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顶管计算书解析

顶管结构计算书

项目号本计算书共　　页

项目名称　

子项1－2号顶管

计算日期

校对日期

专业负责人：

日期

审核人：

日期

一、基础资料

1、地质条件

根据宁波大学地基处理中心2010年11月提供的《宁波市毛家坪水厂出厂管复线工程岩土工程勘察报告》，在沉井深度范围内，各（亚）层土的空间展布、工程地质特征：

1、杂填土

杂色，松散，湿，为人工填土，主要为塘渣、碎石、块石、建筑垃圾、生活垃圾及少量粘性土组成，为新近填土，力学性质不稳定，本层局部分布，层厚为0.30~3.00米，层底埋深为0.30~3.00米。

2-1、粘土

灰黄色，可塑为主，局部软塑，饱和，主要为粘土，局部为粉质粘土，具厚层状构造，含铁锰质斑点，上部0.15~0.20米左右为耕植土，含植物根茎，无摇振反应，切面光滑，干强度、韧性高，具中等偏高压缩性，力学性质一般，本层局部缺失。

层厚0.30~2.10米，层底埋深为1.00~2.60米。

2-2、粉质粘土

灰黄色，软塑，饱和，主要为粉质粘土，局部为粘土，具厚层状构造，含铁锰质斑点，无摇振反应，切面稍光滑，干强度、韧性中等，具中等压缩性，力学性质一般，本层局部分布。

层厚0.70~1.40米，层底埋深2.20~3.10米。

3-1、淤泥

灰色，流塑，饱和，主要为淤泥，厚层状构造，含腐杂质，局部渐变为淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土，无摇振反应，切面光滑，干强度、韧性高，具极高压缩性，力学性质极差，本层局部分布，层厚为0.30~1.90米，层底埋深为1.40~3.40米。

3-2、泥炭质土

灰黑色，流塑，饱和，主要为泥炭质土，具腥臭味，含植物腐植质及碳质木屑。

内摩擦角、凝聚力接近零，本层仅局部分布，具极高压缩性，力学性质极差。

层厚为0.10~0.60米，层底埋深为1.10~3.80米。

3-3、淤泥质粘土

灰色，流塑，饱和，主要为淤泥质粘土，局部渐变为淤泥及淤泥质粉质粘土，厚层状构造，局部夹薄层状粉土，含少量腐杂质，无摇振反应，切面光滑，干强度、韧性高，具极高压缩性，力学性质差，本层全场分布，本层局部未揭穿，层厚为2.40~19.50米，层底埋深为3.80~21.50米。

3-3夹、粘土

灰色，软塑，饱和，主要为粘土组成，局部渐变为粉质粘土，具厚层状构造，无摇振反应，切面光滑，干强度、韧性高，具高压缩性，力学性质差，本层局部分布。

层厚为0.70~2.40米，层底埋深为4.00~8.20米。

4、粉质粘土

灰黄~褐黄色，局部灰绿色，可塑，局部硬塑，主要为粉质粘土，局部渐变为粘土，厚层状构造，见铁锰质斑点，切面稍光滑，无摇振反应，干强度与韧性中等。

具中等压缩性，力学性质良好，本层仅局部揭露及揭穿，层厚为1.80~20.50米，层底埋深为7.40~35.60米。

2、设计安全等级

根据GB50153《工程结构可靠度设计统一标准》，构筑物的安全等级为二级。

3、设计使用年限

根据GB50153《工程结构可靠度设计统一标准》，构筑物设计使用年限为50年。

4、抗震设防

根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2008年版），宁波市抗震基本烈度6度，地震峰值加速度为0.05g。

5、构筑物裂缝控制

根据CECS137:

2008《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》，净水处理沉井混凝土结构计算裂缝宽度≤0.25mm。

6、设计荷载

水的重力密度取10.kN/m2。

施工阶段地下水位按设计地面以下2.0m计算，使用阶段地下水位按设计地面标高计算；

沉井主要处于③-3淤泥质粘土层，土压力计算时取φ＝10°，c＝10kN/m2，摩阻力取10kN/m2。

顶管位置为③-3淤泥质粘土层，迎面土压力为45kN/m2，顶管（钢管）触变泥浆中管壁与土的平均摩阻力3.0kN/m2

地面活载取10kN/m2。

7、材料

混凝土:

C30S6防水混凝土,钢筋混凝土底板垫层C15。

钢筋Φ＜10为HPB235级钢Φ≥10为HRB335级钢。

8、保护层

钢筋混凝土底板下层钢筋保护层厚度为40；底板上层钢筋、沉井壁板钢筋保护层厚度为35，后浇阀门井、湿井及顶板钢筋保护层厚度为30。

9、地基基础

沉井刃脚底面土层一般为③-3淤泥质粘土层，承载力特征值为50kN/m2；基础设计等级为丙级。

10、结构计算

配筋按裂缝宽度控制，荷载均采用标准值（裂缝计算标准组合值）。

双向板、连续梁内力计算采用《理正工具箱5.72版》计算，配筋采用自编电子表格计算，裂缝宽度计算按GB50010，偏于安全作为安全储备。

二、顶管工作井

1、顶力估算

按CECS246:

2008公式（12.4.1）计算，钢管外径2.22m，采用泥水平衡机头。

2号顶管所需顶力：

（计算长度取200m）

F0=3.14×2.22×200×3＋3.14/4×2.302×18.5×8.0＝4180＋615

＝4800　kN

9号顶管所需顶力：

（计算长度取450m）

F0=3.14×2.22×450×3＋3.14/4×2.302×18.5×8.0＝4180＋615

＝10000　kN

壁板后的最大土抗力计算：

按CECS137:

2002计算。

Hf＝4.20m＞0.5L0＝0.5×6.8＝3.4m

b’＝4.2+3.4=7.6m

2号顶管　壁板后的最大土抗力

qmax＝2×4800/（3×7.6×4.2）＝100.0　kN/m2

9号顶管　壁板后的最大土抗力

qmax＝2×10000/（3×7.6×4.2）＝208.0　kN/m2

沉井后背土体稳定性验算：

取沉井后背宽度为7.60m，高度11.60m.

φ＝10°　c=10kN/m2，按朗肯公式计算。

主动土压力　EEP,K＝820.1×7.6＝6233　kN

被动土压力　EPK＝1832.9×7.6＝13930　kN

EPK－EEP,K＝13930-6233＝7697　kN

2号顶管

Ks=7697/4800=1.60＞1.30

9号顶管

顶管后背注浆加固，后背最大顶力按10000控制，并应采取适当措施，满足顶力要求。

2、施工方法

采用井点降水，井内排水下沉，干封底。

基槽开挖深度在原地面下1.8m，满铺砂垫层0.8m，实际下沉深度为12.6m，井体分三次浇筑（刃脚、下段壁板、上段壁板），可分二次下沉到设计标高。

3、下沉计算

工作井平面外包尺寸　11.10×7.60m,刃脚高度2.40m，刃脚厚度1.05m；壁板高度10.5，壁板厚度800（下部5.0m高度）和500（上段）。

工作井采用钢筋混凝土底板，厚度700。

沉井按排水下沉计算。

壁板重量标准值：

G＝8.95×25×（10.3＋6.8）×2＝7650　kN

井壁摩阻力标准值：

井壁单位摩阻力为10kPa

F＝（11.1+7.6）×2×〔1/2×10×5＋（12.9－5）×10〕＝3890　kN

kst＝7650/3890＝1.97＞1.05　　

下沉系数满足要求。

淤泥质粘性土极限承载力取200，按刃脚斜面1/2入土时接触面积计算：

Rb＝（11.1×7.6－9.7×6.2）×200＝4844　kN

Kst,s＝7650/（3890＋4844）＝0.875　

下沉稳定系数满足要求。

4、施工阶段壁板计算：

1）壁板水土压力

壁板水土压力见右图：

2）刃脚计算

沉井长度方向在刃脚部位设置

中间支撑梁，需考虑壁板侧向

荷载对刃脚的作用（按双向板

下边平均反力约300kN/m2计算）

，刃脚按水平框架计算，计算简

图见下图：

刃脚按三跨连续梁计算：

计算条件：

荷载条件:

均布恒载标准值:

416.00kN/m活载准永久值系数:

1.00

均布活载标准值:

0.00kN/m支座弯矩调幅系数:

100.0%

恒载分项系数:

1.00活载分项系数:

1.00

配筋条件:

抗震等级:

非抗震纵筋级别:

HRB335

混凝土等级:

C30箍筋级别:

HRB335

配筋调整系数:

1.0保护层厚度:

40mm

最大裂缝限值:

0.250mm挠度控制系数C:

200

截面配筋方式:

单筋按裂缝控制配筋计算

计算结果：

梁号1:

跨长=5050B×H=2000×1050

左中右

弯矩（-）:

-1506.8520.000-1474.709

弯矩（+）:

0.000753.4310.000

剪力:

1783.9626.369-1771.232

上部纵筋:

516342005049

下部纵筋:

450445044504

上纵实配:

　20D25（9817）

下纵实配:

13D25（6381）

裂缝:

0.2480.1800.236

挠度:

0.0001.1140.000

最大裂缝:

0.248mm＜0.250mm

最大挠度:

1.114mm<25.250mm（5050/200）

-----------------------------------------------------------------------

梁号2:

跨长=6600B×H=2000×1050

左中右

弯矩（-）:

-1474.7090.000-1474.710

弯矩（+）:

0.000725.0620.000

剪力:

1333.198-0.003-1333.198

上部纵筋:

504942005049

下部纵筋:

450445044504

上纵实配:

20D25（9817）

下纵实配:

13D25（6381）

裂缝:

0.2360.1700.239

挠度:

0.0001.7980.000

最大裂缝:

0.236mm＜0.250mm

最大挠度:

1.798mm<33.000mm（6600/200）

-----------------------------------------------------------------------

梁号3:

跨长=5050B×H=2000×1050

左中右

弯矩（-）:

-1474.7090.000-1506.853

弯矩（+）:

0.000753.4310.000

剪力:

1771.232-6.369-1783.962

上部纵筋:

504942005163

下部纵筋:

450445044504

上纵实配:

　20D25（9817）

下纵实配:

13D25（6381）

裂缝:

0.2360.1800.248

挠度:

0.0001.1140.000

最大裂缝:

0.248mm＜0.250mm

最大挠度:

1.114mm<25.250mm（5050/200）

-----------------------------------------------------------------------

所有简图：

3）短向壁板：

短向壁板分二段计算；下段壁板厚度800，跨度6.80；上段壁板厚度500，跨度7.10；均按底部自由、上端自由、两侧固定的双向板计算。

下段计算条件

计算板长=6.800（m）；计算板宽=5.500（m）；板厚=800（mm）

恒载分项系数=1.00；活载分项系数=1.00

荷载设计值（不包括自重荷载）:

均布荷载=68.00（kN/m2）

三角形荷载=85.00（kN/m2）

砼强度等级:

C30,fc=14.30N/mm2

支座纵筋级别:

HRB335,fy=300.00N/mm2

板底纵筋级别:

HRB335,fy=300.00N/mm2

混凝土保护层=35（mm）,配筋计算as=40（mm）,泊松比=0.20

支撑条件=

四边上:

自由下:

自由左:

固定右:

固定

计算结果

（1）跨中:

[水平][竖向]

弯矩203.30.0

面积1716（0.21%）1716（0.21%）

实配D22@200（1900）　D22@200（1900）

（2）四边:

[上][下][左][右]

弯矩0.00.0-406.5-406.5

面积1716（0.21%）1716（0.21%）1829（0.23%）1829（0.23%）

实配D20@180（1745）D20@180（1745）D22@100（3801）D22@100（3801）

（3）裂缝控制配筋：

按裂缝控制配筋截面：

[左][右]

（4）挠度结果（按单向板计算）:

挠度验算:

2.61

上段计算条件

计算板长=7.100（m）；计算板宽=5.500（m）；板厚=500（mm）

恒载分项系数=1.00；活载分项系数=1.00

荷载设计值（不包括自重荷载）:

三角形荷载=68.00（kN/m2）

砼强度等级:

C30,fc=14.30N/mm2

支座纵筋级别:

HRB335,fy=300.00N/mm2

板底纵筋级别:

HRB335,fy=300.00N/mm2

混凝土保护层=35（mm）,配筋计算as=40（mm）,泊松比=0.20

支撑条件=

四边上:

自由下:

自由左:

固定右:

固定

2计算结果

（1）跨中:

[水平][竖向]

弯矩66.20.0

面积1072（0.21%）1072（0.21%）

实配D18@200（1117）D18@200（1117）

（2）四边:

[上][下][左][右]

弯矩0.00.0-132.3-132.3

面积1072（0.21%）1072（0.21%）1072（0.21%）1072（0.21%）

　实配D22@200（1900）　D22@200（1900）D20@100（3140）D20@100（3140）

（3）裂缝控制配筋：

按裂缝控制配筋截面：

[左][右]

（4）挠度结果（按单向板计算）:

挠度验算:

4.82

4）长向壁板：

长向壁板分二段计算；下段壁板厚度800，考虑设置中间支撑梁的刃脚作为壁板下部支撑，按下端简支，上端自由、两侧固定的双向板计算：

上段壁板厚度500，按底部自由、上端自由、两侧固定的双向板计算。

下段壁板计算条件

计算板长=10.300（m）；计算板宽=5.000（m）；板厚=800（mm）

恒载分项系数=1.00；活载分项系数=1.00

荷载设计值（不包括自重荷载）:

均布荷载=68.00（kN/m2）

三角形荷载=85.00（kN/m2）

砼强度等级:

C30,fc=14.30N/mm2

支座纵筋级别:

HRB335,fy=300.00N/mm2

板底纵筋级别:

HRB335,fy=300.00N/mm2

混凝土保护层=35（mm）,配筋计算as=40（mm）,泊松比=0.20

支撑条件=

四边上:

自由下:

简支左:

固定右:

固定

计算结果

（1）跨中:

[水平]　　　　[竖向]

弯矩186.0　　161.5

面积1716（0.21%）　　1716（0.21%）

实配D22@200（1900）　D22@200（1900）

（2）四边:

[上]　　[下]　　[左]　　[右]

弯矩0.0　　　0.0　　　　-560.3　　-560.3

面积1716（0.21%）1716（0.21%）2547（0.32%）2547（0.32%）

考虑节点平衡配筋计算值　　　（406.5＋560.3）/2＝483.4　取500计算　　　　　　　

实配D22@200（1900）　D22@200（1900）D22@100（4355）D22@100（4355）

（3）支座最大裂缝:

0.230＜[ωmax]=0.25mm。

（4）跨中最大裂缝:

0.155<[ωmax]=0.25mm,满足。

上端壁板计算条件

计算板长=10.600（m）；计算板宽=5.500（m）；板厚=500（mm）

恒载分项系数=1.00；活载分项系数=1.00

荷载设计值（不包括自重荷载）:

三角形荷载=68.00（kN/m2）

砼强度等级:

C30,fc=14.30N/mm2

支座纵筋级别:

HRB335,fy=300.00N/mm2

板底纵筋级别:

HRB335,fy=300.00N/mm2

混凝土保护层=35（mm）,配筋计算as=40（mm）,泊松比=0.20

支撑条件=

四边上:

自由下:

自由左:

固定右:

固定

计算结果

弯矩单位:

kN.m/m,配筋面积:

mm2/m,构造配筋率:

0.21%

弯矩计算方法:

查表

挠度计算方法:

单向板按公式法，双向板查表。

---------------------------------------------------------------

（1）跨中:

[水平][竖向]

弯矩147.5　　0.0

面积1096（0.22%）　　1072（0.21%）

实配D22@200（1272）D18@200（1272）

（2）四边:

[上][下][左][右]

弯矩0.00.0-294.9-294.9

面积1072（0.21%）1072（0.21%）2253（0.45%）2253（0.45%）

考虑节点平衡配筋计算值　（132.3＋294.9）/2＝213.6　取250计算　

实配D22@200（1900）　D22@200（1900）D20@100（3140）D20@100（3140）

（3）挠度结果（按单向板计算）:

挠度验算:

21.73

（4）支座最大裂缝:

0.240＜[ωmax]=0.25mm,满足。

（5）跨中最大裂缝:

0.221<[ωmax]=0.25mm,满足。

5）井壁纵向弯曲计算略

壁板顶板构造配筋6D25。

6）沉井竖向拉断计算略

壁板外侧竖筋连续到顶D22@200。

7）沉井四点支承计算：

沉井长宽比＜1.5，不计算四点支承情况。

8）刃脚向内及向外弯曲计算略。

刃脚厚度1050，竖筋D20@100。

5、使用阶段沉井计算：

1）壁板水土压力

壁板水土压力见右图：

井外水土压力值与施工阶段相同，

壁板配筋计算略。

2）沉井抗浮计算

钢筋混凝土底板厚度取0.7m。

井壁重量：

7650　kN

底梁重量：

1.12×5.5×25＝154　kN

底板重量：

4.20×5.5×0.7×2×25＝809　kN

抗浮重量：

8613　kN

浮力：

11.10×7.60×（10.2－1.0＋0.7）×10＝8352　kN

满足施工期抗浮要求。

顶管结束后沉井回填，不计算抗浮。

3）底板计算：

底板净荷载按全部壁板重量计算。

净反力：

（7650＋154）/（7.60×11.10）＝92.5　kN/m2

底板平面尺寸为4.20×5.50，按四边简支双向板计算：

计算条件

计算板长=5.500（m）；计算板宽=4.200（m）；板厚=700（mm）

恒载分项系数=1.00；活载分项系数=1.00

荷载设计值（不包括自重荷载）:

均布荷载=92.50（kN/m2）

砼强度等级:

C30,fc=14.30N/mm2

支座纵筋级别:

HRB335,fy=300.00N/mm2

板底纵筋级别:

HRB335,fy=300.00N/mm2

混凝土保护层=20（mm）,配筋计算as=25（mm）,泊松比=0.20

支撑条件=

四边上:

简支下:

简支左:

简支右:

简支

计算结果

---------------------------------------------------------------

（1）跨中:

[水平]　　　　[竖向]

弯矩72.3　　108.8

面积1501（0.21%）　　1501（0.21%）

实配D20@200（1571）D22@200（1900）

（2）挠度结果（按双向板计算）:

经查<<结构静力计算手册>>表4-1,得:

系数=0.006466挠度=1.383mm

挠度验算:

1.38

（3）跨中最大裂缝:

0.04<[ωmax]=0.25mm,满足。

4）底梁计算：

底梁截面0.60×1.60，跨度按刃脚中心距计算，取6.50m,底梁计算简图：

底梁两端刃脚按弹性支座考虑，固端弯矩取总弯矩的1/3。

α＝2.6/6.5＝0.4

M＝492×6.52/24（3-4×0.42）＝1850　kN

两端　M0＝1850/3＝620kN

配9D25

跨中　M＝1850×2/3＝1240kN

配15D25

跨中最大裂缝:

0.156<[ωmax]=0.25mm

三、顶管接收井

1、施工方法

采用井点降水，井内排水下沉，干封底。

基槽开挖深度在原地面下1.8m，满铺砂垫层0.8m，实际下沉深度为11.8m，井体分三次浇筑（刃脚、下段壁板、上段壁板），可分二次下沉到设计标高。

3、下沉计算

接收井平面外包尺寸　6.20×5.70m,刃脚高度2.10m，刃脚厚度0.85m；壁板高度10.3，壁板厚度600（下部5.0m高度）和400（上段）。

接收井采用素混凝土底板。

沉井按排水下沉计算。

壁板重量标准值：

G＝6.68×25×（5.6＋5.1）×2＝3574　kN/m

井壁摩阻力标准值：

井壁单位摩阻力为10kPa

F＝（6.2+5.7）×2×〔1/2×10×5＋（12.4－5）×10〕＝2356　kN/m

kst＝3574/2356＝1.51＞1.05　　

下沉系数满足要求。

淤泥质粘性土极限承载力取200，按刃脚斜面1/2入土时接触面积计算：

Rb＝（6.2×5.7－5.05×4.55）×200＝2472　kN

Kst,s＝3574/（2356＋2472）＝0.74　

下沉稳定系数满足要求。

4、施工阶段壁板计算：

1）壁板水土压力

壁板水土压力见右图：

2）刃脚计算

接收井接近方形，按长边尺寸计算：

荷载：

（150＋185）×2.1/2＝352　kN/m

M0=1/12×352×（6.2－0.85）2＝840　kN.m

配20D22@100

最大裂缝:

0.168mm<0.250mm

M0=1/24×352×（6.2－0.85）2＝420　kN.m

配13D22@100