[发明专利]一种低成本抗水毁的小桥涵出水口防护设计方法

摘要

本发明属于公路小桥涵设计技术领域，尤其是一种低成本抗水毁的小桥涵出水口防护设计方法。一种低成本抗水毁的小桥涵出水口防护设计方法，包括以下步骤由目前已经的设计方法计算小桥涵设计洪水频率的设计流量QP、确定小桥涵的参数、计算河沟的一般冲刷深度hp、选取小桥涵出口铺砌所需要的片石粒径大小、计算涵洞出水口处的水头高度Hc、计算小桥涵出水口铺砌所需的片石铺砌长度L、计算片石铺砌末端冲刷坑深度Δ和采取相应的构造措施。本发明采用的片石铺砌施工时只需将片石按顺序直接放置于出水口河床上，无需浆砌和堆叠。施工工艺简单，易于推广。本发明技术采用合理的片石铺砌计算方法，能够使出水口铺砌防护有效满足小桥涵抗水毁性能。

主权项

一种低成本抗水毁的小桥涵出水口防护设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：根据公路小桥涵工程所处地理位置和项目等级，由目前已经的设计方法计算小桥涵设计洪水频率的设计流量QP、确定小桥涵的高h、小桥涵宽w、涵洞临界水深hk、洞身临界流速vk、洞身临界坡度ik参数；步骤二：根据小桥涵跨越的河沟河床土壤类型，按照公式(1)和(2)计算河沟的一般冲刷深度hp；非粘性土河床一般冲刷深度hp：其中：QP为小桥涵设计洪水频率的设计流量；ε为小桥涵收缩收缩系数,当小桥涵为锥坡填土时取值0.9，当小桥涵有八字翼墙时取值0.85；w为小桥涵的宽度；hmax为小桥涵下河沟水流的最大深度，一般取桥涵高度h；为小桥涵下河沟设计流量时的平均水深，VH可查阅非粘性土壤水深为1m时的容许不冲刷流速表；粘性土河床一般冲刷深度hp：其中：IL为粘性土的液限指数；其余均与公式(1)的参数意义相同；步骤三：根据计算所得的河床一般冲刷深度hp，选取小桥涵出口铺砌所需要的片石粒径大小(片石粒径d>1.5hp)；步骤四：根据公式(3)计算涵洞出水口处的水头高度Hc：其中：g为重力加速度值；其余参数意义与前面相同；步骤五：计算小桥涵出水口铺砌所需的片石铺砌长度L；由于河沟一般为宽浅式，其水力半径R可近似按小桥涵下河沟设计流量时的平均水深则谢才系数C可以按公式(4)计算：其中：n为片石的粗糙系数,一般可以取值0.03‑0.05；为小桥涵下河沟设计流量时的平均水深；假定水流从涵洞出口至片石铺砌末端水头高度减少25％,则根据公式(5)可计算出片石铺砌所需要的长度L：其中：A为片石铺砌处河沟的过水面积；其余参数意义与前面相同；步骤六：计算片石铺砌末端冲刷坑深度Δ；片石铺砌冲刷坑深度Δ包括水流冲刷深度Δ1、水跃冲刷深度Δ2和偏斜冲刷深度Δ3，其计算过程分别如公式(6)、公式(7)、公式(10)；水流冲刷深度Δ1：其中：B为片石铺砌处河沟平均宽度；v’为河床土壤的容许不冲刷流速，查阅相关表格可得；其余参数意义与前面相同；水跃冲刷深度Δ2：其中：KP为系数，与小桥涵八字墙扩散角度有关，查阅相关表格可得；C为出水口铺砌加固长度系数，铺砌越长，其系数越小，查阅相关表格可得；σ为折冲系数，一般取1.35；h”为铺砌末端的跃后水深，v1为铺砌末端的水流速度，其余参数意义与前面相同；偏斜冲刷深度Δ3：其中：m为边坡系数；d为土壤粒径(m)；α为水流流向与河岸的交角，其余参数意义与前面相同；则片石铺砌末端冲刷坑深度Δ可以由公式(11)计算可得：Δ＝Δ1+Δ2+Δ3                                       公式(11)步骤七：采取相应的构造措施，根据所铺砌片石的粒径大小，选择与之相匹配的粒径较小片石，填塞片石间空隙，提高片石之间的嵌挤力，以减小水流对片石和沟底土壤的冲刷。