矩形沉井工程设计实例.docx

1、矩形沉井工程设计实例矩形沉井工程设计实例某小型雨水沉井,地面标高为-0.5m。对于沉井结构计算及施工计算介绍如下。一、 设计条件1、工程概况 根据使用要求，本沉井结构尺寸如附图2-1所示。沉井平面为矩形，剖面也为矩形，井顶标高为+0.00m,刃脚踏面标高为-11.0m。制作高度为11.0m，施工时采用两次制作，一次下沉，第一节制作高度为6.0m，井壁厚度为600mm，沉井封底水下混凝土厚度为1.3m。2、沉井材料混凝土：采用C25;fc=11.9N/mm2, ft=1. 27N/mm2,钢筋：d10mm,采用热扎钢筋HRB335；fy=300N/mm2,3、地质资料 根据地质钻探资料 分析，本

2、沉井工程范围内的的地层，大致可分五层，其物理力学性能指标如附表。土层物理力学指标序号土层名称标高（m）天然容重（KN/m3）干容重（KN/m3）粘聚力c（KPa）内摩擦角允许承载力（KN/m2）备注1黄色亚粘土-0.5-3.018.614.0518105淤泥质土2灰色亚粘土-3.0-6.018.213.23171023灰色粘土夹砂-6.0-8.017.010.689854灰色粘土-8.0-11.518.212.810131055灰色亚粘土-11.5以下18.214.1816120二、水、土压力的计算本沉井采用排水法下沉，对于作用在井壁上的水、土压力，采用重液地压公式计算：pw+E=13h当h=

3、0m，pw+E=0h=4.5m, pw+E=13*4.5=58.5kn/m2h=8.6m, pw+E=13*8.6=111.8kn/m2h=9.0m, pw+E=13*9.0=117.7kn/m2h=9.9m, pw+E=13*9.9=128.7kn/m2h=10.5m, pw+E=13*10.5=136.5kn/m2根据上述计算，绘制水压力、主动土压力图形，如下图：三、下沉计算1、沉井自重井壁钢筋混凝土容重按25KN/m3计，沉井重量为GK=（9.0*7.0*11-7.8*5.8*11.0）*25=4884KN2、摩阻力井壁侧面的摩阻力分布如图，单位摩阻力，按上海市地基基础设计规范规定：f=

4、25-20 KN/m2。hk= 5*1/2+5.5=8.0m井壁总摩阻力：Ffk=Uhkf=(9.0+7.0)*8.0*17.5=4480KN下沉系数K= GK /Ffk=4884/4480=1.091.05满足规程下沉要求。四、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0.7L，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=(11.0*0.6-0.6*0.3/2-0.4*0.2)*25=160.75KN/m井壁单宽自重标准值：gs=1.27*160.75=

5、204.15N/m支座弯矩：M支=-1/2*204.15*(9.0*0.15)2-1/2*5.8*204.15*(9.0*0.15-0.3)=-807.7KN.m跨中弯矩：M中=1/8*204.15*(9.0*0.7)2-807.7=205.1KN.m(2)、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*204.15*4.52=-516.87KN.m跨中弯矩：M中=0.07*204.15*4.52=289.4KN.m(3)配筋计算L10/H2，按深梁进行设计，根据混凝土结构设计规范，计算如下：因为L10H，内力臂：z1=0.6

6、 L10=0.6*9=5.4m刃解底部：M中=289.4KN.m,As= M中/fyz1=289400/300*5.4=178.6mm2井墙顶部：M支=807.7KN.m,As= M支/fyz1=807700/300*5.4=498.6mm2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，由于本工程地基为土质均匀的软土地基，不必进行竖向拉断计算。五、刃脚计算1、刃脚外侧竖向钢筋计算本沉井采用排水法施工，井内无水，刃脚按第一种情况沉井位于设计标高，刃脚下的土已挖空情况计算，如图。（1）外力计算井壁外水平侧向压力标准值如（2）内力计算及配筋 1）刃脚跟部CC截面弯矩的计算及

7、配筋计算时，刃脚自重及井壁摩阻力略去不计。MC=1/2*1.27*128.7*0.62+1/2*1.27*(136.5-128.7)*0.62*2/3=30.6KN.m选择钢筋截面：M=30.6KN.m，h0=555mm,b=1000mm,s=M/1fcbh02=30600000/(1.0*11.9*1000*555*555)=0.00835=0.0084AS=188mm2AS,min=0.2%*400*1000=800mm2 , 选用1016。2、刃脚内侧竖向钢筋计算按第二种情况沉井已部分入土，刃脚内侧入土中60cm进行验算，计算简图如下： 按=300（取砂垫层内摩擦角）A=60cm,h=3

8、0cm,c=30cm,=arctan a/b= arctan600/300=630(1) 水平作用力H的计算(2) 井壁单宽重量设计值：gs=204.15KN/m(3) 土反力：R= gs=V1+V2=204.15 KN/mR=c+1/2b, =2r/(b+2c)V2=1/2b=1/2*2*204.15*0.3/(0.3+2*0.3)=68.05 KN/mH= V2tan(-)=68.05*tan(63-30)=44.16 KN/m(2)内力计算及配筋1）刃脚跟部CC截面弯矩的计算及配筋计算时，刃脚自重及井壁摩阻力略去不计。Mc=2/3aH=2/3*0.6*44.16=17.66 KN.m选择

9、钢筋截面：M=17.66 KN.m, h0=555mm,b=1000mm,s=M/1fcbh02=17660000/(1.0*11.9*1000*555*555)=0.00482=0.00483AS=108mm2AS,min=0.2%*600*1000=1200mm2,按构造配筋，AS=1200mm2,选用814。2）、槽下口DD截面弯矩计算及配筋MD=(2a/3+0.9)H=(2./*0.6+0.9)*44.16=57.41 KN.m选择钢筋截面：MD =57.41KN.m，h0=355mm,b=1000mm,s=M/1fcbh02=57430000/(1.0*11.9*1000*555*3

10、55)=0.0383查表得 =0.039AS=565mm2AS,MIN(mm2)配筋标高-5.0m以上AB,CD跨中100055523.00.00630.00631391200814固端A,D,B,C1000555357.40.09750.102822632263918AD,BC跨中1000555297.90.08130.084918681868818标高-5.0m-9.1mAB,CD跨中100055544.00.01200.01212661200814固端A,D,B,C1000555683.00.18630.2080457845781025AD,BC跨中1000555569.40.15530

11、.1697373737371022标高-9.5m-10.4mAB,CD跨中90055549.80.01510.01523011080714固端A,D,B,C900555772.60.23420.270953675367928AD,BC跨中900555644.10.19520.219343454345925井壁配筋计算表井壁裂缝宽度计算表井壁位置承载能力配筋As(mm2)teMk(KN.m)skma*配筋标高-5.0m以上AB,CD跨中81412320.0118.130.40.20.011814固端A,D,B,C91822990.01284.4254.50.6450.363918AD,BC跨中8

12、1820360.01234.6238.60.6150.324818标高-5.0m-9.1mAB,CD跨中81412320.0134.758.30.20.022814固端A,D,B,C102549090.0164537.8226.90.7880.3541025AD,BC跨中102238010.0127448.3244.30.7260.3831022标高-9.5m-10.4mAB,CD跨中71410780.0158.9113.20.20.042714固端A,D,B,C92855420.0205595.6222.60.8470.318928AD,BC跨中92544180.0164496.5232.8

13、0.7960.3679254、按正常使用极限状态进行计算按受弯构件进行强度配筋计算，控制裂缝宽度0.3mm，由混凝土结构设计规范第8.1.2条ma*=crsk/ES(1.9c+0.08deq/te)cr=2.1混凝土：采用C25，fck=16.7N/mm2,ftk=1.78N/mm2;钢筋：采用HRB335,En=2.0*105N/mm2。Ate=0.5*b*h=0.5*1000*600=300000mm2te=As/Ate,当0.01时，取0.01。受弯构件，求sksk=Mk/0.87h0As=1.1-0.65ftk/tesk,当1时，取1。求ma*，列表计算见井壁裂缝宽度计算表：C=35m

14、m因标高-9.5m-10.4m位于钢筋混凝土底板以下，开裂也不影响沉井结构的正常使用，故按承载能力极限状态配筋。七、水下封底混凝土的计算水下封底混凝土容重取24KN/m3,厚1.3m。1、荷载计算标准值qk=10*(9.5+1.3-0.5)-1.3*24=71.8KN/m设计值qs=1.27*71.8=91.2 KN/m2、封底厚度验算L1=6.0m, L2=8.0m=L2/L1=8/6=1.33查表，第壹种情况：11=15.76; 12=55.5M1=qsL12/11=91.2*62/15.76=208.3KN.mM2=qsL22/12=91.2*82/55.5=105.2KN.m取：ht=

15、 5.72M/bft+hu= 5.72*208.3*106/1000/1.27+300=1269mm故水下混凝土厚度采用130mm.九、抗浮验算1、沉井自重封底后，沉井抗浮验算时，沉井重除井壁重量外，尚应包括封底混凝土的重量，封底素混凝土容重按24KN/m3计，封底厚度按1.3m计。井壁重4884KN封底重：1.3*7.8*5.8*24=1411.5KN总重：G=6295.KN2、浮力S=10.5*9*7*10=6615KN3、反摩阻力计算反摩阻力时，单位摩阻力f=10KN/m2,其分布规律见下图。Rf=(10.5-2.5)*10*(9-7)*2=2560KN4、抗浮安全系数K=（G+ Rf）

16、/S=(6295.5+2560)/6615=1.34(安全)若不计反亩阻力，则K小于1（不安全）十、砂垫层及承垫木的计算1、砂垫层厚度校核根据施工要求，砂垫层顶面标高为-0.5m，砂垫层厚度为1.5m。下卧层的地基允许承载力为：R=90KN/m2。沉井单宽自重：G=204.15KN/m,=22.50。沉井自重在下卧层顶面处产生的压力按下式计算：PZ=G/(L+2h*tan)=204.15/(2.5+2*1.5*tan22.5)=54.56KN/m2砂垫层自重对下卧层顶面处产生的压力：Ps=1.5*18=27 KN/m2下卧层顶面承受的总压力：P=27+54.56=81.56 KN/m290 KN/m2(安全)2、承垫木根数的确定沉井每延米所需承垫木的根数按下式计算：n=G/A/P式中：A每根承垫木与砂垫层接触的面积，按0.5m2计P砂垫层顶面允许压力，按120KN/m2计n=204.15/0.5/120=3.4根沉井共需承垫木：n=3.4*(8.4+6.4)*2=100.6 根，采用105根。