顶管沉井结构计算书.docx

顶管沉井结构计算书.docx

《顶管沉井结构计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《顶管沉井结构计算书.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

顶管沉井结构计算书

顶管、沉井结构计算书（详细）（总23页）

XXXX路及其配套设施建设项目（排水工程）

工作井（沉井）结构计算书

计算:

校核:

审定:

XXXXX设计建设有限公司

二○一二年X月

1

目录

1.1

工程概况

本工程污水管道起于XXX污水接入位置，沿XX快速路布设，汇入XXX路西侧的XX污水第一处理厂进场干管，长约1Km。

主要解决包括XXXXX地块等的污水排放，管道布设位置距道路中线,为了不影响XX路的交通，W24~W26段采用顶管穿越XXX路。

1.2结构计算依据

1、测量资料、污水管道平面、纵断面设计图；

2、地勘资料（XXXX工程地质勘察队2010年10月29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）。

1.3顶管概况

1、顶管工程性质为解决XX安置小区污水排放问题，兴建地点XX快速路接XX路交叉口处，顶管管径1m，管道埋深米。

XX路顶管管道放置在密实的卵石层内，覆土平均取，由于顶管长度较长，分两段顶管，每段长度L≤50m。

顶管工作井、中继井尺寸*，顶管接收井尺寸*。

2、本工程设计合理使用年限为五十年，抗震设防烈度为七度。

3、钢筋及砼强度等级取值：

（1）钢筋

Ф—HPB235级钢筋强度设计值fy=fy′=210N/mm2

Ф—HRB335级钢筋强度设计值fy=fy′=300N/mm2

（2）圆管砼：

采用C50，沉井采用C25。

（3）所顶土层为砂砾石，r=21KN/m3

4、本工程地下水埋深为～。

5、本计算除井壁、底板外未采用专业计算软件。

1.4顶管工作井、接收井尺寸

1、工作井尺寸的设计、核算由检查井的设计要求及顶管操作技术要求决定。

（1）、工作井的宽度计算公式

B=D+2b+2c式中：

B——工作井宽度；

D——顶进管节的外径尺寸；

b——工作井内安好管节后两侧的工作空间，本工程采用每侧；

c——护壁厚度，本工程采用；

本工程的顶管直径为D1000，壁厚200。

因此，工作井的宽度尺寸为B=1400＋2×800＋2×400=3800mm；

（2）工作井底的长度计算公式：

L=L1+L2+L3+2L4+L5式中：

L——工作井底部开挖长度；

L1——管节长度取2m；

L2——顶镐机长度取；

L3——出土工作长度，取；；

L4——后背墙的厚度，取；；

L5——已顶进的管节留在导轨上的最小长度，取。

因此，确定本工程工作井的底部长度尺寸为L=2+++2×+=。

（3）工作井的深度工作井的深度由设计高程和基础底板的厚度决定。

（4）接收井尺寸只需满足工具管退出即可，本工程接收井尺寸*。

1.51000mm管顶力计算

1.5.1推力计算

管径D1=水位至管顶高度：

2m

管外周长S==顶入管总长度L=50m管壁厚t=水容重γw=10KN/m3

顶入管每米重量W={（）/4}X25=m

管涵与土之间摩擦系数f=

每米管子与土层之间的综合摩擦阻力f0=RS+Wf=+kN/m

初始推力F0=（Pe+Pw+△P）4）B2c=（150+x10+20）=

总推力F=F0+f0L=+=kN

1.5.2壁板后土抗力计算：

顶管总推力设计值Pt=kN

顶管力至刃脚底的距离：

hf=沉井尺寸rc=

qAmax=4Pt/（3rchf）=

qA=/8=kpa

MA=2c=

1.5.3后背土体的稳定计算：

主动土压力标准值Pa=rZtg2（45°-

）=21x8xtg2（45°-

）=m2

被动土压力标准值Pp=rZtg2（45°+

）=21x8xtg2（45°+

）=kN/m2

沉井前方总主动土压力标准值Pa=（45°-

）=xtg2（45°-

）=kN/m2

沉井后方总被动土压力标准值Pp=（45°+

）=xtg2（45°+

）=m2

hp=H/3=8/3=m

§=（hf-︳hf-hp︳）/hf=（︳︳）/=

总推力F=≤§）

=满足规范要求

所以经过以上计算可知：

采用管径D1=圆管，顶进距离50m符合要求。

1.6工作井（沉井）下沉及结构计算

沉井，本井为工作井，地下水位按地面以下计（施工期间）由于地质条件好，在沉井范围内均为卵石土层，沉井考虑先开挖后下沉。

1.6.1基础资料：

单位摩阻力fk＝25Kpa，地基承载力特征值取为350Kpa。

采用C25砼，钢筋为HPB235，HRB335。

卵石土天然容重取为21kN/m3，水容重γw=10KN/m3,内摩擦角Φ=35°,井壁高,底板厚,壁厚。

1.6.2下沉计算：

下沉过程中水的浮托力标准值：

Ffw,k=井壁总摩阻力标准值：

T＝U

=+x

x+沉井自重标准值

G1k＝下沉系数：

K1＝（G1k-Ffw,k）/T＝（）/=＜

（不满足规范要求），所以仅靠自重不能顺利下沉，需在顶部压重

1.6.3下沉稳定计算：

根据地勘资料,沉井下沉土层为卵石土层，因此下沉稳定满要求。

1.6.4抗浮稳定计算（沉井下沉到设计标高浇注底板后）：

a.施工阶段

沉井自重标准值

GK＝＋×××25=

基底的水浮力标准值：

Ffbw,k＝×××10＝

抗浮系数：

Kfw＝

＝＝>满足要求。

b.使用阶段

由于使用阶段井顶板有覆土，可满足要求。

1.6.5刃脚计算：

水平框架作用的判别,L1=,h=

af=/（h4+L14）=＞1

af＞1，刃脚在内墙荷载作用下，不作水平分配，只按悬臂计算。

（1）刃脚向外悬臂弯曲计算

a.起沉时

井体重量为，平均每延米重量

=KN/m。

刃脚插入土中最大深度为米，α

=°

n=,c=

=m

取β=30°

水平推力H=V2tg（α-β）=°-30°）=m

向外悬臂弯矩M==沉至井深一半，井为全高时，沉井入土深度H==4m,此时摩阻力为：

T＝U

=+x

x（4+刃脚斜面垂直反力及水平推力：

=m

H=V2tg（α-β）=°-30°）=m

向外悬臂弯矩：

M==下沉至设计标高时，刃脚内部全部挖空，在外侧水、土作业下，刃脚向里悬臂弯曲的计算：

qa=130KNqb=

向里悬臂弯矩：

=

（2）刃脚配筋计算

计算时，刃脚自重及井壁摩阻力略去不计。

MC=1/2***+1/2**（13****2/3

=选择钢筋截面：

M=，h0=510mm,b=1000mm,

αs=M/α1fcbh02=/**1000*510*510）=

ζ=

AS=192mm2

1.6.6沉井竖向计算：

1）、抽垫木时井壁竖向计算

沉井在开始下沉特别是在抽垫木时，井壁会产生皆大的弯曲应力。

沉井采用四个支承点，定位支撑点布置如图。

（1）假定定位承垫木间距为，不考虑刃脚下回填砂的承载力，如图a所示。

井壁单宽自重标准值：

gk=**25=65KN/m

井壁单宽自重标准值：

gs=*65=m

支座弯矩：

M支=-1/2***2-1/2****跨中弯矩：

M中=1/8***=、假定抽垫木时，先抽并回填部位已经压实变成支点。

此时，沉井井壁支承在三个点上，如图b所示。

支座弯矩：

M支=-1/8**=跨中弯矩：

M中=**=配筋计算

L10/H≤2，按深梁进行设计，根据《混凝土结构设计规范》，计算如下：

因为L10

z1=L10=*=

刃脚底部：

M中=M中/fyz1=40600/（300*）=

井墙顶部：

M支=M支/fyz1=102600/（300*）=

求得的钢筋值较小，故按构造配筋已能满足要求。

2）、井壁的抗拉计算

根据《规程》，由于本工程地基为卵石土层地基，不必进行竖向拉断计算。

1.6.7井壁内力计算：

（理正结构工具箱计算）

（1）、池壁荷载计算:

池外荷载:

主动土压力系数Ka=

侧向土压力荷载组合（kN/m2）:

部位（标高）

土压力标准值

水压力标准值

活载标准值

基本组合

准永久组合

地面

池壁顶端

地下水位处

底板顶面

池内底部水压力:

标准值=kN/m2,基本组合设计值=kN/m2

底板荷载计算（池内无水，池外填土）:

水池结构自重标准值Gc=

基础底面以上土重标准值Gt=

基础底面以上水重标准值Gs=

基础底面以上活载标准值Gh=

水池底板以上全部竖向压力基本组合:

Qb=×+×+×+××/

=m2

水池底板以上全部竖向压力准永久组合:

Qbe=++×+××/

=m2

板底均布净反力基本组合:

Q==kN/m2

板底均布净反力准永久组合:

Qe==kN/m2

底板荷载计算（池内有水，池外无土）:

水池底板以上全部竖向压力基本组合:

Qb=[×××+×

+××××]/=m2

板底均布净反力基本组合:

Q=××+××=m2

水池底板以上全部竖向压力准永久组合:

Qbe=[×××+

+×××]/=m2

板底均布净反力准永久组合:

Qe=×+×=m2

（2）内力,配筋及裂缝计算

弯矩正负号规则:

顶板:

下侧受拉为正,上侧受拉为负

池壁:

内侧受拉为正,外侧受拉为负

底板:

上侧受拉为正,下侧受拉为负

荷载组合方式:

1.池外土压力作用（池内无水，池外填土）

2.池内水压力作用（池内有水，池外无土）

3.池壁温湿度作用（池内外温差=池内温度-池外温度）

（3）L侧池壁内力:

计算跨度:

Lx=m,Ly=m,四边固定

池壁类型:

普通池壁,按双向板计算

基本组合作用弯矩表m）

部位

池外土压力

池内水压力

温湿度作用

基本组合

内侧-水平跨中

-

-

水平边缘

-

-

竖直跨中

-

-

竖直上边缘

-

-

竖直下边缘

-

-

外侧-水平跨中

-

水平边缘

-

竖直跨中

-

竖直上边缘

-

竖直下边缘

-

准永久组合作用弯矩表m）

部位

池外土压力

池内水压力

温湿度作用

准永久组合

内侧-水平跨中

-

-

水平边缘

-

-

竖直跨中

-

-

竖直上边缘

-

-

竖直下边缘

-

-

外侧-水平跨中

-

水平边缘

-

竖直跨中

-

竖直上边缘

-

竖直下边缘

-

（4）B侧池壁内力:

计算跨度:

Lx=m,Ly=m,四边固定

池壁类型:

普通池壁,按双向板计算

基本组合作用弯矩表m）

部位

池外土压力

池内水压力

温湿度作用

基本组合

内侧-水平跨中

-

-

水平边缘

-

-

竖直跨中

-

-

竖直上边缘

-

-

竖直下边缘

-

-

外侧-水平跨中

-

水平边缘

-

竖直跨中

-

竖直上边缘

-

竖直下边缘

-

准永久组合作用弯矩表m）

部位

池外土压力

池内水压力

温湿度作用

准永久组合

内侧-水平跨中

-

-

水平边缘

-

-

竖直跨中

-

-

竖直上边缘

-

-

竖直下边缘

-

-

外侧-水平跨中

-

水平边缘

-

竖直跨中

-

竖直上边缘

-

竖直下边缘

-

（5）底板内力:

计算跨度:

Lx=,Ly=,四边简支+池壁传递弯矩

按双向板计算.

1.池外填土,池内无水时,荷载组合作用弯矩表m）

基本组合作用弯矩表

部位

简支基底反力

池壁传递弯矩

弯矩叠加

上侧-L向跨中

-

-

B向跨中

-

-

下侧-L向边缘

B向边缘

L向跨中

-

B向跨中

-

准永久组合作用弯矩表

部位

简支基底反力

池壁传递弯矩

弯矩叠加

上侧-L向跨中

-

-

B向跨中

-

-

下侧-L向边缘

B向边缘

L向跨中

-

B向跨中

-

2.池内有水,池外无土时,荷载组合作用弯矩表m）

基本组合作用弯矩表

部位

简支基底反力

池壁传递弯矩

弯矩叠加

上侧-L向跨中

B向跨中

L向边缘

B向边缘

准永久组合作用弯矩表

部位

简支基底反力

池壁传递弯矩

弯矩叠加

上侧-L向跨中

B向跨中

L向边缘

B向边缘

（6）配筋及裂缝:

配筋计算方法:

按单筋受弯构件计算板受拉钢筋.

裂缝计算根据《水池结构规程》附录A公式计算.

按基本组合弯矩计算配筋,按准永久组合弯矩计算裂缝,结果如下:

L侧池壁配筋及裂缝表（弯矩:

m,面积:

mm2/m,裂缝:

mm）

部位

弯矩

计算面积

实配钢筋

实配面积

裂缝宽度

内侧-水平跨中

800

D18@250

1018

水平边缘

800

D18@250

1018

竖直跨中

800

D18@250

1018

竖直上边缘

800

D18@250

1018

竖直下边缘

800

D18@250

1018

外侧-水平跨中

800

D18@250

1018

水平边缘

1248

D18@200

1272

竖直跨中

800

D18@250

1018

竖直上边缘

800

D18@250

1018

竖直下边缘

1259

D18@200

1272

B侧池壁配筋及裂缝表（弯矩:

m,面积:

mm2/m,裂缝:

mm）

部位

弯矩

计算面积

实配钢筋

实配面积

裂缝宽度

内侧-水平跨中

800

D18@250

1018

水平边缘

800

D18@250

1018

竖直跨中

800

D18@250

1018

竖直上边缘

800

D18@250

1018

竖直下边缘

800

D18@250

1018

外侧-水平跨中

800

D18@250

1018

水平边缘

878

D18@250

1018

竖直跨中

800

D18@250

1018

竖直上边缘

800

D18@250

1018

竖直下边缘

812

D18@250

1018

注意:

存在裂缝验算不满足限值的情况!

工作井井壁钢筋实配18@200。

1.6.8底板内力计算：

（理正结构工具箱计算）

单块矩形板计算（弹性板）:

（1）计算条件

计算板长=（m）；计算板宽=（m）；板厚=350（mm）

板容重=（kN/m3）；板自重荷载设计值=（kN/m2）

恒载分项系数=；活载分项系数=

荷载设计值（不包括自重荷载）:

均布荷载=（kN/m2）

砼强度等级:

C25,fc=N/mm2

支座纵筋级别:

HRB335,fy=N/mm2

板底纵筋级别:

HRB335,fy=N/mm2

混凝土保护层=40（mm）,配筋计算as=45（mm）,泊松比=

支撑条件：

四边上:

简支下:

简支左:

简支右:

简支

角柱左下:

无右下:

无右上:

无左上:

无

（2）计算结果

弯矩单位:

m,配筋面积:

mm2/m,构造配筋率:

%

计算方法:

查表

①跨中:

[水平][竖向]

弯矩

面积700%）700%）

实配D14@200（770）D14@200（770）

②四边:

[上][下][左][右]

弯矩

面积700%）700%）700%）700%）

实配D14@200（770）D14@200（770）D14@200（770）D14@200（770）

工作井底板钢筋实配实配18@200。

1.7接收井（沉井）下沉及结构计算

本井为接收井（沉井），地下水位根据地堪按地面以下计（施工期间为汛期）由于地质条件好，在沉井范围内均为卵石土层，沉井考虑先开挖后下沉。

1.7.1基础资料：

单位摩阻力fk＝25Kpa，地基承载力特征值取为350Kpa。

采用C25砼，钢筋为HPB235，HRB335。

卵石土天然容重取为21kN/m3，水容重γw=10KN/m3,内摩擦角Φ=35°,井壁高6m,底、顶板厚,壁厚。

1.7.2下沉计算：

下沉过程中水的浮托力标准值：

Ffw,k=井壁总摩阻力标准值：

T＝U

=

+沉井自重标准值

G1k＝下沉系数：

K1＝（G1k-Ffw,k）/T＝（）/648=＜

（不满足规范要求），所以仅靠自重不能顺利下沉，需在顶部加载。

1.7.3下沉稳定计算：

根据地勘资料,沉井下沉土层为卵石土层，因此下沉稳定满要求。

1.7.4抗浮稳定计算（沉井下沉到设计标高浇注底板后）：

a.施工阶段

沉井自重标准值

GK＝567＋×××25=

基底的水浮力标准值：

Ffbw,k＝×××10＝

抗浮系数：

Kfw＝

＝＝>满足要求。

c.使用阶段

由于使用阶段井顶板有覆土，可满足要求。

1.7.5刃脚计算：

水平框架作用的判别,L1=,h=

水平分力分配系数：

=＞1

又工作井计算可知，下沉至设计标高时，刃脚内部全部挖空，在外侧水、土作业下，刃脚向里悬臂弯曲的计算值最大，则：

qa=

qb=（45°-

）=xtg2（45°-

）=kN/m

向里悬臂弯矩：

=

刃脚配筋计算：

计算时，刃脚自重及井壁摩阻力略去不计。

MC=1/2***+1/2**（13****2/3

=选择钢筋截面：

M=，h0=460mm,b=1000mm,

αs=M/α1fcbh02=/**1000*460*460）=

ζ=

AS=163mm2

1.7.6沉井竖向计算

1）、抽垫木时井壁竖向计算

沉井在开始下沉特别是在抽垫木时，井壁会产生皆大的弯曲应力。

沉井采用四个支承点。

（1）假定定位承垫木间距为，不考虑刃脚下回填砂的承载力，如图a所示。

井壁单宽自重标准值：

gk=**25=m

井壁单宽自重标准值：

gs=*=m

支座弯矩：

M支=-1/2***2-1/2****跨中弯矩：

M中=1/8***=、假定抽垫木时，先抽并回填部位已经压实变成支点。

此时，沉井井壁支承在三个点上，如图b所示。

支座弯矩：

M支=-1/8**=跨中弯矩：

M中=**=配筋计算

L10/H≤2，按深梁进行设计，根据《混凝土结构设计规范》，计算如下：

因为L10

z1=L10=*=

刃脚底部：

M中=M中/fyz1=8500/（300*）=

井墙顶部：

M支=M支/fyz1=21500/（300*）=

求得的钢筋值较小，故按构造配筋已能满足要求。

2）、井壁的抗拉计算

根据《规程》，由于本工程地基为卵石土层地基，不必进行竖向拉断计算。

1.7.7井壁内力计算：

（理正结构工具箱计算）

（1）池壁荷载计算:

池外荷载:

主动土压力系数Ka=

侧向土压力荷载组合（kN/m2）:

部位（标高）

土压力标准值

水压力标准值

活载标准值

基本组合

准永久组合

地面

池壁顶端

地下水位处

底板顶面

池内底部水压力:

标准值=kN/m2,基本组合设计值=kN/m2

底板荷载计算（池内无水，池外填土）:

水池结构自重标准值Gc=

基础底面以上土重标准值Gt=

基础底面以上水重标准值Gs=

基础底面以上活载标准值Gh=

水池底板以上全部竖向压力基本组合:

Qb=×+×+×+××/

=m2

水池底板以上全部竖向压力准永久组合:

Qbe=++×+××/

=m2

板底均布净反力基本组合:

Q==kN/m2

板底均布净反力准永久组合:

Qe==kN/m2

底板荷载计算（池内有水，池外无土）:

水池底板以上全部竖向压力基本组合:

Qb=[×××+×

+××××]/=m2

板底均布净反力基本组合:

Q=××+××=m2

水池底板以上全部竖向压力准永久组合:

Qbe=[×××+

+×××]/=m2

板底均布净反力准永久组合:

Qe=×+×=m2

（2）内力,配筋及裂缝计算

弯矩正负号规则:

顶板:

下侧受拉为正,上侧受拉为负

池壁:

内侧受拉为正,外侧受拉为负

底板:

上侧受拉为正,下侧受拉为负

荷载组合方式:

1.池外土压力作用（池内无水，池外填土）

2.池内水压力作用（池内有水，池外无土）

3.池壁温湿度作用（池内外温差=池内温度-池外温度）

（3）L侧池壁内力:

计算跨度:

Lx=m,Ly=m,四边固定

池壁类型:

深池壁

计算方法:

0