断面流速：s m 6V s m 4.55134.077.2134.0H V y 2121c =〈=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=临界流速：m 6V m 10.4V 9.0V y c k=〈==（3）计算临界坡度：水力半径：m23.178.12878.18h 2B h B P R k k kkk =⨯+⨯=+⨯==ω()max 23234k 2k k 22kk i %326.023.11.4016.0R V n R C V i 〈=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⨯==满足要求，考虑甲方排水要求，故选取涵洞m5.40.42⨯-K4+832.50涵洞孔径计算（1）选择涵洞孔径汇水面积：2m598.0F =采用经验公式，设计流量：()2F u -S Q mp pλψ=其中：，，100S p=3.261001S K u71.0p 11=⨯==β67.01m 76.02===ψλ，，()67.01598.03.2610076.0Q 1001⨯-⨯=m 68.393=设涵洞进水口净高：m2h d='涵前水深：m 92.187.062287.0h H d =-=∆-'=涵洞宽度：m11m 92.1092.1366.168.39H366.1Q B 2323p≈=⨯=⨯=选一净跨径的拱涵，此时涵前实际水深：m 11L 0=m87.1L 366.1Q H 320p =⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=因此，进水口水深：m63.1H 87.0H =='查表5-8，则涵洞净高6h ≥∆2mm 96.163.156H 56h d ≈=⨯='≥（2）确定ck c k V V h h 、、、此时，临界水深m 20.1H 6435.0==k h 收缩断面水深：m08.19.0k c==h h 收缩断面流速：sm 6V s m 74.3134.087.1134.0H V y 2121c =〈=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫⎝⎛=临界流速：sm 6V s m 37.3V 9.0V y c k =〈==（3）计算临界坡度：水力半径：m99.02.12112.111h 2B h B P R k k kkk =⨯+⨯=+⨯==ω()max 23234k 2k k 22kk i %297.099.037.3016.0R V n R C V i 〈=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⨯==满足要求，考虑甲方排水要求，故选取涵洞m25.5-2⨯K5+291.00涵洞孔径计算（1）选择涵洞孔径汇水面积：20.65kmF =采用经验公式，设计流量：()2F u -S Q mp pλψ=其中：，，100S p=3.261001S K u71.0p 11=⨯==β67.01m 76.02===ψλ，，()67.0165.03.2610076.0Q 1001⨯-⨯=sm 94.413=设涵洞进水口净高：m0.2h d='涵前水深：m 92.187.060.20.287.0h H d =-=∆-'=涵洞宽度：m97.992.1581.194.41H581.1Q B 2323p =⨯=⨯=选一净跨径的钢筋混凝土盖板涵，此时涵前实际水深：m 10L 0=m92.1L 581.1Q H 320p =⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=因此，进水口水深：m67.1H 87.0H =='查表5-8，则涵洞净高6h ≥∆ 2.0m m 004.267.156H 56h d ≈=⨯='≥（2）确定c k c k V V h h 、、、此时，临界水深m 24.1H 6435.0==k h 收缩断面水深：m12.19.0k c==h h 收缩断面流速：s m 6V m 785.3134.092.1134.0H V y 2121c =〈=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=临界流速：m 6V m 41.3V 9.0V y c k=〈==（3）计算临界坡度：水力半径：m99.024.121024.110h 2B h B P R k k kkk =⨯+⨯=+⨯==ω()max 23234k 2k k 22kk i %304.099.041.3016.0R V n R C V i 〈=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⨯==满足要求，故选取涵洞m0.20.52⨯-。

3 涵洞的构造
b)端墙式 特点：洞口建筑为垂直涵洞纵轴线、部分挡住路堤边坡的矮 墙，涵身高度由涵前雍水高度或路肩高度决定。构造简单， 但水力性能不好，仅适用于小流速、低冲刷的渠道。
3 涵洞的构造
c)锥坡式 特点：是在端墙式的基础上将侧向伸出的锥形填土表面予以 铺砌。圬工体积较大，不够经济，但稳定性好，适用于较高 大的涵洞，也是较常用的形式。
涵身：由钢筋混凝土构成，洞口断面一般为长方形或正方形。
箱涵常用的跨径有200cm、250cm、300cm、400cm、450cm等，
壁厚一般为22～35cm。
基础 ：箱涵基础一般为双层结构。上层为混凝土结构，厚 10cm；
下层为砂砾垫层，厚度为40～70cm。 变形缝 ：一般设在洞身中部，连同基础变形缝设置一道通缝。 设于顶、底板的上面和侧墙的外面。
4 涵洞施工
单孔无圬工基础管涵洞身安装程序 注：砂垫层底宽，非严重冰冻地区为b，严重冰冻地区为a，即上下同宽
4 涵洞施工
夯实机
⑶ 涵底陡坡台阶式基础管涵
4 涵洞施工
施工特点
沟底纵坡很陡时，为防止涵 洞基础和管节向下滑移，每 段长度一般为3～5m，台阶 高差一般不超过相邻涵节最 小壁厚的3/4。如破度较大 可按2～3m分段或加大台阶 高度，但不应大于0.34m， 且台阶处的净空高度不小于 1.0m此时在低处的涵顶上 应设挡墙，以掩盖可能产生 的缝隙。 无圬工基础的陡坡管涵，只可采用 管节斜置的办法，斜置的坡度不得 大于5％。
涵洞
目录
1 2 概述
分类 3
4 构造形式及识读方法
工程施工
1 涵洞的概述
定义：涵洞：是公路或铁
路与沟渠、道路相交的地方 ，使水、人流、车流从路下 通过的小型构造物。

L
L
cos
选用标准跨径L0作为实际桥孔长度；
若
L0
L
，应按标准跨径复核出流状态；
10%
L
若与原出流状态不符，则应重新选择标准跨径，
直至误差<10%。
3. 确定桥前水深H
1）自由出流：
Hhk
vk2
2g2
vH 2 2g
2) 淹没出流
v2
Hht 2g2
vH 2 2g
4. 确定路基和桥面最低标高
9.5.1 涵洞孔径计算特点
1.洞身断面的尺寸对工程数量影响较大; 2.涵洞孔径小、孔道长，水流过涵阻力较大; 3.通常采取人工加固措施来提高过涵流速; 4.孔径计算需考虑水流充满洞身的情况。
9.5.2 水流通过涵洞的图式
分类
出水口是否被下游淹没——自由式出流√
淹没式出流
行洪时洞口是否被淹没——无压力式
9小桥和涵洞孔径计算
9.1 小桥涵的类型与特点
9.1.1 小桥涵划分
小桥 涵洞
小桥和涵洞按跨径分类表
多孔跨径总长L（m） 单孔跨径L0（m）
8≤ L ≤30 ——
5≤ L0 ≤20 L0 ≤5
小桥和涵洞的标准跨径表
0.75 1.0 1.25 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 8.0 10.0 13.0 16.0
1）确定河槽天然水深ht
假定一个水深h1 求A、R
计算v、Q
v
1
21
R3i2
n
若
Q Qs 10%
Qs
Q Av
则ht=h1，否则，需重新 假定水深h2
2）确定桥下临界水深hk 可由临界函数求出
B A k k 3Q gs2 hkB A k kgQ A k 2 s2v g 2 k vk vbc

④钢筋混凝土桥涵：以钢筋混凝土为主要承重结构建造的桥 钢筋混凝土桥涵： 涵。由于此类材料坚固耐用，力学性能好，是高等级公路 由于此类材料坚固耐用，力学性能好， 常用的类型。 常用的类型。 按力学性能的不同，分为：钢筋混凝土管涵、钢筋混凝土 按力学性能的不同，分为：钢筋混凝土管涵、 板涵、钢筋混凝土板梁桥、钢筋混凝土箱涵、 板涵、钢筋混凝土板梁桥、钢筋混凝土箱涵、钢筋混凝土 拱涵、钢筋混凝土拱桥等。 拱涵、钢筋混凝土拱桥等。
第9章 小桥和涵洞孔径计算 章
14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 小桥涵勘测设计内容 小桥涵位置选择 小桥涵勘测与调查 小桥涵类型选择与布置 小桥孔径计算 涵洞孔径计算 小桥及涵洞构造
14.4 小桥涵的类型选择与布置
一 小桥涵分类
小桥和涵洞按跨径分类表 多孔跨径总长L（m） 小桥 涵洞 8≤ L ≤30 —— 小桥和涵洞的标准跨径表 0.75 1.0 1.25 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 8.0 10.0 13.0 16.0 单孔跨径L0（m） 5≤ L0 ≤20 L0 ≤5
⑤其他材料组成的涵洞：涵洞孔径小，也可以采用其他材料， 其他材料组成的涵洞：涵洞孔径小，也可以采用其他材料， 如砖、陶瓷、铸铁、钢波纹管、实惠三合土等。 如砖、陶瓷、铸铁、钢波纹管、实惠三合土等。
3、按水力特性分类 水流通过涵洞时，按其深度的不同，可分为无压力式、 水流通过涵洞时，按其深度的不同，可分为无压力式、 半压力式与压力式三种类型。 半压力式与压力式三种类型。 ①无压力式：涵洞入口处的水流深度小于涵洞口的高度，并 无压力式：涵洞入口处的水流深度小于涵洞口的高度， 且在整个涵洞长度范围内水面均不与洞顶接触，水流呈自 且在整个涵洞长度范围内水面均不与洞顶接触， 由水面状态。 由水面状态。

Nanjing University of
9.2 小桥孔径计算
二、小桥孔径计算
Nanjing University of
9.2 小桥孔径计算
二、小桥孔径计算
小桥水力计算的内容：
根据设汁流量Qs，河床加固类型所对应的最大容许流速 ，确定满足过流能力和防冲条件的孔径以及对应的桥前雍水 高度等。 计算方法：试算法。 拟定河床加固类型，确定桥下河床的容许流速；再根据 容许流速与设计流量，通过计算确定孔径大小与雍水高度； 与允许的雍水高度进行比较，从而判断是否需调整孔径值， 直至达到允许的雍水高度。
Nanjing University of
9.3 涵洞孔径计算
Hale Waihona Puke 一、涵洞的组成和分类箱涵：又称矩形涵或方涵，与盖板涵相似。建 2. 涵洞的分类 造材料一般用混凝土或钢筋混凝土等。铁路矩形涵 的顶板、边墙、底板连成整体。对特软地基采用箱 涵较为有利，但施工困难、造价较高。 圆形涵：又称圆管涵，简称圆涵或圆管，常用 钢筋混凝土制作。填土高度为 1～15米。欧美一些 国家多采用皱纹铁管。皱纹铁管通常由钢板弯成半 圆形或拱形管片，以上下两片或数片组合而成。这 种管片可在工厂制造，运至工地安装。圆形涵受力 性能好，工程量小，施工方便,但它的过水能力差。 孔径较小（一般为1.5米以下）的涵洞采用圆管涵式 居多。
按其水力性能可分为无压力式涵洞（水面都低于洞顶），半压力式 涵洞（水面淹没入口），压力式涵洞（流水充满整个洞身）； 按其构造类型可分为拱涵、盖板式涵、箱涵、圆形涵、倒虹吸涵等 。
Nanjing University of
9.3 涵洞孔径计算
2. 涵洞的分类
一、涵洞的组成和分类
拱涵:洞身由拱圈、边墙和基础组成,一般用砖、石和混凝土建造。填 土高度为 1～20米。拱涵需有较高的路基和坚实的地基。在石料丰富，地

涵洞计算1、涵洞的布设本路段小桥涵设置时主要考虑了：上游洞口应考虑流向，下游洞口以不危及农田村镇为原则，同时考虑到圆管涵利于施工，又经济简便，所以大部分形式均采用无压力式圆管涵形式（除K2+190处，设置盖板涵）。

本设计所取标准跨径为1.0m 。

本设计中涵洞的位置以及孔径见表8－3所示：表8-3 涵洞一览表管涵的标准跨径通常取50、75、100、125、150（cm ）。

下面以排水总体规划图中K16+708处的涵洞计算为例。

采用的方法为径流形成法，此法是以暴雨资料为主推算小流域洪水流量的一种方法，是公路部门目前普遍使用的一种计算方法，该公式只适用于汇水面积F ≤30 km2的小流域。

汇水面积：0.132km ，主河沟平均比降：12.4%，流域土壤吸水类属：Ⅲ，年平均降雨量：793mm ，设计洪水频率1/50，汇流时间：30min ，径流系数：0.95，粗糙度系数n=0.014。

我国公路系统最常采用的是公路科学研究所提出的简化公式，其中未考虑洪峰削减的公式为：由涵洞设计手册得洪峰流量计算：。

()βγδϕ54230m z -h F Q =式中 Q P ——规定频率为P 时的雨洪设计流量（m 3/s ）F ——汇水面积（km 2） h ——暴雨径流厚度（mm ） Z ——被植物或坑挖滞流的径流厚度φ——地貌系数，根据地型、汇水面积F 、主河沟平均坡 度I z 决定β——洪峰传播的流量折减系数，由汇水面积重心至桥涵的距离（L 0＝0.3Km<1Km ）及汇水区的类型（丘陵汇 水区）综合查表3.2－10得 γ——汇水区降雨不均匀的折减系数δ——考虑湖泊或小水库调节作用对洪峰流量影响的折减系数根据已知条件查《公路桥涵设计手册·涵洞》表4-8、表4-11、表4-12、表4-13、表4-14、表4-15，分别得地貌系数0ϕ取0.09，常用迳流厚度h 取45mm ，植物坑洼滞留的迳流厚度z 取10mm ，洪峰传播的流量折减系数β取1、降水不均匀折减系数γ取1.0、小水库（湖泊）调节折减系数δ取1。

涵洞孔径涵洞孔径？以下带来关于涵洞孔径的计算及基础埋深要求，相关内容供以参考。

1、分类按建筑材料分:砖涵。

石涵。

混凝土涵。

钢筋混凝土涵。

木涵。

陶瓷管涵。

缸瓦管涵。

按构造形式分:圆管涵。

盖板涵。

拱涵。

箱涵。

按断面形状分:圆形涵。

卵形涵。

拱形涵。

梯形涵。

矩形涵按孔数可分:单孔。

双孔。

多孔。

按有无履土可分:明涵。

暗涵。

2、涵洞设计的一般规定：涵洞长度与净高的关系h＝1。

25m,涵洞长度不宜超过25mh=1。

5m,长度不受限制对0。

75m盖板涵,h=1。

0m,长度不宜超过15m涵洞最小孔径的规定0。

75m盖板涵仅适用于无淤积的灌溉涵排洪涵孔径不应小于1。

25m。

板顶填土高度不应小于1。

2m3、涵洞设计一般步骤：外业测绘：收集涵洞的勘测资料,包括涵洞轴向断面、涵洞设计资料调查表、有沟或路的应测绘沟与线路的平面关系。

根据汇水面积确定涵洞的设计流量、出入口排水侧沟的沟底标高资料。

涵洞孔径式样、出入口铺砌类型的拟定。

根据涵洞功能、相关资料合理确定。

孔径宜大不宜小,宜宽矮不宜高窄。

出入口泄水面标高的拟定涵洞长度的计算、涵身分节与涵长调整涵洞基础的设计4、进出水口沟床加固及防护1) 在涵洞上、下游河沟和路基边坡一定范围内,宜采取冲刷防护措施。

当沟底纵坡小于或等于15%时,可铺砌到上、下游翼墙端部,并应在上、下游铺砌端部设置截水墙,其埋置深度不小于台身或翼墙基础深度。

2) 进水口沟床加固及防护①当河沟纵坡小于10%,河沟顺直,且土质和流速许可时,可对进口采用干砌片石铺砌加固。

②当河沟纵坡为10%~50%时,除岩石沟槽外,沟底和沟槽侧向边坡以及路基边沟均须采取人工铺砌加固。

加固类型由水流流速确定。

当采用缓坡涵进口时,涵前沟底纵坡较陡,涵身纵坡较缓,应在进口段设置缓坡段,其长度为1~2倍的涵洞孔径。

当采用陡坡涵进口时,涵身纵坡较大,水流呈急流状态,涵底坡度与涵前沟底纵坡基本平顺衔接,可不设缓坡段,只做人工铺砌加固。

③当河沟纵坡大于50%时,流速很大,进口处宜设置跌水井,可采用急流槽与天然河沟连接。

涵洞第一节涵洞类型及构造涵洞是为宣泄地面水流而设置的横穿路基的排水构造物，由洞身和洞口建筑两部分组成，如图5—l。

图5—l 涵洞的组成a)洞口b)洞身一．涵洞的分类〔一〕按建筑材料分1．石涵2．混凝土涵3．钢筋混凝土涵〔二〕按构造型式分1．圆管涵2．板涵3．拱涵4．箱涵〔三〕按洞顶填土的情况分明涵是指洞顶不填土或填土小于50cm的涵洞，适用于低路堤、浅沟渠；暗涵是指洞顶填土大于50厘米的涵洞，适用于高路堤、深沟渠。

〔四〕按水力性能分1．无压力式涵洞入口处水深小于洞口高度，有自由水面。

2．半压力式涵洞入口处水深大于洞口高度，水流仅在进水口处充满洞口，其它部分均具有自由水面。

3．压力式涵洞入口处水深大于洞口高度，在涵洞全长的范围内都充满水流，无自由水面。

4．倒虹吸管涵二、涵洞的构造〔一〕洞身构造1．圆管涵1)管身是管涵的主体部分，多采用钢筋混凝土预制安装，圆管涵洞身由分段的圆管节和支撑管节的基础垫层组成，见图5-2。

图5-2 圆管涵洞身①混凝土或浆砌片石基础如〔图5-4a〕，一般用于土质较软弱的地基上。

②垫层基础在砂砾、卵石、碎石及密实均匀的粘土或砂土地基上，可做垫层基础，如图5—2。

③混凝土平整层在岩石地基上，可不作基础，在圆管下铺一层混凝土，其厚度一般为5cm，如图5-4 b)图5—4 圆管涵基础(尺寸单位：cm)a)软弱地基；b)混凝土平整面3〕接缝及防水层圆管涵多采用预制拼装施工，为防圆管接头漏水，应作接缝处防水处理，其形式如下：①平口接头缝a．如图5-5a)，b．如图5-5b)，c．如图5—5c)，图5—5 平口接头缝②企口接头缝企口接头缝亦有三种形式，如图5—6。

图5—6 企口接头缝2．盖板涵洞身由盖板、涵台〔墩〕、基础、洞底铺砌、伸缩缝及防水层等部分组成〔如图5-7〕。

图5-7 盖板涵各组成部分1) 盖板盖板是涵洞的承重结构部分，其厚度一般为15cm～40cm。

做盖板石料强度等级应在40号以上。

计 算
相同数值。
图7.3.3多级跌水布置图式
七
4) 急流槽的水力计算
涵
急流槽是由进口、陡坡槽身、消能设施和出口等
洞 水
四部分组成，如图7.3.4所示
力
计
算
图7.3.4急流槽
①
急流槽的宽度一般与涵洞孔径大致相同，或
七 涵
根据需要通过的设计流量计算确定。
洞
②
急流槽中水流在整个槽身长度内处于急流状
水 力
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
3) 涵洞水力计算图示应采用无压力式，并应符 涵
合4.3.7条规定；仅在特殊情况下，有充分的技
洞 水
术经济比较依据时，方可采用半压力式或压力 力
式涵洞。
计 算
七
表7.3.2消力槛的淹没系数σs值
涵 洞
水
力
计
算
③ 消力槛高P1的确定
Ⅰ 根据公式（7.3.2-1）（7.3.2-3）、表7.3.2，
先假定σs ＝1求得消力槛淹没系数σs，判断出槛 水流情况。当为自由出流时，则P1值即为所求得
的值；当为淹没出流时，可重新假定P1值，
七
计试算算σs值。H试10 算中hc－以P1公 式2g （qh72c.32.2-1）的变形式
态，起点断面水深为临界水深hk，随后各断面水 计
深小于临界水深hk，即出现降水曲线。
算
③ 按均匀流公式试算槽中正常水深h0、流速V0，
最后验算流量并检验与设计流量差不大于±5％。
④ 降水曲线范围内可按分段求和法计算完整的

Qs vt 2 aht
32
Qs
判断桥下水力图式
（2）确定桥下临界水深 桥下平均临界水深：
hLj
2 vLj
g
0.102v
2 Lj
其中对于桥下临界流速 vLj ，孔径计算时按桥下的允 许不冲刷流速控制，查附表1-35～1-38 临界水深按断面形状分别计算
对于矩形及宽的梯形桥孔断面， hLj 对于狭和深的梯形桥孔断面，
hLj
2 Lj
hLj
BLj B 4mBLj hLj 2m
33
判断桥下水力图式
（3）判断桥下水力图式 自由出流： 非自由出流：
ht 1.3hLj ht 1.3hLj
34
方法步骤
2. 确定桥梁跨径长度L （1）自由出流时
由流量基本公式，当通过设计流量时，桥下临界断面处
Qs vLj
五、小桥涵水流状态
水流的类型有临界流、缓流、急流三类。
当计算基线通过河底时，
位能：
动能： 能率：
Ep H
v Ek 2g v2 Q2 E0 E p Ek H H 2 2g 2 g
17
2
五、小桥涵水流状态
当流量及流水断面形状为已知时，能率为水深的函数：
E0 f (H )
临界流：
急流：
19
2.临界流及其水力参数
五、小桥涵水流状态
临界流就是水深等于临界水深时的一种特殊的水流状态。 主要参数有：
（1）临界水深 （2）临界流速 （3）临界坡度
20
（1）临界水深 dE0 0 临界水深时的能率最小，有 dH
2 2 dE0 d Q Q d 1 H 2 3 dH dH 2 g g dH 对任何形状的断面，有 d BdH ，B为水面宽度。 2 Q 1 B0 因此 3 g Q 或 B g

对于梯形断面
vk
b mhk b 2mhk
ghk
23
（3）临界坡度
用谢才流速公式计算流经河槽的流量 Q C RI
当水流为临界流时，
Qk
k g ,
Bk
I Ik
因此， k
k g
Bk
kC
RkIk
临界坡度
Ik
kg
Ck2RkBk
gh Ck2Rk
24
临界坡度
当为矩形断面时，
Ik
v
2 k
C
2 k
R
k
谢才系数C用满宁系数表达，
B
0
或
Q
Bg
21
临界水深
对于矩形断面 bhk
Q 2b 临界水深计算公式： g ( b h k ) 3 1
临界水深：
hk
3
Q2 b2g
或：
hk
v
2 k
g
22
（2）临界流速
临界流速：
vk Qk 1kk
k
Bk
g kg
Bk
而 h （断面平均水深） B
因此 vk gh
对于矩形断面 vk ghk
14
小桥涵水毁的防治
（1）注意小桥涵设计的合理性。桥涵位置的选定、结构的形 式、净孔的大小、进出口的布置等一系列因素，均不可忽 视。 （2）平原地区桥涵设计既要加大桥涵底纵坡，又要注意进 出口水流的纵向顺畅衔接。进口宜扩大引纳水流，有条件 时，涵洞进口可采用流线形（升高管节式）。 （3）山区水流流速较大，当桥涵处地基为土质时，为了防 止严重冲刷，应铺砌加固桥涵下的河沟底面。下游出口可 采用挑坎（一、二、三级挑坎）或加设急流槽、消力池、 消力槛等消能设施。