第九章 小桥和涵洞孔径计算

第一章降水(Precipitation)：大气中水汽凝结后以液态水或固态水降落到地面的现象。

如雨、雪、露、霜、雹、霰等。

蒸发(Evaporation)：水分子从水面、冰雪面或其它含水物质表面以水汽形式逸出的现象。

包括截留蒸发、地面蒸发、叶面散发、水蒸发等。

径流(Runoff)：陆地上的降水汇流到河流、湖库、沼泽、海洋、含水层或沙漠的水流。

包括地面径流和地下径流。

渗流(Seepage flow)：水从地表渗入地下及在地下流动的现象。

包括入渗和渗透两种现象。

2、河流的基本特征1）河流断面：横断面：垂直于水流方向的断面。

深泓线：河流中沿水流方向各横断面最大水深点的连线。

纵断面：沿河流深泓线的断面。

（沿程变化）2）河流长度：天然河流从河源到河口的距离。

3）河流比降：深泓线上单位长度内的平均落差。

（落差？）河段比降（水面或河底比降）：l H l H H i ∆=-=12 平均比降（图1-1-3河流纵断面图）： ()()()[]1121212112.....1l H l H H l H H l H H L i n n n n n n +++++++=----- 二、流域1、概念：流域：降落到地面上的水被高地、山岭（分水线）分隔而汇集到不同的河流中，这些汇水的区域称为流域。

分水线——分隔水流的高地、山岭的山脊线。

2、流域面积：流域分水线所包围的平面面积，称为流域面积。

单位：Km23、流域的特征1）几何特征面积：径流量m3；调节作用；洪水涨落形状：狭长或宽阔。

2）自然地理特征A 、 流域的地理位置：一般以流域中心和周界的径纬度来表示。

B 、流域的地形：一般以流域平均高程和流域的平均坡度来表示。

C 、流域内的地质、土壤、森林植被和湖泊等，也都是流域的自然地理特征，与径流的形成过程都有密切的关系。

按平面形状及演变过程有下述四种类型：1）顺直微弯型河段 2）弯曲型河段 3）分汊型河段 4）散乱型河段一、径流的形成过程1、降雨降雨强度：单位时间内的降雨量，（mm/min,mm/h ）。

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。

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1所示：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 km 2的小流域。

汇水面积：0.0312km ，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53mm ，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。

涵洞孔径计算1、K24+080盖板涵汇水面积：0.12km ，主河沟平均比降：12.4%，流域土壤吸水类属：Ⅲ，年平均降雨量：1800mm ，设计洪水频率1/100，汇流时间：30min ，径流系数：0.95，根据确定的路基设计标高以及上游允许积水程度，推算出涵前允许最大水深H=2m洪峰流量计算：()δγβϕ***z -h 54230m F Q =查涵洞设计手册，得地貌系数0ϕ取0.09，h 径流厚度取49mm ，z 取10mm ，β、γ、δ都为1.0. ∴()δγβϕ***z -h 54230m F Q ==0.09×（49-10）23×0.154× 1×1×1=3.48s /m 3由公式算出所需涵洞净宽=⨯==232321.5813.481.581H QB 0.78(m)选一高度为1.5m ，净跨径为1.5m 的钢筋混凝土盖板涵，此时实际的涵前水深为：=⨯==3232)1.51.5813.48()1.581B (Q H 1.29(m) 进水口水深：=⨯== 1.290.870.87'H H 1.12 (m) 盖板涵净空高度6h ≥∆，则涵洞净高d h ≥'56H ==⨯1.156 1.32(m) 1.5m 高涵洞满足排洪要求。

2、K24+320盖板涵汇水面积：0.412km ，主河沟平均比降：5%，域土壤吸水类属：Ⅲ，年平均降雨量：1800mm ，设计洪水频率1/100，汇流时间：30min ，径流系数：0.95，根据确定的路基设计标高以及上游允许积水程度，推算出涵前允许最大水深H=2m洪峰流量计算：()δγβϕ***z -h 54230m F Q =查涵洞设计手册，得地貌系数0ϕ取0.07，h 径流厚度取49mm ，z 取10mm ，β、γ、δ都为1.0.∴()δγβϕ***z -h 54230m F Q ==0.08×（49-10）23×0.4154×1×1×1=9.54s /m 3由公式算出所需涵洞净宽=⨯==232321.5819.541.581H QB 2.13 (m)选一高度为2m ，净跨径为2.5m 的钢筋混凝土盖板涵，此时实际的涵前水深为：=⨯==3232)2.51.5819.54()1.581B (Q H 1.8 (m) 进水口水深：=⨯== 1.730.870.87'H H 1.57(m) 盖板涵净空高度6h ≥∆，则涵洞净高d h ≥'56H ==⨯1.5756 1.88(m) 2m 高涵洞满足排洪要求。