工作井结构设计计算书.doc

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1.设计条件

工程概况

本计算书为中山市沙溪镇东南片区排水主干管工程顶管工作井、接收井结构设计，工作井、接收井施工方法采用逆作法，即先进行四周外侧及井底的水泥

搅拌桩施工,桩身达到设计强度后,再开挖基坑施工护壁成井。

基坑每开挖1m深度土，现浇一节1m圆形护壁。

本设计以最大深度工作井和最大深度接收井为控制设计。

已知：

设计地面标高：

，井壁底标高：

工作井为，接收井为。

~

拟定工作井尺寸：

，，，

拟定接收井尺寸：

，，，

井身材料

混凝土：

采用C30，，。

钢筋：

钢筋直径d<10mm时，采用R235钢筋，；d≥10mm时，采用热轧钢筋HBR335，。

~

地质资料

地质资料如下表1所示，地下水位高度为，即井外水位高度为，

井底以下4米采用搅拌桩处理，则井底下地下水位高度为：

工作井、接收井。

表1土的物理力学指标

岩土名称

]

标高

（m）

天然容重

（）

粘聚力c

（

（kPa）

内摩擦角

（°）

承载力征

值qp（kPa）

…

素填土

～

5

15

@

120

粉质黏土

～

-

150

砂质黏性土

～

"

180

!

。

图1-1工作井、接收井示意图

*

2.井壁水平框架的内力计算及结构配筋计算

将井壁简化成平面圆形闭合刚架计算，计算截面取井壁底部1米一段进行环向计算，不考虑四周搅拌桩支护的作用。

#

工作井井壁内力计算及配筋

2.1.1按承载能力极限状态进行计算

2.1.1.1外力计算

（1）水土压力计算（考虑地下水作用）

井外侧地面堆载按考虑。

&

根据《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》CECS137-2002第6.2.3条，并假设同一标高的水平截条上沿井壁互成90°的两点土的内摩擦角相差±5°，计算区域井壁A、B点外侧水平向水土压力：

图2-1土压力分布示意图

井壁外侧水平向土压力采用郎金主动土压力计算值，地下水位以下土采用浮容重。

计算公式如下：

·

式中：

—地面上堆载，取。

—土的容重加权平均值，地下水位以下土采用浮容重，那么有

—土内摩擦角加权平均值，

—土的粘聚力加权平均值，

—所计算点离填土面的深度（m）。

￥

井壁侧向水压力采用全部静水压力，即，为水的容重，取

10。

则

则工作井井壁外侧水平向的水土压力为：

（

计算系数为：

2.1.1.2井壁环向截面内力计算

截面上弯矩（井壁外侧受拉为正）：

—

截面上压力：

图2-2截面弯矩分布图

/

2.1.1.3结构配筋计算

按压弯构件进行强度配筋计算：

①保护层厚度为40mm，设，

②C30混凝土，HRB335钢筋，查表得

③初始偏心距

:

附加偏心距

④偏心距增大系数

，取

，，取

【

故

⑤确定混凝土受压区高度

先按大偏心受压求：

，且

；

属于大偏心受压构件。

按构造钢筋配置，内外钢筋选用20@200，实际配筋面积为;纵向按构造钢筋配置，选用16@200。

2.1.2按正常使用极限状态进行计算

2.1.2.1内力计算

、

截面上弯矩（井壁外侧受拉为正）：

~

截面上压力：

2.1.2.2结构配筋计算

;

按压弯构件进行强度配筋计算，控制裂缝宽度。

由《混凝土结构设计规范》第8.1.2条：

①混凝土采用C30，，

钢筋采用HRB335，

—

②

，取

③偏心受压构件，求

，取

偏心受压构件

④

:

⑤

故内外钢筋选用20@200。

工作井井壁配筋图见2-2所示。

接收井井壁内力计算及配筋

同上“工作井井壁内力计算及配筋”计算方法相同，内力及配筋结构如下表2所示,井壁配筋图见2-3所示。

纵向按构造钢筋配置，选用12@200。

极限状态

$

设计控制弯矩

设计控制压力

钢筋选用

"

承载能力极限状态

16@200

正常使用极限状态

》

16@200

'

图2-2工作井井壁配筋示意图图2-3接收井井壁配筋示意图

3.封底混凝土混凝土计算

工作井封底

3.1.1荷载计算

封底混凝土容重取,厚4m,按不排水情况计算。

！

标准值：

设计值：

3.1.2封底厚度计算

计算半径：

板中弯矩：

]

故厚度取

本设计中封底采用水泥土搅拌桩，封底厚度为400cm，故满足要求。

接收井封底

封底混凝土容重取,厚4m,按不排水情况计算。

标准值：

}

设计值：

3.1.2封底厚度计算

计算半径：

板中弯矩：

故厚度取

本设计中封底采用水泥土搅拌桩，封底厚度为400cm，故满足要求。

4.钢筋混凝土底板计算

工作井底板计算

4.1.1荷载计算

）

底板厚度采用600mm。

水托浮力产生的底板反力（标准值）

设计值：

设计值产生的板中弯矩：

…

标准值产生的板中弯矩：

4.1.2配筋计算

（1）上层钢筋

按纯弯计算，按承载能力极限状态进行配筋。

，

查表得，取

按构造钢筋配置，选用25@150，实际配筋面积As=2945mm2。

（1）下层钢筋

@

因简支板支座弯矩为0，故按构造钢筋配置，选用20@200。

4.1.3裂缝宽度计算

按纯弯计算，裂缝宽度控制在。

由《混凝土结构设计规范》第8.1.2条：

·

①混凝土采用C30，，

钢筋采用HRB335，

②

，取

③受压构件

④

⑤

故上层钢筋选用25@150，裂缝宽度。

⑥下层钢筋按构造钢筋配置，钢筋选用20@200。

工作井钢筋混凝土底板配筋见图4-1所示。

接收井底板计算

同“工作井底板计算”方法，计算结果如下：

（1）上层配筋：

①按承载能力极限状态计算得到的结果：

20@200；

②按正常使用极限状态计算得到的结果：

20@200。

（2）下层配筋：

按构造钢筋配置，选用18@200。

接收井钢筋混凝土底板配筋见图4-2所示。

图工作井底板配筋图图接收井底板配筋图

5.抗浮验算

工作井抗浮验算

5.1.1工作井自重

封底后，工作井抗浮验算时，工作井重除井壁重量外，尚应包括井壁顶砌砖重、井底水泥土搅拌桩重和底板重。

水泥搅拌桩容重按计,钢筋混凝土底板容重按计，砌砖容重按。

井壁重：

砌砖重：

底板重：

水泥土搅拌桩重：

总重：

5.1.2浮力

浮力为：

5.1.3抗浮安全系数（不考虑井壁反摩阻力）

，抗浮能力满足要求。

接收井抗浮验算

同上“工作井抗浮验算”计算方法，抗浮安全系数。

抗浮能力满足要求。

6.地基承载力验算

工作井地基承载力验算

工作井搅拌桩封底底面处砂质黏性土的地基承载力特征值为180kPa，考虑地面和井底堆载作用，按计。

则有：

，地基承载力满足要求。

接收井地基承载力验算

接收井搅拌桩封底底面处砂质黏性土的地基承载力特征值为180kPa，考虑地面和井底堆载作用，按计。

则有：

，地基承载力满足要求。