1、第一節 涵洞的水力計算第二節 涵洞的荷載計算第三節 箱涵的結構計算第四節 涵洞進出口擋土建筑物設計第二章 涵 洞一、涵洞工程設計規范（p5-6）二、涵洞工程設計基本資料三、涵洞的總體布置四、涵洞的洞身結構布置五、涵洞的水力設計 1.涵洞類型的選擇及孔徑確定 2.涵洞布置 3.洞口形式選擇 4.涵洞長度計算 第一節 涵洞的水力設計（輸水、排水）一、涵洞工程設計規范 水利水電工程等級劃分及洪水標準 灌溉與排水工程設計規范 水工建筑物荷載設計規范 公路工程設計標準（汽車荷載） 公路橋涵通用設計規范 水工鋼筋混凝土設計規范 水閘設計規范（地基承載力計算、進出口連接段擋土 建筑物設計） 公路橋涵地基與基

2、礎設計規范 第一節 涵洞的水力設計（輸水、排水）二、涵洞工程設計基本資料 1.建筑物的級別。 2.輸水涵洞的設計流量及加大流量、進出口水位及設計水頭，渠道水力要素等。 3.排洪涵洞的控制流域面積、雨量資料、河道縱橫斷面、河床地質、水文資料等。 4.排澇涵洞的排澇面積、雨量資料、排澇時間、水位資料等。 5.地形資料 （排水1/5000 1/10000）。 6.地質資料 （地基巖性及物理力學指標等）。 7.建筑材料調查（砂料、石料及混凝土骨料的產地、儲量、質量及開采運輸條件，以及鋼材、水泥、木料的供應情況）。三、涵洞的總體布置(渠涵、路涵、排洪涵) 1.洞線應盡量選在地質條件好、地基承載力較大的地

3、段，以免不均勻沉降引起洞身斷裂。 2.洞軸線盡量與交叉的路（渠）軸線正交，排洪涵洞盡量與溪谷方向一致，縮短洞長，使水流順暢。 3.洞底高程及縱坡 排洪涵：洞底高程等于或接近于溪谷底高程，縱坡等于 或稍陡于天然溪低的底坡，i=1%-3%。 渠涵：通過設計流量時進出口水頭損失接近渠系規劃給定的允許值，由水力計算定。 i=1/500-1/1500(通常設計為無壓)四、涵洞洞身結構布置 1.進、出口段的形式與構造（平順水流、減小水頭損失、防止洞口沖刷破壞） （1）錐坡式（一字墻式、端墻式）（圖p146） 結構簡單、水流條件差，適用于寬淺溪谷或孔徑收縮較大，一般用于小型涵洞。 （2）八字斜降墻式 翼墻擴

4、散角20 40，與端墻式相比，進流條件有所改善，上游壅水時易封住洞頂。 （3）扭曲面式 （4）跌水式洞口 （5）流線和漸變式 2.洞身段的形式與構造（圖p147） （1）管涵（鋼砼）：管徑0.8m0.5m，壁厚為內徑的1/1 01/15，具有較大的填土壓力和內水壓力，水力條件好。 （2）箱涵：適應地基不均勻沉降，經濟高寬比1:11:1.5，壁厚為跨徑的1/8 1/12 雙孔頂板厚為跨徑的1/9-1/10，側墻厚為其高度的1/121/13(當跨徑大于2m時做成雙孔或多孔) （3）蓋板涵：適用于鉛直荷載較小或跨徑不大的無壓洞 （4）拱涵：適用于填土較高、泄流大的無壓洞 混凝土拱厚20cm，砌石拱厚

5、30cm，側墻重力式貨輕型橋臺式。 3.構造 （1）分縫（適應地基不均勻沉降及溫度變形）內設止水 縫距10m （2-3洞高），構造同壩下涵管 （2）防滲設施（防止洞頂及兩側滲漏）渠涵洞外填筑0.5-1.0m粘土（洞身外涂瀝青層）；排洪涵，根據排洪時間長短具體情況 （3）洞內凈空 無壓涵洞，管涵和拱涵凈空高度1/4洞高；箱涵1/6洞高；凈空面積1/4涵洞斷面的10%-30% （4）洞頂填土（保證洞身較好的工作條件）填土厚度1m，當為渠下涵或渠道有襯砌時0.5m （5）基礎 管涵采用砌石或混凝土剛性管座；拱涵、箱涵五、涵洞的水力設計任務：確定洞身斷面尺寸、演算過流能力和洞前水面壅高。 1.涵洞的流

6、態判別 （p148）流態判別、洞口出流淹沒與否判別、短洞與長洞判別 2.涵洞的流量計算公式 3.涵洞的過水能力計算類型和計算方法及孔徑計算算例 4.涵洞進口水深與水位流量關系計算 5.渠涵（暗渠）的水力計算 6.涵洞的消能防沖設計2.涵洞的流量計算公式水工手冊 水工設計手冊 水力計算手冊 灌溉與排水工程設計手冊 寫出無壓流涵洞、半壓力流涵洞、壓力流涵洞（淹沒、非淹沒）計算公式（p150）書上只列出了計算公式，沒對設計中常用的算法進行說明。3.涵洞的過水能力（孔徑）計算類型和計算方法（1）已知洞身斷面尺寸、進口水深及出口水深，確定涵洞的過水流量。（可根據判別的流態直接按相應的流量公式計算）（2）

7、已知設計流量、進口水深及出口水深，確定洞身斷面尺寸（設計中常見）。（3）已知設計流量、洞身斷面尺寸及出口水深，確定進口水深（設計中常見）。（4）渠涵（暗渠）的水力計算。 無壓流短洞孔徑計算例題1 已知某矩形斷面涵洞設計流量 ，洞身長度 ，縱坡 ，糙率 ，進口水深 m，出口水深h=3.5m，上游行近流速V=0.7m/s，試計算確定洞身斷面尺寸。解：1.流態判別根據進口水深及出口水深高度，擬定洞身高度為D=4.0m據H/D=4.05/4=1.012,知H=1.012D1.2D；同時因下游水深低于洞頂，可判定其流態為無壓流。水面以上凈空高度為D-h=4-3.5=0.5（m）符合凈空的要求。 無壓涵洞

8、水面以上的凈寬高度 單位：m洞身水面以上的凈空面積為洞身橫斷面面積的0.5/4=0.125，滿足不小于洞身橫斷面面積10%30%的要求。2.長、短洞的判別 無壓流短洞的界線長度為因洞長L=30m30.750.750.5(1)淹沒系數計算計算進口水深包括行近流速水頭在內的進口水深為：比值 計算淹沒系數：（2）采用流量系數m為0.36，側收縮系數 為0.95，計算洞身寬度為： 無壓流長洞孔徑計算例題2 已知某矩形斷面涵洞設計流量 Q=40m3/s，洞身長度L=100m，縱坡 i=0.002，糙率 n=0.014，進口水深H=4.05m，出口水深h1=3.5m，上游行近流速V=0.7m/s，試計算確

9、定洞身斷面尺寸。 解：一、流態判別擬定洞身高度為D=4.0m。據H/D=4.05/4=1.012,知H=1.012D8H，故此洞應為無壓流長洞。三、洞身寬度計算1.洞進口內水深hs計算（1）擬定洞寬為B=3.48m。（2）水面線類型判別。正常水深h0計算：特性流量：根據比值 ，查表得則：正常水深h0 =0.947 3.48=3.296（m） 矩形過水斷面水深及底寬計算表H0/B.0.940.950.960.97.1.9101.9391.9681.998.2.2532.2232.1952.167.臨界水深計算：因為h0hk,洞底為緩坡，同時因出口水深hh0,故知洞內水面線為 型壅水曲線，水深由出

10、口斷面向上游沿程逐漸減小。（3）水面線計算。1）分段求和發的水面線計算公式本例將洞身分為4個分段：洞出口控制斷面號為1，一次向上游的斷面號為2、3、4、5.因出口水深h1大于正常水深h0，斷面1的控制水深為h1=3.5m，個計算斷面水深應向上游正常水深線N-N,沿程逐漸減小，依次向上游設斷面2、3、4、5的水深分別為h2=3.49m 、h3=3.48m、 h4=3.47m、 h5=3.46m，其中斷面5的水深要根據計算結果進行調整，如果4個分段計算長度之和大于洞長，則要加大斷面5的水深重新計算第4分段的長度，直至個分段的計算長度之和等于洞長，所擬定的斷面5的水深即為所求的洞進口內水深h2。2）

11、第2分段計算。斷面1水力要素：斷面2水力要素：第1分段的水力要素：第1分段長度計算：3）其余各分段計算。按上述相同方法計算第2、3、4分段的長度，計算結果列于表。 洞內水面線計算成果表 表中斷面5的水深h=3.463m，是經修正后的水深，4個分段的計算長度之和為99.711100（m），洞進口的水深即為hs=3.463m。斷面h（m）（m）1225.378326.466427.68753.46320.2各分段長之和99.7112.淹沒系數計算包括行近流速水頭在內的進口水深為：計算淹沒系數為：3.過水能力計算 采用流量系數m為0.36，側收縮系數為0.95，計算相應于洞身寬度為3.48m的流量為

12、：4.計算成果分析 此計算流量值與設計流量相等，表明擬定的洞寬3.48m即為所求洞寬。在實際計算中，需多次改變擬定的洞寬重復計算，直至計算流量與給定的設計流量相等。作業題 1.已知某矩形斷面涵洞設計流量 Q=40m3/s，洞身長度L=30m，縱坡 i=0.002，糙率 n=0.014，進口水深H=4.05m，出口水深h=1.0m，上游行近流速V=0.7m/s，試計算確定洞身斷面尺寸。 （無淹沒影響）2.已知某矩形斷面涵洞設計流量 Q=46m3/s，洞身長度L=30m，縱坡 i=0.002，進口水深H=4.7m，出口水深h=2.8m，上游行近流速V=0.7m/s，涵洞進口連接段采用八字形直墻的布

13、置型式，試計算確定洞身斷面尺寸。3.已知某矩形斷面涵洞設計流量 Q=40m3/s，洞身長度L=30m，縱坡 i=0.002，糙率 n=0.014，進口水深H=4.9m，出口水深h=1.5m，上游行近流速V=0.7m/s，涵洞進出口連接段采用扭曲面墻的布置型式，試計算確定洞身斷面尺寸。4.涵洞的消能防沖設計（1）涵洞消能設計的特點（2）深挖式消力池計算方法（3）消力池底板厚度計算（4）海漫長度計算（5）海漫末端溝槽沖刷深度及防沖槽深度計算（1）涵洞消能設計的特點 確定下游收縮水深及其共軛的躍后水深，比較躍后水深與下游尾水深的關系，判斷是否需布置消能設施。無壓流（長洞、短洞）有無淹沒影響以下需布置

14、消能設施：半有壓力流非淹沒壓力流淹沒壓力流涵洞上游總能頭確定的原則五種情況: 無壓流短洞的流態類似于寬頂堰及開敞式水閘，按洞進口前斷面的水位及流速計算。 無壓流長洞的上游總能頭按洞出口端斷面計算，當出口水深h大于臨界水深時，出口端斷面的水深為h；當出口水深h小于臨界水深時hk，出口端斷面的水深為hk。 半壓力流涵洞的上游總能頭按洞出口端斷面計算，出口端斷面的水深為1D。 非淹沒壓力流涵洞的上游總能頭按洞出口端斷面計算出口端斷面的水深為0.851D。 淹沒壓力流涵洞的上游總能頭按涵洞進口斷面計算的總能頭減去洞身進口局部水頭損失及沿程水頭損失。（2）深挖式消力池計算方法消力池深度及長度的計算公式d

15、為消力池深度， 為 水躍淹沒系數例題 已知某涵洞設計流量 Q=40m3/s，洞身長度L=30m，洞身高D=4.0m，寬B=3.5m，縱坡 i=0.002，出口洞底至下游渠底的跌差P=2.0m，從進口洞底算起的進口水深H=4.05m，上游行近流速V=0.7m/s，下游渠道底寬4.0m，渠道水深hs=3.0m。設計消力池。解：（1）判別下游水流的銜接型式，確定是否需要設消力池1）上游總能頭T0的計算。2）收縮水深hc的計算。利用excel表算 的收縮水深hc=1.226m。3）躍后水深 的計算4）判斷是否需要設消力池（2）消力池深度計算 b1采用與洞寬相等，b1=B=3.5m， b2與下游渠底寬相

16、等b2=4.0m。1）第一次池深計算計算躍后水深：計算出池水位落差，式中單寬流量按消力池末端底寬計算：計算消力池深，第一次池深計算時式中水躍淹沒系數采用 = 1.102）第2次池深計算 設消力池后，上游總能頭應相應加大，重新計算由消力池底板頂面算起的上游總能頭T0： T0=6.136+1.047=7.183（m） 利用excel計算收縮水深hc，式中單寬流量按洞寬計算，水流動能校正系數采用=1.0，流速系數采用0.95，試算得hc=1.101m。計算躍后水深：計算出池水位落差，單寬流量按消力池末端底寬計算 計算消力池深，第二次池深計算時式中水躍淹沒系數采用1.05：3）第3次池深計算 按池深d

17、=1.121m重新計算由消力池底板算起的上游總能頭T0: T0 =6.136+1.121=7.257(m) 按上述方法同理計算得d=1.138m。第三次計算的消力池深與第二次的計算深度已接近，一般計算23次即可滿足精度要求，根據上述計算成果，可采用消力池深度d=1.2m。（3）消力池長度計算 斜坡段坡度采用1：3，其水平投影長度為： 采用水躍長度校正系數 ，消力池長度為： （3）消力池底板厚度計算 按水閘設計規范，涵洞消力池底板厚度可根據抗沖和抗浮要求確定，并取其較大值。 抗沖要求： 抗浮要求：消力池末端厚度采用t/2，但不宜小于0.5m。 消力池底板一般設有排水孔，作用在消力池底板底面的滲透

18、壓力很小，故設計中先計算厚度t，然后演算底板安全系數k2，演算公式為：例題 已知某涵洞設計流量Q=40m3/s，洞身高D=3.2m，寬B=2.6m，長L=30m，洞底縱坡i=0.002，出口洞底至下游渠底的跌差P=1.0m，從進口洞底起算的進口水深H=4.9m，上游行近流速v1=0.7m/s，下游渠道底寬3.0m，渠道水深hs=2.5m。計算消力池底板厚度，底板設有排水孔。 解：（1）按抗沖要求計算 消力池進口處的單寬流量為： 上游總能頭為： T0=6.234（m） 消力池底板計算系數采用0.15，計算消力池底板始端厚度為： （2）按抗浮要求演算 按抗沖要求計算，取消力池底板為等厚t=0.95

19、m【】 消力池中的水流為淹沒式水躍，水平段的水深近似為躍后水深4.504m，作用在消力池底板頂面的水重近似為 躍前收縮斷面水深為hc=1.721m，相應為作用在消力池底板上的脈動壓力為： 因消力池底板設有排水孔，可不考慮滲透壓力，作用在消力池底板底面的揚壓力主要為浮力： 底板采用混凝土材料，重度為24kN/m3,驗算底板安全系數為： 消力池底板采用等厚0.95m，可滿足抗沖及抗浮要求。（4）海漫長度計算 按照水閘設計規范的規定，當 ，且消能擴散良好時，海漫長度可按下式計算：（5）海漫末端溝槽沖刷深度及防沖槽深度計算 按水閘設計規范海漫末端溝槽沖刷深度按下式計算： 當溝槽沖刷深度計算值較大時，一

20、般防沖槽深度為1.0-2.0m,底寬為1-2倍槽身，防沖槽的上下游鞭炮1：2-1:4,兩側邊坡坡度可與兩岸坡相同。例題 已知某涵洞設計流量Q=40m3/s，洞身高D=3.2m，寬B=2.6m，長L=30m，洞底縱坡i=0.002，出口洞底至下游渠底的跌差P=1.0m，從進口洞底起算的進口水深H=4.9m，上游行近流速v1=0.7m/s，下游渠道底寬3.0m，渠道水深hs=2.5m。計算海漫及防沖槽，海漫寬度由2.6m擴散為6.0m，末端水深為hm=3.5m，渠槽土質為黏土。 解：（1）海漫長度計算 消力池末端單寬流量為： 上游總能頭為： T0=6.234（m） 查表海漫長度計算系數為：Ks=7

21、 計算海漫長度為：（2）海漫末端渠槽沖刷深度及防沖槽深度計算。 海漫末端單寬流量為： 查表采用渠槽允許不沖流速1.0 海漫末端沖槽深度為： 根據計算結果，采用防沖深度為2.0m，因計算沖刷深度較深，適當加大防沖槽斷面，采用底寬2.0m，上游邊坡1：4，下游邊坡1:2. 一、洞頂垂直土壓力計算二、側向水平土壓力計算三、水壓力計算四、汽車車輛荷載計算五、自重力計算六、荷載的作用分項系數第二節 荷載計算一、洞頂垂直土壓力計算1.上埋式涵洞垂直土壓力計算上埋式涵洞土壓力系數Ks值表地基種類Hd/B10123456巖基1.01.371.411.421.411.391.35密實砂類土、堅硬或硬塑粘土1.0

22、1.201.251.261.251.241.22中密砂類土、可塑粘性土1.01.071.081.091.081.071.06松散砂類土、流塑或軟塑粘性土1.01.01.01.01.01.01.02.溝埋式涵洞垂直土壓力計算（暗渠）當填土夯實較差，B-B12m時其中，B為溝槽寬度，Kg垂直土壓力系數。二、側向水平土壓力計算溝埋式B0-B12m時水平土壓力強度標準值同上埋式B0-B1 2m時，乘上系數Kn三、水壓力計算1.內水壓力計算作用于底板頂面的均布內水壓力（水重）強度標準值為：有壓涵洞:作用于底板頂面的均布內水壓力（水重及水頭壓力）強度標準值為：作用于頂板底面的均布內水壓力強度標準值為：2.

23、外水壓力計算當地下水位平頂板底面：作用于底板底面的均布外水壓力（浮托力）強度標準值為：當地下水位超過洞頂時：作用于側墻的外水壓力：作用于底板底面的均布外水壓力（浮托力）強度標準值：作用于頂板頂面的均布外水壓力強度標準值為：四、汽車車輛荷載計算 各級公路橋涵設計的汽車荷載等級按規范，按公路工程技術規范確定。 按公路橋涵設計通用規范計算涵洞頂上車輛荷載引起的豎向土壓力時，車輪按其著地面積的邊緣向下作30角分布。洞頂承受的汽車荷載為后軸重力通過車輪按30擴散角傳至洞頂的均布荷載為：五、自重力計算 作用于頂板的自重力為頂板的自重： 作用于底板底面的自重力為頂板自重與側墻及中隔墻自重部分:六、荷載的作用

24、分項系數（按水工建筑物荷載設計規范確定）(1)埋管上垂直土壓力、側向土壓力的作用分項系數，當其作用效應對管體不利時應采用1.1，有利時采用0.9。(2)靜水壓力（包括外水壓力）的作用分項系數應采用1.1(3)混凝土結構自重的作用分項系數，當其作用效應對結構不利時應采用1.05，有利時采用0.95。(4)汽車荷載的作用分項系數，按JTG D60-2004公路橋涵設計規范的規定為1.4。一、彎矩分配法計算單孔及雙孔箱涵彎矩二、單孔箱涵的結構計算三、雙孔箱涵的結構計算第三節 箱涵的結構設計箱涵的結構設計主要為內力計算及鋼筋混凝土結構計算。內力計算：彎矩、軸力、剪力（可用Excel進行內力計算）彎矩計算方法：查表法：適用于頂板與底板等厚及側墻與中隔墻等厚彎矩分配法：對稱結構箱涵（單孔、雙孔箱涵）迭代法：三孔箱涵一、彎矩分配法計算單孔及雙孔箱涵彎矩 1.計算簡圖及符號說明單孔箱涵計算簡圖雙孔箱涵計算簡圖2.計算方法及計算公式1）單孔的固端彎矩、分配系數及傳遞系數桿端彎矩的傳遞系數：遠端（k端）為固定端時的傳遞系數為1/2；遠端（k端）為可移動但不可轉動支承時的傳遞系數為-1。即桿件AB向B端的傳遞系數及桿件BA向A端的傳遞系數為1/2，桿件AC向C端的傳遞系數及桿件BD向D端的傳遞系數均為-1。【例題】某單孔鋼筋混凝