淹没出流的无压长涵洞过流能力计算问题
（十三）淹没出流的无压长涵洞过流能力计算问题
我院过去计算淹没出流的无压长涵洞过流能力，近似采用短涵洞的公式计算，采用公式为：
5.1
mB
=
Qδσε
g
2H
上式中的侧压缩系数ε、淹没系数σ、流量系数m，是采用华东水利学院编的《水力学上册》1977年6月版的计算公式和数值。这些计算公式和数值，现行规范已不推荐使用。
因为引黄的涵洞式水闸都是淹没出流的无压长涵洞，应该按现行规范《水闸设计规范（SL265-2001）》和《灌溉与排水工程规范（GB50288-99）》的有关规定进行计算。
建议采用《水闸设计规范》附录A第A●0●1条的计算公式，并计入侧向引水系数δ，取H
H=
0（因为引黄闸是无坝侧向引水）后，公式为：
5.1
mB
=
Qδσε
g
2H
上式符号的意义见《水闸设计规范》。但是该公式是淹没出流的开敞式水闸过流能力的计算公式，引黄闸是淹没出流的无压长涵洞，必须考虑进口段以后洞身阻力和水位对涵洞过流能力的影响，其淹没系数σ与开敞式水闸不同，σ采用《灌溉与排水工程设计规范》附录P：“涵洞（或隧洞）水力计算”中的第P●0●3条之2“涵洞为长洞时”的淹没系数，由图P●0●3查得。但该图的印刷有误，应改用下图查取。
图中：0H 为以涵洞进口断面底板高程起算的上游总水头，H H =0； c h 为进口段收缩断面水深（m ），当洞身较长，且底坡k i i <<0时，0h c h ≈（正常水深）；
c ω为相应于c h 过水断面面积（cm 2）； 0
H ω为相应于0H 过水断面面积（cm 2）
。 由于黄河引黄涵洞的底坡0=i ，洞内水深为缓流，水面线虽然是降水曲线，但受到涵洞出口下游断面突然扩大（因为该断面没有洞墙）产生水位雍高的影响，而且涵洞长度在80m 左右，因此可以近似采用下游水深s H 近似等于c H 来查取上图中的σ值，计算误差小于5%。
附注：《灌溉与排水工程设计规范》附录P ：“涵洞（或隧洞）水利计算”中的第P ●0●3条之2“涵洞为长洞时”中，0h h c 应改为0H h c ，0h h c A A 应改为0H h c A A 。
0H A 是相当于的过水断面面积（m 2），图P ●0●3改为上图。
涵洞水力计算书
涵洞水力计算书 项目名称_____________日期_____________ 设计者_____________校对者_____________ 一、示意图： 二、基本设计资料 1．依据规范及参考书目： 武汉大学水利水电学院《水力计算手册》（第二版） 中国水利水电出版社《涵洞》（熊启钧编著） 2．计算参数： 计算目标: 已知设计流量、洞身高度、进、出口水深，确定洞身宽度。 进口型式: 八字墙。 设计流量Q = 40.000 m3/s 洞身形状：矩形 洞身高度D = 4.000m 洞身长度L = 30.000m 纵坡i = 0.0020 糙率n = 0.0140 上游行近流速V = 0.700m/s 进口水深H = 4.050m 出口水深h = 3.500m 流量系数m = 0.360 侧收缩系数ε= 0.950 进口损失系数ξ1 = 0.200 拦污栅损失系数ξ2 = 0.000 闸门槽损失系数ξ3 = 0.000 出口损失系数ξ4 = 1.000 进口渐变段损失系数ξ5 = 0.200 出口渐变段损失系数ξ6 = 0.300 三、计算过程 采用试算，拟定洞身宽度B = 3.460m进行流量计算。 1．判断流态： 进口水深与洞高之比H/D = 4.050/4.000 = 1.013 < 1.2， 同时因下游水深h = 3.500m < 洞高D = 4.000m，因此判定流态为无压流。 无压流洞身水面以上净空面积与洞身横断面面积的比值(D-h)/D = 0.125，不小于10%～30%，满足要求。 当洞高D>3.0m时，无压流洞身净空高度D-h = 0.500m ≥0.5m，满足要求。 洞长L = 30.00m < 8H = 8×4.05 = 32.40m，按无压流短洞计算。 2．计算公式
涵洞组成及各部分的作用
涵洞 涵洞 涵洞是公路或铁路与沟渠相交的地方使水从路下流过的通道，作用与桥相同，但一般孔径较小，形状有管形、箱形及拱形等。此外，涵洞还是一种洞穴式水利设施，有闸门以调节水量。 目录 组成 涵洞的组成 涵洞是设于路基下的排水孔道，通常由洞身、洞口建筑两大部分组成。 洞身 洞身形成过水孔道的主体，它应具有保证设计流量通过的必要孔径，同时又要求本身坚固而稳定。洞身的作用是一方面保证水流通过，另一方面也直接承受荷载压力和填土压力，并将其传递给地基。洞身通常由承重结构(如拱圈、盖板等)、涵台、基础以及防水层、伸缩缝等部分组成。钢
筋混凝土箱涵及圆管涵为封闭结构，涵台、盖板、基础联成整体，其涵身断面由箱节或管节组成，为了便于排水，涵洞涵身还应有适当的纵坡，其最小坡度为0．3％。 洞口建筑 洞口是洞身、路基、河道三者的连接构造物。洞口建筑由进水口、出水口和沟床加固三部分组成。洞口的作用是：一方面使涵洞与河道顺接，使水流进出顺畅；另一方面确保路基边坡稳定，使之免受水流冲刷。沟床加固包括进出口调治构造物，减冲防冲设施等。[1] 分类 构造形式分类 涵洞(图一) 按照构造形式，涵洞可分为圆管涵、拱涵、盖板涵、箱涵。 圆管涵 圆管涵由洞身及洞口两部分组成。洞身是过水孔道的主体，主要由管身、基础、接缝组成。洞口是洞身、路基和水流三者的连接部位，主要有八字墙和一字墙两种洞口型式。 圆管涵的管身通常由钢筋混凝土构成，管径一般有0.5米、0.75米、1米、1.25米和1.5米等五种，管径的大小根据排水要求选择，多采用预制安装，预制长度通常为 2米。当采用0.5米或0.75米管径时用单层钢筋，而孔径在1米及1米以上时采用双层钢筋。0.5米管径时其管壁厚度不小于6厘米，0.75米管径时管壁厚度不小于8厘米，1米管径时管壁厚度不小于10厘米，1.25米及1.5米管径时管壁厚度不小于12厘米。[2][3]拱涵 拱涵是指洞身顶部呈拱形的涵洞，一般超载潜力较大，砌筑技术容易掌握，便于群众修建，是一种普遍的涵洞形式。[4] 盖板涵 盖板涵是涵洞的一种形式，它受力明确，构造简单，施工方便。盖板涵主要由盖板、涵台及基础等部分组成。盖板涵与单跨简支板梁桥的结构形式基本相同，只是盖板涵的跨径较小。[5]
单箱涵过流水力学计算
E-mail:kenya@https://www.wendangku.net/doc/8a8467699.html,; cjickenya@https://www.wendangku.net/doc/8a8467699.html, Fax：00254-20-2667177 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ MURUNYDAM 单箱涵过流水力学计算 [断面简图 ] [基本参数] 渠道类型: 清水渠道 水流运动状态:均匀流 计算目标: 计算流量 断面类型: 矩形断面 渠道的等值粗糙高度:1.800(mm) 水的运动粘滞系数: 1.011×10^-6(m2/s) 计算谢才系数公式采用manning公式 不验算不冲不淤流速: 渠道底坡： 0.0117 [几何参数] 渠道底宽b: 2.500(m)
E-mail:kenya@https://www.wendangku.net/doc/8a8467699.html,; cjickenya@https://www.wendangku.net/doc/8a8467699.html, Fax：00254-20-2667177 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------渠道深度H: 2.250(m) 渠道中水深h0: 2.250(m) [糙率参数] 粗糙的砼面糙率n: 0.01700 [ 计算过程 ] 一、假定水流处于:水力粗糙区。 渠道的过水断面面积：5.625(m2) 渠道断面的湿周：7.000(m) 渠道断面的水力半径：0.804(m) 渠道断面的水面宽：2.500(m) 二、计算流量。 1、计算当量粗糙系数。 当量粗糙系数为： 0.01700 2、计算谢才系数。 采用的计算公式为：manning公式 谢才系数为：56.71811 3、计算渠道流量。 渠道流量为:30.935(m3/s) 三、验算假定的水流区是否正确。 1、计算渠道流速。 渠道流速为：5.500(m/s) 2、计算雷诺数。 雷诺数为：17484783.079 所以，Re*K/(4R)等于：9791.479 假定的水流状态正确。
涵洞设计要领
涵洞设计要领 首先，我们在普通、简单的涵洞设计中，会出现很多错误或者是瑕疵，图面上或多或少总会出现一些问题。 第二，我们设计解决难度较大的涵洞的能力不足，不能考虑到多方面的影响因素，更多时候，只是扮演一个绘图者的角色，并没有理解涵洞真正的设计意图，解决实际需要，设计出来的涵洞不够合理。 第三，我们的涵洞设计效率比较低。 需要改进以上的一些问题，在此我总结了下自己在实际设计操作中的一些涵洞设计经验和心得，希望能与大家交流和探讨，看是否有能帮助上大家的地方。 第四，我们要把涵洞的结构搞清楚，要有空间想象力，所谓的画法几何，不行的话，去找书看看，只有这个搞明白了，才知道这么设计合理，有些不明白的东西怎么去处理。 一、拿到一个涵洞首先要做的工作是查找资料：我们拿到一个涵洞一定不能急着开始绘图，查找资料是一个重要的过程，做好充分的准备工作再开始设计会让自己事半功倍，而以下是资料里面需要我们读取的信息。 1、涵轴断面： 是主要的信息来源，我们的设计就是基于涵轴断面而来，因此一定要仔细分析。包括地面线信息，既有涵长，既有涵标高，也包括丈量表里面的既有涵高度，双线的线间距或者是接长涵洞的线间距。 2、路基帽子或纵断面： 轨底到路肩高度，路基宽度，线路坡度，路肩高程，要注意看是否受竖曲线影响。 3、平面图： 涵轴断面所给出的地面信息是有局限性的，所以分析平面图是设计出合理的涵洞的重要步骤，我们可以从平面图上确定我们的标高，涵洞位置等，发挥自己的空间想象能力，在平面图上构思自己所设计出的涵洞，从全局出发，综合考虑排水，行车，多线的影响等等信息。 4、调查表：
调查表是我们比较容易忽视的资料，其实很多涵洞的特殊性就体现在调查表上，一定要看清楚调查表上所写的情况，看是否有我们需要特殊处理和注意的地方，避免我们考虑不周而造成涵洞不合理设计，比如看清楚是否有淤积，既有涵洞的材料，是否需要特殊处理出入口等等。 5、地质资料： 我们需要从地质资料上了解水文信息和是否具有侵蚀性等。 尽可能的从资料里面发掘对我们设计有用的信息，是高速优质设计涵洞的前提，如果发现有资料不齐，或资料有误的情况，一定要尽快寻求设计负责人解决落实。 二、掌握了我们需要的设计信息后就可以开始设计。最最重要的一点是，出草图之后不要急于去修改图面。首要的是要把图面上的数据核对一遍。仔细核对后没错再开始修改。这是血的教训啊。。。。 1、资料填写： 涵洞的设计并没有太大的难点，仔细是我们必须具备的素质之一，我们需要把资料准确无误的反映到设计中，一定要自己仔细检查复核资料是否输入错误，比如检查地面线是否与涵轴断面一致，路基宽度和路肩高度是否有误等等。 2、出入口的选择： a、一般情况下我们都采用八字墙出入口形式； b、入口如果在挖方内可以采用端墙式，注意斜交是没有端墙式的； 3、铺砌的选择： a、一般和地面平齐采用标准铺砌； b、在地面以下采用梯形槽； c、灌溉用途或有侧沟等情况，如果在地面以上需加矩形槽； d、入口在挖方地段，有时候需要设急流槽跌水井，看具体情况而定。 4、标高的确定：标高确定是涵洞里面的难点，要综合考虑以下的因素确定： a、排洪涵洞，要保证水流能与上下游顺接，入口要能进水，出口能出水； b、保证最小临界坡度； c、保证最小填土厚度； d、尽量减少填挖方量；
涵洞水力计算
K0+438.00涵洞孔径计算 （1）选择涵洞孔径 汇水面积：2 0.432km F = 采用经验公式，设计流量：()2F u -S Q m p p λψ= 其中：100 S p =，3.261001S K u 71.0p 11 =?==β ，67.01m 76.02===ψλ，， ()67.01 432.03.2610076.0Q 1001?-?= m 92.313= 设涵洞进水口净高：m 5.2h d =' 涵前水深：m 39.287 .065 .25.287 .0h H d =- = ?-'= 涵洞宽度：m 46.539 .2581.192.31H 581.1Q B 2 32 3p =?= ?= 选一净跨径m 6L 0=的钢筋混凝土盖板涵，此时涵前实际水深：m 25.2L 581.1Q H 3 20p =? ??? ? ??= 因此，进水口水深：m 95.1H 87.0H ==' 查表5-8，，6h ≥?则涵洞净高 2.5m m 35.295.15 6 H 56h d ≈=?='≥ （2）确定c k c k V V h h 、、、 此时，临界水深m 45.1H 6435.0==k h 收缩断面水深：m 30.19.0k c ==h h 收缩断面流速：m 6V m 4.09134.025.2134.0H V y 2 12 1 c =?=?? ? ??=??? ??= 临界流速：s m 6V s m 68.3V 9.0V y c k =?== （3）计算临界坡度： 水力半径：m 98.045 .12645 .16h 2B h B P R k k k k k =?+?=+?= = ω
水闸过流能力及稳定计算
水闸过流能力及结构计算计算说明书 审查 校核 计算 ***市水利电力勘测设计院 2011 年 08 月 29日
1、水闸过流能力复核计算 水闸的过流能力计算对于平底闸，当为堰流时，根据《水闸设计规范》（SL265-2001）附录A.0.1规定的水力计算公式： 23 02H g b m Q s εσ= 22 '02?g bh Q h H c c ? ?? ? ??+= 40 01171.01s s b b b b ???? ? ? - -=ε 式中：B 0—— 闸孔总净宽，（m ）； Q ——过闸流量，（m 3/s ）； H 0——计入行进流速水头的堰上水深，（m ）； h s ——由堰顶算起的下游水深，（m ）； g ——重力加速度，采用9.81，（m/s 2）； m ——堰流流量系数，采用0.385； ε——堰流侧收缩系数； b 0——闸孔净宽，（m ）； b s ——上游河道一半水深处的深度，（m ）； b ——箱涵过水断面的宽度，m ； h c 进口断面处的水深，m ； s σ——淹没系数，按自由出流考虑，采用1.0； ?——流速系数，采用0.95； 已知过闸流量Q=5.2（m 3/s ）先假设箱涵过流断面净宽确定箱涵过流断面高度，经试算得： 综上，过流断面尺寸为2.5m ×2.0m （宽×高），设计下泄流量Q 为5.2m 3/s ，过流能力满足要求。
2、结构计算 **堤防洪闸均为钢筋砼箱涵结构，对防洪闸进行抗滑稳定、抗倾覆稳定和墙基应力计算。 （1）抗滑稳定计 1）计算工况及荷载组合 工况一：施工完建期，荷载组合为自重+土压力 工况二：外河设计洪水位，荷载组合为自重+土压力+扬压力+相应的闸前闸后静水压力+风浪压力 2）荷载计算 计算中砼强度等级为C20，钢筋采用Ⅰ、Ⅱ级，保护层厚度梁25mm、板20mm，符号规定：力向下为正，向上为负，力矩逆时针为正，顺时针为负。 闸门重 2.352×9.81=23.07 KN； 闸底板重25×4.0×0.7×4.1=287 KN； 闸墩重25×0.8×4×2*2=320 KN； 平台板，梁25×（0.25×0.45×2+1.05×0.15）×2.5=23.91 KN； 柱25×2.82×0.4×0.4×4=45.12 KN； 启闭力-100 KN； 启闭机重0.56×9.81=5.49 KN； 启闭梁25×（0.3×0.5+0.25×0.4+1.35×0.12）×2×3.5=72.1 KN； 工作桥25×（5.9×0.12+0.2×0.25×3）×2.0=42.9 KN； 25×（6.28×0.13×2×0.13+1.2×0.15×5×0.15）×2=34.73 KN； 启闭房砖墙22×0.864×4.1×4=311.73 KN； ∑自重=23.07+287+320+23.91+45.12-100+5.49+72.1+38.815+340 =1016.98KN； 水重10×2.0×2.0×2.5=100 KN；
管道过流计算方法
管道过流计算方法标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
第四章有压管道恒定流 第一节概述 前面我们讨论了水流运动的基本原理,介绍了水流运动的三大方程,水流形态和水头损失,从第五章开始,我们进入实用水利学的学习,本章研究有压管道的恒定流. 一.管流的概念 1.管流是指液体质点完全充满输水管道横断面的流动，没有自由水面存在。 2.管流的特点.①断面周界就是湿周，过水断面面积等于横断面面积；②断面上各点的压强一般不等于大气压强，因此，常称为有压管道。③一般在压力作用而流动. 1.根据出流情况分自由出流和淹没出流 管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强作用，称为自由出流管道。 管道出口淹没在水面以下，则称为淹没出流。 2.根据局部水头损失占沿程水头损失比重的大小，可将管道分为长管和短管。 在管道系统中，如果管道的水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头所占比重很小（占沿程水头损失的5%～10%以下），在计算中可以忽略，这样的管道称为长管。否则，称为短管。必须注意，长管和短管不是简单地从管道长度来区分的，而是按局部水头损失和流速水头所占比重大小来划分的。实际计算中，水泵装置、水轮机装置、虹吸管、倒虹吸管、坝内泄水管等均应按短管计算；一般的复杂管道可以按长管计算。 3.根据管道的平面布置情况，可将管道系统分为简单管道和复杂管道两大类。
简单管道是指管径不变且无分支的管道。水泵的吸水管、虹吸管等都是简单管道的例子。由两根以上管道组成的管道系统称为复杂管道。各种不同直径管道组成的串联管道、并联管道、枝状和环状管网等都是复杂管道的例子。 工 程实践中为了输送流体，常常要设置各种有压管道。例如，水电站的压力引水隧洞和压力钢管，水库的有压泄洪洞和泄洪管，供给城镇工业和居民生活用水的各种输水管网系统，灌溉工程中的喷灌、滴灌管道系统，供热、供气及通风工程中输送流体的管道等都是有压管道。研究有压管道的问题具有重要的工程实际意义。 有压管道水力计算的主要内容包括：①确定管道的输水能力；②确定管道直径；③确定管道系统所需的总水头；④计算沿管线各断面的压强。 第二节 简单管路的水力计算 以通过出口断面中心线的水平面为基准面，在离开管道进口一定距离处选定1—1过水断面(该断面符合渐变流条件)，管道出口断面为2—2过水断面，1—1与2—2过水断面对基准面建立能量方程，即可解决简单管道的水力计算问题，并可建立一般计算公式。 简单管道自由出流水力计算公式 02gH A Q c μ= 式中，c μ称为管道系统的流量系数，它反映了沿程水头损失和局部水头损失对过流能力的影响。计算公式为 当行近流速水头很小时，可以忽略不计，上述流量公式将简化为 二.二
PCB走线和过孔的过流能力
PCB板铜箔宽度和过电流大小关系 在表层，1OZ铜厚，1MM线宽可以通过1A电流。在内层，1OZ铜厚，1MM 线宽可以通过0.5A电流。例如：60mil相当于1.5MM，若是1OZ铜厚的话，在表层可以走1.5A电流，在内层可以走0.75A电流oz(盎司)是重量单位，在PCB 设计中常用oz来表示覆铜厚度，含义是在1平方英尺上覆盖1oz重量的铜对应的厚度。oz与公制长度的对应关系参见下表： 基铜厚度 (oz/Ft2) 公制(μm) 5 175 4 140 3 105 2 70 1 35 0.5 18 计算方法如下：先计算Track的截面积，大部分PCB的铜箔厚度为35um（不确定的话可以问PCB厂家）它乘上线宽就是截面积，注意换算成平方毫米。有一个电流密度经验值，为15~25安培/平方毫米。把它称上截面积就得到通流容量。 计算方法二： PCB走线的载流能力与以下因素有关：线宽、线厚（铜箔厚度）、容许温升。PCB走线越宽，载流能力越大。 近似计算公式： K为修正系数，一般覆铜线在内层时取0.024，在外层时取0.048；T为最大温升，单位为摄氏度(铜的熔点是1060℃) ；A为覆铜截面积，单位为平方MIL；I为容许的最大电流，单位为安培(A)。大部分PCB的铜箔厚度为35um，乘上线宽就是截面积。（10摄氏度10mil=0.010inch=0.254差不多过流1A，表面走线计算结果，与最上面的方法计算结果，同样的电流线宽明显不同）
PCB过孔的载流能力可以近似等效成PCB表层走线的计算方法： 其中A=PI*(D+T)*T；其中D为孔内径，T为孔的沉铜厚度，T一般为20um。 0.25mm=9.8425 0.33mm=12.9921 20^0.44=3.736 0.048x3.736=0.179328 20um=0.7874015748mil A=3.14*(D+0.7874015748)*0.7874015748 小孔A=26.28 大孔A=34.069 0.75 11.6 14.1016 2.08 2.5288 二、数据: PCB载流能力的计算一直缺乏权威的技术方法、公式，经验丰富CAD工程师依靠个人经验能作出较准确的判断。但是对于CAD新手，不可谓遇上一道难题。 PCB的载流能力取决与以下因素：线宽、线厚（铜箔厚度）、容许温升。大家都知道，PCB走线越宽，载流能力越大。在此，请告诉我：假设在同等条件下，10MIL的走线能承受1A，那么50MIL的走线能承受多大电流，是5A吗？答案自然是否定的。请看以下来自国际权威机构提供的数据（号称是美国军用标准）：
(完整版)排洪沟与集水箱涵计算(用于计算雨水洪峰流量)
附表三：涵洞水力计算洪水量采用公路科学研究所经验公式(适用于汇水面积小于10 Km2))： Q p =K p F m Q p—— 设计洪峰洪量(m3/s） K p——流量模数，根据地区划分及设计标准（广州地区属东南沿海，重现期采用25年一遇时， K p =22) F—汇水面积（Km2)) ,m——面积指数，当F≤1Km2时，m=1;当1
PCVX涵洞计算过程
PCVX涵洞计算过程 一：圆管涵 《公路涵洞设计细则》（JTG/T D65-4--2007）规定： 1：混凝土圆管涵设计可仅考虑车辆荷载、圆管涵自重和填土产生的等效荷载的作用组合。管壁环向压力和径向剪力可不计算，仅考虑弯矩作用效应。 2：车辆荷载和填土载截面上的弯矩作用效应M可按下式计算： M=0.137*q*R^2*（1-λ） λ=（tan（45°- & / 2））^2 （&为土的内摩擦角） 3：圆管涵自重在截面上的弯矩作用效应Mz可按下式计算： Mz=0.369*r*t*R^2 4：混凝土圆管涵结构应按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62）的规定进行承载能力极限状态的承载能力（强度）和正常使用极限状态下的裂缝宽度的验算。 程序中圆管涵的计算过程为： 1：恒载计算 （1）：计算系数K 根据填土高h和涵洞外形宽D的比值查表得到。 （2）填土产生的垂直压力q q=K*r*h 其中：r……土容重（在程序中取常用值18KN/m^3）； （3）自重产生的垂直压力q自 q自=r1*t 其中：r1……管壁容重 t……管壁厚度 2：活载计算 （1）：活载产生的垂直压力q汽 根据路面宽度来布置汽车车辆数，并进行车道系数折减，然后根据车辆数和填土高度计算扩散到涵洞顶部的压力（此过程比较复杂，不作详细描述。） 3：管壁弯矩计算 （1）：土压力产生的弯矩 M土=0.137*q*R^2*（1-λ） （2）：管节自重产生的弯矩 M自=0.369*q自*R^2 （3）：设计荷载产生的弯矩 M设=0.137*q汽*R^2 *（1-λ） 其中：R……为内径的一半加壁厚的一半 4：荷载组合 （1）：承载能力极限状态组合 Md=1.2 * (M土+ M自) + 1.4 * M设 （2）：正常使用极限状态组合 短期组合Msd=(M土+ M自) + 0.7 * M设 长期组合Mld=(M土+ M自) + 0.4 * M设
论水利工程涵洞的设计
论水利工程涵洞的设计 发表时间：2018-06-08T15:27:20.730Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第36期作者：张学菊 [导读] 水利工程中的涵洞是重要的建筑物，任何一项水利工程均离不开涵洞的科学设计。 宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司宁夏银川 750001 摘要：水利工程关系到我国的农业产业发展，只有全面设计好涵洞工程，才能发挥涵洞引水和泄水作用，确保工程稳定耐用，满足水利建设要求，推动我国农业经济快速稳步发展。文章主要通过对我国当前水利工程涵洞设计进行系统的分析，以此，推动涵洞设计能力，提高水利应用水平。 关键词：水利工程；涵洞；设计要点 1 水利工程涵洞基本情况 水利工程中的涵洞是重要的建筑物，任何一项水利工程均离不开涵洞的科学设计。涵洞是水利工程关键部分，其环境不稳定、长时间暴露在大自然中，很容易受到自然界风、霜、雪、雨及河流冲击，如果质量不合格，则很容易损毁，导致更大的灾害，特别是当前，大型农机具的普遍使用，也对涵洞形成一定的威胁，所以说，在涵洞设计中，必须要全面考虑到整体构造和耐久性能的问题，只有这样，才能有效提高涵洞质量，保证过水能力。涵洞的结构非常重要，可以说，不管面临何种环境，均要坚固耐用，保持自身性能不变，要合理计算出涵洞的安全系数，使涵洞形成更大的安全性，设计过程中，安全系数和性能结构是密切关联的整体，结构合理，则系数越高，安全性能越强。设计人员只有全面负责，认真进行调研，才能把握好结构系数要求，确保涵洞坚固耐用，能够抵抗水流巨大压力冲击和冲刷。涵洞设计是一方面，但是在施工过程中，还需要根据当地具体情况，对设计进行微调，保证与当地自然环境相协调一致，符合技术施工要点要求，对涵洞高度、厚度、强度的调整，能够全面确保涵洞作用的良好发挥。 2涵洞的设计 现状汉渠沿线有各类建筑物303座，其中水闸7座；渡槽1座；涵洞17座；桥梁51座；跌水4座；支斗渠口223座。涵洞设计原则：基本保持汉渠渠底高程不变，且满足渠道过流能力；涵洞底高程确定合理；涵洞断面设计合理，满足过流能力。 2.1涵洞布置 金南干沟涵洞位于汉渠桩号4+500处，设计流量18.69 m3/s，在原址处进行重建，涵洞洞身轴线和主沟道保持一致。 2.2涵洞过流能力计算 无压流涵洞流量计算公式如下：
涵洞水力计算
涵洞水力计算
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附录P 涵洞（或隧洞）水力计算 P.0.1 涵洞水流流态可按以下情况进行判别：圆形、拱形涵洞进口水深h1≤1.1D（洞高）或矩形涵洞h1≤1.2D时，为无压力流；圆形、拱形涵洞h1>1.1D或矩形涵洞h1>1.2D，且洞长L≤l0（洞内回水曲线长度）+2.7D时，为半压力流；圆形、拱形或矩形涵洞h1>1.5D，且L>l0+2.7D时，为压力流。 P.0.2 无压力流可按下列情况进行判别： 1 淹没流与非淹没流的判别： 0≤i（洞底坡降）≤ik（洞底临界坡度），且涵洞出口水深h2≤（1.2～1.25）h k（洞内临界水深）或h2≤（0.75～0.77）H0（计及流速水头的涵洞进口水头）时，为非淹没流；反之，则为淹没流。I>i k，且L≤（8～15）h1时，仍可按上述标准判别涵洞是否淹没。 2 长洞与短洞的判别： i≈0时，且L ≤（52～64）h1或L ≤（86～106）h k时，为短洞；反之，则为长洞。0＜i≤i k，且L ≤（52～83）h1或L ≤（86～138）h k时，为短洞；反之，则为长洞。，i ＞i k且L≥4h1时，均按短洞进行水力计算。 P.0.3 无压力流过水能力可按下列公式计算： 1 涵洞为短洞时：
式中Q——涵洞设计流量（m3/s）； m——无压力流时的流量系数； B——矩形涵洞底宽（m），涵洞为非矩形断面时，按公式（P.0.3-3）计算； g——重力加速度（m/s2）； H0——计及流速水头的涵洞进口水头（m）； m0——进口轮廓形状系数，可根据进口型式，由表P.0.3查得； A h——相应于涵洞进口水深的过水断面面积（m2）； A j——进洞水流的过水断面面积（m2）； A k——相应于临界水深的过水断面面积（m2）； h k——洞内临界水深（m）； h1——涵洞进口水深（m）； α——流速分布系数，可取1.05～1.10； V1——涵洞进口断面平均流速（m/s）。 表P.0.3 涵洞进口轮廓形状系数
放水涵洞
放水涵洞(管)的修复 小型水库的放水涵洞(管)大都为坝下埋管。常因涵洞(管)发生裂缝渗漏, 使涵洞出口处周围出现渗水, 处理的 方法有： 1. 局部堵漏。对混凝土涵管管壁局部渗漏清水, 可采用局部堵漏法处理：将涵管有漏水砂眼处凿开后, 用玻璃纤维或石棉绳堵塞, 表面再抹以水泥砂浆或环氧浆。对于浆砌涵, 灰浆脱落或裂缝漏水的, 将砌缝或裂缝洗涤干净后, 用玻璃纤维堵塞漏缝, 用掺有水玻璃的快速水泥砂浆勾缝。 2. 环氧树脂补强防渗。对涵洞洞壁和隧洞衬砌产生一般裂缝漏水, 可采用环氧树脂补强防渗。施工时, 将裂缝部位水泥砂浆凿出, 用钢丝刷将碎片、砂粒清除洗净、烘干，然后在表面涂抹一薄层环氧基液, 最后用环氧砂浆填补好, 并用烧热的泥刀压实抹平。 3. 灌浆处理。对质量较差、漏水严重的涵洞洞壁和隧洞衬砌, 以及涵洞外壁与土坝坝体接触不好, 填土不实, 或防渗垫层不密实等引起的纵向渗漏, 均可采取灌浆方法 处理。灌浆可分别在洞内或坝上进行。灌浆材料一般为水泥浆, 输水涵洞外壁渗水可灌泥浆或粘土水泥浆。大型输水建筑要求较高的也可用环氧水泥浆。 4. 衬砌加固。对涵管质量差，洞壁单薄, 漏水严重, 或发生断裂的可以采用衬砌加固。衬砌加固有内衬和套管两种。内衬是涵管内壁衬砌一层浆砌块石或预制混凝土。套管法是将预制的钢筋混凝土管或钢丝网水泥管一节节地套在 原涵管之中, 然后在新旧涵管之间填充水泥砂浆或预埋骨 料灌浆。衬砌或套管后，过水段面及通过流量均相应减小。 5. 地基加固。对因地基不均匀沉陷而导致涵管断裂的, 采用加固地基并进行管身结构补强处理漏水。如断裂部位在涵管进、出口附近，可直接挖出坝体松软地基部分, 用三合土分层填筑夯实, 如涵管断裂部位在中段或坝身较高开 挖困难处, 可在管内钻孔进行基础固结灌浆, 或在洞内开 挖基础换土回填。
放水涵洞水利计算说明书
放水涵洞水利计算说明书 放水洞的水力计算 1、闸孔出流计算 根据闸孔出流公式计算闸门开度： Q =μ2gH 0 式中：Q ——下泄流量，为2.0m 3/s； μ——闸孔出流流量系数，μ=ε2?-ε2 取0.62； b——闸孔宽度，为1.2m ； e——闸门开度； H0——闸前水头，为13.02m ； 试算得闸门开度e=0.181m时，下泄流量为2.0 m3/s。（1）涵洞临界底坡 q = 3Q 2 ==1. 67m B 1. 2 e 其中ψ取0.95；ε2H 0 2 *1. 67h k ==0. 66 9. 8 x k =0. 66?2+1. 2=2. 52m A k =0. 66?1. 2=0. 79m 2 R k = 0. 79
=0. 31m 2. 52 1 1C k =?0. 36=54. 95m 0. 015 22 =0. 0068 i k =22 0. 79?54. 95?0. 31 i =0. 01>i k =0. 0068 根据计算结果，涵洞纵坡大于临界底坡，涵洞为陡坡，按短洞考虑。（2）涵洞正常水深 涵洞正常水深计算公式如下： 1 2(1++m h ) nQ ) h =( m b 1+h b 2 25 35 oi oitH oi 涵洞的过水流量Q=2 m3/s,涵洞底板宽度b 本工程取1.2m 。由以上已知条件可求得: h0=0.57m。 （3）闸孔收缩断面水深计算 计算公式：hc=eε=0.62*0.18=0.12m
式中：hc──闸孔收缩断面水深； e──闸门开度, 为0.18m ； ε——垂直收缩系数，0.62。 （4）涵洞水面线计算 涵洞水面线计算按明渠水面线计算方法计算，采用分段求和法计算。由于hc ＜h0＜ hk ，故洞内水面线型式为c 2型壅水曲线。。因此水面线应从起始端开始向下游计算。 基本公式如下：计算结果见表4-9 ?v i 2??v i 2+1? h i +?- h i +1+? ? 2g ??2g ???=i -J = ?l （5）波动及掺气水深计算 ?v 2? ? h +2g ?????l 深孔闸后洞内无压流的流速很大，一般都要考虑因水流掺气而增加的水深，已得到设 计涵洞的高度。涵洞掺气水流不同于溢流坝和陡槽的掺气水流，其特点是涵洞的底坡较缓，水深较大，沿程壅高。试验得出对矩形断面的涵洞掺气水流进行估算的经验公式为 h 0-h v 2 lg =1. 77+0. ?gR 式中：h0—掺气后的水深； h、v 、R —未掺气水深、流速、水力半径； △=表面的绝对粗糙度，对糙率n=0.015的混凝土，取0.002m ；计算结果见表4-10 2 3 2 泄流能力计算
铜排过流能力
截面积 截面积（mm 2） △T=20K(3) △T=40K(4) △T=50K(5) （mm 2） △T=20K(3) △T=40K(4) △T=50K(5) 15.5*0.8*224.812517520040*1*28024033038015.5*0.8*337.216021024040*1*312033048054015.5*0.8*449.619526529540*1*416040056063015.5*0.8*674.422532036040*1*520045063071015.5*0.8*899.226538043040*1*624048068075015.5*0.8*112430042048040*1*832060083092020*1*24017024027040*1*10400670920103020*1*36023032036050*1*315040057065020*1*48027038044050*1*420049070079020*1*510030043049050*1*525054078088020*1*612033047053050*1*630059084095020*1*816040056062050*1*84006801000113020*1*1020042058065050*1*105007501100130024*1*24820028032063*1*5315650900100024*1*37225036041063*1*6378690980110024*1*49628041046063*1*85048401200135024*1*512033047053063*1*106309201300145024*1*614436051057080*1*54007001100123024*1*819242059067080*1*64807801210136024*1*1024050070079080*1*86409501400157032*1*26423032036080*1*1080010901550173032*1*396280410460100*1*55008601250140032*1*4128320460520100*1*66009501380153032*1*5160390550610100*1*880011001580176032*1*6192440620700100*1*10100012201710192032*1*8256510720822100*1*12 1200 1300 1800 2010 32*1*10 320 600 840 930 型号 温升下的电流(A) 型号 温升下的电流(A)
淹没出流的无压长涵洞过流能力计算问题
（十三）淹没出流的无压长涵洞过流能力计算问题 我院过去计算淹没出流的无压长涵洞过流能力，近似采用短涵洞的公式计算，采用公式为： 5.1 mB = Qδσε g 2H 上式中的侧压缩系数ε、淹没系数σ、流量系数m，是采用华东水利学院编的《水力学上册》1977年6月版的计算公式和数值。这些计算公式和数值，现行规范已不推荐使用。 因为引黄的涵洞式水闸都是淹没出流的无压长涵洞，应该按现行规范《水闸设计规范（SL265-2001）》和《灌溉与排水工程规范（GB50288-99）》的有关规定进行计算。 建议采用《水闸设计规范》附录A第A●0●1条的计算公式，并计入侧向引水系数δ，取H H= 0（因为引黄闸是无坝侧向引水）后，公式为： 5.1 mB = Qδσε g 2H 上式符号的意义见《水闸设计规范》。但是该公式是淹没出流的开敞式水闸过流能力的计算公式，引黄闸是淹没出流的无压长涵洞，必须考虑进口段以后洞身阻力和水位对涵洞过流能力的影响，其淹没系数σ与开敞式水闸不同，σ采用《灌溉与排水工程设计规范》附录P：“涵洞（或隧洞）水力计算”中的第P●0●3条之2“涵洞为长洞时”的淹没系数，由图P●0●3查得。但该图的印刷有误，应改用下图查取。
图中：0H 为以涵洞进口断面底板高程起算的上游总水头，H H =0； c h 为进口段收缩断面水深（m ），当洞身较长，且底坡k i i <<0时，0h c h ≈（正常水深）； c ω为相应于c h 过水断面面积（cm 2）； 0 H ω为相应于0H 过水断面面积（cm 2） 。 由于黄河引黄涵洞的底坡0=i ，洞内水深为缓流，水面线虽然是降水曲线，但受到涵洞出口下游断面突然扩大（因为该断面没有洞墙）产生水位雍高的影响，而且涵洞长度在80m 左右，因此可以近似采用下游水深s H 近似等于c H 来查取上图中的σ值，计算误差小于5%。 附注：《灌溉与排水工程设计规范》附录P ：“涵洞（或隧洞）水利计算”中的第P ●0●3条之2“涵洞为长洞时”中，0h h c 应改为0H h c ，0h h c A A 应改为0H h c A A 。 0H A 是相当于的过水断面面积（m 2），图P ●0●3改为上图。
排水涵洞施工组织设计
目录 第一章编制依据、原则及编制范围 第二章工程概况 第三章施工组织及布置 第四章施工准备及场区布置 第五章工程测量 第六章施工辅助设施 第七章施工方案及方法 第八章施工进度及保证措施 第九章通风及计算 第十章施工技术要求 第十一章质量保证计划及措施 第十二章安全、技术、文明施工保证措施第十三章探放水 第十四章成本控制措施 第十五章贯彻和考试规定
第一章编制依据、原则及编制范围 一、编制依据： 1、贵州盘江矿业（集团）有限责任公司提供的土城矿?排洪洞工程设计图纸?。 2、?安全规程?、?井巷质量标准化标准?、?井巷工程质量检验评定标准?及其他相关规范、标准等技术规范。 3、通过现场实地考察和调查所掌握的资料和信息。 4、结合我单位综合施工能力和设备以及技术实力。 二、编制原则 1、严格遵循规定的内容和设计文件的要求，充分体现业主的要求。 2、满足业主施工工期要求，保证在规定的工期内提前完成施工任务。 3、遵守施工规范和操作规程，遵循质量、安全生产的规定，确保施工质量和施工安全。 4、根据本工程特点和施工内容，采用光面爆破、断面激光定向控制超挖，提高施工机械作业程度，降低成本，提高生产率，减轻劳动强度，统筹安排施工，做到均衡生产。 5、严格按照IS09002国际质量认证体系和施工要求进行管理和质量控制，建立健全质量保证体系，强化施工安全技术组织施工。 6、科学合理组织放、高质量、高水平地建设好贵州盘江矿业（集团）的土城矿排洪洞工程。 三、编制范围
1、贵州盘江矿业（集团）土城矿排洪洞工程长度1129m。 第二章工程概况 一、工程概况 贵州盘江矿业（集团）土城矿排洪洞采用斜巷开拓方式，开口坐标上：X =5166.815，Y =2367.734, Z=1576.000，下：X =4942.166，Y = 1263.549, Z=1510.000。本工程全长1129m，采用直墙圆弧拱断面，浇灌、喷浆支护，净断面13.37m 2，喷砼强度为C20，喷厚50mm，掘进断面：浇灌段15.48m 2，喷浆段14.18m 2。拦矸坝上宽、下宽、高、采用M7.5毛石砂浆；基础深、采用C15混凝土。导水坝上宽、下宽、高、采用M7.5毛石砂浆；基础深、采用C15混凝土。 二、地质情况 1、根据六盘水市水利电勘测设计设计院的设计方案，结合?地质勘查报告?分析，该工程处于第四系列到二迭系龙潭组岩系地层中。所揭露的岩性玄武岩（f=20）。 2、巷道顶底板特征： 顶底板：为玄武岩，岩石坚固、稳定 3、地质构造情况： 该工程区内构造基本呈一单斜构造，从现有资料分析，无大的断层和褶曲。 4、水文地质情况： 该工程区内所处的地层无含水层，其充水来源主要是大气降水及
导线过流能力
一、一般铜导线载流量导线的安全载流量是根据所允许的线芯最高温度、冷却条件、敷设条件来确定的。 一般铜导线的安全载流量为5~8A/mm2，铝导线的安全载流量为3~5A/mm2。<关键点> 一般铜导线的安全载流量为5~8A/mm2，铝导线的安全载流量为3~5A/mm2。如：2.5mm2BVV铜导线安全载流量的推荐值2.5×8A/mm2=20A4mm2BVV铜导线安全载流量的推荐值4×8A/mm2=32A 二、计算铜导线截面积利用铜导线的安全载流量的推荐值5~8A/mm2，计算出所选取铜导线截面积S的上下范围：S==0.125I~0.2I（mm2）S-----铜导线截面积（mm2）I-----负载电流（A） 三、功率计算一般负载（也可以成为用电器，如点灯、冰箱等等）分为两种，一种式电阻性负载，一种是电感性负载。对于电阻性负载的计算公式：P=UI 对于日光灯负载的计算公式：P=UIcosф，其中日光灯负载的功率因数cosф=0.5。 不同电感性负载功率因数不同，统一计算家庭用电器时可以将功率因数cosф取0.8。也就是说如果一个家庭所有用电器加上总功率为6000瓦，则最大电流是I=P/Ucosф=6000/220×0.8=34(A) 但是，一般情况下，家里的电器不可能同时使用，所以加上一个公用系数，公用系数一般0.5。所以，上面的计算应该改写成
I=P×公用系数/Ucosф=6000×0.5/220×0.8=17(A) 也就是说，这个家庭总的电流值为17A。则总闸空气开关不能使用16A，应该用大于17A的。 估算口诀： 二点五下乘以九，往上减一顺号走。三十五乘三点五，双双成组减点五。 条件有变加折算，高温九折铜升级。穿管根数二三四，八七六折满载流。 说明： (1)本节口诀对各种绝缘线(橡皮和塑料绝缘线)的载流量(安全电流)不是直接指出，而是“截面乘上一定的倍数”来表示，通过心算而得 。由表53可以看出：倍数随截面的增大而减小。 “二点五下乘以九，往上减一顺号走”说的是2．5mm’及以下的各种截面铝芯绝缘线，其载流量约为截面数的9倍。如2．5mm’导线，载流量为2．5×9＝22．5(A)。从4mm’及以上导线的载流量和截面数的倍数关系是顺着线号往上排，倍数逐次减l，即4×8、6×7、10×6、16×5、25×4。 “三十五乘三点五，双双成组减点五”，说的是35mm”的导线载流量为截面数的3．5倍，即35×3．5＝122．5(A)。从50mm’及以上的导线，其载流量与截面数之间的倍数关系变为两个两个线号成一组，倍数依次减0．5。即50、70mm’导线的载流量为截面数的3倍；95、