沉井围堰计算单.docx

1、沉井围堰计算单目 录一、 设计资料：二、 地基容许承载力三、 沉井沉降系数计算四、 底节沉井纵向破裂检算五、 底节沉井内隔墙的检算六、 刃脚钢筋的检算(取单宽井壁计算)七、 沉井各部水平框架内力计算八、 井壁竖向拉应力九、 封底砼的计算一十、 沉井抽水后井壁内力计算一十一、 沉井各部分配筋计算一、设计资料： 中粗砂：水上容重=2.0 t/m3 水下=1.0 t/m3 内摩擦角: 水上=35 水中=26 井壁摩阻力: f=2.0 t/m2 砼: 20# w=7.0Mpa wl=0.4Mpa =0.8Mpa n=15二、地基容许承载力：仅计算底节沉井浇注时地基基底应力，此时仅有底节沉井砼自重与模板

2、等施工荷载，底节沉井高5.4m，其砼体积： V底=3.735(33.452+12.3221.2)+3.28 (12.31.2)+42=373.40m3 A1=3.735m2 A2=3.28m2 1个V倒角=5.2(0.50.5)/2=0.525m3底节钢料按8.5 t计,则底节沉井总重:G1=373.42.3+8.5=867t地基基底应力:t=G/A=867/(33.452+12.5221.2)0.7+(12.31.2) 0.6=12.6=20 t/m2三、沉井沉降系数计算:沉井采取筑岛施工,采用吸泥不排水下沉。1、 顶节沉井高4米 V总 =0.6233.452+12.321.22+0.61.

3、5(12.31.2)+(0.6+0.7)/28.0(0.60.8)/2(7.60.60.20.4)=106.92+9.99+441.94+8.95+29.75=597.55m3故V2= V总V1=597.55373.40=224.15 m3 顶节钢料: 14.638.5=6.13 t故顶节自重:G2=224.152.3+6.13522t2、底节沉井下沉到位时: 浮力F1=V1浮=0.7(33.452+12.32)3m+0.6(12.31.2)2.6m=169.8 t摩阻力:T0=(33.45+12.3)262=1098 t K=Q/T=(867169.8)/1098=0.631 3、顶节沉井下

4、沉时:浮力: F2=0.788.96.6+0.6(12.31.2)6.4=453.3 t摩阻力:T02=(33.45+12.3)2102=1830 t K=Q/ TJ=(867+522453.3)/1830=0.511故需采取吸泥压重等措施克服。四、底节沉井纵向破裂检算: 沉井不排水下沉时,刃脚下土的支承情况限难控制,可按下列最不利支承情况检算沉井纵向束砼的抗拉强度: 1、支承于短边的两端点截面特性计算: A1=0.76(0.60.8)/21/260.075=3.735m2 重心轴:y=1/3.7350.763(0.80.6)/2(60.8/3) (0.0756)/26/3 =2.885m x

5、=1/3.7350.760.35(0.80.6)/2(0.70.6/3)(0.0756)/20.075/3 =0.36m Iy-y=1/120.763+0.76(32.885)21/360.60.83 =1/20.60.8(62.8850.8/3)21/3631/20.0756(2.8856/3)2=10.25m4底节沉井井壁沿周长每米重:外侧: q1=3.7352.5=9.34 t/m隔墙: q2=3.282.5=8.2 t/m支点反力R=1/4867 t=216.75 tm-m处正弯矩Mm-m:Mm-m=216.7515.92521/29.3415.9252(12.51.2)9.34(15

6、.9250.3) (0.50.5)/25.22.52(15.9250.60.5/3)/2 =2010.4 t-m 此种情况不考虑施工Mn-n=216.7512.5/221/29.34(12.5/2)221/28.2(12.5/2)2(33.450.63) 9.34(12.5/20.3)/3 =141.8 t-mm-m处wl=Mm(6)/I-=2010.4(62.885)/10.25=611 t/m2wl=581t/m21.4n-n处wl= Mm(6)/-=141.8(62.885)/10.25=43.1 t/m2 wl=581t/m21.4即长方向必须保证沉井中间不能托空,并增设水平钢筋,否则

7、开裂(底P)K-K处剪力Qk=216.759.34(1.1+12.5/20.6)(0.50.5)/25.22.5=152.1tmax=QS/bI=152.10.6352.88520.5/(0.63510.25)=61.8 t/m2c=80 t/m22、支承于长边中点: Mmax=1/2(33.45/2)29.342+(12.51.2)9.34(33.45/20.3)+24.362+1.52=4296.44 t-m m-m处Mm-m=1/215.92529.34+(12.51.2)9.34(15.9250.3)/2+0.50.5/25.22.5(15.9251.62/30.5)=2033 t-m

8、m-m处w-l=Mm-m /I-=20332.885/10.25=572.2 t/m2wl=501.4故需水平配筋防止底节沉井顶部开裂五、底节沉井内隔墙的检算: 按底节沉井下沉到位时,灌注完顶节沉井，检算隔墙砼的抗拉强度,取不利情况为内隔墙下土挖空, 内隔墙按简支梁计算。荷载包括底节、顶节沉井自重及模板等施工荷载：M=1/8（q+q）L2=1/8(3.28+40.6)2.5+0.25(12.51.2)2=230.64 t-mA2=0.65.60.20.4=3.28m2y=1/3.285.60.62.80.40.2(60.4/3)=2.725mwl=M(5.6y)/Iy-y=230.64(5.6

9、2.725)/8.22.875 =80.86t/mw-l=501.4 需配水平筋Iy-y=1/120.65.63+0.65.6(2.82.725)20.40.2(2.8750.4/3)2=8.2m4六、刃脚钢筋的检算(取单宽井壁计算) 1、作用于刃脚和井壁周围的水平力 1）土压力：PE=土hEtan2（45/2）：土 为浮容重hE为土深，为内摩擦角 2）水压力：不排水下沉时按外侧50%pw计,故pw=0.5whw 2、刃脚内侧垂直钢筋的检算: 1) 沉井下沉过程中,在岛面以上已接高顶节刃脚切入土中0.8m时,刃脚根部产生向外弯曲的最大弯矩: 此时沉井入土深度hE=6m 水深hE=3m水面上土高

10、 hE=3m 刃脚入土深度h1=0.8mpE=土高hEtan2(45水上/2)=23tan2(4535/2)=1.626t/m2pE = (pE+土高hw)=1.626+13tan2(4526/2)=2.717 t/m2Pw=0.5 whw=0.513=1.5 t/m2PE=PE+土高(hwh) tan2(4526/2)=1.626+1(30.8) tan2(4526/2)=2.485 t/m2Pw=0.5(hwh) w=0.5(30.8)1=1.1 t/m2PE+w=2.797+1.5=4.297 t/m2PE+w=2.485+1.1=3.585 t/m2井壁宽每米自重: 不排水时扣除浮力此

11、时F浮=V浮=F1=169.8 t(见前面3.2)G=Q/u=(867+522169.8)/(33.45+12.5) 2=13.27 t/m井壁每米宽所受总土压力:E0=PEhE/2+（PE+PE）hw /2=1.6263/2+(1.626+2.797)/23=9.07 t/m2作用于单位周长井壁上的摩阻力 T0按T0 =0.5E0或T0 =fA0计，取其小者。f=2 t/m2 ，A0为与土接触的单位周长井壁面积，故T0 =0.5E0=9.01/2=4.85 t/m2 T0f= fA0=26m=12 t/m2 故T0 =4.85 t/m2刃脚部分土压力及水压力 PE+w=h/2(PE+w+PE

12、+w)=0.8/2(4.297+3.585)=3.153 t/m PE+w作用点距刃脚底面:=h/3(P E+w +2PE+w)/( PE+w+PE+w)=0.8/3(4.297+23.585)/(4.297+3.585)=0.388m 刃脚部分摩阻力T1=0.5E或FA取小者T1=0.5E=0.5(PE+PE)/2h=0.5(2.797+2.485)/20.8=1.056t/mT1=fA=20.8m=1.6t/m故取T1=1.056t/m系数:=0.1S14/(h4+0.05 S14) S1支承于内隔墙间的井壁最大计算跨度S1=15.825m h=0.8m故=0.1/15.8254 (0.8

13、4+0.9515.8254)=21 用=1=h4/(h4+0.05S24) S2支承于内隔墙间的井壁或者外壁最小计算跨度S2=11.3m h=0.8m =0.84/(0.84+0.0511.34)=5.0210-4刃脚沿垂直方向视为悬臂梁,h=0.8m,作用于悬臂水平力应乘以 PE+w=13.153=3.153t/m因为1,作用在刃脚上的全部外力由悬臂作用承受,无需再按封闭框架计算,但需要按构造要求配置适量的水平钢筋.刃脚在水平方向视为封闭框架,作用于框架水平力应乘以PE+w=5.0210-43.153=1.5810-3t/m刃脚下土的竖向反力: R=GT0=13.274.85=8.42t/m

14、 V2= Rb/(2a+b)=8.420.6/(2)=6.315t/mV1= RV2=8.426.315=2.105 t/mR的作用点距刃脚外侧XXr=(a2+ab+b2/3)/(2a+b)=(0.12+0.10.6+0.62/3)/(20.1+0.6)=0.2375m刃脚斜面部分土的水平力,按三角形分布,其合力:H=V2tan() =26 =arctan(0.8/0.6)=53.13故H=6.315tan(53.1326)=3.236 t/m H作用点距刃脚底面 h/3=0.8/3=0.2667m(2)沉井接近设计标高，刃脚下土挖空，此时刃脚产生最大的向内弯矩。此时沉井入土深度 hE=10m

15、 水深hw=7m水面上土高 hE=3m 刃脚挖空=土干hEtan2（45上 /2）=1.626t/m2 (同上)PE= PE+ 土湿hwtan2(45水下/2)=1.626+17tan2(4526/2) 4.359t/m2Pw=0.5 whw=0. 517=3.5 t/m2PE= PE+土浮(hw-h)tan2(4526/2)=1.626+1.0(70.8)tan2(4526/2) =4.047t/m2Pw=0.5(hwh)w=0.5(70.8) 1=3.1t/m2Pe+w=4.359+3.5=7.859 t/m2Pe+w=4.047+3.1=7.147 t/m2 井壁宽每米自重:不排水应扣除

16、浮力,此时F浮=V浮=453.3t(见前面三3) G=Q/u=(867+522453.3)/(33.45+12.5) 2=10.182 t/m井壁每米宽所受土压力E0=PEhE/2+(PE+PE)/2hw=1.6263/2+(1.626+4.359)/27=23.39 t/m刃脚部分土压力及水压力Pe+w=h/2(Pe+w+PE+w)=0.8/2(7.859+7.147)=6.0t/mPE+w作用点距刃脚底面:Pe+w=h/3(PE+w+2PE+w)/(PE+w+PE+w)=0.8/3(7.859+27.147)/(7.859+7.147)=0.394m刃脚部分摩阻力:T1=0.5E=0.5(

17、4.359+4.047)/2 0.8=1.68t或T1=fA=20.8=1.6t/m取小者即为T1=1.6t/m =1 1.5810-3作用于刃脚悬臂水平力: PE+w=16=6t/m3由上 刃脚(悬臂)根部断面内力计算:沉井沉至中途 (m)沉井沉至设计标高水平力垂直力力臂弯矩水平力垂直力力臂弯矩PE+w-3.1530.8-0.388=0.412-1.299-60.8-0.394=0.406-2.436H3.2360.8/32=0.53331.7268.420.35-0.2375=0.11250.947Ti1.0560.350.371.60.350.56G-0.470.35-0.2375=0.

18、1125-0.054-0.480.1125-0.0540.0838.9961.69-61.12-1.93g为刃脚自重,不排下沉时应扣除浮力g=(0.1+0.7)/20.8(2.51)=0.48t/mXg=0.70.80.350.60.8/2(0.70.6/3)/(0.1+0.7)/20.8=0.2375m4、 根据以上M、N、Q设计刃脚外侧竖向钢筋U0.1%,同时应延伸到根部以上0.5S1=0.515.825=7.91m以上并在刃脚全高按剪刀和构造布置蹬筋。1、5m高砼周边剪切面积:Ac=1.5(15.825+11.3) 2=81.375m2Lc=3.516178.82/81.375=7.73

19、t/h2Lc=80 t/h2七 沉井各部水平框架内力计算: 按沉井沉至设计标高,刃脚下土已挖空计算:1、刃脚部分：由于Pe+w0故不预计算： 2、刃脚根部以上高度各部分井壁水平框架内力计算，封闭框架是趋静定结构，计算形式如下： L1=16.425m L2=11.7m K=L2/L1=0.71123 角点弯矩:MA=PL12/L2(1+2K3)/(1+2K)=15.974P中间支点弯矩:MD=PL12/12(1+3KK3)/(1+2K)=25.735P短边中点弯矩: Mc=PL2/14(2K3+3K22)/(1+2K)= 1.135P 轴力: NB=PL2/2=5.85p NC=PL1ND/2=

20、PL10.5PL1/2(2+5KK3) /(1+2K)=7.6355p ND=PL1/2(2+5KK3) /(1+2K)=17.579P 按若干不利位置分段计算如下表(取每节沉井最下部一米)水平外力按梯形面积公式计算: E+W=(PE+w+PE+w)h/2本段高度八、井壁竖向拉应力 沉井下沉接近设计标高，刃脚下的土已挖空，而四周作用有摩擦力，可能把沉井箍住，并在井壁内由沉井自重产生垂直拉力。假定井壁上的摩擦力按倒三角形分布：Smax=h/4（hwhw/h）（hE2/H2）whw/hH Q当HE=H时，Smax值最大此时h=2.3t/m2 w=1.0 t/m3 H=10m hw=6m Q=138

21、9t故Smax=2.5/4(2.56/10) 6/(2.510) 1389=123.55t作用在距井底高度: Xmax=h/2(hHwhw) hE2=2.5/2(2.5106) 102=6.579m即顶节底部半米处产生最大拉力,由于此处尚有接缝故钢筋容许应力用0.8S检算,锚固长度要够。l=Smax/F=123.55/(0.6833.452+12.521.22)+0.6(12.51.2)=1.99t/m2 wl=40t/m2故井壁不需设垂直钢筋,但底节需伸入设计10250共775根 Fg=0.0609m2 g=123.55/0.0609=2029t/m2 0.8 S=18800t/m2每根钢筋

22、受拉力为:Sg=123.55/775=0.16t10与C20的粘结力C=0.672=1.34Mpa接锚长度L=Sg/tdc=0.16/(3.140.01134)=0.03q m 一般取0.5m长九、封底砼的计算： 1、沉井水下封底后，抽水后承受基底水和土的向上反力，此时桩基施工完毕，护筒对其有摩阻力，封底砼视为支承在隔墙底面和刃脚斜面上，按周边支承的双向板计算： Lx=11.7 Ly=16.325m 计算跨度取中-中 Lx/Ly=11.7/16.325=0.7167 Mx=0.068qLxMy=0.0293qLx2PE+w=6.966 t/m2 (暂不计护筒作用)Mx=0.06893.516(

23、11.7)2=33.16 t-mM=0.02933.516(11.7)2=14.10 t-mMx()=33.16+33.16/6=19.63 tM()=14.10+33.16/6=19.63 t =1/6Q=PE+wg=6.8661.52.3=3.516t/m2w=M/W=35.511/(1.52/6)=94.69 t/m2w=700t/m2、封底砼受剪计算： q=3.516 t/m2井底面积A=15.82511.3=178.82m21、5m高砼周边剪切面积:Ac=1.5(15.825+11.3) 2=81.375m2Lc=3.516178.82/81.375=7.73t/h2Lc=80 t/

24、h2十、沉井抽水后井壁内力计算： 板15.825m8.5m计算Q=PE+w=PE+Pw=3.77+5.5=1.626+15.5tan232+15.5=9.271t/m2A=15.825m B=8.5B/A=8.5/15.825=0.5371 L=aMa0=0.014ql2 Mb0=0.0225ql2 Ma00=0.016ql2Maz=0.004ql2 Mbz=0.004ql2 Mao=0.007ql2其中Mbz为各板中心平行于a、b边方向跨中弯矩Mao、Mbz为自由边中点平行于a、b边方向的跨中弯距Ma0、Mb0为固定边中点平行于a、b方向的固端弯矩，Ma0、Mb0为平行于a、b方向自由边上固

25、定端的支座弯矩，此外由于u=1/6，但因此板有自由边，故不予考虑。故：Ma0=32.5t-m Mb0=52.24 t-m Ma00=37.15 t-m Maz=9.3 t-m Mbz=9.3 t-mMao=16.3 t-m仅取板中心弯矩M=9.3 t-m计,其余有梗肋边渡加强不检证,此部分双向配筋均为10 250 断面厚度0.6m取单位板计算: 受压区高度X: h0=ha=604=56cm Ag= =3.4cm2 b=100cm h=15 a=a=4cm 2n(Ag+ Ag)/b=2153.142/100=1.884 2n(Agh0+Aga)/b=215(3.1456+3.144)/100=5

26、6.52 x2+1.884x56.52=0 x=6.65cm=bx3/3+nAg(xa)2/ bx2/2+nAg(xa)=100/36.633+153.14(6.634)2/100/26.632+153.14(6.634)=4.32cmZ=h0x+=566.63+4.32=53.69cmg=m/Agz=9.3107/3.143.69=5516.45kg/cm2g=1300kg/cm2 h=gx/n(h0x)=5516.456.63/15(566.63)=49.38 kg/cm2h=70 kg/cm2 仅有土压力作用：q=3.77t/m2 M=3.78t-m (前提封底) =2242 kg/cm

27、2 w=2350kg/ cm2 若改为200则 =1797 kg/ cm2150 =1291 kg/ cm2十、沉井抽水后井壁内力计算： 板15.825m8.5m计算Q=Petw=PE+Pw=3.77+5.5=1.626+15.5tan232+15.5=9.271t/m2A=15.825m B=8.5B/A=8.5/15.825=0.5371 L=aMa0=0.014ql2 Mb0=0.0225ql2 Ma00=0.016ql2Maz=0.004ql2 Mbz=0.004ql2 Mao=0.007ql2其中Mbz为各板中心平行于a、b边方向跨中弯矩Mao、Mbz为自由边中点平行于a、b边方向的

28、跨中弯距Ma0、Mb0为固定边中点平行于a、b方向的固端弯矩，Ma0、Mb0为平行于a、b方向自由边上固定端的支座弯矩，此外由于u=1/6，但因此板有自由边，故不予考虑。故：Ma0=32.5t-m Mb0=52.24 t-m Ma00=37.15 t-m Maz=9.3 t-m Mbz=9.3 t-mMao=16.3 t-m仅取板中心弯矩M=9.3 t-m计,其余有梗肋边渡加强不检证,此部分双向配筋均为10 250 断面厚度0.6m取单位板计算: 受压区高度X: h0=ha=604=56cm Ag= =3.4cm2 b=100cm h=15 a=a=4cm 2n(Ag+ Ag)/b=2153.142/100=1.884 2n(Agh0+Aga)/b=215(3.1456+3.144)/100=56.52 x2+1.884x56.52=0 x=6.65cmy=bx3/3+nAg(xa)2/ bx2/2+nAg(xa)=100/36.633+153.14(6.6