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：(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=0.064km2h——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＝37mmZ——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＝5mmΨ——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＜10km2由表3.2-9查得Ψ=0.1β——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m3/s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：(5.2)取管径d=1.5m。以d=1.5m代入计算时，可得查表得到相应的。故临界水深临界流速和临界坡度的确定：查表可得，当时，，，。则：临界流速：(5.3)m/s临界坡度为：(5.4)‰涵前水深：圆管涵洞门采用八字翼墙式，则流速系数取0.89，假设涵前流速=0，则：(5.5)所以如果涵前流速，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涵内正常水深H0和流速V0涵洞坡度为临界坡度即：=4.15‰，断面流量特征值(5.6)满流时的断面流量特征值由查表可得充满度，由此查表可得断面的流速特征值相对值满流时的断面流速特征值为流速特征值涵内流速(5.7)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（），则涵洞纵坡可增大。由流量公式，涵内过水断面面积为。则，查表3.3-3的充满度。由此，正常水深m。查表知断面的流速特征相对值,其中由此：。则‰。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=1：1.5i0——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
