阿爾及利亞貝佳亞連接線工程涵洞水文設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用

湯春林，侯利明

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安　710064)

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阿爾及利亞貝佳亞連接線工程涵洞水文設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用

湯春林，侯利明

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安710064)

摘要：基于法國標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，詳細(xì)研究了阿爾及利亞貝佳亞連接線高速公路涵洞設(shè)計(jì)流量、水位、流速和壅水高度的計(jì)算方法，以及涵洞水力驗(yàn)證內(nèi)容，并列舉了計(jì)算方法的應(yīng)用示例。

關(guān)鍵詞：阿爾及利亞；法國標(biāo)準(zhǔn)；貝佳亞連接線高速；橋涵水文；設(shè)計(jì)方法；沖刷防護(hù)

1基礎(chǔ)資料的收集

項(xiàng)目根據(jù)沿線水文站收集的資料，給出了不同周期下沿線各區(qū)域的Montana參數(shù)及降雨強(qiáng)度。

2設(shè)計(jì)流量的計(jì)算

2.1匯流時(shí)間Tc的計(jì)算

構(gòu)造物匯水面積范圍內(nèi)，當(dāng)坡面出現(xiàn)徑流后，從流域各處匯集到流域出口處的過程即為匯流過程。從流域最遠(yuǎn)處流到出口斷面的時(shí)間即為匯流時(shí)間Tc。匯流時(shí)間Tc的計(jì)算本項(xiàng)目采用Ventura、Passini、 Giandotti公式估算，每個(gè)公式都有其適用范圍。

(1)Ventura 公式(適用于匯水面積S≤5 km2)

Tc=0.127(S/I)0.5

式中：Tc為匯流時(shí)間；S為匯水面積；I為匯水區(qū)域內(nèi)主溝的平均坡度。

(2)Passini公式(適用于匯水面積5 km2≤S≤25 km2)

式中：Tc為匯流時(shí)間；H為匯水區(qū)域內(nèi)主溝最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的高差； L為匯水區(qū)域內(nèi)主溝的長度。

(3)Giandotti公式(適用于匯水面積25km2≤S≤400km2)

式中：Tc為匯流時(shí)間；S為匯水面積；L為匯水區(qū)域內(nèi)主溝的長度；Hmax為匯水區(qū)域內(nèi)主溝最高點(diǎn)高程；Hmin為匯水區(qū)域內(nèi)主溝最低點(diǎn)高程。

2.2設(shè)計(jì)流量QT的計(jì)算

本項(xiàng)目涵洞設(shè)計(jì)洪水頻率為1/100，根據(jù)SETRA指南推薦的計(jì)算方法，涵洞的流量計(jì)算主要采用三個(gè)公式：Rationnelle公式 、Crupedix公式、Transition公式 。

(1)Rationnelle公式(適用于匯水面積S≤10 km2)

QT=CT×iT×S/3.6

iT=aT×t-bT

式中：CT為對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)周期T的漫流系數(shù)；IT為對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)周期T，匯水時(shí)間Tc的降雨強(qiáng)度，mm/h；S為匯水面積,km2；aT、bT為設(shè)計(jì)周期T的Montana參數(shù)。

(2)Crupedix公式(適用于匯水面積50 km2≤S≤100 km2)

該公式來自法國農(nóng)業(yè)部的規(guī)定, 該公式通過先計(jì)算10年一遇的設(shè)計(jì)流量,再求得100年一遇的設(shè)計(jì)流量,然后推求設(shè)計(jì)周期T的洪水流量。

10年一遇的設(shè)計(jì)流量Q10按下式計(jì)算

Q10=F×(P10/80)2×A0.8

式中：F為土壤漫流能力系數(shù)，可根據(jù)土壤的滲透性取值；P10為設(shè)計(jì)周期為10年的日平均降雨量，mm。

100年一遇的設(shè)計(jì)流量Q100按下式計(jì)算

Q100=b′×Q10

其中，b′=1.4～4,具體取值由匯水面積按以下原則確定:

(1)當(dāng)A≤20 km2時(shí),b′=Q100/Q10。

(2)當(dāng)A>20 km2時(shí),b′值根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定,最小為2。本項(xiàng)目b′值取4。

(3)Transition公式

QT=α×QRT+β×QCT

式中：QRT為 Rationnelle公式求得的周期為T的設(shè)計(jì)流量；QCT為 Crupedix公式求得的周期為T的設(shè)計(jì)流量；α，β為平衡系數(shù)，β=1-α，當(dāng)S≤10 km2時(shí),α=(10-S)/9；當(dāng)S>10 km2時(shí),α=(50-S)/40。

3涵洞水力計(jì)算

3.1臨界水深Hc和臨界流速Vc的計(jì)算

臨界狀態(tài)下，涵洞內(nèi)的水深即臨界水深Hc和臨界流速Vc。

3.2正常水深Hc和正常流速Vc的計(jì)算

正常狀態(tài)下，涵洞內(nèi)的水深即正常水深Hn和正常流速Vn,采用曼寧公式計(jì)算

Vn=mR2/3i1/2

QT=ωVn

式中：QT為周期為T的設(shè)計(jì)流量，m3；m為涵洞內(nèi)粗糙系數(shù)，取70；R為涵洞內(nèi)過水?dāng)嗝娴乃Π霃?，m2；i為水流比降(涵底坡度)；ω為過水?dāng)嗝婷娣e，m2， R為圓管涵內(nèi)徑；x為濕周，m,R為圓管涵內(nèi)徑；g為重力加速度，取9.8m/s2。

3.3涵前雍水高Ham的計(jì)算

涵前雍水高Ham主要由涵洞進(jìn)口處的水流高度和流速控制,可利用Bernoulli定律和簡化公式計(jì)算

式中：Hb為涵洞進(jìn)口處水流高度，m；Vb為涵洞進(jìn)口處水流速度，m/s；ke為涵洞進(jìn)口導(dǎo)流系數(shù)。

4涵洞水文設(shè)計(jì)實(shí)例

本項(xiàng)目S2標(biāo)段PK26+450處一沖溝，此處匯水面積為0.44km2，匯水區(qū)域最高點(diǎn)高程為243m，最低點(diǎn)高程為57m，主溝長度為1. 2km，擬設(shè)2～1.2m圓管涵,涵洞進(jìn)口高程H1=50.44m，出口高程H2=49.67m，上游路肩高程H=52.631m。

(1)匯流時(shí)間Tc

沖溝匯水面積小于5km2，采用Ventura公式；

II=(243-57)/1 420=0.16

Tc=0.127(S/I)0.5=0.127×(0.44/0.16)0.5=0.21

(2)流量計(jì)算Q100

流量計(jì)算采用Rionnelle公式，本項(xiàng)目位于Amizour地區(qū)，Montana參數(shù)a100=25.8，b100=0.58，C100=0.53。

i100=a100×t-b100=25.8×0.204-0.58=64.87

Q100=C100×i100×S/3.6=0.53×64.87×0.44/3.6=4.09

(3)水力計(jì)算

由文中提供的公式，可求得臨界水深Hc=0.76m，臨界流速Vc=2.72m/s，平均水深Hn=0.53m，平均流速Vn=4.21m/s，Hn

①涵前雍水高度驗(yàn)算

涵洞進(jìn)口處的水流高度

1.2H=1.2×1.2=1.44，滿足規(guī)范。

②涵內(nèi)水流的充滿率驗(yàn)算

充滿率m=0.76/1.2=0.63<0.75，滿足規(guī)范要求。

③涵洞上游路肩至最高流水面的凈空高度驗(yàn)算

凈空高度R=52.631-(50.44+1.33)=0.861>0.5，滿足規(guī)范要求。

④涵內(nèi)水流的平均流速驗(yàn)算

平均流速平均流速Vn=4.21m/s>4m/s，流速不滿足。需要在涵洞進(jìn)出口設(shè)置防沖亂石。

5結(jié)語

本文應(yīng)用法國公路設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)阿爾及利亞貝佳亞連接線公路涵洞水文進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算,并考慮設(shè)計(jì)流量、水位、流速、壅水高、橋涵凈空富裕高度,保證了橋涵孔徑和路線縱坡設(shè)計(jì)的合理性。以上方法可為北非地區(qū)的涵洞水文設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]阿爾及利亞貝佳亞港口—東西高速公路哈尼夫互通連接線水文報(bào)告[R].GroupementKyongdong-saman,2013.

[2]法國高速公路和道路技術(shù)研究所.公路排水系統(tǒng)設(shè)施[S].中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司(譯),2006.

The method and application of hydrological and hydraulic analysis for highway culverts in algeria

TANG Chun-lin,HOU Li-ming

(In the First Highway Survey and Design Institute Co., Ltd., Xi 'an,Shaanxi 710064,China)

Abstract:This paper introduced the process and method of hydrological and hydraulic analysis for highway culverts in Algeria by using the local specifition and standards, and cited an example of the application of the calculation method,and provides references for similar projects.

Keywords:algeria; Béjaia cable project; hydrological; scour protection

中圖分類號(hào)：U449.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)03-0062-02

作者簡介：湯春林(1983-)，男，安徽六安人，工程師，研究方向：橋涵設(shè)計(jì)。

收稿日期：2016-04-01