山区小桥涵下游冲刷与防护的设计

　第5期总第255期内蒙古科技与经济

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山区小桥涵下游冲刷与防护的设计

王建萍

(呼和浩特市公路勘察设计院,内蒙古呼和浩特　010000)

　　摘　要:在山区道路的设计中,小桥涵是主要的排水设施,小桥涵下游的冲刷与防护的设计是保证小桥涵稳定的重要因素。文章阐述了小桥涵下游防止冲刷的几种结构类型和构造要求。

关键词:小桥涵;下游冲刷;防护

　　中图分类号:U442.5　　文献标识码:A　　文章编号:1007—6921(2012)05—0101—02　　在山区公路的建设中,小桥涵是主要的排水构造物,平均每公里要设置2～3道涵洞,由于山区地形险要,大部分的涵洞置于斜坡上,涵底坡度较大,导致出水口流速较大,一些桥涵下游设计或施工的处理不当,往往导致道路水毁问题的出现,所以要求我们设计者在设计当中掌握小桥的冲刷情况因地制宜采取各种有效措施来防止小桥涵的冲刷。1　小桥涵下游引起局部冲刷的原因

水流从桥涵流出后,从急流转变为缓流的过程中发生了水跃,使水流紊动性大大提高,虽然水流纵向流速减小,但由于紊动性升高,仍会发生冲刷。

水流流向与河岸成某一角度时,下降水流对河岸发生淘刷的作用,即流向斜偏引起的冲刷。

下游实际流速大于河床土的不冲刷流速,即水流引起的冲刷。

2　小桥涵下游加固工程的类型2.1　小桥涵出水口的几种形式

常见的涵洞进、出水口形式有:一字墙、八字墙、急流槽等。小桥的进、出水口为八字墙、锥坡等构造,一字墙构造简单,水流对出口处的截水墙冲刷较大,八字墙比一字墙出口处最大冲刷深度和平均冲刷深度都小,由于八字墙出口水流均匀,水利条件好,对截水墙的埋置深度要求也不高,所以涵洞进、出水口常用八字墙。急流槽因地形来设置。当填土高度较大时,而小桥的上、下游通常设置锥坡,锥坡构造较复杂,但对于防止冲刷很有作用。当填土不高时设置八字墙。

2.2　桥(涵)下游出水口浆砌片石铺砌及截水墙的设置

对于地势较平缓的地段,小桥涵的出水口是由八字墙构成,而后加长铺砌,采用这种加固方式是用浆砌片石或者是混凝土来抵抗水流的速度,用深埋

的截水墙来保护铺砌部分以及小桥涵的基础部分不会被水流淘刷,根据经验,即使洞口铺砌这部分很长,也很难保证在其终点之处的沟底不会被淘刷。小桥涵在铺砌长度小于水流水跃前的扩散长度时,截水墙后的冲刷深度主要取决于截水墙处的断面流速大小,在我们的设计中,遇到险要地形时,为了防止水流的冲刷,总是想当然的把下游铺砌做到很长,其实只要了解其下游的水流机理,那么在设计中就会合理地进行下游加固了。

一般情况下,尽可能地不要增长铺砌长度,因为铺砌长度不仅增加造价,主要原因是铺砌长度的增加会使出口处的水流速度增大,不能及时利用冲刷坑来减速消能,影响水流的平稳过渡。如果必须增加铺砌的长度,则要相应增加铺砌厚度和截水墙的埋置深度。

2.2.1　铺砌长度的确定。以水跃引起的冲刷为基础并假定:自由扩散角2B=100°,倾斜系数K=1.3,流速增大倍数=1.5,下游正常水深h=0,则h冲≈2HB

,若l=0,则h冲=2H。若l=6B,则h冲=

B+2.5l

0.5H,若l更大,h冲还可减小,但减小的程度较小。从经济角度考虑,l不宜过长,所以,在一般情况下,当孔径较小且河槽坡度不大时,铺砌长度可取孔径的1～3倍,如河床土质较好,长度还可以适当减少。表1为铺砌长度在几种河床土质条件下的长度。2.2.2　铺砌的厚度。通常在设计中按等厚度来做铺砌,一般为20cm～30cm的厚度,实践证明,在水流从桥涵构造物流出发生扩散后,水深加大,此时的铺砌部分受到自下而上的水静压力,该压力应小于铺砌的重量,否则,铺砌部分会被浮起,因此,需要靠加厚这部分铺砌来增加重量,一般是在桥涵出口处做局部的加厚,加厚深度为40cm～50cm,加厚段的长

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收稿日期:2012-01-18

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度为整个铺砌长度的30%。

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的方法也是不够理想的,在近几年山区道路的实践表1

土的种类

铺砌长度

当出口未淹没时当出口淹没时(自由式流出)

(非自由式流出)

亚粘土和亚砂土2.5q0.7

1.75q0.7

重亚粘土和0.70.7

密实的亚粘土2.2q

1.4q

卵石、砾石1.7q0.751.1q0.75大卵石

1.1q

0.75

0.75q

0.75

　　注:表中q为单宽流量

2.2.3　截水墙的埋置深度。为了防止平面铺砌被淘刷,在铺砌的末端就常用到截水墙,其墙体使用水泥砂浆砌片石修筑而成的,在一般情况下,截水墙的埋置深度为各地区冰冻线以下0.25m处,这里仅仅考虑了基础的埋置冻深的深度,而没有考虑水流的冲刷,当冲刷较强烈的地段,预计冲刷深度较大时,在截水墙的末端或路堤边坡下面设置海漫(一种堆石)其作用是当冲刷加剧时,海漫逐渐坍塌而仍能护住截水墙的墙角。石块的最小直径可按下式计算:D=V2

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,D为石块的直径,V为冲刷后的流速。截水墙的埋入深度必须大于加固工程末端的冲刷深度,截水墙的深度h=4

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h′,当h′很大时,可以用t=h′+0.5m来代替。其中,h′表示急流或水跃引起的冲刷深度。

2.3　消力坎的设置

当水流速度太大的时候,加长铺砌、加深截水墙(上接第100页)以选择不同冷(热)源的热泵系统,如南方地区空调系统主要用空气源热泵作为冷(热)源,水资源丰富的地区的可以利用水作为热泵的冷(热)源,北方的水资源匮乏地区可以利用土壤源作为热泵的冷(热)源,都可以从自然环境中提取冷(热)量,送入需要冷量或热量的房间中去,实现节约能源。

4.2　蓄冷(热)技术的应用

利用蓄冷技术作为制冷技术的补充和调节,在不同时间段中将低于环境温度热量的储存和释放出来。在一些使用空调的时间段内,空调负荷高峰段与电网负荷高峰段相重合,且在电网低谷段时空调负荷较小,如办公楼、银行、商场、宾馆、饭店等场所,则空调蓄冷系统可在电网低谷的廉价电费计时区域进行蓄冷作业,在空调负荷高峰时将冷量释放。利用蓄冷技术可以起到平衡冷量的供应,达到提高制冷设备效率的目的。

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中证明,在下游河床的铺砌中配合设置一些消能构造,比如设置一级、二级、三级消力坎,对于下游的冲

刷的防治是有很明显的作用。2.4　急流槽的设置

当设置涵洞的涵底较陡时,洞口难以与沟底相接,这时要通过急流槽把出水口与沟底相连接,急流槽位于陡坡上,当水流顺斜坡流下时,其最大速度位于水底,如果基底及末端处理不当,也会造成水毁。急流槽基底应夯实并铺设砂砾垫层,槽内及出口处设置消力坎,急流槽末端设置截水墙,出口处两侧做铺砌将水流送离出口。

除此之外,还可以采取在下游洞口处现浇水泥混凝土或片石混凝土的铺砌形式,这也是一种较好的施工方法,因为水泥混凝土或片石混凝土具有较高的抗压强度,在外力作用下变形较小,能经受住水流的压力和冲击;整体性好,能经受住强烈的撞击,稳定巩固,且经济上较为合算。3　结束语

小桥涵下游出水口的形式各有其特点和适用条件,在道路的设计中,要结合实地,详细踏勘现场,进行水文地质的调查,合理的做好下游的加固构造,才能达到防治水毁的目的。

[参考文献]

[1]　毛瑞祥,程祥云.公路桥涵设计手册[M].北

京:人民交通出版社,2005.

另外,在太阳能充足的地区,应用蓄热装置,将白天的集热量储存起来在夜间使用,也可达到节约能源的目的。

综上所述,空调系统的节能是一项系统工程,虽然我国的很多建筑中的空调系统都具有很大的节能潜力,但涉及空调系统的设计、施工、运行管理等各个部门。因此要想做到空调系统的节能,只有相关部门的通力合作,才能实现能源利用的各个环节均体现节能,从而降低建筑物的能耗。

[参考文献]

[1]　陆亚俊,马最良,邹平华.暖通空调[M].北京:

中国建筑工业出版社,2002.

[2]　庄义强.浅谈空调循环水泵闭环变频节能

的可行性[J].制冷与空调,2002,5(2):69～71.

[3]　GB/T50378-2006,绿色建筑评价标准[S].