成都一汽内部污水管道改造工程沉井计算书.doc

成都一汽内部污水管道改造工程沉井计算书.doc

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工作井（沉井）结构计算书

一、工程概述

成都经开区东区龙工南路上的污水管为开发区的污水主干管之一，世纪大道以西至长春路段管径为d1200，已于2004年建成并投入使用。

之后成都一汽定址该片区，这段污水管便从一汽厂区内部通过。

现因一汽生产线扩展，该段污水管位于其规划生产车间下，严重影响其建设，需将该段污水管改出一汽厂区。

根据周边道路之污水管网已建成情况，改管方案可有南线和北线两个。

南线方案为向南沿世纪大道西侧、成龙路北侧，至成龙路四环路口；北线方案为向北沿世纪大道西侧、兴茂街南侧，至四环路（长春路）口。

南线方案因线路较长，管道埋深较深，穿越及拆迁的其它市政管线、构建筑物较多，实施难度较大，在方案设计审查比选中被淘汰，遂采用线路更短、造价更低、更易实施的北线方案。

本污水管道（主干管）改建工程按批准的北线方案进一步优化设计，设计管道中线距世纪大道中线45m，距兴茂街中线12m，以尽可能减少拆迁。

管道平面布置呈"L"型，全长1281.881m，管径为d1200，设计埋深5.44~7.11m，坡度为1.7‰，流向为向北、再向西。

0+00~7+50段为开槽明挖施工，7+50~12+81.881段北侧的人行道上有2×10KV架空高压电线和2×10KV埋地电缆（一汽和云内动力的），若采用开槽施工，需先迁改电力线并严重影响一汽等企业的生产，且实施难度大、时间长、费用高，经综合比较并结合有关部门意见，设计采用顶管法施工，顶管段的工作井采用沉井法施工。

二、设计依据和参考规范

1设计合同及建设单位提供的一汽污水管道平面、纵横断面测量资料；《一汽污水管道改造工程岩土工程勘察报告》（成都市龙泉驿区城乡建设勘测队，2008年12月10日）；

2《一汽内部污水市政主管红线图》成都经济技术开发区项目建设服务局2007年11月13日；

3《室外排水设计规范》GB50014-2006；

4《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）；

5《给水排水工程管道结构设计规范》（GB50332-2002）；

6《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-97）；

7《市政排水管道工程及附属设施》（国家标准图集06MS201）；

8《混凝土结构设计规范》GB50010-2002；

9《顶管施工技术及验收规范》（试行）中国非开挖技术协会行业标准2007年2月；

10《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》（CECS137：

2002）。

三、主要技术标准

1．本工程管道设计使用年限为50年，结构安全等级为二级；

2．管道拟建场地地震加速度为0.10g，场地设计地震分组为第三组，抗震设防烈度为7度；

3．结构重要性系数R＝1.0。

四、方案比选

1．方案介绍

（1）南线方案:

沿世纪大道西侧→成龙路北侧→成龙路四环路口

该方案需重新建设一条污水主管道，管径d1200，埋设深度5.7~7.7m，长度约1500m，工程造价约985万元。

施工中将产生以下不利影响：

a、由于成龙路北侧管线非常多，且有一3×2.5m的排洪沟（距路中线26m），通道非常狭小。

为避让该排洪沟，管道设在排洪沟与一汽南侧围墙（距路中线40m）之间，施工时需要拆除一汽南侧、东侧围墙（约1500m）及4道门卫，同时需要破坏厂区南大门道路，严重影响一汽进出交通、生产安全和形象。

b、成龙路北侧有一汽220KV出线的电缆，施工时需要迁改，可能会临时中断该线路的电力供应，影响一汽正常生产；同时还有一10KV架空线路和南车的电缆会受到影响，涉及用户多。

c、成龙路北侧有一条天然气输气管道和一条配气管道，施工会影响，一旦大面积停气，影响包括雅致、环球玻璃等企业及一汽本身。

d、成龙路北侧有一通信管道，施工中若出现中断会影响一汽通信。

e、需要拆除重植一汽成龙路北侧、世纪大道西侧绿化。

f、一汽现状污雨水部分接入南侧的排水管沟，施工期间厂区临时排水问题需要解决。

（2）北线方案：

沿世纪大道西侧→兴茂街（电子工业园支路）南侧→龙四环路→原管道

该方案需新建一条污水主管道，管径d1200，埋设深度5.7~7.2m，长度约1282m。

管道布置在人行道下，距路中线12m，工程造价约810万元。

北线方案有以下不利：

a、由于兴茂街道路红线为20m，车行道宽12,两侧人行道（现为绿化带）各宽4m。

新设污水管道埋深较深，需要将该路（904m）的部分路面和排水管拆除重建。

方案一拆3m宽水泥路面，不拆原雨水主管；方案二拆6m宽水泥路面，拆除重建原雨水主管。

目前该道路有南光、国光、质检院等企业的排水流入。

b、该路南侧有一公共2X10KV电力架空线需拆除重架或加固电杆，一汽2X10KV专用电缆需迁改，施工时，可能会临时中断该电缆的电力供应。

c、需要拆除重建一汽东侧和北侧围墙（约1300m）。

d、需要拆除重植世纪大道东侧绿化。

2．方案比较

南线方案横穿和影响的管沟较多，且较复杂，涉及的部门和企业较多，尤其是对一汽本身的交通、正常生产、外观形象影响很大。

施工前的管线迁改、加固、拆除的内容多，施工准备时间长。

施工场地狭窄，现状排洪沟对施工的安全威胁大，施工中协调难度大，对施工安全要求也很高，且工期较长，造价较高。

现成龙路正计划实施扩宽改造，应与其一并考虑，因此实施难度更大。

北线方案横穿和影响的管沟较少，较单纯，涉及的部门和企业较少，主要是对一汽本身的，且影响也小得多。

施工前的管线迁改、加固、拆除的内容少。

施工场地较宽，现状排洪沟对施工的安全威胁基本无，施工中协调难度更小，且工期较短，造价更低。

与成龙路的扩宽改造无联系，便于实施。

本方案的主要不足是其过流能力较南线方案约小10%。

3．采用方案

采用造价低、工期短、影响小、易实施的北线方案。

五、工作顶进井设计与计算

1、设计参数

表1.工作顶进井设计参数表

设计地面高程

m

0

盖板覆土厚度

m

1.17

盖板长度

m

8.5

盖板宽度

m

4.3

盖板厚度

m

0.3

沉井外长

m

9.3

沉井外宽

m

5.1

沉井深

m

8

井壁厚

m

0.65

沉井内长

m

8

沉井内宽

m

3.8

井底净长

m

8.6

井底净宽

m

4.4

刃脚顶高程

m

-8.87

刃脚底高程

m

-9.47

刃脚上口宽

m

0.65

刃脚下口宽

m

0.35

刃脚高

m

0.6

底板长度

m

8.3

底板宽度

m

4.1

底板厚度

m

0.55

底节沉井高

m

4.5

第二节沉井高

m

3.5

地下水位高程

m

-5

地下水深

m

10

2、土质情况

表2.工作顶进井土层参数表

名称

厚度m

容重KN/m3

C（kPa）

Φ

硬塑粘土

15

19

20

30

3、材料情况

（1）混凝土：

检查井及沉井均为C30砼，垫层为C10砼，抗渗等级S6。

（砼水灰比不应大于0.5，最大氯离子含量0.2%，最大碱含量3kg/m3；水泥应采用大厂生产32.5以上普通硅酸盐水泥，最小水泥用量275kg/m3。

）（C30砼参数：

fc=20.1MPa,ft=2.01MPa）

（2）钢材：

HPB235级钢（Φ）（fy=210MPa），HRB335级钢（Φ）（fy=300MPa）。

（3）焊条：

HRB335级钢之间焊接采用E50系列；其余采用E43系列。

焊接接头详《钢筋焊接及验收规范》。

4、水压力及土压力计算

（1）土压力计算

粘土容重γs=19 KN/m3，水容重γw=10KN/m3

主动土压力系数Ka

深度-5米时,Pe5m

深度-9.47米时,Pe9.47m

（2）水压力计算

深度-5米时,没有地下水，Pe5m =0.0KPa

深度-9.47米时，Pe9.47m

5、下沉计算

（1）沉井自重

钢筋混凝土容重γ为25KN/m3，覆土容重γ为18KN/m3。

覆土重G1

顶盖重G2

底板重G3

井壁重G4

刃脚G5

沉井自重G=G1+G2+G3+G4+G5=4065.31KN

沉井所受浮力G'

考虑浮力时自重G''

（2）摩阻力

单位摩阻力fk=25 kPa

底节下沉Fk1

底节下沉系数

1.228 >1.10满足要求。

井壁总摩阻力Fk2

若排水下沉，下沉系数 不满足要求

不排水下沉，下沉系数 不满足要求

仅靠自重不能顺利下沉，需在顶部压重。

6、沉井井壁计算

（1）沉井竖向计算

①抽垫木时沉井竖向计算

沉井采用四个支承点

a、假定沉井垫木间距为0.7l（其中l为沉井外长）,不考虑刃脚下回填砂土的沉载力。

井壁单宽自重标准值

井壁单宽自重设计值

支座弯矩M支

跨中弯矩M中

b、假定抽垫木时先抽并回填部位已经压实成为支点，此时沉井井壁支承在三支点上。

支座弯矩M支 =

跨中弯矩M中 =

c、配筋计算

l0/H≤2，按深梁计算，根据《混凝土结构设计规范》，计算如下：

l0

刃脚底部M中为366.59 KN·m

As=

井墙顶部M支为480.90 KN·m

As=

求得的钢筋面积较小，故按构配筋就能满足要求。

②井壁抗拉计算

本沉井地基为硬塑粘土，应进行抗拉计算。

当沉井下沉接近设计标高时（此时刃脚标高为-9.47米），沉井上部被四周土体嵌固，而刃脚下的土体已被掏空，沉井仅靠土体与井壁之间的摩擦力维持平衡。

假定井壁摩阻力呈倒三角形，其最危险截面在沉井入土深度一半处，最大拉力为Smax=G/4=1016.33KN

σ=

仅需按照构造配筋。

（2）沉井平面计算

沉井下沉至设计标高（刃脚标高为-9.47m），刃脚下的土已被掏空，井壁受最大水平外力的最不利情况下，将井壁作为水平框架验算其水平方向的挠曲。

验算刃脚根部以上，其高度等于该处井壁厚度0.65m的一段井壁,设刃脚根部截面为B，根部以上0.65m为截面A（如图1所示）。

图1、平面计算说明图

施工阶段的水压力折减系数取0.7 ，则

A截面的水压力Wa=

B截面的水压力Wb=

作用在井壁0.65m段的水压力W=

A截面的土压力ea=

B截面的土压力eb=

作用在井壁0.65m段的土压力E=

由刃脚传来的剪力Q'由刃脚平面柜架计算可得，为 4.18KN/m

井壁上的荷载q=

经计算，沉井框架短边惯性矩I1=0.0149m4，沉井框架长边惯性矩I2=0.0149m4，沉井框架长边长度l=8.65m ，沉井框架短边长度b=4.45m。

沉井平面弯矩计算系数：

α

β

图2、平面计算弯矩分布示意图

转角弯矩MA

长边跨中弯矩ME

短边跨中弯矩MF

最大弯矩Mmax=259.54KN·m

作用在长边上的轴向力NAB =

作用在短边上的轴向力NAD =

0.65m高井壁截面抵抗矩=0.0458m3， 井壁截面面积=0.4225m2 。

短边截面压应力σAD1

短边截面拉应力σAD2

>ft=2.01Mpa

长边截面压应力σAB1

长边截面拉应力σAB2

>ft=2.01Mpa

需配置受拉钢筋，经计算，采用双层配筋，内壁为φ18，间距0.1米;外壁为φ25，间