涵洞算法 (1)

第六章 涵洞设计与放样第一节 涵长计算一、正交涵洞长度计算（一）无超高加宽时： B 上=B 下=0.5BH —路基填土高度，涵底中心至路基边缘高度。

h 上、h 下——涵洞上下游洞口建筑高度。

m —路基边坡率 i0——涵底坡度L 上、L 下——涵洞上下游水平长度（m ）。

L 上=i0m 1h -H m ⋅++上）（上BL 下=i0m 1h -H m ⋅-+下）（下B涵洞总长L= L 上+L 下若缘石外低端不在路基边坡延长线时，h 上、h 下用h 上+t 、h 下+t 代替，t ——厚，a ——宽（二）有超高加宽时（设在平曲线内） 1、i0与i1方向一致 L 上=i0m 1i1B h -H m ⋅+⋅++）上（上BL 下=i0m 1W i1W h -H m ⋅-+⋅-+）下（下BB 上、B 下——半个标准路基宽 W ——路基加宽 涵洞总长L= L 上+L 下注意：路基的设计高为未超高加宽前路基内侧边缘点的高程。

图6-2有超高加宽时涵长计算12、i0与i1方向相反L 上=i0m 1i1h -H m ⋅+⋅-++）上（上W W BL 下=i0m 1i1B h -H m ⋅-⋅++）下（下B涵洞总长L= L 上+L 下（三）斜交斜做涵洞因：L 上•cos α=B 上+ m （H- h 上- L 上•i0）+a 所以： L 上=i0m c ah -H m ⋅+++αos B 上）（上同理：L 下=i0m c ah -H m ⋅-++αos B 下）（下实训项目：根据已知条件计算涵洞长度。

实训时间：2课时。

图6-3有超高加宽时涵长计算2图6-4斜交斜做涵长计算第二节 涵址测量一、 涵位中桩钉设直线上的涵位用花杆穿线的办法（经违仪）确定中桩，或用全站仪坐标法定设中桩。

曲线上的涵位用切线支距法定设中桩。

切线支距法步骤：1、预估ZY 到涵中心桩的曲线长。

2、查切线支距X 、Y ，或根据曲线长和偏角计算X 、Y 。

涵洞设计与放样第一节 涵长计算一、正交涵洞长度计算（一）无超高加宽时：B 上=B 下=0.5BH —路基填土高度，涵底中心至路基边缘高度。

h 上、h 下——涵洞上下游洞口建筑高度。

m —路基边坡率i0——涵底坡度L 上、L 下——涵洞上下游水平长度（m ）。

L 上=i0m 1h -H m ⋅++上）（上BL 下=i0m 1h -H m ⋅-+下）（下B涵洞总长L= L 上+L 下若缘石外低端不在路基边坡延长线时，h 上、h 下用h 上+t 、h 下+t 代替，t ——厚，a ——宽（二）有超高加宽时（设在平曲线内）1、i0与i1方向一致L 上=i0m 1i1B h -H m ⋅+⋅++）上（上BL 下=i0m 1Wi1W h -H m ⋅-+⋅-+）下（下B图6-1无超高加宽时涵长计算B 上、B 下——半个标准路基宽W ——路基加宽涵洞总长L= L 上+L 下注意：路基的设计高为未超高加宽前路基内侧边缘点的高程。

2、i0与i1方向相反L 上=i0m 1i1h -H m ⋅+⋅-++）上（上W W BL 下=i0m 1i1B h -H m ⋅-⋅++）下（下B涵洞总长L= L 上+L 下（三）斜交斜做涵洞因：L 上•cos α=B 上+ m （H- h 上- L 上•i0）+a 所以：L 上=i0m c ah -H m ⋅+++αos B 上）（上同理：L 下=i0m c ah -H m ⋅-++αos B 下）（下图6-2有超高加宽时涵长计算1图6-3有超高加宽时涵长计算2图6-4斜交斜做涵长计算第二节 涵址测量一、 涵位中桩钉设直线上的涵位用花杆穿线的办法（经违仪）确定中桩，或用全站仪坐标法定设中桩。

曲线上的涵位用切线支距法定设中桩。

切线支距法步骤：1、预估ZY 到涵中心桩的曲线长。

2、查切线支距X 、Y ，或根据曲线长和偏角计算X 、Y 。

3、沿切线方向量X 、垂直距离Y 得中心桩。

4、若该点不是河沟中心，则再估。

涵洞水力计算书项目名称_____________日期_____________设计者_____________校对者_____________一、示意图：二、基本设计资料1．依据规范及参考书目：武汉大学水利水电学院《水力计算手册》（第二版）中国水利水电出版社《涵洞》（熊启钧编著）2．计算参数：计算目标: 已知设计流量、洞身高度、进、出口水深，确定洞身宽度。

进口型式: 八字墙。

设计流量Q = 40.000 m3/s洞身形状：矩形洞身高度D = 4.000m洞身长度L = 30.000m 纵坡i = 0.0020糙率n = 0.0140 上游行近流速V = 0.700m/s进口水深H = 4.050m出口水深h = 3.500m流量系数m = 0.360 侧收缩系数ε= 0.950进口损失系数ξ 1 = 0.200 拦污栅损失系数ξ 2 = 0.000闸门槽损失系数ξ 3 = 0.000 出口损失系数ξ4 = 1.000进口渐变段损失系数ξ 5 = 0.200 出口渐变段损失系数ξ 6 = 0.300三、计算过程采用试算，拟定洞身宽度B = 3.460m进行流量计算。

1．判断流态：进口水深与洞高之比H/D = 4.050/4.000 = 1.013 < 1.2，同时因下游水深h = 3.500m < 洞高D = 4.000m，因此判定流态为无压流。

无压流洞身水面以上净空面积与洞身横断面面积的比值(D-h)/D = 0.125，不小于10%～30%，满足要求。

当洞高D>3.0m时，无压流洞身净空高度D-h = 0.500m ≥0.5m，满足要求。

洞长L = 30.00m < 8H = 8×4.05 = 32.40m，按无压流短洞计算。

2．计算公式无压流短洞流量计算公式:Q = σ×ε×m×B×(2g)0.5×Ho3/2<式1>3．流量计算<式1>中包括行近流速水头在内的进口水深Ho = H+α×V2/(2g)Ho = 4.050+1.05×0.7002/(2×9.81) = 4.076m进口内水深hs = h-i×L = 3.500-0.0020×30.00 = 3.440m当hs/Ho = 3.440/4.076 = 0.844 > 0.72时，<式1>中淹没系数σ计算公式如下: σ = 2.31×hs/Ho×(1-hs/Ho)0.4σ = 2.31×3.440/4.076×(1-3.440/4.076)0.4 = 0.927Q = 0.927×0.950×0.360×3.460×(2×9.81)0.5×4.0763/2= 40.003 m3/s4．计算成果分析无压流进口洞身水面以上净空面积与洞身横断面面积的比值(D-hs)/D = 0.140，不小于10%～30%，满足要求。

涵洞模板计算一、荷载：①模板及支架自重：21/1m kN G k = （4m 以下楼板木模板为0.75，此处保守取1）②盖板自重：a.砼23/4.146.0/24m kN m m kN q =⨯=砼 （根据《JGJ 162-2008》 4.1.1第2条：普通混凝土自重标准值可采用2/24m kN ） b.钢筋23/66.06.0/1.1m kN m kN q =⨯=钢筋 （4.1.1第3条：一般梁板结构每立方米钢筋混凝土的钢筋自重标准值：楼板可取kN 1.1） ∴m /06.152kN q q G k =+=钢筋砼③施工人员、机械荷载：21/5.2m kN Q k= （4.1.2 第1条：当计算模板和直接支承模板的小梁时，均布活载可取2/5.2m kN ，再用集中荷载kN 5.2进行验算，比较两者所得弯矩值取其大值）④振捣混凝土时产生的荷载：22/2m kN Q k= （4.1.2第2条：振捣混凝土对水平面模板可采用2/2m kN ）二、荷载组合：（1）计算承载力时荷载组合①由可变荷载效应控制的组合：ik ni Qi n i ik G Q G S ∑∑==+=11γγ永久）（）（5.24.124.106.1512.1⨯+⨯++=6.25= （保守考虑，取消0.9可变荷载系数）②由永久荷载效应控制的组合：ik ni ci Qi ik G Q G S ∑=+=1ψγγ永久)27.04.15.27.04.1()06.151(35.1⨯⨯+⨯⨯++⨯=1.26=荷载效应组合的设计值S 应从以上两个组合值中取最不利值确定：[]1.26)6.25,1.26max(,max 211===q q S（2）验算挠度时的荷载组合形式： ）（k k G G S 2122.1+= ）（06.1512.1+⨯=272.19=三、涵洞顶板计算（1）面板计算：（根据《JGJ 162-2008》 5.2.1，按简支跨进行计算，取b=1m 宽板带为计算单元）（次楞间距取mm 300）①材料信息：胶合板厚度取12mm ，材料信息：23/109mm N E ⨯=，[]2/29mm N =σ由于胶合板材料未最终确定，暂保守取值23/106mm N E ⨯=计算单元取mm 10003422104.261210006mm bh W ⨯=⨯==45331044.11212100012mm bh I ⨯=⨯==②强度验算m kN ql M ⋅=⨯⨯==2936.009.01.2681812max[]MPa MPa W M 2923.12104.2102936.046max =≤=⨯⨯==σσ ∴ 面板抗弯计算符合承载力要求③刚度验算EIql f 38454=5341044.1106384200272.195⨯⨯⨯⨯⨯⨯= mm 465.0= 40014301200465.0<==l f （根据《JGJ 162-2008》 4.4.1:对结构表面外露的模板，其最大变形值不得超过计算跨度的4001）∴刚度验算符合要求（2）次楞木计算：（主楞间距取mm 600、计算宽度b=0.3） ①材料信息：次楞木采用9070⨯的杉木：23/109mm N E ⨯=，[]2/11mm N =σ34221045.9690706mm bh W ⨯=⨯==46331025.412907012mm bh I ⨯=⨯==②模型建立次楞计算跨数的假定需要符合工程实际的情况，另外还需考虑次楞的两端悬挑情况。

涵前水深实际涵前水深流量系数箱涵宽箱涵高流量
涵洞断面积涵洞湿周涵洞水
利半径糙率H0μH a
b
Q
ω1
X R
n 4.0452
4.10.80735
22 5.45
4
80.5
0.017
跃前水深涵前总水头单宽流
量流速系
数流速
hc'
T0
q ψ
vc
Fr
hc''
1.872 1.9917
2.725
0.95 1.36250.31790.3228
2.8659
无压长涵流量
Q δ
m b
H0h0/H01.144
0.64
0.35
2.2
0.65
0.9292
Q a
h0W X R n C i
1.1327
2.2
0.604 1.3288 3.4080.3899
0.01461.0520.0005
0.36
两个数据进行比较，要求实际的大于算得的水深，这样可满足淹没出流
按《涵洞》P144的淹没出流计算
2.022580842应大于1.5
初步确定
0.63
两侧洞
口工程量合计V
谢才系数涵洞长涵洞底坡以出口洞底为标高的出口水位假定河
床断面，求得出口河床断从进口到出口
前的各种局部水头损失系数之和C L
I
h t
ω2
0.3968ξ出
∑ξ
52.406
510
3.9
10.08
0.2
39.565
3.515.8
由ω1/ω2查得系数，涵洞出口局部水头损失系数0.6055
123.65
0.7445。

涵洞过水流量计算公式涵洞是一种常见的水利设施，用于排水和过水。

要计算涵洞的过水流量，那可得好好说道说道。

咱们先来说说影响涵洞过水流量的因素。

这就好比做菜，食材、火候、调料都能影响菜的味道，涵洞过水流量也受好多因素影响。

比如说涵洞的形状、尺寸，水流的速度、水深，还有涵洞的粗糙程度等等。

接下来，咱们就聊聊常见的涵洞过水流量计算公式。

其中一个常用的是曼宁公式。

这公式看起来有点复杂，其实就像解一道有点绕的数学题。

Q = A × V这里的 Q 就是过水流量啦，A 是过水断面的面积，V 是平均流速。

那怎么算这个平均流速 V 呢？这就要用到曼宁公式的另一个部分啦。

V = (1 / n) × R^(2/3) × S^(1/2)这里的 n 是糙率系数，R 是水力半径，S 是水力坡度。

给您举个例子吧，就说我之前参与过的一个乡村水利工程。

那地方有个小涵洞，因为年久失修，排水不太顺畅，一到下雨天，周边的农田就容易积水。

我们去实地考察的时候，发现这个涵洞是个矩形的，长 3 米，宽 2 米，水深 1.5 米。

通过测量和分析，我们确定糙率系数 n 为 0.013，水力坡度 S 为 0.05。

先算过水断面的面积 A ，那就是 3×1.5 = 4.5 平方米。

再算水力半径 R ，R = A / P ，其中 P 是湿周。

对于这个矩形涵洞，P = 2×(3 + 1.5) = 9 米，所以 R = 4.5 / 9 = 0.5 米。

然后就能算出平均流速 V 啦，V = (1 / 0.013) × 0.5^(2/3) × 0.05^(1/2) ≈ 1.2 米/秒。

最后得出过水流量 Q = 4.5 × 1.2 = 5.4 立方米/秒。

通过这个计算，我们就能清楚知道这个涵洞的过水能力，从而决定是要对它进行维修还是重建，以保证农田不再受积水之苦。

除了曼宁公式，还有其他一些计算公式，比如谢才公式。

涵洞计算书一、计算条件1、填土高度9米，洞顶至路面高度；2、填土容重18KN/m3，钢筋混凝土容重25KN/m3；3、填土内摩擦角取30°；4、车辆荷载，按照公路一级，按照两车道计算车辆荷载（计算填土高9米的范围）；二、盖板受力计算1、盖板上填土重量q=rHb=18*9*1=162KN/m2、盖板自重q=rhb=25*0.52*1=13KN/m3、车辆荷载填土厚度大于0.5米，不计汽车冲击力，按照规范涵洞设计，使用车辆荷载计算不使用车道荷载。

车辆荷载布置如下：3oi ：IO12014Q14011j£L1:Jr3.07.0~5(«)比面旳和计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖向土压力时，车轮按其着地面积的边缘向下作用30度角分布。

当几个车轮的压力扩散线相重叠时,扩散面积以最外边的扩散线为准。

车辆荷载横向分布宽度为：(0.6/2+9*tan30°)=5.493m>1.8m 车轮的压力扩散线相重叠，按照车轮的压力扩散线相重叠计算车辆荷载横向分布宽度。

a=(0.62+9*tan30°)X 2+2X 1.8+1.3=15.9m车辆荷载纵向分布长度度为：(0.2/2+9*tan30°)=5.293<7m小于两后轮距离，两后轮车轮的压力线不重叠。

车辆荷载分布长度为:b=(0.2/2+9*tan30°)*2+1.4=11.986m车辆荷载分布的压力强度为：q=G/a*b=(140+140)*2/15.9*11.986=2.94KN/m2(G为两辆车车后轴载总和)，填土较高车辆荷载影响不大。

4、盖板设计荷载q=1.2(q+q)+1.4q=1.2X(162+13)+1.4X2.94=214.12KN/m设土自汽(板宽1米)5、盖板作用于台帽的竖向力计算N=1/2X L X q=1/2X(4+0.3/2)X214.12=444.30KN计设三、台身受力计算1、土侧压力计算1)、土体破坏棱体长度计算，按照规范L°二H*tan(45°-©/2)=(9+4.77)*tan(45°-30°/2)=7.95m(大于两后轮距离，车辆两后轮作用于破坏棱体)2)、车辆荷载换算成土层厚h0=G/BL0r=2X(140+140+120)/(4.9X7.95X18)=1.14m3)盖板中心点处土侧压力强度e A=r X H A X tan2(tan(45°-G/2)AAH A=9+0.052/2+1.14=10.4e A=18X10.4X tan2(45°-30°/2)=62.34KN/m2A4)基础中心点处土侧压力强度e b=r X H B X tan2(45°-G/2)H B=1+0.052/2+0.4+3.1+0.75=14.91e=18X14.91X tan2(tan(45°-30°/2)=89.37KN/m2B5)土侧压力作用弯矩计算计算宽度取1m,受力简图如下:用迈达斯计算跨中最大弯矩为：200KNM，最大弯矩处距离A点2.35米。

正交管涵设计计算算例（一） 涵洞轴断面图上有关设计数据计算1. 各部标高和坡度的确定（1）路基设计标高H 设根据路基设计表查算的涵位中心桩号处路基设计标高为225.43m ，本涵路基有超高及加宽，因此上下游路基边缘处的设计标高不相同。

（2）涵底中心标高H 涵涵底中心标高是指涵洞铺底中心设计标高。

其计算公式为=223.39m H 涵（3）涵底纵坡I 涵涵底纵坡根据原河沟纵面起伏情况取定1%2. 管节和端墙设计（1） 基本管节采用采用路用预制管厂的标准管节（2） 管节数量计算① 初估涵长设端墙不加高，不含冒石时的进出水口的建筑高度不相同，因此根据计算'+m [(-c cos m 500+1.5*[(22543-22339)-180]+40=1 1.5*1%567.488B H H L I cmα∙=+∙+=涵设进上上涵）-h ]+ '+m [(-ccos m 500+1.5*[(22543-22339)-180]+40=1 1.5*1%575.015B H H L I cmα∙=+∙-=下涵设进下涵-h ）]+ 初估涵长上下游总长为12m 多，选用12节每节管长1m 的管涵，多余的涵长利用加高上下游端墙和跌水井来调整。

② 计算上下游加高端墙的高度：+m [(-+m ch m500+1.5*[(22543-22339)-180]-500*%+40= 1.545B H H cm ∙∙==涵涵设进上上端上-h ）]-L （1I ）+（1+1.5*1） +m [(-m c h m500+1.5*[(22543-22339)-180]-500*%+40= 1.555B H H cm∙∙==下下涵涵设进端下-h ）]-L （1-I ）+（1-1.5*1） 上式中L L 下上和分别为调整后的整数涵长，即涵长为标准管节的整倍数，本题均取为500cm③ 计算调整后的进出水口建筑高度进水口建筑高度h 进：h 进=180+20+45=245cm出水口建筑高度h 出：h 出=180+20+55=255cm④ 端墙总高度端墙总高度将进出水口的建筑高度分别加上端墙基础以上的埋置深度即可得到。