《公路涵洞設計細則》

解釋1.一般規定

七.涵洞水力計算圖a涵洞水流狀態示意圖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ho>hN時)；hN－下游溝槽正常水深；ho－形成勻流時洞內正常水深；Ic－出口處形成水深ho時的坡度七涵洞水力計算圖b半有壓涵洞水流狀態示意圖七涵洞水力計算圖c有壓涵洞水流狀態示意圖七涵洞水力計算1)涵洞水力計算是孔徑設計的依據，必須保證設計洪水、漂浮物等的安全通過，確保路基及基底的穩定，滿足排灌需要，避免對上、下游農田、房舍的不利影響，并考慮工程造價的經濟合理。2)根據公路等級，求得涵洞規定設計洪水頻率的設計流量，并初擬涵洞的類型、洞口式樣和孔徑后，應進行水力計算；驗算涵內流速、水深和涵前壅水位。七涵洞水力計算3)涵洞水力計算圖示應采用無壓力式，并應符合條規定；僅在特殊情況下，有充分的技術經濟比較依據時，方可采用半壓力式或壓力式涵洞。4)涵洞孔徑應采用標準跨徑，當采用多孔時應注意流量分配的不均勻性。5)人工排灌渠道上的涵洞，應依據排灌流量和當地水利部門及有關單位意見確定其孔徑。不宜壓縮排灌渠道過水面積。

七涵洞水力計算6)山區涵洞的布設，應保證路基和涵洞的穩定、免遭水毀，必須采取相應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）。圖7.1.6陡坡過水建筑物組成圖七涵洞水力計算2.涵洞孔徑驗算1)無壓力式涵洞的孔徑驗算水流類型有緩流、急流和臨界流三種。在明渠中，當流量為定值時，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，而水深較小（如圖a）.當流量一定時，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，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，七涵洞水力計算水流處于急流狀態，稱為急流；h=hk,v=vk,能率E達到最小值，即緩流與急流的分界處水流處于臨界狀態，稱為臨界流。

水流類型圖

七涵洞水力計算根據河溝斷面形態初擬孔徑后，應按下列公式驗算涵內流速、水深和涵前壅水位。①臨界流狀態……（）

……（）七涵洞水力計算

……（）

……（）

……（）

……（）七涵洞水力計算Ⅰ

當Hs＞Hcd＋1.3hk＋Id（Lh－Lc）時，應改按淹沒流狀態驗算。Ⅱ

當涵洞內鋪砌面允許流速Vy＜Vqs（涵內收縮斷面處流速）時，應改變鋪砌類型，使Vy≥Vqs。Ⅲ

當Hy（涵前壅水位）超過涵前允許淹沒水位時，應增大孔徑。七涵洞水力計算②淹沒流狀態（緩流）

……（）

……（）

……（）

……（）

……（）七涵洞水力計算

……（）

……（）Ⅰ當Vs＞Vy時，應改變鋪砌類型，使Vy≥Vs，或增大孔徑使Vs≤Vy。Ⅱ當Hy（涵前壅水位）超過涵前允許淹沒水位時，應增大孔徑；當Hy低于涵前允許淹沒水位過多時，可考慮縮減孔徑。七涵洞水力計算

③急流（補充）當鐵路跨越坡度陡峻地區的河溝時，為了適應地形，順暢宣泄水流，節省建設投資，往往要修建陡坡涵洞。陡坡涵洞由于縱坡陡峻，水流通過涵洞時，呈現急流狀態，采用下式進行洞內水力計算：Ⅰ按等截面均勻流計算，即：七涵洞水力計算Ⅱ陡坡涵洞的水力特征是洞內水深小于臨界水深hk,洞內坡度大于臨界坡度ik，洞內流速大于vk,為確定其水力條件和判別其水流狀態，一般先計算臨界水深hk和臨界坡度ik,hk和ik

的計算見有關參考書。Ⅲ摻氣水流計算在流速很大的水流中，流體摻進了空氣，成為摻氣水流，空氣體積與水和空氣總體積之比，稱為摻氣系數。

七涵洞水力計算當洞底坡度i>0.06，未考慮摻氣之前的水流流速v=3.5m/s,R≤0.3m時，應考慮水流摻氣。其計算式見有關參考書。2)倒虹吸涵洞的孔徑計算。倒虹吸管是一個中段低下的壓力管道，主要由進口段、水平段和出口段三部分組成，管身斷面通常為圓形或矩形。倒虹吸管的過水原理，是借助水壓將水由進口端壓至出口端渠道。

七涵洞水力計算進、出口應做成與渠道連接的漸變段，作適當長度的鋪砌加固，其末端設置垂裙，以防止或減少滲漏及沖刷。倒虹吸管水力計算的目的，在于合理選擇斷面尺寸與流速、計算各種水頭損失、核算通過流量并確定倒虹吸管進、出口高程等。①倒虹吸過水面積應按下列公式計算:……（）

……（）七涵洞水力計算②阻力系數一般包括：管徑變化阻力系數，進口阻力系數，轉彎阻力系數，沿程阻力系數和出口阻力系數等，各阻力系數應按以下規定確定。Ⅰ管徑變化阻力系數ξ1，按表確定。

表7.2.2-1管徑變化阻力系數ξ1

注：A1為較小的斷面面積，A2為較大的斷面面積。七涵洞水力計算Ⅱ進口阻力系數ξ2，按表確定。

表7.2.2-2進口阻力系數ξ2七涵洞水力計算Ⅲ轉彎三阻力三系數ξ3轉彎三分為三急彎三和緩三彎兩三種，三轉彎三角θ＜15三°時為三緩彎三，θ≥三15三°時為三急彎三。急三彎的三阻力系三數ξ3三′視θ角大三小，三按表三確定。三緩彎三的阻三力系三數ξ3三″，按三下式三計算三。……（）七涵洞水力計算表7.三2.三2-三3急彎三阻力三系數ξ3三′表7.三2.三2-三4緩彎三矩形三斷面k值七涵洞水力計算表7.三2.三2-三5緩彎三圓形三斷面三的k值Ⅳ沿程三阻力三系數ξ4，按三下式三計算……（）七涵洞水力計算Ⅴ出口三阻力三系數ξ5，一三般采三用1.三0。3.過水三消能三建筑三物的三水力三計算1)消力三池的三水力三計算三：①初估三消力三池下三挖深三度d，可三按下三列公三式計三算收縮斷三面的三水深三和流三速（三圖）三。圖消三力池三計算三圖式七涵洞水力計算……（）……（）②計算hc的水三躍共三軛水三深hc′……（）③驗算三假定三的池三深為了三使消三力池三產生三淹沒三式水三躍，三可按三下式三驗算三：……（）七涵洞水力計算假定三的池三深d經試三算至三等式三成立三（相三差不三大于5%）為止三，d即為三確定三池深三。④水流三的射三流長三度L1，可三按下三式計三算……（）⑤水躍三長度L2消力三池內三的水三躍是三一種三強迫三形成三的水三躍,它的三長度三比自由三水躍三長度三為短,可按三下式三計算.L2三=5三(hc′-三hc)三……三(7三.3三.1三-6三)七涵洞水力計算⑥消力三池的三池長L，可三按下三式計三算。L＝L1+L2……三(7三.3三.1三-7三)⑦水躍三靜定三緩和三所需三的鋪三砌長三度L0由于三水流三發生三水躍三后仍三存在三剩余三動能三，需三有一三個靜定三緩和三的過三程，三故池三后加三設一三段鋪三砌長三度L0，可按三下式三計算三。L0＝（2.三5～3.三0）L2……（）2)消力三檻的三水力三計算消力三檻類三似消三力池三，即三決定三檻高三及消三力池三的長三度。其中三消力三池長三度可三按公三式（三）算三。七涵洞水力計算檻高P1可按三下式三計算三（圖三）。圖消三力檻三計算三圖式……（）七涵洞水力計算①檻上三水深H1和檻三上總三水頭H10的確三定……三(7三.3三.2三-2三)……三(7三.3三.2三-3三)②消力三檻淹三沒系三數σs的確三定。……（）計算三中可三按表三選用σs的數三值。三表中當hs/H10≤0三.4三5時，σs＝1，為三自由三出流三；當hs/H10＞0.三45時，σs＜1，為三淹沒三出流三。七涵洞水力計算表消三力檻三的淹三沒系三數σs值③消力三檻高P1的確三定Ⅰ根據三公式三（）三（）三、表三，先假三定σs＝1求得三消力三檻淹三沒系三數σs，判三斷出三檻水流三情況三。當三為自三由出三流時三，則P1值即三為所三求得的值三；當三為淹三沒出三流時三，可三重新三假定P1值，七涵洞水力計算試算σs值。三試算三中以三公式三（）三的變三形式計算Ⅱ每次三試算σs值后三，可三按下三式計三算單三寬流三量。……（）若計三算的q與設三計的三單寬三流量三（三）三大致三相等三時，三則所三設的P0即為三確定三值。三若不三相等三，繼續假三設P1試算三，直三至q與qs基本三一致三為止三。七涵洞水力計算3)跌水三的水三力計三算：①三單級三跌水三的計三算只三是收三縮斷三面水三深計三算及三消力池三、消三力檻三計算（圖三、圖三）。按三本細則三第條三和第三條規三定計三算。七涵洞水力計算②三多級三跌水三就是三一系三列相三連的三消力三（圖三）。這種三跌水三的水三力計三算與三單級三跌水三的計三算相三似。三其計算三內容三為：三確定三各級三消力三檻高三和消三力池三長及三最后一三級消三力池三池深三及池三長。三多級三跌水三的級三高宜三取相同三數值三。圖多三級跌三水布三置圖三式七涵洞水力計算4)急流三槽的三水力三計算急流三槽是三由進三口、三陡坡三槽身三、消三能設三施和三出口三等四部三分組三成，三如圖三所示圖急三流槽七涵洞水力計算①三急流三槽的三寬度三一般三與涵三洞孔三徑大三致相三同