一种适用于山洪易发地区的自溃式过水桥涵制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于山洪易发地区的自溃式过水桥涵，包括过流涵管、堆石体，护坡和护底；所述护底设置在沟道底部，护坡设置在沟道两侧岸坡上，所述过水涵管穿过堆石体，沿沟道纵向轴线布置，形成过水涵洞，所述堆石体由堆石料卵砾石堆砌在沟道内形成，卵砾石材料的堆砌方式满足：使过水桥涵在枯水期流量较小时保证自身结构稳定，起到正常过水及行人车辆通行的作用，在汛期山洪暴发时自动溃决过洪，减少淤堵。本发明专利技术能够实现枯水期正常过水，方便交通，汛期山洪暴发时及时溃散，减少淤堵，从而减轻山洪水沙灾害，降低维护成本，提高工程运行安全性。行安全性。行安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于山洪易发地区的自溃式过水桥涵


[0001]本专利技术属于水利工程、桥涵工程与山洪水沙减灾工程，特别涉及山洪高发易发地区减灾防灾方法和设施。

技术介绍

[0002]涵洞是指在公路的建设中，为顺利通过沟道渠道且不妨碍交通以及沟渠过水，修筑于路面以下的过水通道，水流可经过水通道流出。在山区流域可用于跨越天然沟谷洼地，作为人、畜和车辆的通道，并起排泄洪水的作用。传统涵洞主要由洞身、基础、端和翼墙等部分构成，常采用砖、石、混凝土等材料制成。传统涵洞一般孔径较小，孔径形状有管形、箱形、拱形等。涵洞是路桥工程的重要组成部分，尤其在山区区域，每公里平均涵洞数量约4
‑
6座。
[0003]山丘区涵洞较平原地区的涵洞一定程度上减少了交通的压力，但承受了宣泄洪水的巨大压力。山洪灾害暴发过程除了短时强降雨造成的径流洪水以外，因山洪沟道大多并未进行衬砌支护，洪水在沟道中侵蚀岸坡，造成大量泥沙伴随洪水倾泄而下。山区河流中泥沙多为粗颗粒卵砾石，具有宽级配、大粒径、总量大等特征，在沟道下游坡度变缓，水流流速变小的情况下泥沙淤积，水位大幅抬高。加之滑坡泥石流等附加灾害冲毁折断地表植物以及岸坡坍塌后产生大量树枝、树干等植物碎片，与宽级配泥沙共同作用，极易造成涵洞的堵塞，产生壅水，势能提升到非常高的水平，从而发生以冲击破坏为主的山洪灾害。跨沟桥涵还有可能诱发沟道改道，冲毁房屋农田等情况，也可能造成下游沟床冲刷。上述涵洞淤堵不仅会造成较大的安全隐患，且具有灾害放大作用，往往会诱发“小水大灾”现象，非常不利于山洪灾害的风险评估与预警预报，并且在发生淤堵后，后期的清淤、维护等难度较大费用较高，给山区人民的生活带来极大不便。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适用于山洪易发地区的自溃式过水桥涵，实现枯水期正常过水，方便交通，汛期山洪暴发时及时溃缩，减少淤堵，从而减轻水沙灾害，降低维护成本，提高工程运行安全性。
[0005]本专利技术提供的适用于山洪易发地区的自溃式过水桥涵，设置在山区沟道中，包括过流涵管、堆石体，护坡和护底；所述护底设置在沟道底部，护坡设置在沟道两侧岸坡上，所述过水涵管穿过堆石体，沿沟道纵向轴线布置，形成过水涵洞，所述堆石体由堆石料卵砾石堆砌在沟道内形成，卵砾石材料的堆砌方式满足：使过水桥涵在枯水期流量较小时保证自身结构稳定，起到正常过水及行人车辆通行的作用，在汛期山洪暴发流量较大时自动溃决过洪，减少淤堵。
[0006]进一步地，所述过水涵管为圆形混凝土平口管，根据枯水期多年平均流量，为满足过水需求可水平平行等距离设置1～3根；涵管轴线为直线，走向与沟内主流方向一致，使涵洞进、出水口平顺；管身纵坡坡降与沟道坡降一致，安装高程保证涵管底部低于沟内最低水位，且满足与水面平顺衔接。
[0007]进一步地，堆石体为梯形体布置形式，坡角θ为堆石体的迎水面和背水面与沟床平面的夹角，坡角θ小于堆石料的休止角。
[0008]进一步地，卵砾石均匀性的参数需满足CU＝1.0～2.0，卵砾石整齐码放并充分振捣使石料之间的孔隙减小。CU＝D
60
/D
10
为土力学中表征均匀程度的指标，此系数一般大于1，越接近1表示越均匀。其中D
10
是粒径累计曲线上过筛重量占10％的粒径；D
60
是粒径累计曲线上过筛重量占60％的粒径。
[0009]进一步地，所述护坡为混凝土护坡，根据沟道原有断面形状设置为梯形断面护坡或矩形断面护坡；所述护底为混凝土配合钢板衬砌形成，或就地取土获得的平床。在施工时预先设置护底，以便架设过水涵管以及保持整体结构稳定。
[0010]本专利技术提供的适用于山洪易发地区的自溃式过水桥涵，在工程实施中需要重点确定的工程参数包括：过流涵管的直径D、堆石体的形状以及尺寸(顶部长度L、顶部宽度B、底部宽度b、高度Z、坡角θ)，堆石材料的粒径d，枯水期流量Q，设计洪水水深h
z
，沟道坡降i。各个参数确定方法如下：
[0011](1)过流涵管
[0012]涵管尺寸主要由过流能力、施工条件、工程投资等因素确定。从过流能力出发，涵管直径D由公式(1)确定，其中枯水期涵洞过流量Q为枯水期沟道中的流量，当来流量小于或等于该值时，上游来水经由过流涵管下泄。
[0013]涵洞的过流能力由涵洞的水流流态决定，水流流态根据进口水深H(从涵洞进口洞底起算的上游进口水深)、出口水深h(从出口洞底起算的下游出口水深)与涵管直径的关系，分为无压流(H≤1.2D且h＜D)、半压力流(1.2D<H≤1.5D且h<D)、非淹没压力流(H>1.5D且h<D)及淹没压力流(H≤1.2D且h>D，或1.2D<H≤1.5D且h≥D，或H>1.5D且h≥D)。无压流涵洞水流流态还与涵管洞身长度l有关。涵管洞身长度l≥8H时为长洞，l<8H为短洞。
[0014]无压流涵洞的过流能力可按公式(1)计算；半压力流、非淹没压力流涵管过流能力按公式(2)计算，半压力流流量系数m＝m1＝0.625，修正系数β＝β1＝0.735；非淹没压力流，流量系数m＝m2，按公式(13)计算，修正系数β＝β2＝0.85；淹没压力流涵管过流能力按公式(3)计算，流量系数m3按公式(14)计算。为保证涵管安全运行，减小有压流管道内水压力对堆石体稳定性的影响，应尽量保证涵管为无压流流态。判断流态后，可由以上涵管过流能力公式反算出所需的管径。
[0015]涵管的长度l主要由堰顶宽度以及堆石体的坡角θ确定，通过公式(9)进行计算。所需长度较长时，采用承插式接头管道首尾相接并在接头处使用钢丝网混凝土抹带进行刚性连接。
[0016]为避免涵管管径过大影响堆石体的稳定性以及河道过流安全，在选取涵管尺寸时应考虑堆石体的高度，若试算得出所需的管径D≥0.5Z，则考虑采用多根小管径的涵管共同过水，利用上述公式进行试算，得到满足过流能力要求的涵管尺寸和数量。
[0017]为保证钢筋混凝土涵管在堆石体和水压力的作用下不产生裂缝，还需对作用在涵管上的荷载进行计算，以保证涵管的强度达到要求，一般要求混凝土强度大于C20。主要的荷载包括土压力、内水压力以及管道自重。为了确保涵管内部表面的混凝土不被冲蚀，还需验算管内流速，保证管内流速小于混凝土的抗冲流速。
[0018]涵管轴线优选为直线，走向与沟内主流方向一致，使涵洞进、出水口平顺；管身纵
坡坡降应与沟道的坡降保持一致，安装高程h
a
应保证涵管底部低于沟内最小水位，且满足与水面平顺衔接。
[0019](2)堆石体体型与尺寸
[0020]堆石体的体型及尺寸主要从稳定性、功能要求以及沟道实际情况等因素确定，需重点考虑在涵管正常过水条件下堆石体的稳定性以及过人、过车要求。为满足临时桥涵在正常运行期间的稳定性要求，坡角θ应小于堆石料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于山洪易发地区的自溃式过水桥涵，其特征在于，设置在山区沟道中，包括过流涵管、堆石体、护坡和护底；所述护底设置在沟道底部，护坡设置在沟道两侧岸坡上，所述过水涵管穿过堆石体，沿沟道纵向轴线布置，形成过水涵洞，所述堆石体由堆石料卵砾石堆砌在沟道内形成，卵砾石材料的堆砌方式满足：使过水桥涵在枯水期流量较小时保证自身结构稳定，起到正常过水及行人车辆通行的作用，在汛期山洪暴发流量较大时自动溃决过洪。2.根据权利要求1所述适用于山洪易发地区的自溃式过水桥涵，其特征在于，所述过水涵管为圆形混凝土平口管，根据沟道宽度并列等间距设置1～3根；涵管轴线为直线，走向与沟内主流方向一致，使涵洞进、出水口平顺；管身纵坡坡降与沟道坡降一致，安装高程保证涵管底部低于沟内最低水位，且满足与水面平顺衔接。3.根据权利要求1所述适用于山洪易发地区的自溃式过水桥涵，其特征在于，涵管的长度l由堰顶以及堆石体的坡角θ确定，通过以下公式进行计算，l＝B+2(Z
‑
h
a
)/tanθ其中，坡角θ为堆石体的迎水面和背水面与沟床平面的夹角，B为堆石体顶部宽度，Z为堆石体高度，h
a
为涵管安装高程(以堆石底部为基准)。4.根据权利要求2所述适用于山洪易发地区的自溃式过水桥涵，其特征在于，过流涵管在非汛期内为无压流流态，根据水文气象资料获得非汛期流量Q，采用以下公式计算过流涵管直径D，若试算得出所需的管径D≥0.5倍堆石体高度Z，则采用多根小管径的涵管共同过水；其中，ε为侧收缩系数，取值0.95，H0为包括行近流速水头在内的进口水深，g为重力加速度，m为流量系数，无压流取值为0.36。5.根据权利要求1所述适用于山洪易发地区的自溃式过水桥涵，其特征在于，堆石体为上窄下宽的梯形体布置形式，坡...

【专利技术属性】
技术研发人员：王路，张文，李向阳，何逸敏，聂锐华，马旭东，刘超，刘兴年，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：