第五章 涵洞设计

5.1 概述

5.1.1 涵洞分类

按建筑材料，涵洞分为石涵、混凝土涵、钢筋混凝土涵、钢波纹管涵等 按构造形式，涵洞分为管涵、盖板涵、拱涵、箱涵等

按填土高度，涵洞分为明涵、暗涵。当涵洞洞顶填土高度小于0.5m时称明涵，

当涵洞洞顶填土高度大于或等于0.5m时称为暗涵。 按水力性质，涵洞分为无压力式、半压力式、压力式三种。 5.1.2 涵洞选用原则

涵洞应根据所在公路的使用任务、性质和将来的发展需要，按照实用、经济、安全和美观的原则进行设计。同时，公路涵洞设计应适当考虑农田排灌的需要。适当考虑各方面的综合利用。

涵洞主要是为了排泄地面水流而设置的横穿路基的小型排水构造物，其布置应结合地形、地物、地质等条件沿路合理布置，用来排水的涵洞应尽量与水流方向一致，与路线方向垂直，避免布置不当引起的壅水、涡流、下游冲刷过大等现象。

5.2 涵洞拟定与设计

5.2.1 圆管涵设计

圆管涵的标准跨径通常取50、75、100、125、150（cm）。本设计为山区丘陵地按一沟一涵设计涵洞，下面以排水总体规划图中K0+380处的涵洞计算为例，参考资料为《公路排水设计手册》，以下系数及表均由此书中摘取。

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≤30km2的小流域。

①设计流量：

Qp＝ψ(h-z)Fβγδ (5.1)

式中：QP——规定频率为P时的雨洪设计流量（m3/s）

F——汇水面积（km2），根据详细设计平面图计算得：F=0.064km2 h——暴雨径流厚度（mm）

由表3.2-5查得本地区为暴雨分区的第三区 由表3.2-7查得汇水区土的吸水类属第Ⅳ类 由表3.2-6取汇流时间为t＝30min 根据公路类型，本地区设计洪水频率为1/50 根据以上四个因素值查表得h＝37mm Z——被植物或坑挖滞流的径流厚度

由表3.2-8根据地面特征查表得Z＝5mm

Ψ——地貌系数，根据地型、汇水面积F、主河沟平均坡度Iz决定 汇水面积F（km2） F＜10 km2 由表3.2-9查得Ψ=0.1

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（L0＝

<1Km）及汇水区的类型（丘陵汇水区）综合查3.2-10表得，本设计取β=1；

γ——汇水区降雨不均匀的折减系数，查表3.2-11，由于汇水区得长度宽

度均小

于5Km，故不予考虑，取γ=1；

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，本地区有

一个小池塘面积为3854m2，所以3854/64000=6%，查表3.2-12可得δ取0.99.

将各值带入公式5-1计算得

32453245＝1.99m3/s Qp＝0.1×(37-5)×0.064×1×1×0.99确定涵洞孔径d：

初选临界水深hk时的充满度为hk/d=0.7。查3.3-3表，k=0.221。则管径为：

d=5Qp2g×k (5.2)

21.99 =5=1.35m

9.81×0.221取管径d=1.5m。

以d=1.5m代入计算时，可得

1.992 k= =0.05351.5×9.81查表得到相应的hkd=0.475。故临界水深hk=0.475×1.5=0.7125m 临界流速和临界坡度的确定： 查表可得，当

hk=0.475时，k1=0.368 ，k2=0.9975，k3=0.2415。 d则：临界流速vk：

vk=k1gd (5.3) k20.368×9.81×1.5=2.33m/s

0.9975 =临界坡度ik为：

2vkvk2 ik=2= (5.4)

1CkRk2/32((dk3))n =2.3321((1.5×0.2415)2/3)20.014=4.15‰

涵前水深：

圆管涵洞门采用八字翼墙式，则流速系数取Φ=0.89，假设涵前流速vH=0，则：

22vkvH H1=hk+ (5.5) -22gΦ2g2.332=1.02≤1.5 =0.7125+2×9.81×0.89所以如果涵前流速vH≥0，则涵前水深一定小于1.02，因此涵前水深满足规定。

涵洞进水口处最小净空高度

δ= δ1=d-(H/1.15)=1.5-(1.02/1.15)=0.613≥d=0.375 4涵内正常水深H0和流速V0

涵洞坡度为临界坡度即：ik=4.15‰，断面流量特征值

K0=Q/i0.5

(5.6)

0.5 K0=Q/i0.5=1.99/0.00415=30.89

满流时的断面流量特征值

Kd=22.26×1.58/3=65.72

由K0/Kd=30.89/65.72=0.47查表可得充满度h0/d=0.482，由此

21.5=0.723 h0=0.48×

查表可得断面的流速特征值相对值W0/Wd=0.98 满流时的断面流速特征值为

Wd=28.35×1.52/3=37.2 流速特征值 W0=Wd×37.2=0.98×37.2=36.46 涵内流速

v0=W0i0.5 (5.7)

0.5 v0=W0i0.5=36.46×0.00415=2.35

小于混凝土的圆管流速。

采用临界坡度时，涵内正常水深h0和流速v0均与临界水深hk和临界流速vk相同。涵洞底坡等于临界坡度，涵前水深小于允许水深，涵洞进水口处得净空高度大于要求得最小净空高度，涵洞出口处水深（涵内水深）大于下游正常水深，涵洞水流状态为无压自由流。

最大纵坡的确定：

假设涵洞内正常流速采用允许流速（v0=6.0m/s），则涵洞纵坡可增大。

由流量公式，涵内过水断面面积为

A=Qv0=1.99/6.0=0.332m2。

则k1=Ad2=0.3321.52=0.15，查表3.3-3的充满度h0d=0.25。由此，正常水深

h0=0.25×1.5=0.375m。

查表知断面的流速特征相对值W0/Wd=0.702,其中Wd=37.2由此： W0=0.702×37.2=26.11。

2则 i=v0W02=6.0226.112=52.8‰。

可见涵洞纵坡I可在ik=4.15‰～52.8‰范围内选择。 确定涵洞长度 L上＝B上+m（H-h上）5.0+1.5×（3.7-2.5）=＝6.6m

1+mi01+1.5×0.02B下+m（H-h下）5.0+1.5×（3.7-2）=＝7.78m

1-mi01-1.5×0.02L下＝ 式中： B——路基宽度，为10米

B上 , B下——由路基中心至上，下游路基边缘的宽度，当路基无加宽时均为

0.5B，即为5.0米；

H——路基填土总高度，即由路基中心至路基边缘高度，此涵洞处为3.7米

h上，h下——涵洞上下游洞口建筑高度，h上取2.5米，h下取2米 m——路基边坡坡度（按1：m），m=1：1.5 i0——涵底坡度（以小数表示） i0=2% L上，L下——涵洞上，下游长度

涵洞全长： L= L上+L下=6.6+7.78= 14.38m