9公路小桥涵勘测设计.ppt
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1、公路小桥涵勘测设计,Nanjing University of Technology,小桥:是为公路跨越小河流、山谷等天然或人工障碍物(人行小道)而建造的构筑物。 涵洞:为宣泄地面水流(包括小河流)而设置的横穿路基的小型排水构筑物。一般孔径较小,形状有管形、箱形及拱形等 。,Nanjing University of Technology,保证“路基”连续; 保证水流畅通; 保证行车无阻。,作用:,影响:,小桥涵影响到公路的造价(15-20%); 小桥涵影响到公路使用; 小桥涵影响到生产生活。,公路在跨越河沟、溪谷和灌溉渠道时,需修建各种排水构造物,其中以小桥、涵洞居多。 一般在平原区每公里约
2、13座,山区约35座。据已建公路统计,小桥涵的工程投资约占公路总投资的15%20%,其投资总额为大、中桥的24倍左右。 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。,小桥和涵洞按跨径分类表,1 小桥涵的类型与特点,小桥和涵洞按跨径分类表,小桥和涵洞的标准跨径表,单孔跨径 L0 :指标准跨径 梁式桥、板式桥涵以两桥(涵)墩中线间距离或桥(涵)墩中线与台背前缘间距为准; 拱式桥涵、箱涵、圆管涵以净跨径为准。,L0,L0,石拱涵,盖板涵,多孔跨径总长
3、 L 仅作为划分特大桥、大桥、中桥、小桥及涵洞的一个指标,梁式桥、板式桥涵为多孔准跨径的总长;拱式桥涵为两岸桥台内起拱线的水平距离;其他形式桥梁为桥面系车道长度。 净跨径 Lj 对于梁式桥是指设计洪水位上相邻两个桥墩(或桥台)之间的净距;对于拱式桥是每孔拱跨两拱脚截面最低点之间的水平距离。,桥涵的划分,公路工程技术标准(JTG B01-2003)的规定,小桥涵设计原则及基本要求,一、设计原则 1、技术、经济、合理原则 2、因地制宜,就地取材和便于施工养护 3、利于农业生产原则 4、标准化、装配式的原则,2.设计要求,1)行车要求 (1)满足平、纵面线形标准要求。 (2)满足桥涵净空的要求。 2
4、)排水的要求 (1)保证设计流量顺利宣泄 (2)保证桥下一定的净空高度,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,二、小桥和涵洞勘测的主要工作内容 1、勘测前的准备工作 (1)地形资料:搜集公路沿线1:100001:50000的地形图,要求能获得必要的流域面积、主河沟平均纵坡度等资料。 (2)地质资料
5、:搜集区域地质特征资料、地形图及土质类别。 (3)水文资料:小桥涵所在地附近水文站历年实测最大流量及其相应的洪水位或历史洪水位痕迹、沿河沟上下游河床变迁情况、水工构造物等资料。 (4)气象资料:当地气象站年、月平均降雨量,暴雨强度和所持续时间,年内最高、最低气温,主导风向和风力等。 (5)其他资料:若为改建或修复工程,需向原设计、施工和养护部门搜集有关工程的测设、施工及竣工资料,了解该工程的使用、养护、水毁等情况,并征询小桥涵改建的意见。 (6)组织与配备完成该工程勘测任务的人员、仪器和工具等。,小桥和涵洞勘测,2、小桥和涵洞位置的选择 小桥和涵洞位置的选择应以服从路线走向,保证排水顺畅和路基
6、稳定,降低工程造价为原则。 (1)山岭及丘陵区小桥涵位置的确定 一般为一沟一涵,间距不宜大于300m。当汇水区很小时,两河沟相距很近,可改沟合并。但要注意开挖排水沟或加深、加宽边沟;做好旧河沟的堵塞、截水墙及路基加固工程。 涵位与路基排水系统密切配合,如在截水沟排水出口处设置涵洞,以免水流冲刷路面和路基。 路线的转角较大(大于90),平曲线半径较小,进入弯道前的纵坡大于4%,在弯道起(终)点附近应设置涵洞。 路线由陡坡段过度到缓坡段,在此200m内又无其他涵洞,在变坡点附近应设置涵洞。,小桥和涵洞勘测,(2)平原区小桥和涵洞位置的确定 根据天然排洪系统,有利于农业灌溉设置小桥和涵洞,并避免桥涵
7、出口对耕地造成冲蚀。 路线通过较长的低洼及泥沼地带时,在具有天然纵坡地段,可适当多设置涵洞,以防排水不畅及长期积水。 路线靠近村庄时,要注意设置涵洞,以便及时排除村内的地面积水。 小桥和涵洞的位置应选择在河床地质良好、地基承载力较大的河段。 3、小桥和涵洞测量 主要包括河沟横断面、河沟纵断面及河沟比降测量并测绘桥涵址平面图。 4、小桥和涵洞类型选择 主要根据公路等级及性质,按照安全、适用、经济、就地取材、便于施工和养护等条件确定。 桥涵孔径是根据设计流量,通过水力计算,并根据小桥和涵洞所在河沟的断面形态来确定的。,小桥和涵洞勘测,测设内容,外业勘测 1、资料收集及勘测准备 2、小桥涵结构类型选
8、择 3、小桥涵位置选择 4、拟建小桥涵址处测量 5、小桥涵址调查,内业设计 6、设计流量计算及孔径确定 7、小桥涵主要尺寸拟定 8、小桥涵立面布置 9、工程数量计算及施工图预算编制,小型排水构造物的类型特点及适用条件 part 2 small structures for drainage,公路排水系统 排水系统是公路的结构组成之一,为了确保路基稳定,不受自然水的侵害,公路就要修建排水系统 纵向:边沟、截水沟、排水沟 横向:路拱、小桥、涵洞、 漫水桥、 过水路面、透水路堤、 倒虹吸涵洞、 渡槽,急流槽,汇水面积,边沟,截水沟,急流槽,挡土墙,跌水,盲沟,截水沟,截水沟,涵洞出口,路基的排水出口
9、,排水总体布置,边沟,一、小桥与涵洞,涵洞 culvert: 主要是为宣泄地面水流(包括小河 流)而设置的横穿路基的小型排水构造物。 小桥 small bridge: 是为公路跨越小河流、山谷等天然或人工障碍物(如人行小道、机耕道等)而建造的构造物。,小桥涵 的分类,1.按结构形式分,2.按建筑材料分,9.1.2 小桥涵的分类,管涵,盖板涵,拱涵,箱涵,拱桥与板桥,木桥涵,石桥涵,混凝土桥涵,钢筋混凝土桥涵,小桥涵 的分类,3.按水利特性分,4.按填土高度分,9.1.2 小桥涵的分类,无压力式,半压力式,压力式,明涵,暗涵,Nanjing University of Technology,9.
10、2 小桥孔径计算,一、水流通过小桥的图式,经小桥孔径的水流特点: 具有侧向影响,造成局部阻力 桥孔前水位整齐,桥孔内流速增加,造成第一次水面跌落 桥孔后流速减小,产生局部阻力,造成第二次水面跌落。 水力现象与宽顶堰相同。 形成原因: 水流在缓流河道中,由于桥墩或桥的边墩侧向收缩,使水流过水断面减小造成的。 分类: 自由出流 淹没出流,二、小桥孔径计算 小桥涵一般不允许河底发生冲刷,可以根据河床加固铺砌的类型,选择适当的容许流速作为设计流速。 一般采用试算法确定小桥孔径。先根据河床的实际情况,拟定河床加固类型,确定桥下河床的容许流速(见课本的表8-2-1);再根据容许流速与设计流量,通过计算确定
11、孔径大小与壅水高度,并与允许的壅水高度进行比较,从而判断是否需要调整孔径值,直至达到允许的壅水高度。 根据已知的设计流量和拟定的河床容许流速,计算小桥孔径与桥前壅水高度的程序为:,判断桥下水力图式,确定小桥孔径长度,确定桥前水深,确定路基和桥面最低标高,Nanjing University of Technology,9.2 小桥孔径计算,一、水流通过小桥的图式,Nanjing University of Technology,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,大中桥允许桥下河床发生一定的冲刷,一般采用天然河槽平均流速作为设计流速。 小桥涵一般不允许河底发生冲刷,可以根据河床加固铺砌的类
12、型,选择适当的容许流速作为设计流速。(表9-2-1),Nanjing University of Technology,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,Nanjing University of Technology,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。,N
13、anjing University of Technology,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,根据已知的设计流量和拟定的河床容许流速,计算小桥孔径与桥前雍水高度。计算程序为:,1判别桥下水力图式 1)确定河槽天然水深ht(试算法) 先假设一个水深h,从河槽横断面图上求得过水面积A和水力半径R,按下列公式计算相应的流量Q:,or1%,h=ht,Nanjing University of Technology,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,1判别桥下水力图式 2)确定桥下临界水深hk 桥下河槽的临界水探hk,可按临界水深函数求得,因此,任意形状断面的平均临界水深 为,Nanji
14、ng University of Technology,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,1判别桥下水力图式 2)确定桥下临界水深hk,对于矩形断面的桥孔,桥下临界水深等于平均临界水深,即 ; 对于宽浅的梯形断面,也可以取 ; 对于窄而深的梯形断面,临界水深hk可按过水面积相等的关系近似求 得(见图9-4-3)。,临界断面水面宽度,Nanjing University of Technology,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,1判别桥下水力图式 3)水流图式判别,当ht1.3hk时,自由式出流; 当ht1.3hk时,淹没式出流。,2确定小桥孔径 1)自由式出流,桥下水面宽度B,
15、挤压系数:反映了墩台的阻水效应,查表9-2-3,Nanjing University of Technology,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,2确定小桥孔径 1)自由式出流,若桥孔断面为矩形,则桥孔长度L=B; 若桥孔断面为梯形,则桥孔长度为:,L=B+2mh,2)淹没式出流,桥下河槽被下游水流淹没,桥下过水断面的水深为ht,则桥下过水断面平均宽度(即1/2ht处)为:,Nanjing University of Technology,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,2确定小桥孔径 2)淹没式出流,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:,如
16、果桥孔轴线与水流方向斜交,交角为,则斜交桥孔长度为:,Nanjing University of Technology,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,3确定桥前水深 1)自由出流,Nanjing University of Technology,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,3确定桥前水深 2)淹没式出流,Nanjing University of Technology,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,4桥前水深判别,计算的水深与容许的壅水高度进行比较,从而判断是否需要调整孔径值,直至达到容许的壅水高度。 桥前容许壅水高度应根据: (1)桥位上下游两岸村镇、工厂、设
17、施、农田、水力标高或防洪设防标高; (2)路线设计标高等因素综合考虑确定,Nanjing University of Technology,9.2 小桥孔径计算,二、小桥孔径计算,5确定路基和桥面最低标高,桥头路基最低高程河床最低点高程+H+,桥面最低高程河床最低点高程+H+J+D,Nanjing University of Technology,9.3 涵洞孔径计算,一、涵洞的组成和分类,涵洞是横贯路基或路堤的小型泄水和排洪构筑物。与小桥相比,其特点是孔径小,孔道长,河底往往有较大的纵坡,涵前水深可以高于涵洞高度。,1. 涵洞的组成 涵洞由洞身、洞口、基础三个部分组成。洞身主要承受涵洞上填土
18、的垂直与侧向的土压力以及活载压力。洞口用以连接洞身与上下游水道,使水流能顺畅地通过洞身,并保证洞口周围的路基边坡免遭冲刷。基础把涵洞所受的荷载均匀地分布和传递到地基上,并使地基免受水流的直接冲刷。,Nanjing University of Technology,9.3 涵洞孔径计算,一、涵洞的组成和分类,2. 涵洞的分类,涵洞按其用途可分为铁路涵洞和公路涵洞; 按建筑材料可分为砖涵、石涵、混凝土涵、钢筋混凝土涵等; 按其顶上填土情况可分为顶上有填土的暗涵和无填土的明涵; 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
19、类型可分为拱涵、盖板式涵、箱涵、圆形涵、倒虹吸涵等。,Nanjing University of Technology,9.3 涵洞孔径计算,一、涵洞的组成和分类,2. 涵洞的分类,涵洞按其用途可分为铁路涵洞和公路涵洞; 按建筑材料可分为砖涵、石涵、混凝土涵、钢筋混凝土涵等; 按其顶上填土情况可分为顶上有填土的暗涵和无填土的明涵; 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 Technology,9.3 涵洞孔径计算,一
20、、涵洞的组成和分类,2. 涵洞的分类,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 120米。拱涵需有较高的路基和坚实的地基。在石料丰富,地质良好和流量较大的地区,涵式选择上应优先选用拱涵。中国拱涵采用较广,如宝成铁路有832座铁路涵洞,其中732座为拱涵。 盖板式涵:洞身由钢筋混凝土盖板、石料或混凝土边墙、基础组成。填土高度为18米,甚至可达12米。在孔径较大和路堤较高时,盖板涵比拱涵造价高,但施工技术较简单,排洪能力较大,盖板可以集中制造。,Nanjing University of Technology,9.3 涵洞孔径计算,一、涵洞的组成和分类,2. 涵洞的分
21、类,箱涵:又称矩形涵或方涵,与盖板涵相似。建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 115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。,Nanjing University of Technology,9.3 涵洞孔径计算,一、涵洞的组成和分类,3
22、. 涵洞的洞口形式,a)八字式; b)端墙式; c)锥坡式; d)直墙式; e)扭坡式; f)平头式; g)走廊式; h)流线型式,Nanjing University of Technology,9.3 涵洞孔径计算,二、水流通过涵洞的水力图式,根据涵洞出口是否被下游水面淹没,可分为自由式出流与淹没式出流。实际工程中绝大多数为自由式出流。 按涵洞进水口建筑形式不同与涵前水头高低,水流通过涵洞可分为,无压力式 半压力式 压力式,Nanjing University of Technology,9.3 涵洞孔径计算,二、水流通过涵洞的水力图式,1. 无压力式,水流流经全涵洞均保持自由水面 。,进
23、水口(端墙式、八字式、平头式),涵前水深 H1.2hT,进水口建筑流线型(喇叭形、太高式),涵前水深 H1.4hT,Nanjing University of Technology,9.3 涵洞孔径计算,二、水流通过涵洞的水力图式,2. 半压力式,当涵洞得进水口为普通型,且水流充满进口,涵前水深H1.2hT (出水口不被淹没),入口处水流的水位高于洞口上缘,部分洞顶承受水头压力,但收缩断面以后在整个涵洞内都具有自由水面,称为半压力式水流状态。 当工程上采用半压力式涵洞时,涵底纵坡通常用iik。 iik当时,收缩断面以后出现波状水跃,波动的水面与涵顶断续接触,使收缩断面顶部的压强出现真空,水流极
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