法标结构物水力验算

1、结构物水力计算 OVAN-MAKOKOU 道路排水系统主要由各种类型的边沟、管涵和箱涵组成。道路排水系统水力计算主要研究在特定降雨条件下，不同汇水区域内各种结构物的过水能力。本研究在最不利条件下对各种排水结构物进行水力验算。(1) 最不利条件下各区域汇水面积Ø 土三角边沟土三角边沟汇水面积最大区域为PK29+200-PK29+660左侧区域，该边沟左侧为土质边坡,其汇水面积为A1=3.5m×460m=0.001610KM2，其坡度为3/2，径流系数查表径流系数（CIA）得C为0.9。该边沟右侧依次为5%土质斜面，3%的沥青混凝土路面，其汇水面积分别为，A2=1.5m

2、5;460m = 0.000690KM2 ，A3=4.8m×460m = 0.002208KM2。土质斜面和沥青混凝土径流系数查表径流系数（CIA）得C为0.9。径流系数（CIA）植被覆盖性质径流系数数值坡度小于5% 坡度5至10% 坡度10至30% 坡度大于30%路基和路面光秃地块或非覆盖植物地块受冲刷地块小灌木覆盖作物、粮食作物草原密集灌木、热带稀树草原乔木林原始森林 0.9 0.9 0.9 0.9 0.8 0.85 0.9 0.9 0.65 0.7 0.75 0.8 0.3 0.35 0.45 0.5 0.2 0.25 0.30 0.45 0.18 0.2 0.25 0.3 总

3、的汇水面积为： A=A i = A1 + A2+ A3= 0.004508 KM2 Ø 混凝土三角边沟混凝土三角边沟汇水面积最大区域为PK28+940-PK29+660左侧区域，其中29+200-29+660为土三角边沟，该区段汇水面积在前面已计算出A1=0.004085KKM2 ，径流系数C为0.9。混凝土三角边沟左侧为土边坡，其汇水面积为，A2=4.5m×260m = 0.001170KM2 ，3/2土边坡径流系数查表径流系数（CIA）得C为0.9。混凝土三角边沟右侧为混凝土路面，其汇水面积A3=4.8m×260m = 0.001248KM2。沥青混凝土径流系

4、数查表径流系数（CIA）得C为0.9。 总的汇水面积为： A=A i = A1 + A2+ A3= 0.006503 KM2 Ø 混凝土矩形边沟混凝土矩形边沟汇水面积最大区域为PK15+700-PK16+060左测区域，该边沟左侧为土质边坡,其汇水面积为A1=5.5m×360m=0.001980KM2，其坡度为3/2，径流系数查表径流系数（CIA）得C为0.9。该边沟右侧为3%的沥青混凝土路面，其汇水面积分别为，A2=4.8m×360m = 0.001728KM2 。沥青混凝土径流系数查表径流系数（CIA）得C为0.9。 总的汇水面积为： A=A i = A1 +

5、 A2+ A3= 0.003708 KM2 Ø 800管涵800管涵汇水面积最大区域为PK19+076附近区域，该区域汇水面积为A1=0.015KM2，径流系数查表径流系数（CIA）得C为0.75。Ø 1000管涵1000管涵汇水面积最大区域为PK17+27附近区域，该区域汇水面积为A1=0.025KM2，径流系数查表径流系数（CIA）得C为0.75。Ø 1.0×1.0箱涵1.0×1.0箱涵汇水面积最大区域为PK36+577附近区域，该区域汇水面积为A1=0.03KM2，径流系数查表径流系数（CIA）得C为0.75。Ø 1.5

6、5;1.5箱涵1.5×1.5箱涵汇水面积最大区域为PK42+402附近区域，该区域汇水面积为A1=0.06KM2，径流系数查表径流系数（CIA）得C为0.75。Ø 2.0×1.5箱涵2.0×1.5箱涵汇水面积最大区域为PK46+546附近区域，该区域汇水面积为A1=0.15KM2，径流系数查表径流系数（CIA）得C为0.75。Ø 2.0×2.0箱涵2.0×2.0箱涵汇水面积最大区域为PK32+667附近区域，该区域汇水面积为A1=0.25 KM2，径流系数查表径流系数（CIA）得C为0.75。Ø 4.0×

7、3.0箱涵4.0×3.0箱涵汇水面积最大区域为PK51+167附近区域，该区域汇水面积为A1=1.693 M2，径流系数查表径流系数（CIA）得C为0.75。Ø 2×（2.0×1.5）箱涵2×（2.0×1.5）箱涵汇水面积最大区域为PK72+580附近区域，该区域汇水面积为A1=0.500 KM2，径流系数查表径流系数（CIA）得C为0.75。Ø 2×（2.0×2.0）箱涵2×（2.0×2.0）箱涵汇水面积最大区域为PK85+758附近区域，该区域汇水面积为A1=0.725 KM2，径

8、流系数查表径流系数（CIA）得C为0.75。Ø 2×（3.0×2.0）箱涵2×（3.0×2.0）箱涵汇水面积最大区域为PK66+439附近区域，该区域汇水面积为A1=1.212KM2，径流系数查表径流系数（CIA）得C为0.75。(2) 相对集中时间的降雨强度i设计按照10年一遇30min相对集中降雨强度计算，查表 强度-持续时 间-频率曲线可知，10年一遇30min相对降雨强度为176.5 mm/h。期限15分钟30分钟60分钟90分钟120分钟180分钟360分钟720分钟1080分钟1440分钟5年289.0155.3108.083.55

9、8.044.931.216.89.06.310年328.9176.5122.794.865.850.935.319.010.27.120年3366.9196.8136.7105.573.356.639.321.111.37.950年514.9222.9154.7119.482.964.044.423.812.88.9100年452.4242.3168.2129.890.169.548.325.913.89.6(3) 设计径流量 由于总的汇水面积小于2 KM2，所以选用比率法计算设计径流量。 公式：Q=0.278 *C * i * A 其中： Q：流量，以m3/S为单位， C：径流系数， I：相

10、对集中时间的降雨强度，以mm/h为单位 A：盆地面积，以KM2为单位。 得出各种结构物设计径流量分别为： Ø 土三角边沟 Q = 0.278×0.9×176.5×0.004508= 0.199 m3/sØ 混凝土三角边沟 Q = 0.278×0.9×176.5×0.006503= 0.287 m3/sØ 混凝土矩形边沟Q = 0.278×0.9×176.5×0.003708= 0.164 m3/sØ 800管涵Q = 0.278×0.75×176

11、.5×0.015= 0.552 m3/sØ 1000管涵Q = 0.278×0.75×176.5×0.025= 0.920 m3/sØ 1.0×1.0箱涵Q = 0.278×0.75×176.5×0.030 = 1.104 m3/sØ 1.5×1.5箱涵Q = 0.278×0.75×176.5×0.060 = 2.208 m3/sØ 2.0×1.5箱涵Q = 0.278×0.75×176.5×0.

12、15 = 5.520 m3/sØ 2.0×2.0箱涵Q = 0.278×0.75×176.5×0.25 = 9.200 m3/sØ 4.0×3.0箱涵Q = 0.278×0.75×176.5×1.693 = 62.303 m3/sØ 2×（2.0×1.5）箱涵Q = 0.278×0.75×176.5×0.500 = 18.400 m3/sØ 2×（2.0×2.0）箱涵Q = 0.278×0.75&

13、#215;176.5×0.725 = 26.680 m3/sØ 2×（3.0×2.0）箱涵Q = 0.278×0.75×176.5×1.212 = 44.602 m3/s(4) 各类型结构物过水能力计算Ø 土三角边沟1. 土三角边沟截面图如下： 2. 通过曼宁公式计算可得土三角边沟平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，单位m/S. K：转换常数，国际单位制中值为1 n: 曼宁系数（边沟粗糙系素，查表得0.033）Rh：水力半径，单位m，是流体截面积和湿周长的比值。Rh=A/L， A为

14、流体截面积，L为湿周长。 Rh1=A1/L1 A1=1.25× 0.5÷2 = 0.3125 m2 L1= 0.707 + 0.901 = 1.608 m Rh1=A1 / L1 = 0.194 m S：边沟纵坡，土三角边沟最小纵坡值为S1 =0.5% 计算得出土三角边沟最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.033×(0.194)2/3×（0.5%）1/2 = 0.72 (m/s) 3. 土三角边沟的最小过水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S为单位 V：平均流速，以m/s 为单位 A：流体截面积，以m

15、2Q1 = V1 * A1 = 0.72×0.3125 = 0.225 m3/sØ 混凝土三角边沟1.混凝土三角边沟截面图如下：2.通过曼宁公式计算可得混凝土三角边沟平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，单位m/S. K：转换常数，国际单位制中值为1 n: 曼宁系数（边沟粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半径，单位m，是流体截面积和湿周长的比值。Rh=A/L， A为流体截面积，L为湿周长。 Rh1=A1/L1 A1=1.25× 0.5÷2 = 0.3125 m2 L1= 0.559 + 1.118 = 1.677 m

16、Rh1=A1 / L1 = 0.186 m S：边沟纵坡，混凝土三角边沟最小纵坡值为S1 =1.08% 计算得出混凝土三角边沟最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.015×(0.186)2/3×（1.08%）1/2 = 2.26 (m/s) 3.混凝土三角边沟的最小过水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S为单位 V：平均流速，以m/s 为单位 A：流体截面积，以m2Q1 = V1 * A1 = 2.26×0.3125 = 0.706 m3/sØ 混凝土矩形边沟1.混凝土矩形边沟截面图如下：2.通过曼宁公

17、式计算可得混凝土矩形边沟平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，单位m/S. K：转换常数，国际单位制中值为1 n: 曼宁系数（边沟粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半径，单位m，是流体截面积和湿周长的比值。Rh=A/L， A为流体截面积，L为湿周长。 Rh1=A1/L1 A1=0.6× 0.6 = 0.36 m2 L1= 0.6 + 0.6 + 0.6 = 1.8 m Rh1=A1 / L1 = 0.2 m S：边沟纵坡，混凝矩形边沟最小纵坡值为S1 =0.44% 计算得出混凝矩形边沟最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2

18、= 1/0.015×(0.2)2/3×（0.44%）1/2 = 1.51 (m/s) 3.混凝矩形边沟的最小过水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S为单位 V：平均流速，以m/s 为单位 A：流体截面积，以m2Q1 = V1 * A1 = 1.51×0.36 = 0.54 m3/sØ 800管涵1. 800管涵截面图如下：2.通过曼宁公式计算可得800管涵平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，单位m/S. K：转换常数，国际单位制中值为1 n: 曼宁系数（边沟粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半径，单位m

19、，是流体截面积和湿周长的比值。Rh=A/L， A为流体截面积，L为湿周长。 Rh1=A1/L1 A1=3.14×0.4× 0.4 = 0.5024 m2 L1= 3.14×0.8 = 2.512 m Rh1=A1 / L1 = 0.2 m S：800管涵纵坡，800管涵最小纵坡值为S1 =0.5% 计算得出800管涵最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.015×(0.2)2/3×（0.5%）1/2 = 1.61 (m/s) 3. 800管涵的最小过水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S为单位

20、V：平均流速，以m/s 为单位 A：流体截面积，以m2Q1 = V1 * A1 = 1.61×0.5024 = 0.81 m3/sØ 1000管涵1. 1000管涵截面图如下：2.通过曼宁公式计算可得1000管涵平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，单位m/S. K：转换常数，国际单位制中值为1 n: 曼宁系数（边沟粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半径，单位m，是流体截面积和湿周长的比值。Rh=A/L， A为流体截面积，L为湿周长。 Rh1=A1/L1 A1=3.14×0.5× 0.5 = 0.785 m2 L1=

21、3.14×1.0 = 3.14m Rh1=A1 / L1 = 0.25 m S：1000管涵纵坡，1000管涵最小纵坡值为S1 =0.5% 计算得出1000管涵最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.015×(0.25)2/3×（0.5%）1/2 = 1.87 (m/s) 3. 1000管涵的最小过水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S为单位 V：平均流速，以m/s 为单位 A：流体截面积，以m2Q1 = V1 * A1 = 1.87×0.785 = 1.47 m3/sØ 1.0×1.

22、0箱涵1、1.0×1.0箱涵截面图如下：2、通过曼宁公式计算可得1.0×1.0箱涵平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，单位m/S. K：转换常数，国际单位制中值为1 n: 曼宁系数（边沟粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半径，单位m，是流体截面积和湿周长的比值。Rh=A/L， A为流体截面积，L为湿周长。 Rh1=A1/L1 A1=1.0×1.0 = 1.00 m2 L1=1.0 ×4= 4.00m Rh1=A1 / L1 = 0.25 m S：1.0×1.0箱涵纵坡，1.0×1.0箱涵最小纵坡值

23、为S1 =0.5% 计算得出1.0×1.0箱涵最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.015×(0.25)2/3×（0.5%）1/2 = 1.87 (m/s) 3、 1.0×1.0箱涵的最小过水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S为单位 V：平均流速，以m/s 为单位 A：流体截面积，以m2Q1 = V1 * A1 = 1.87×1.0= 1.87 m3/sØ 1.5×1.5箱涵1、1.5×1.5箱涵截面图如下：2、通过曼宁公式计算可得1.5×1.5箱涵平

24、均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，单位m/S. K：转换常数，国际单位制中值为1 n: 曼宁系数（边沟粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半径，单位m，是流体截面积和湿周长的比值。Rh=A/L， A为流体截面积，L为湿周长。 Rh1=A1/L1 A1=1.5×1.5 = 2.25 m2 L1=1.5 ×4= 6.00m Rh1=A1 / L1 = 0.375 m S：1.5×1.5箱涵纵坡，1.5×1.5箱涵最小纵坡值为S1 =1.0% 计算得出1.5×1.5箱涵最小流速： V1 = K/n * Rh12/3

25、 * S11/2 = 1/0.015×(0.375)2/3×（1.0%）1/2 = 3.47 (m/s) 3、1.5×1.5箱涵的最小过水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S为单位 V：平均流速，以m/s 为单位 A：流体截面积，以m2Q1 = V1 * A1 = 3.47×2.25= 7.81 m3/sØ 2.0×1.5箱涵1、2.0×1.5箱涵截面图如下：2、通过曼宁公式计算可得2.0×1.5箱涵平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，单位m/S. K：转换常数，国际

26、单位制中值为1 n: 曼宁系数（边沟粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半径，单位m，是流体截面积和湿周长的比值。Rh=A/L， A为流体截面积，L为湿周长。 Rh1=A1/L1 A1=2.0×1.5 = 3.00 m2 L1=1.5 ×2+2.0×2= 7.00m Rh1=A1 / L1 = 0.429 m S：2.0×1.5箱涵纵坡，2.0×1.5箱涵最小纵坡值为S1 =1.0% 计算得出2.0×1.5箱涵最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.015×(0.429)2/3×

27、;（1.0%）1/2 = 3.79 (m/s) 3、2.0×1.5箱涵的最小过水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S为单位 V：平均流速，以m/s 为单位 A：流体截面积，以m2Q1 = V1 * A1 = 3.79×3.00= 11.37 m3/sØ 2.0×2.0箱涵1、2.0×2.0箱涵截面图如下：2、通过曼宁公式计算可得2.0×2.0箱涵平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，单位m/S. K：转换常数，国际单位制中值为1 n: 曼宁系数（边沟粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半

28、径，单位m，是流体截面积和湿周长的比值。Rh=A/L， A为流体截面积，L为湿周长。 Rh1=A1/L1 A1=2.0×2.0 = 4.00 m2 L1=2.0×4= 8.00m Rh1=A1 / L1 = 0.5 m S：2.0×2.0箱涵纵坡，2.0×2.0箱涵最小纵坡值为S1 =0.5% 计算得出2.0×2.0箱涵最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.015×(0.5)2/3×（0.5%）1/2 = 2.97 (m/s) 3、2.0×2.0箱涵的最小过水能力Q = V *

29、 A 其中 Q：流量，以m3/S为单位 V：平均流速，以m/s 为单位 A：流体截面积，以m2Q1 = V1 * A1 = 2.97×4.00= 11.88 m3/sØ 4.0×3.0箱涵1、4.0×3.0箱涵截面图如下：2、通过曼宁公式计算可得4.0×3.0箱涵平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，单位m/S. K：转换常数，国际单位制中值为1 n: 曼宁系数（边沟粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半径，单位m，是流体截面积和湿周长的比值。Rh=A/L， A为流体截面积，L为湿周长。 Rh1=A1/L1 A

30、1=4.0×3.0 = 12.00 m2 L1=4.0×2+3.0×2= 14.00m Rh1=A1 / L1 = 0.857 m S：4.0×3.0箱涵纵坡，4.0×3.0箱涵最小纵坡值为S1 =1.0% 计算得出4.0×3.0箱涵最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.015×(0.857)2/3×（1.0%）1/2 = 6.01 (m/s) 3、4.0×3.0箱涵的最小过水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S为单位 V：平均流速，以m/s 为单位 A

31、：流体截面积，以m2Q1 = V1 * A1 = 6.01×12.00= 72.12 m3/sØ 2×（2.0×1.5）箱涵1、2×（2.0×1.5）箱涵截面图如下：2、通过曼宁公式计算可得2×（2.0×1.5）箱涵平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，单位m/S. K：转换常数，国际单位制中值为1 n: 曼宁系数（边沟粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半径，单位m，是流体截面积和湿周长的比值。Rh=A/L， A为流体截面积，L为湿周长。 Rh1=A1/L1 A1=2×

32、2.0×1.5 = 6.00 m2 L1=2×（1.5×2+2.0×2）= 14.00m Rh1=A1 / L1 = 0.429 m S：2×（2.0×1.5）箱涵纵坡，2×（2.0×1.5）箱涵最小纵坡值为S1 =1.0% 计算得出2×（2.0×1.5）箱涵最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.015×(0.429)2/3×（1.0%）1/2 = 3.79 (m/s) 3、2×（2.0×1.5）箱涵的最小过水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S为单位 V：平均流速，以m/s 为单位 A：流体截面积，以m2Q1 = V1 * A1 = 3.79×6.00= 22.74 m3/sØ 2×（2.0×2.0）箱涵1、2×（2.0×2.0）箱涵截面图如下：2、通过曼宁公式计算可得2×（2.0×2.0）箱涵平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，单位m/S. K：转换常数，国际单位制中值为1 n: 曼宁系数（边沟粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半径，单位m，是流体截