顶管沉井结构计算书详细.docx

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顶管沉井结构计算书详细

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

1目录

1目录...............................................................2

1.1工程概况..............................................................3

1.2结构计算依据..........................................................3

1.3顶管概况..............................................................3

1.4顶管工作井、接收井尺寸................................................3

1.51000mm管顶力计算.....................................................4

1.5.1推力计算..........................................................4

1.5.2壁板后土抗力计算：

................................................4

1.5.3后背土体的稳定计算：

..............................................5

1.6工作井（沉井）下沉及结构计算..........................................5

1.6.1基础资料：

........................................................5

1.6.2下沉计算：

........................................................5

1.6.3下沉稳定计算：

....................................................6

1.6.4抗浮稳定计算（沉井下沉到设计标高浇注底板后）：

......................6

1.6.5刃脚计算：

........................................................6

1.6.6沉井竖向计算：

....................................................7

1.6.7井壁内力计算：

（理正结构工具箱计算）................................9

1.6.8底板内力计算：

（理正结构工具箱计算）...............................14

1.7接收井（沉井）下沉及结构计算.........................................15

1.7.1基础资料：

.......................................................15

1.7.2下沉计算：

.......................................................16

1.7.3下沉稳定计算：

...................................................16

1.7.4抗浮稳定计算（沉井下沉到设计标高浇注底板后）：

.....................16

1.7.5刃脚计算：

.......................................................16

1.7.6沉井竖向计算.....................................................17

1.7.7井壁内力计算：

（理正结构工具箱计算）...............................18

1.7.8底板内力计算：

（理正结构工具箱计算）...............................24

2

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7.9m,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5.1米。

XX路顶管管道放置在密实的卵石层内，覆土平均取4.5m，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5.3m*3.8m，顶管接收井尺寸2.7m*2.7m。

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

2=210N/mmfy=fy′Ф—HPB235级钢筋强度设计值2′=300N/mmHRB335级钢筋强度设计值fy=fyФ—

（2）圆管砼：

采用C50，沉井采用C25。

3r=21KN/m所顶土层为砂砾石，（3）4、本工程地下水埋深为2.0～2.5m。

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

3

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0.8m；

c——护壁厚度，本工程采用0.4m；

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1.1m；

L3——出土工作长度，取1.1m；；

L4——后背墙的厚度，取0.4m；；

L5——已顶进的管节留在导轨上的最小长度，取0.3m。

因此，确定本工程工作井的底部长度尺寸为

L=2+1.1+1.1+2×0.4+0.3=5.3m。

（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2.7m*2.7m。

1.51000mm管顶力计算

1.5.1推力计算

管径D=1.0m水位至管顶高度：

2m1管外周长S=3.14d=3.14x1.4=4.396m

3=10KN/m水容重γ顶入管总长度L=50m管壁厚t=0.2mw22）-1.0W={3.14X顶入管每米重量（1.4/4}X25=18.84KN/m

管涵与土之间摩擦系数f=0.40

每米管子与土层之间的综合摩擦阻力f=RS+Wf=5x4.396+18.84x0.4=29.52kN/m022=76.1kNx3.14/4x1.4x10+20））（3.14/4）Bc=（150+2.0PF0=初始推力（Pe+Pw+△总推力F=F+fL=76.1+29.52x50=1552.1kN

001.5.2壁板后土抗力计算：

顶管总推力设计值Pt=1.3x1552.1=2017.73kN

顶管力至刃脚底的距离：

h=2.5m沉井尺寸r=5.3x3.8mcfq=4Pt/（3rh）=4x2017.73/（3x5.3x3.8x2.5）=53.43kpafAmaxcq=53.43x（8-1.5）/8=43.42kpa

AMA=-0.307qAr2c=-0.307x43.42x（5.3x3.8）2=-5406.89kN.m

4

1.5.3后背土体的稳定计算：

35?

35?

222（45°Pa=rZtg主动土压力标准值=21x8xtg-（45°-）=45.53kN/m）22?

3535?

222kN/m°+）被动土压力标准值Pp=rZtg（45°+）=21x8xtg=619.95（4522?

352222°（沉井前方总主动土压力标准值Pa=0.5rHtgtg-（45°）=0.5x21x845x2?

352）=182.11kN/m-2?

352222°+（45°）=0.5x21x8（xtg沉井后方总被动土压力标准值Pp=0.5rH45tg2?

352+）=2479.80kN/m2=H/3=8/3=2.67m

hp）/2.5=0.932-h=（h-︳h︳）/h=（2.5-︳2.5-2.67︳§fffp（0.8Pp-Pa）

总推力F=1552.1≤§满足规范要求=0.932x（0.8x2479.8-182.11）=1679.21KN

所以经过以上计算可知：

符合要求。

圆管，顶进距离50m采用管径D=1.0m11.6工作井（沉井）下沉及结构计算

5.3x3.8m沉井，本井为工作井，地下水位按地面以下-2.0m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f＝25Kpa，地基承载力特征值取为350Kpa。

采用C25砼，钢k33,γ=10KN/m，HRB335。

卵石土天然容重取为21kN/m内，水容重筋为HPB235w摩擦角Φ=35°,井壁高6.5m,底板厚0.35m,壁厚0.40m。

1.6.2下沉计算：

下沉过程中水的浮托力标准值：

F=（5.3x0.4x2+3.8x0.4x2）x5.1x10=371.3kNfw,k井壁总摩阻力标准值：

11（H?

h?

2.5）f=（5.3x2+3.8x2）xx（6.5+1.3-2.5）XU25＝T122=1205.2kN

沉井自重标准值

G＝（5.3x0.4x2+3.8x0.4x2）x6.5x25=1183kN1k下沉系数：

K1＝（GF）/T＝（1183-371.3）/1205.2=0.67＜1.05

fw,k1k-5

（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

G＝1626.63＋5.3×3.8×0.35×25=1655.52kNK基底的水浮力标准值：

bFfw,k＝5.3×3.8×6.5×10＝1309.1kN

抗浮系数：

GK＝1655.52/1309.1＝1.27>1.05K＝满足要求。

fwbwkFfb.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=4.9m,h=1.3m

af=（0.1XL14）/（h4+0.05L14）=1.81＞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

1626.63=105.63

1626.63KN，平均每延米重量井体重量为?

R2（4.75?

2.95）0.45?

arctgα米，KN/m。

刃脚插入土中最大深度为0.45°=56.30.3n=0.3m,c=0.3m

Rn105.63X0.3V?

?

=35.21KN/m

2n?

2c0.3?

2X0.3取β=30°

水平推力H=Vtg（α-β）=35.21xtg（56.3°-30°）=17.4KN/m2向外悬臂弯矩M=17.4X2/3X0.45=5.22KN.m/m

b.沉至井深一半，井为全高时，沉井入土深度H=0.5X8=4m,此时摩阻力为：

11（H?

h?

2.5）f=（5.3x2+3.8x2）xUx（4+1.3-2.5）X15=382.2KN

T＝122Rn382.2X0.3?

V?

=127.4KN/m刃脚斜面垂直反力及水平推力：

2n?

2c0.3?

2X0.3H=Vtg（α-β）=127.4xtg（56.3°-30°）=93.59KN/m2向外悬臂弯矩：

M=93.59X2/3X0.45=28.08KN.m/m

6

c.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：

q=130KNq=182.11KN

ba向里悬臂弯矩：

22hq11.31301X22A=139.2KN.m

1.3130）X?

?

X（182.11?

）?

M?

（q?

qhABG2323

（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*1.27*139.2*0.552+1/2*1.27*（13*6.5-13*6.1）*0.552*2/3

=27.4KN.m

选择钢筋截面：

M=27.4KN.m，h0=510mm,b=1000mm,

αs=M/α1fcbh02=27400000/（1.0*11.9*1000*510*510）=0.00853

ζ=0.0085

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0.7L，不考虑刃脚下回填砂的承载力，如图a所示。

7

=6.5*0.4*25=65KN/mg井壁单宽自重标准值：

k=1.27*65=82.55KN/m井壁单宽自重标准值：

gs支座弯矩：

2-1/2*3.4*82.55*（5.3*0.15-0.25）M=-1/2*82.55*（5.3*0.15）支=-102.6KN.m

=1/8*82.55*（5.3*0.7）2-102.6=39.43KN.m

跨中弯矩：

中M、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

（2）所示。

b在三个点上，如图

支座弯矩：

=-1/8*82.55*2.652=-72.5KN.m

支M=0.07*82.55*2.652=40.6KN.m中跨中弯矩：

M配筋计算（3）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：

z1=0.6L10=0.6*5.3=3.18m因为，内力臂：

L10

M刃脚底部：

中=42.6mm2）中As=M/fyz1=40600/（300*3.18=102.6KN.m,

井墙顶部：

M支2/fyz1=102600/As=M支（=107.6mm300*3.18）8

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=0.27

2）:

（kN/m侧向土压力荷载组合

部位（标高）土压力标准水压力标准活载标准基本组准永久组值值值合合

地面（0.000）0.000.002.713.101.08

池壁顶端1.140.002.714.542.22

（-0.200）

地下水位处11.380.002.7117.5512.47

（-2.000）

底板顶面26.8347.502.7197.4975.41

（-6.750）

22=8.89kN/m,基本组合设计值=7.00kN/m池内底部水压力:

标准值底板荷载计算（池内无水，池外填土）:

水池结构自重标准值Gc=1431.72kN

基础底面以上土重标准值Gt=0.00kN

基础底面以上水重标准值Gs=0.00kN

基础底面以上活载标准值Gh=30.21kN

水池底板以上全部竖向压力基本组合:

Qb=（1431.72×1.20+0.00×1.27+0.00×1.27+30.21×1.27×0.90）/20.140

=87.02kN/m2

水池底板以上全部竖向压力准永久组合:

Qbe=（1431.72+0.00+0.00×1.00+1.50×20.140×0.40）/20.140

=71.69kN/m2

板底均布净反力基本组合:

Q=87.02-0.350×25.00×1.20

=76.52kN/m2

板底均布净反力准永久组合:

Qe=71.69-0.350×25.00

=62.94kN/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=[5.300×3.800×1.50×1.27+1431.72×1.20

2×10.001.27]/20.140=93.17kN/m×××+（4.5003.0000.700）板底均布净反力基本组合:

9

2×1.27）=73.78kN/m×1.20+0.700×10.00Q=93.17-（0.350×25.00水池底板以上全部竖向压力准永久组合:

Qbe=[5.300×3.800×1.50×0.40+1431.72

+（4.500×3.000×0.700）×10.00]/20.140=76.38kN/m2

板底均布净反力准永久组合:

Qe=76.38-（0.350×25.00+0.700×10.00）=60.63kN/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=4.900m,Ly=6.550m,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（kN.m/m）

部位池外土压池内水压温湿度作基本组合

力力用

内侧-水平跨中41.44--41.44

水平边缘-8.28-8.28

竖直跨中30.38--30.38

竖直上边-3.54-3.54

竖直下-8.53-8.53

外水平跨--3.63-34.67-38.30

水平边-94.21--34.67-128.88

竖直跨--2.71-34.67-37.38

竖直上-43.14--34.67-77.81

竖直下-95.29--34.67-129.96

准永久组合作用弯矩（kN.m/m）

部位池外土压池内水压温湿度作准永久组力力用合

内侧-水平跨中31.58--31.58

水平边缘-6.52-6.52

竖直跨中23.31--23.31

竖直上边-2.79-2.79

缘

10

6.716.71-竖直下边-

缘-33.19-2.86-30.33-水平跨中-外侧-102.24--30.33水平边缘-71.91

-32.47-2.13-30.33竖直跨中-

-62.46--30.33竖直上边-32.13

缘-103.53--30.33竖直下边-73.20

缘:

（4）B侧池壁内力四边固定计算跨度:

Lx=3.400m,Ly=6.550m,

按双向板计算:

普通池壁,池壁类型（kN.m/m）

基本组合作用弯矩表

基本组合池外土压池内水压温湿度作部位

用力力27.49-27.49-内侧-水平跨中5.06--5.06水平边缘

15.21-15.21-竖直跨中

1.19--1.19竖直上边缘4.55--4.55竖直下边缘-37.10-2.43-34.67-水平跨中-外侧-91.91--34.67水平边缘-57.24

-36.06-1.39-34.67竖直跨-

-50.06--34.67竖直上-15.39

-85.21-34.67竖直下-50.54-

（kN.m/m）

准永久组合作用弯矩

准永久温湿度池外土池内水部

21.02--21.02内水平跨

3.993.99-水平边-

11.79--竖直跨11.79

0.94-竖直上-0.94

缘3.58--3.58竖直下边缘-32.24-1.91-30.33-水平跨中-外侧-74.12-30.33-43.79-水平边缘-31.43-30.33-竖直跨中-1.10

-41.57

-30.33-11.24竖直上边-

11缘-69.25-30.33竖直下边-38.91-

缘:

底板内力（5）池壁传递弯矩:

Lx=4.900m,Ly=3.400m,四边简支+计算跨度.

按双向板计算

（kN.m/m）荷载组合作用弯矩表池内无水时,1.池外填土,基本组合作用弯矩表

弯矩叠加