工作井结构设计计算书.doc
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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。
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