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顶管计算书

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顶管顶力、工作井及接收井计算书1

第一章顶管顶力计算书1

一、结构计算依据1

二、1000直径管涵顶力计算1

三、1200直径管涵顶力计算（参数取值采用1000直径管涵顶力计算）3

第二章工作井及接收井计算4

一、设计条件4

二、井壁水平框架的内力计算及结构配筋计算5

三、抗浮验算10

四、地基承载力验算11

顶管顶力、工作井及接收井计算书

第一章顶管顶力计算书

一、结构计算依据

1.1.国家现行的建筑结构设计规范、规程行业标准以及广东省及肇庆市建筑行业强制性标准规范、规程（给水排水管道工程施工及验收规范GB50268-2008）o

1.2.工程性质为管线构筑物，兴建地点肇庆市端州区城西，管道埋深3.028〜

7.426米。

1.3钢筋及磴强度等级取值：

（1）钢筋

HPB300级钢筋强度设计值fy二fy'=270N/mm2

HRB400级钢筋强度设计值fy二fy'=360N/mm:

（2）三级混凝土管fc二23.IN/mm:

1.4本工程地下水埋深为0.3〜4.5mc

二、1000直径管涵顶力计算

2.1.推力计算

管径Di=l.0m

综合摩擦阻力根据

表6.3.4-2采用紐变泥浆的管外哉单位面积平均摩擦阻力/（kN/*）

管

點性土

粉土

粉、细砂土

中、粗砂土

3・Z・0

一

5?

-0-8-0

SO-M-0

11,0〜164

钢管

3.0—1.0

4・0〜7・0

7.0〜Kl・0

1&.0〜］3.0

取仇二6kPa

管外周长S二3.14d=3.14X1.2=3.768m

顶入管总长度L二70m管壁厚t二0.Im

土的重度/s=18kN/m3

管道覆土层用度Hs=3.2m顶管机迎面阻力％=彳£＞；人H、=^xl.22x18x3.2=65.lkN

管线总顶力计算：

耳=3上fk+M：

二3.14X1.2X70X6+65.1=1647.66kN

式中片——顶进阻力（kN）；

Do——管道的外径（m）;

L■——管道设计顶进长度5"；

A——管道外壁与土的单位面积平均摩阻力（kN/m2）,通过试验确定；对于采用触变泥浆减阻技术的宜按表6.3.4-2选用；

弘——顶管机的迎面阻力（kN”不同类型顶貲机的迎面阻力宜按裘6.3.选择计算式。

«6.3.4-1顶管机迎面阻力｛Np）的计算公式

顶进方武

迎而阳力＜kN＞

式中符号

敬开式

M・=7r

丿--•-.1：

具管刃脾厚度Cm）

挤压式

Nr-=专•族（l_e〉R

纟开口率

网格挤压

i*Vp=

a—网格截面参数.収a

=«0.6〜1・0

气压平•衡式

''■---

NgD«（伙4PQ

Pr・—气压强度（kWrtW）

土圧平衡和泥水平役

■■|・・■■・・・・■・・M・

2=专咲P

P——控制土压力

注：

ED,—顶餅机外径（mm）；

2*挤压阻力取K=30O〜SOOkZ/n?

.

钢筋混凝土管顶管传力面允许最大顶力讣算：

J=0.5血/.①=0.5x°Z°5心5%23.1x竺x（1200?

-1000?

）2*0“1.3x0.794

=312O215・6N=312O・2k7V

式中：

Fdc一一混凝土管道允许顶力设计值（N）

e：

——混凝土材料受压轻度折减系数，取0.9；

e；——偏心受压强度提高系数，取1.05；

©3——材料脆性系数，取0.85*

e5——混凝土强度标准调整系数，取0.79：

YQ-顶力分项系数，可取1.3。

几x1.3=1647.66x1.3=2141.958kN

满足要求

三、1200直径管涵顶力计算（参数取值采用1000直径管涵顶力计算）

3.1.推力计算

管径Di=l.2m

综合摩擦阻力f汙6kPa

管外周长S二3.14D二3.14X1.44二4.5216m

顶入管总长度L二85m管壁厚t二0.12m

土的重度人=18kN/m3

管道覆土层疗度Hs二7.426m

顶管机迎面阻力2=三D；y、H、=尹x1.442xl8x7.426=217.58kN

管线总顶力计算：

凡=nD上fk+"..二3.14X1.44X85X6+217.58=2523.596kN

钢筋混凝土管顶管传力面允许最大顶力计算：

0族以八0.9x1.05x0.853.14、

Fdk=0.5空=O.5xx23.1x——x（1440'-12OO2）

九q伸、1.3x0.794

=4493110.5N=4493.11册

x1.3=2523.596x1.3=3280.68kN

满足要求

第二章工作井及接收井计算

一、设计条件

1.1工程概况

本计算书为肇庆市端州区蓝带公司污水管网建设工程顶管工作井、接收井结构设计，工作井、接收井施工方法釆用逆作法，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lm深度土，现浇一节ln）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：

工作井设计地面标高:

7.50m,工作井井底标高:

为-1.50m,接收井设计地面标高:

9.18m,工作井井底标高：

为-1.82m。

拟定工作井尺寸：

t二0.3m,R=3.5m,D=7.6m,H=9.0m

拟定接收井尺寸：

t二0.3m,R二2.0m,DM.6m,H=11.0m

1.2井身材料

混凝土：

釆用C25,fc=\\.9N/mm2fft=\.Z7N/mm2o钢筋：

钢筋直径d〈10mm时，釆用HPB300钢筋，人=2702/〃肿；d$10mm时，釆用热轧钢筋HBR400,fy=36ON/mm2o

1.3地质资料

地质资料如下表1所示，地下水位高度为1.2m,即工作井井外水位高度为6.3m,接收井井外水位高度为7.98m。

表1土的物理力学指标

岩土名称

标高

（m）

天然容亟

（&V/亦）

粘聚力C（kPa）

内摩擦角

（p（°）

承载力征值0（kPa）

粉质黏土1

8.39"6.99

17.5

20.0

10.0

130

粉质黏土2

6.99“1.59

17.5

20.0

12.0

140

粉质黏土3

1.59~-0.11

1&4

17.6

9.0

100

粉质黏土4

■0.11"-4.21

17.6

22.0

12.0

150

1/2^03

・H

图1-1工作井、接收井示意图

二、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讣算，讣算截面取井壁底部1米一段进行环向计算，不考虑四周搅拌桩支护的作用。

2.1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qd=\5KN/m2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土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：

◎=©+夕K（45°-害）-2；如45"-字）

式中：

伤一地面上堆载，取qd=\5KN/m2Q

卩一土的容重加权平均值，地下水位以下土釆用浮容重，那么有

1.2x17.5+0.2x（17.5-10）+5.4x（17.5-10）+1.7x（18.4-10）+4.1x（17.6-10）

1138°—5。

1138。

一5。

Eh=（15+&61x9）tg（45°——）一2x20.33xtg（45°——）=37.7kPa

井壁侧向水压力采用全部静水压力，即Pw=ywz,人为水的容重，取

10KN/mm。

则P,=10x（9-l.2）=78kPa

则工作井井壁外侧水平向的水土压力为：

PA=1.27x（Ea+Ry）=1.27x（2134+78）=126.17kPa

Pr=1.27x（Eh+Pw）=1.27x（37.7+78）=146.94kPa

计算系数为：

力=吃-1=竺岁-l=0」Z6

PA126」7

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）：

Ma=-0.14488PAr；co9=-0.1488x126.17x3.652x0.1646=-41.17kN・m

Mb=-0..1366P^co=-0.1366x146.94x3.652x0.1646=-44.02kN・m截面上压力：

g=ES（1+0.7854co9）=126.17x3.65x（l+0.7854x0.1646）=520.06kNg=PHrc（\+0.5少）=146.94x3.65x（l+0.5x0.1646）=580.47kN

图2-2截面弯矩分布图

1保护层厚度为40mnb设①=50/?

?

/?

/,力（）=t-a,=300-50mm=250mm

2C25混凝土，HRB400钢筋，查表得=0.52

M4117

③初始偏心距勺=—=——■——=0・079m=79mmN520.06

附加偏心距S=max（],20）=20〃〃〃ei=q+ef=79+20=99mm

④偏心距增大系数

W.15—0.0叫,取1.0

14OOfr.//7o

=1.04

〃匕=1.04x99=102.96nm

⑤确定混凝土受压区高度X先按大偏心受压求：

N570060

x==——43.7mm<気“0=。

・52x250=130nun,且v2①=100〃〃〃

ajeb1x11.9x1000）

属于大偏心受压构件。

e.=rje.+——«.=102.96+-50=202.96mm

‘122

0仔贵-“646

截面上弯矩（井壁外侧受拉为正）：

MI=-0.14488PAr；cof=-0.1488x99.35x3.652x0.1646=-32.42kN・m

=-0・・1366弘於少=一0.1366xll5.7x3.652x0.1646=-34.66kNm截面上压力：

Na=（1+0.7854co9）=99.35x3.65x（l+0.7854x0.1646）=409.51kN

Nb=P讥（1+0・5少）=115.7x3.65x（l+0.5x0.1646）=457.06kN

2.1.2.2结构配筋计算

按压弯构件进行强度配筋讣算，控制裂缝宽度0.3mm。

III《混凝土结构设讣规范》第8.1.2条：

譽］l・9c+0.08如、

EsIPie丿

acr=2」

1混凝土采用C25,A,=16.7,A=1.78

钢筋采用HRB400,Es=2.0x\05N/mm2

2九=0.5xlOOOx300=150000mm2

△=_^2=00M0］4>00］，取0.011014

A忙150000

3

偏心受压构件，求％

e="&O+儿=1x79+（150一50）=179mm

“0.87-0.12x（V!

Ao=OS。

•叫韵「xgg

偏心受压构件

N（e_z）

7恥=

=409510x（179-158.98）=3i2iN/nin2

1652.1x158.98

⑤力max=0•噪mn

故内外钢筋选用虫18@200。

工作井井壁配筋图见2・2所示。

2.2接收井井壁内力讣算及配筋

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。

纵向按构造钢筋配置，选用虫16@200。

极限状态

设计控制弯矩

M（KNm）

设计控制压力

N（KN）

钢筋选用

承载能力极限状态

-13.37

284.49

±180200

正常使用极限状态

-10.53

223.85

虫18@200

3.抗浮验算

3.1工作井抗浮验算

3・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，背墙、井底底板及垫层重。

钢筋混凝土底板容重按26KN/〃〃/计，垫层填料按容重按18KN/mm\素磴容重按24KN/mm5

井壁重：

G=3.14x（3.82—3.52）x26x9=1609.1244kN

背墙重：

G2=15.31x26=398.O6kN

底板重：

G3=3.14x3.52x26x0.2=200.018kN

垫层重：

=3.14x3.52x24x0.5+3.14x3.52x18x1=1153.95kN

总重：

G=Gx+G2+G,+G4=3361.1524kN

3.1.2浮力

浮力为：

F；*=3」4x3.炉xl0x7.2=3264.6kN

3.1.3抗浮安全系数（不考虑井壁反摩阻力）

=1.03>1.0,抗浮能力满足要求。

F,,.3264.6

3.2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^.=1.02>1.0o抗浮能力满足要求。

四、地基承载力验算

4.1工作井地基承载力验算

工作井底面处砂质黏性土的地基承载力特征值为150kPa,考虑地面和井底堆载作用，按偽=15册/用计。

则有：

q=336-1>24+15=89.13<150kPa,地基承载力满足要求。

3.14x3.8"

4.2接收井地基承载力验算

接收井底面处砂质黏性土的地基承载力特征值为150kPa,考虑地面和井底堆载作用，按qd=\SKN!

m2计。

则有：

c/=83.09V150kPa,地基承载力满足要求。