1、第四节 沟床加固及防护,1加固措施 （根据进口处河沟纵坡不同，采用不同加固措施）1)在河沟纵坡小于10、河沟顺直、纵坡平缓的情况下，仅对进口采用干砌片石铺砌加固。图a)：铺砌长度通常采用10m。图b)：当流速较慢，且为较大的多孔涵洞，可采用U形铺砌形式，以节约更多的圬工体,2)当河沟纵坡为1040时，沟槽开挖的边坡率采用1：41：10。除岩石沟槽外，河底和沟槽侧坡以及路基边沟均需用人工铺砌加固，加固的类型由水流速度而定。图a)为缓坡涵进口的加固形式。由于涵前沟底纵坡较陡，洞身纵坡平缓，水流在进口处由急突然变缓易产生水跃，因而在进口段设置缓坡段，其长度约为(12)Lo(Lo为涵洞孔径)。 图b)
2、为陡坡涵进口的加固形式。由于洞内纵坡较大，水流呈急流状态，涵底坡度与涵前沟底纵坡基本平顺衔接，因而可不设缓坡段。,3)当涵前河沟纵坡大于50时，进口则需设跌水井与天然河沟连接，以削减水能，减缓流速。上游沟槽开挖坡度，可根据河沟土质情况确定，一般采用1 ：11：2。为加固河槽，跌水井与河槽连接处可采用吊沟或U型断面急流槽形式。,吊沟一般做成梯形断面，在非岩石土沟槽时沟壁应进行铺砌加固。 U型断面急流槽、槽底宽度应与涵洞孔径相等。两侧边墙厚一般可采用40cm。为确保急流槽的稳定，槽底应每隔150cm200cm设一防滑墙。,为减缓槽内流速，还可在槽底增设人工加糙措施，加糙类型：,2注意问题1) 应特
3、别注意使水流顺畅。上游沟槽特别弯曲时，应适当改沟，不宜片面追求缩短进口设施，强使水流拐弯或用折线拐弯。2)进水口新开引水河沟应力求较短，禁止上游开挖出现积水坑。与原河沟的衔接务必顺直。当上游河槽为透水性较强的砂石土质时，不宜采取截直改流措施，防止水流窜入老沟，冲毁路基。,3)当进水口为岩石沟槽时，可视地形情况，直接在石方上开挖跌水井，上游沟槽开挖坡度一般为1：02。当涵洞孔径较小，Lo =075m时，为减少石方开挖数量，在水流较小时，可不另开挖沟槽，使水流直接从边坡流入涵洞。,4)当上游河沟水流带有较多砾石或石块时，为防止堵塞洞口，可在进口设置小挡石坝。,5）陡坡涵进口，可视具体情况设置踏步，
4、以便养护人员上下。,二、出水口沟床加固,1冲刷的产生及加固的作用小桥涵孔径通常对天然河床都有较大的压缩，上游形成较高的壅水位，因而桥涵内的流速特别是出口的流速，都比天然流速大。流速增大将导致桥涵下游产生不利的局部冲刷，据分析，引起小桥涵下游产生局部冲刷的原因主要有三：1)实际流速大于土壤允许不冲刷流速，产生不利的局部冲刷。2)当出口流速大于临界流速时，如果下游沟槽的坡度小于临界坡度，则水流由洞内的急流变为缓流，在出口形成水跃，使水流紊动性增大，水流在竖直面内产生旋流，仍会产生冲刷。,3)出口水流流向与河床形成某一交角时，出口水流对河岸产生淘刷作用，形成不利冲刷。冲刷先在小桥涵下游冲成一个深坑，
5、在洪水通过后，坑内长期积水，使坑内的边坡逐渐伸展，直至洞口，引起洞口破坏。根据我国铁路部门对600多座山区涵洞调查，涵洞水毁大部分都是由于出水口处理不当所致，而其中下游水毁较上游多34倍。对小桥涵下游沟床进行加固防护，不仅有利于小桥涵的稳定，而且通过对沟槽进行简单的加固可以使允许流速增大，孔径适当缩小，减少桥涵的造价，在经济上也有较好的效果。,2加固的类型出水口加固防护的设置，应根据地形、地质条件和水流特性，通过水力计算慎重选择洞口扩散、缓流、消力等设施类型，并充分考虑使农业不受水害。公路小桥涵下游防护加固类型，就其抵挡水流冲刷、稳定河床的作用可有以下类型：1)铺砌加固：一般铺砌加固；延长铺砌
6、加深截水墙两种形式。2)挑坎防护；3)特殊消能设施：包括急流槽、跌水、消力池等。,3铺砌加固1)一般的铺砌加固形式在洞身纵坡i15的缓坡涵洞中，出口流速较小，通常只对下游河床作一般的加固铺砌，如图542。水流经出水口翼墙虽已扩散，但在下游河床中仍有冲刷现象发生。为防止冲刷，一般还应在洞口末端设置截水墙。其埋置深度口应大于或等于洞身或翼墙基础深度。截水墙外做干砌片石加固，以保护截水墙。,2)延长铺砌加深截水墙当天然沟床纵坡较陡，水流流速较大时，则应采用铺砌的石块或混凝土块来抵抗高速的水流，用深埋的截水墙保护平砌的加固层，使端部不因淘空而水毁。其加固形式如图,(1)延长铺砌长度的确定影响铺砌加固长
7、度的因素较多，用水力公式计算比较复杂。当孔径较小且河床纵坡不大时，铺砌长度可取孔径的13倍。当孔径较大时，铺砌长度l与河床土质、单宽流量q及下游水流状态有关，可参照表54,式中 Q：涵洞设计流量；B：设计流量对应的沟槽宽。,即：,(2)铺砌厚度的确定加固厚度h2加固工程要受到自下而上的静水压力（扬压力），根据桥涵出水口水深与加固工程上面水深的差值，就可决定这项压力。此时加固工程的重量应大于该压力，加固工程才不会上浮而破坏。,式中： 1水的密度，取l000kgm3， 2加固石块或混凝土的密度，取2650kgm3； h加固工程上的平均水深(m)； hLi洞内临界水深(m)。局部加厚h2的长度约为加
8、固全长的30，且不应小于15m。,认为铺砌上水流扩散较快，水深从临界水深变为h较快，而铺砌下的扬压力变化较慢，近似认为还是临界水深与h2的和。,加固厚度hl加固厚度h1应根据小桥涵下扩散水流的设计流速(也可近似用出口处流速)及加固类型确定。通常采用单层片石铺砌，厚度为20cm30cm，下设10cm碎石垫层。,(3)截水墙及其埋置深度垂裙（隔水墙、拦水墙）：其结构尺寸按挡土墙原理确定，用水泥砂浆浆砌，以保安全。斜裙（斜坡、防淘斜坡）：通常用干砌片石砌筑，斜坡坡度不大于1：1。由于水流顺斜坡流下时，其最大流速位于水底，因而使斜裙的冲刷深度比垂裙大。当斜坡度为1：2时，冲刷深度将增大1040，因此一
9、般用垂裙比斜裙有利。,为防止加固末端的淘刷，无论垂裙或斜裙都应有一定的埋置深度t，其值必须大于加固工程末端的冲刷深度，并由下式决定：t=4/3 (56)当很大时可用下式确定：t=+05 (m) (57)垂裙埋置深度与出口流速有关，也可参考表55确定。当流速大于6ms时，应考虑设消力池、消力槛或加大孔径等措施。,冲刷深度的计算 1） 水流引起的冲刷值1：图中1-1为冲刷前的河底线， 2-2为冲刷后的河底线，冲刷前后单宽流量不变：式中 V: 冲刷前洞口的实际流速； Vy：冲刷后河底的允许不冲刷流速； hzs：冲刷前正常水深； hz：冲刷后正常水深。 随着冲刷深度的增加，河床土壤的抗冲刷能力逐渐增加
10、，则允许不冲刷流速随深度加大而堤高，其关系可近似地表示如下：,式中 V1：水深为1m时，河床土壤的允许不冲刷流速由涵洞手册4-31查得, 将Vy式代人式可得：,2)水跃引起的冲刷值2根据水力计算，水跃产生的冲刷可用下式计算，如图,V,h一跃前流速(ms)及跃前水深(m)，K倾斜系数，当 较小时按下式让算 值后查表确定：,式中：h不冲刷河床中跃后水深(m),t水跃后两个水滚组成的水深(m)，t14h折冲系数，当加固工程较短时口取135， C加固长度系数，表查得；,倾斜系数K值,L：水跃位置距固体边缘的距离hzs：下游正常水深如两种冲刷都有可能发生，则取1，2较大者，一般来说：上游水深越大，加固工
11、程越长；河床土壤的允许不冲刷流速越小则第一冲刷越大。,3)流向偏斜引起的冲刷3,式中： v：水流接近河岸的流速； m：边坡坡度系数； ：水流流向与河岸夹角； d：土壤粒径，细粒土壤后一项可不记.,4挑坎防护1)挑坎的组成及作用在自由流出的涵洞的下游，为变冲为淤，减少工程数量，可在出水口设置一级、二级或三级挑坎。挑坎由上坎、平台；下坎及截水墙四部分组成，如图544,在出口八字墙或锥坡范围内设置挑坎后，水流出桥涵后即被大坎上挑，从而抬高了水位，增加了表层流速，大大减小了底部流速，削弱了水流的扩散能力和扩散方向上的漩涡。上坎以后，平台及下坎有保持出水口水位、削减水流冲刷能量和缩短出水口水跃长度的作用
12、。随后小坎又再次把冲刷位置挑离铺砌层末端，减少了冲刷。同时，由于小坎后的回流反而使铺砌层末端变冲刷为淤积。实践证明：出口采用挑坎，是一种防冲的经济实用的防护措施。,2)挑坎尺寸及布置 (1)挑坎形式的选择：通常根据八字墙铺砌长度确定，见表58。,(2)上下坎间距DD值的大小与上游铺砌长度有关，铺砌越长，D值越大，铺砌越短，D值也就越小。一般D为20m40m。,(3)挑坎尺寸出水口天然水深为15m2，5m时:上坎高一般采用20cm；下坎高10 cm；三级跳坎的中间平台高度以不突出上下坎顶连接直线为宜；当出口天然水深小于1。5m时，上下坎高度可按比例酌减。,（4）截水墙埋深及铺砌深度 铺砌端部截水
13、墙埋置深度：三，二级调坎为铺砌面以下0。5-0。7m，一级调坎为0.7-1.5m，也可查表5-5,河床铺砌面标高一般以使上下坎与河床齐平为宜，这样既可得到较好的防冲效果，有减少挑坎对上游的壅水影响。,5特殊加固措施当天然沟床纵坡大于15时，须设置陡坡涵。防止冲刷病害的关键： 陡坡涵的出水口布设与天然河沟衔接的好坏。 出口末端应视地质，地形和水力条件采用特殊加固措施： 包括：急流槽(等截面和变截面)、跌水(单级或多级)、消力池、消力槛、人工加糙等消能措施。一般河沟落差较大，多采用急流槽； 落差较小的，多采用跌水； 消力池(或缓流井)、消力槛能在较短的距离内集中消耗能量和减缓流速。 人工加糙沿程设置在一段距离内，以增加水流阻力。 以上消能设施可单独使用，也可联合使用。,
