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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
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