11.设计方案拟定1.1设计基本资料设计地区：河南信阳 道路等级：普通三级公路设计洪水频率：根据道路等级确定为4% 设计任务：根据地形图选择合适的涵洞1.2确定汇水区计算参数图2-1 已知地形图汇水区资料（比例：1：2000）1）汇水区面积A ：本次设计采用的是1：2000的地形图，经cad 软件计算得汇水区面积为20.44A km =。

主河沟长度： 1.12L km = 2）主河沟平均纵坡：它是表征河沟地形的主要指标，是确定地貌系数ϕ的依据之一，采用公式法计算()()()()10112122323343422()=9.5378+9.5+24.5303+24.5+49.5277+(49.5+64.5)162=4.2%1120Z h l h h l h h l h h l I L ----++++++⨯⨯⨯⨯= 式中：12,,n h h h L ——主河沟与各等高线相交处的的高程与桥涵位处沟底高程之差（m ）； n n l l l ~12~11~0,,-Λ——沿主河沟量的各等高线之间水平距离（m); L——主河沟总长度（m ）22.2选择涵洞类型涵洞类型有石拱涵、石盖板涵、钢筋混凝土盖板涵、钢筋混凝土圆管涵、钢筋混凝土箱涵、倒虹吸管涵波纹管涵、砖拱涵。

这些涵洞类型中，石拱涵、石盖板涵、钢筋混凝土圆管涵都只适用于设计流量在10m3/s 以下的河流，结合各类型涵洞特点和设计需求以及达到总造价最低的原则，本次设计需用钢筋混凝土盖板涵。

2.3选择进水口形式洞口类型有很多，平头式、领圈式等，各种洞口用在不同的位置，其中八字式洞口构造简单，建筑结构美观，施工简单造价较低。

常用于河沟平坦顺直、无明显沟槽，且沟底与涵底高差变化不大的情况，最为常见。

结合洞口类型特点和计算资料，本次设计涵洞进出口形式选用八字式洞口。

2.桥涵水文、水力计算2.1水文计算桥涵水文计算的方法主要有暴雨推理法、径流形成法、直接类比法、形态调查法，由于本次设计是模拟题，故无法采用形态调查和直接类比法，故应选择暴雨推理法和径流形成法。

2.1.1暴雨推理法查暴雨等值线图可得，p =90mm/h S 1）用推理公式计算:根据暴雨递减指数n 值分区图，河南信阳地区属于Ⅲ类分区 汇流时间的计算：查课本附表1-4得 30.63K =10.15α=北方公式：10.1530.630.484K h ατ⎛⎫==⨯= 查课本附表1-1，当=τ0.484h ，应取n=0.50损失参数计算:查附表1-3 111.0;0.71;K β==北方公式：11 1.0900.7163.9p K S μβ==⨯⨯=34%4%0.278()p p nS Q A μτ===⨯-以上数据代入流量计算公式：34%0.590=0.27863.90.44=8.01mm /s 0.484p Q =⎛⎫⨯-⨯ ⎪⎝⎭2）采用经验公式Ⅰ 计算：有课本附表1-5得0.76ψ= 1.00m =20.67λ=()()2m0.6730.769063.90.4411.4/p P mQ S A m sλψμ=-==⨯-⨯=（舍去）3）采用经验公式Ⅱ 计算：由课本附表1-6得0.36c =， 1.07β=，30.67λ=31.070.6730.36900.4425.6/p P Q cS Am sλβ==⨯⨯= （舍去）2.1.2径流形成法1）径流成因简化公式：本涵洞处于山岭区且汇水面积小于0.5km 2,按简化公式计算，结果偏差较大。

故可由Q s =0.56ℎA 计算设计流量。

其中本涵洞地处第四区，土壤吸水类型为Ⅲ类，由汇水面积得知汇流时间为30min 。

式中：h 为径流厚度，可查课本附表1-12得知h=39mm Q s =0.56ℎA =0.56×39×0.44=9.61m 3/s 2）径流经验公式：np Q KA K n =--式中：径流模量；地区指数由于本地区处于华中位置，径流模量取19.6；当汇水面积小于1时，n 取值为1.0. 故1319.60.448.62m /p Q s =⨯=代入原式得由上述流量取值可得：38.019.618.628.75/3p Q m s ++==2.2水力计算假设涵洞净空高度 2.1d h m =，采用无压式涵洞计算孔径。

进水口和壅水降落细数87.0=β；进口涵洞净空高度根据规范取值0.4m ∆=；4则涵前水深：2.10.4 2.00.87d h H m β-∆-===；盖板涵的涵洞净宽：8.752.01.5 1.51.575 1.5752.0Q s B mH ===⨯检验盖板涵的适用条件：2.00.95 1.22.1dd B B h h ==≤且 故净跨径满足无压式涵洞计算条件，且跨径和台高满足经济比例关系1:1-1:1.5最终确定涵洞有关数据：根据《公路桥涵标准图》钢筋混凝土盖板涵泄水能力及水力计算表选定 跨径： 2.5m L =; 净跨径： 0 2.0L m =; 净高： 1 2.1;h m = 泄洪能力： 313.49/s Q m s =3.涵洞长度计算3.1拟定涵长计算尺寸(1) 涵底纵坡：涵身与基础按同一坡度设计，坡度取为4.2%。

(2) 铺地厚度h 铺底：拟定为30cm 厚的浆砌片石。

(3) 涵底高程H ：按涵底中心地面高程下挖30cm 推算。

(4) 涵洞埋深：要大于当地冻深1.0m,故取1.1m 埋深 (5)本涵桥面板厚20cm ，铺装层厚10cm ，台帽不做取值5(6)截水墙宽度取为40cm ，埋深与基础同深1.1m3.2涵洞相关高程计算（1）路基设计高程根据表1.1，查算出涵位中心桩号处的路基设计高程分别为： 2102010240h h h h cm=++=++=进净板铺1280.5 1.1 2.41284H H h h m=++=++=路基沟填进（2）涵底高程计算根据涵位中心桩号处原地面高程减去30cm 清底厚度（即清h ）得到涵底高程：1280.50.31280.2H H h m =-=-=涵沟清 （3）确定进出口处的建筑高度及涵洞中心涵台高度 ①进水洞口高度21284 1.10.10.21280.2 3.75 4.2%2.24BIh H h h h H m =-----=-----⨯=涵涵进净上设填板铺装 ②出水洞口净高21284 1.10.10.21280.2 3.75 4.2%2.56BIh H h h h H m =----+=----+⨯=涵涵下设出净填板铺装 ③涵洞中心净高1284 1.10.10.21280.22.4h H h H h h m=----=----=填板中净中设中涵铺④进出水口建筑高度h h h h 2.240.20.1 2.54m =++=++=进进净板铺h h h h 2.560.20.1 2.86m =++=++=出出净板铺⑤涵洞中心涵台高度0 2.40.4 2.8H h h m =+=+=台中其中0h 为涵台基础顶面至铺底顶面的距离，其值为基础埋深减去基础厚度，本设计基础埋深取1.1m ，基础厚度取0.7m ，故设计取00.4h m =。

3.3涵长计算涵洞长度是指从涵洞进口涵台处边缘至涵台外边缘的水平长度。

如图所示：6图3-1 路基边坡无变坡时的涵长计算路基边坡无变坡时：12122()2();11B m H a c B m H b c L L im im +-++-+==+-21L L L +=式中：21B B 、——路基左右侧宽度（m)；a ——涵洞进口帽石顶面至基础顶面高度（m ）；b —— 涵洞进口帽石顶面至基础顶面高度（m ）；c ——帽石顶面宽度（m)； m :1——路基边坡坡度；21H H 、——路基左右侧边缘设计高程与涵洞中心基础顶面高程之差（m)； i ——涵底纵坡度（%）。

计算过程如下：12841280.2 3.8mH H H =-=-=涵上设112()17.52 1.5(3.8 2.54)0.210.042 1.55.49B m H a c L imm+-+=++-+=+⨯=222()17.52 1.5(3.8 2.86)0.210.042 1.55.72B m H b c L imm +-+=-+-+=-⨯=涵洞全长：12 5.49 5.7211.21m L L L =+=+=74涵洞洞口几何设计4.1拟定洞口计算尺寸进、出水洞口形式采用八字墙，洞口尺寸： （1）八字墙垂直顶宽a=40cm ；（2）墙身与其基础垂直襟边e 取20cm ； （3）墙身背面垂直背坡取4:1；（4）墙身端部断面的高度：以端部露出底面高30cm 推算； （5）墙身根部断面高度：按帽石底面算起至基础之高差推算： （6）本设计进出水口处八字翼墙基础埋深与涵身埋深取值相同。

4.2进出水口八字翼墙计算尺寸（1）进水口处 翼墙根部断面高度：2.240.2(1.10.7) 2.84h h h h h m =++-=++-=进根进净板基深墙基（） 翼墙端部断面高度：-0.2 1.10.70.20.6h h h m =+=-+=基深进端墙基 （2）出水口处 翼墙根部断面高度：2.560.2(1.10.7)3.16m h h h h h =++-=++-=出根出净板基深墙基（） 翼墙端部断面高度：-0.2 1.10.70.20.6h h h m =+=-+=基深出端墙基其中0.1m 为根部高度自安全带出檐降低0.1m ；1.1m 为基础埋深；0.7m 为基础厚度；0.2m 为翼墙端部露出地面的高度。

4.3翼墙尺寸计算（1）翼墙根部和端部断面背坡0n75.330cos 5.130sin 4cos sin 0=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=οοββm n n 正 （2）翼墙墙身根部断面与基础顶面的交线的垂线间夹角δ8⎥⎦⎤⎢⎣⎡±=正反反正00/1tan arctan n m βδ因为本涵为正交涵，水流扩散角都是ο30，因此有反正δδ=，οο78.2175.35.1130tan tan =⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯-=art δ （3）翼墙墙身根部与端部断面墙顶顺端墙方向平面投影宽度 cos 40cos3046c a cm β=÷=÷=o考虑八字墙根部小平台的影响，经计算，进水口两个八字翼墙根部断面墙底顺端墙方向投影宽度： 130d n 46284 3.75121.7d c h cm ==+÷=+÷=进根出水口两个八字翼墙根部断面墙底顺端墙方向投影宽度： ''130d n 46316 3.75130.3d c h cm ==+÷=+÷=出根 进水口两个八字翼墙端部断面墙底顺端墙方向投影宽度： 2404660 3.7562d d c h n cm ==+÷=+÷=进端出水口两个八字翼墙端部断面墙底顺端墙方向投影宽度： ''2404660 3.7562d d c h n cm ==+÷=+÷=出端 （4）翼墙洞口正投影长度涵端根进、出I m h h m G ⋅±-⋅=1)( m(h 1.560316.1cm 1m 1 1.50.042h G I -⨯-===+⋅+⨯进根进端进涵）（284）m(h 1.560409.8cm 1m 1 1.50.042h G I -⨯===-⋅-⨯出根出墙出涵）（316-）（5）翼墙基础襟边顺洞墙端部断面的平面投影长度1e 和2e翼墙基础垂直襟边宽度e 取20cm,则： cm e e 2330cos 20cos 1=÷=÷=οβ cm e e 2278.21cos 20cos 2=÷=÷=οδ （6）八字翼墙的总张口大小B 00tan )2200(279.4tan 30)2522.6B L G cm β=+⨯⨯=+⨯⨯=进进（00tan )2200(368.2tan 30)2625.2B L G cm β=+⨯⨯=+⨯⨯=出出（（7）翼墙基础平面尺寸计算 进水口左翼墙基础根部宽度：1112b 23121.722166.7e d e cm =++=++= 进水口左翼墙基础端部宽度：2122236222107b e d e cm =++=++= 进水口右翼墙基础根部宽度：931b 166.7b cm ==进水口右翼墙基础端部宽度： 42107b b cm ==出水口左翼墙基础根部宽度：''''333423130.322175.3b e d e cm =++=++= 出水口左翼墙基础端部宽度： ''''4344236222107b e d e cm =++=++= 出水口右翼墙基础根部宽度： ''13175.3b b cm ==出水口右翼墙基础端部宽度： ''24107b b cm ==5.工程数量计算5.1计算尺寸确定（1）桥面铺装:取 7cm 防水混凝土加3cm 沥青混凝土铺装，共10cm 。