顶管坑支护设计及计算.docx
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顶管坑支护设计及计算
明沟污水截流工程
顶管工作井施工方案
1
工作坑开挖
顶管坑支护设计及计算
1.顶管坑支护设计
顶管坑结构尺寸(长×宽=L×B):
主干线(D1500)顶管坑 8m×5m。
施
工中顶管坑结构尺寸根居检查井的类型调
节开坑尺寸来满足顶进需要,开挖前,根
据顶坑的管内底标高,考虑导轨高度、顶
管坑底板厚度等计算出顶管坑实际槽底标
高(H)。
顶管坑采用 C25 钢筋砼厚度 30cm.在
工作井、接收井分别设置 4 口大口径降水井进
行降水,深度 15m, 降水时间 30 天,保证施工时
工作面无水。
根顶管坑上部设锁口圈梁,圈梁宽
800mm,高 500mm,圈梁采用 16Φ20 为主筋,Φ8@200 箍筋,混凝土强度等
级 C25。
为了顶管工作坑下部钢架能与锁口圈梁连接,锁口圈梁向下预留钢
筋接头,方法是在槽底向下打孔,插入 800mm 长 φ20 钢筋,间距 1000mm。
预留钢筋锚入锁口长度不小 于 400mm。
坑壁采用格栅挂钢筋网片倒挂逆作法,
分层开挖,分层锚喷混凝土进行支护,结构厚度为 250mm,格栅每 750mm 设
一道,并在坑底设一道格栅。
竖向用 Φ20 钢筋连接(采用搭接焊),间距为
1m。
钢格栅主筋采用 Φ20、每断面 4 根,
每榀钢格栅纵筋与横筋之间采用波浪型连
接。
沿钢格栅内侧主筋外缘满铺 Φ6@100
钢筋网片,并与主筋焊接成一体。
竖井施
工中应沿竖井壁设置“土钉”长 1.5m
的 Φ20 锚杆,呈梅花状布置,间隔 1.5
m,并在喷射混凝土前与网片及钢格栅焊
接牢固,以满足结构整体受力的要求,
注意各网片相互搭接坑底要设一道钢格
栅,本工程喷射混凝土设计强度等级为
C20,中粗砂、豆石(粒径在
2
0.5~1.0cm)配比为水泥(PO32.5):
砂子:
豆石=1:
2:
2,速凝剂掺量为水泥重
量的 5%,水泥、砂子豆石和速凝剂采用人工搅拌,混合料要随拌随用,不掺
速凝剂的干料其存放时间不应超过 45 分钟,喷射作业应分层,分片分段依
次进行,喷射顺序应自上向下,沿水平方向螺旋式移动,回旋直径应为
300mm 左右,一圈压半圈,一次喷射厚度不得大于 100mm,分三层喷满,每次
喷 1m,不得在一处堆积,要求喷射密实不得露筋,锚喷厚度不得小于 250mm
厚。
喷射前必须穿雨衣,带胶皮手套,戴防护眼镜和防尘口罩,喷射前必须
检查设备,材料是否齐全完好。
喷射时
管道不准有死弯,非操作人员不得在附
近停留,喷枪在任何情况下严禁对人。
喷射机司机必须做到开始时先送风,再
开机,再供料,结束时应待料喷完后再
关风。
向喷射机供料应连续均匀,机器
正常运转时,料具内应保持有足够的料,
喷射机的工作风压满足喷头处的压力在 0.1Mpa 左右,喷射作业完毕或因故
中断时必须把喷射机和运料管内的积料清理干净。
喷射时施工操作遵守以下
规定:
喷射时经常保持喷头有良好的工作性能;喷头与受喷面保持垂直,保
持在 0.6~1.0m 的距离,喷射混凝土时需控制好水灰比,保持混凝土表面平
整,每次开挖喷射混凝土前,应将前次喷射混凝土的接茬部位凿毛,清除表
面粘附的泥土,以保障接茬处混凝土的密实。
顶管坑设置I30a工字钢环撑一道,位置在坑口下2.5m处,八字斜撑四角
满布与环撑满焊。
工作井施工完毕比后,浇筑C30钢筋砼靠背墙,高3m,埋入底板1m,厚
0.75m,宽4m。
(锚喷混凝土顶管工作坑圈梁详见下图:
锚喷混凝土顶管工作坑结构平
剖面图、格栅配筋图)。
3
B=4500
45度角
斜撑长3米,"八"字
角度为45度
与环撑接点满焊
4
一一
工字钢导轨I30@3m
800mm×500mm一一一一一一
一一一一
1.2一一一一一
1.2一一一一一1.5m
1.2一一一一一
一一一一一一一一一一
工字钢盘撑
φ20一一一一
Φ6
100×100mm一一一一
φ8@200
16φ20
一一一一一
Φ6一一一一 一一100×100
一300mm一一一一一一一一
1.5m一 20一一一一一
1.5m,一一一一一
一一一mm
竖井结构剖面施工图
5
蹬筋蹬筋
栅格配筋图
栅格钢架展开图
栅格断面
栅格钢架间距0.5m,长度2m;
钢架之间采用波浪形连接;
纵向连接筋20,间距1m内层放置
钢筋网6,100×100,内外层放置。
栅格钢架图
2.顶管坑支护计算
计算模型的建立
对于钢筋混凝土格栅梁和工字钢环撑的验算采用 1/2 分担法,
即每道梁或撑承担其控制范围内土压力的作用。
其中对钢筋混凝
土格栅梁假定为两端固定,工字钢环撑梁为四支点连续梁。
1)钢筋混凝土格栅梁配筋及结构尺寸抗弯性验算:
本工作坑-5.5m 至-6.5m 的位置为顶管坑后背承受压力最大的部位,因
此该范围的钢筋混凝土格栅是计算检验的重点。
故选取-6m 位置,格栅层高为 b=0.24m 的钢筋混凝土格栅梁进行计算:
-6m 位置的主动土压力为:
6
⎛
⎝
ϕ ⎫ ⎛ o
2 ⎭ ⎝
ϕ ⎫
⎪
⎛
⎝
40 ⎫ ⎛ o
2 ⎭ ⎝
40 ⎫
2 ⎭
2
钢筋混凝土格栅梁所受均布载荷为:
q = ea ⨯ h = 13.756 ⨯ 0.24 = 3.301KN / m
钢筋混凝土格栅梁实际承受最大弯距为:
M max =
1
24
ql 2 =
1
24
⨯ 3.301⨯ 9.62 = 12.676KN ⋅ m
式中:
f cm = 9.6N / mm 混凝土强度设计值 c20;(按《混凝土结构设计规范》
l ——格栅(顶管工作坑)的长度=9.6m
钢筋混凝土格栅最大计算弯距为(正截面受弯承载力计算模型):
'' h'
[M ]= fcmbx(h0 - x / 2)+ f y As ( 0 - as )= 69.94kN ⋅ m
2
(GB50010-2000))
'
f y = f y = 300N / mm 2
钢筋抗拉(压)强度设计值;(按《混凝土
结构设计规范》(GB50010-2000))
'
as ——受压格栅主筋至锚喷墙表距离;
h0 ——格栅截面有效高度(格栅受拉筋至土层距离);
b——格栅截面的宽度(格栅纵筋竖直间距+20mm);
7
As——受拉区钢筋截面面积(2 根);
X——混凝土受压区高度;
b = 220 + 20 = 240mm;
'
h0 = 200 + 25 + 10 = 235mm;
as = 25 + 10 = 35mm
'
'
As = As = 2 ⨯ 3.14 ⨯102 = 628mm2
x = 2as = 70mm
M max < [M ]
钢筋混凝土格栅梁配筋及结构尺寸符合抗弯要求。
2)钢筋混凝土格栅梁配筋及结构尺寸变形验算:
钢筋混凝土格栅梁所受最大变形(受弯构件挠度验算模型)为:
f =
ql 4
384Bs
=
3.301⨯103 ⨯ 9.64
6
= 0.01m =
1
960
l < [ ]=
l
250
钢筋混凝土格栅梁配筋及结构尺寸符合变形要求。
其中:
钢筋混凝土格栅梁(受弯构件)短期刚度:
8
Bs =
Es As h0
1.15ψ + 0.2 +
1 + 3.5γ f
=
2 ⨯105 ⨯ 628 ⨯ 2352
6 ⨯ 7.1⨯ 0.011
1 + 3.5 ⨯ 0.74
= 6.95Mpa
式中:
Es = 2.0 ⨯105 N / mm2 钢筋弹性模量
裂缝间纵向钢筋应变不均匀系数ψ= 1.1 -ρσ
钢筋与混凝土的弹性模量的比值 aE =
0.65 ftk
te sk
2 ⨯105
= 7.1
2.8⨯104
= 1.1 -
0.65 ⨯1.78
0.013 ⨯172.4
= 0.58
纵向受拉钢筋配筋率:
ρ =
As
bh0
=
628mm2
240mm ⨯ 235mm
= 0.011
受拉翼缘面积与腹板有效面积的比值:
γ 'f =
200
270
= 0.74
有效受拉混凝土截面面积的纵向受拉钢筋配筋率:
ρte =
628
200 ⨯ 240
= 0.013
按载荷短期效应组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋的应力的等效
应力:
σ sk =
M k
0.87h0 As
=
22.13kN ⋅ m
0.87 ⨯ 235mm ⨯ 628mm2
= 172.4Mpa
3)工字钢环撑梁计算
工字钢环撑梁为四支点连续梁,梁长 9m。
-2.5m 位置土压力为:
⎛
⎝
2 ⎭ ⎝
o
⎪
2 ⎭
9
⎛
⎝
40 ⎫ ⎛ o
2 ⎭ ⎝
40 ⎫
2 ⎭
2
工字钢环撑梁所受最大均布载荷为:
2.5m 位置:
q = ea ⨯ h = 1.4 ⨯ 0.3 = 0.42KN / m
工字钢环撑梁所受最大弯距为:
-2.5m 位置:
M max = 0.14ql12 = 0.14 ⨯ 0.42 ⨯ 92 = 4.76KN ⋅ m
Ⅰ30 工字钢的抗弯截面系数:
Wz = 472.3cm 3
校核工字钢环撑梁的正应力强度:
-4m 位置:
σ max =
M max
Wz
[
= 26.84Mpa ≤ σ ]= 160Mpa
满足正应力强度条件。
二、安全技术措施
施工前应制定安全技术防护措施,并对顶管工程的作业人员进行安全技
术操作培训学习后,方可进行施工。
要有详细的安全交底单,一式三份,施
工员、安全员、施工队三方签字有效。
一)工作坑
1)开挖工作坑土方前应按安全技术交底要求了解地下管线、人防等构
筑物的情况,按要求坑探,掌握管线、构筑物的具体位置。
作业中应避开管
线和构筑物。
2)开挖工作坑土方作业前必须检查工作坑周围场地,场地应符合排管、
运管、吊运、出土、排水、防汛的安全要求。
3)分层开挖并及时分层支撑。
支撑前必须检查坑壁土体的稳定性,确
认安全。
4)工作坑必须按安全技术交底要求安装支撑。
安装工作坑支撑时必须
设专人指挥。
工作坑四壁支撑框架必须牢固,支撑结构必须符合安全技术交
底的要求。
前方管口可拆卸支撑板必须使用整板。
5)顶管工作坑支撑时,钢梁下料长度应准确,水平撑的四脚不得有空
10
隙,如因钢梁的长度不够时,接缝要双面焊,必须焊加强板,严禁搭接。
圈
梁和立梁接触时,立梁上必须有托。
横撑和八字的外角必须焊防滑角铁。
三、冬季防护措施
由于采用的是泥水平衡施工工艺,故在此季节施工时,在泥水输送管道
外侧包裹上棉毡用来防冻,并且将泥浆池抬高,保证泥水输送管道有上倾角
度,以免管道内存水,冻胀。
在顶管内多处设置碘钨灯,用来照明和提高管
道内温度。
在泥浆池处需用土工布搭设保温棚。
工人宿舍需设置取暖设备等。
11
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- 关 键 词:
- 顶管坑 支护 设计 计算