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沉井结构计算书详细.docx

1、沉井结构计算书详细深圳市城市轨道交通4号线工程主体工程4302标段二工区(沉井)结构计算书 计算: 校核: 审定: 中铁二局工程有限公司深圳市轨道交通4号线4302标二工区项目部2016年10月1目 录1.1顶管概况(1)钢筋HRB335级钢筋强度设计值fy=fy=300N/ mm2(2)圆管砼:采用C50,沉井采用C30。(3)所顶土层为黏土,r=17KN/ m3本计算除井壁、底板外未采用专业计算软件。1.2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;

2、 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。工作井的宽度尺寸为 B=8.7mm;(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。确定本工程工作井的底部长度尺寸为 L=8.7m。(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,

3、本工程接收井尺寸4.35m。1.31200mm管顶力计算1.3.1推力计算管径D1=1.2m 管外周长 S=3.14d=3.14x1.6=5.024m顶入管总长度L=50m 管壁厚t=0.2m 顶入管每米重量W=3.14X(1.42-1.02)/4X25=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 f0=RS+Wf=5x5.024+18.84x0.4=32.656 kN/m初始推力 F0=(Pe+Pw+P)(3.14/4)B2c=(150+2.0 x10+20x3.14/4x1.62=484.6kN总推力 F= F0+ f0L=484.6+32.656x

4、50=2117.4 kN1.3.2壁板后土抗力计算:顶管总推力设计值 Pt=1.5x2117.4=3176.1 kN顶管力至刃脚底的距离:hf=2.5m 沉井尺寸rc =8.7m qAmax=4 Pt/(3 sf) =4x3176.1/(3x59.416x2.5)=28.51kpa qA=28.51x(8-1.5)/8=23.16 kpa MA=-0.307qAr2c=-0.307x43.42x(59.416)2=-47058 kN.m1.3.3后背土体的稳定计算: 主动土压力标准值Pa=rZtg2(45-)= 21x8xtg2(45-)=45.53kN/m2被动土压力标准值Pp= rZtg2

5、(45+)= 21x8xtg2(45+)=619.95 kN/m2沉井前方总主动土压力标准值Pa=0.5rH2tg2(45-)= 0.5x21x82 x tg2(45-)=182.11 kN/m2沉井后方总被动土压力标准值Pp=0.5rH2tg2(45+)= 0.5x21x82 x tg2(45+)=2479.80kN/m2hp=H/3=8/3=2.67 m=( hf-hf- hp)/ hf=( 2.5-2.5- 2.67)/ 2.5= 0.932总推力F=1552.1 (0.8Pp-Pa )=0.932x(0.8x2479.8-182.11)=1679.21KN 满足规范要求所以经过以上计算

6、可知:采用管径D1=1.0m圆管,顶进距离50m符合要求。1.4工作井(沉井)下沉及结构计算 8.7沉井,本井为工作井,由于地质条件好,在沉井范围内均为粘土层,沉井考虑先开挖后下沉。1.4.1 基础资料:单位摩阻力fk30Kpa,地基承载力特征值取为350Kpa。采用C30砼,钢筋为HRB335。粘土天然容重取为17kN/m3,内摩擦角=35,井壁高8m,底板厚0.6m,壁厚0.6m。 1.4.2下沉计算:井壁总摩阻力标准值:TU=(8.7x2x2)xx(8.7+1.3-2.5)X30=3915kN沉井自重标准值G1k(8.7x0.6x2)x2 x 8.7x30=5449.68kN下沉系数:K

7、1(G1k-Ffw,k)/ T(5449.68-371.3)/3915=1.2971.05满足要求1.4.3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。1.4.4刃脚计算: 水平框架作用的判别,L1=4.9m,h=1.3maf =(0.1XL14)/(h4+0.05 L14)=1.811af1,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1626.63KN,平均每延米重量=105.63 KN/m。刃脚插入土中最大深度为0.45米,=56.3n=0.3m,c=0.3m=35.21KN/m取=30水平推力H=V2t

8、g(-)=35.21xtg(56.3-30)= 17.4KN/m向外悬臂弯矩M=17.4X2/3X0.45=5.22KN.m/mb.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:TU=(5.3x2+3.8x2)xx(4+1.3-2.5)X15=382.2KN刃脚斜面垂直反力及水平推力:=127.4KN/m H=V2tg(-)=127.4xtg(56.3-30)= 93.59KN/m向外悬臂弯矩:M=93.59X2/3X0.45=28.08KN.m/mc.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=130KN qb=182.

9、11KN向里悬臂弯矩:=139.2 KN.m(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,s=M/1fcbh02=27400000/(1.0*11.9*1000*510*510)=0.00853=0.0085AS=192mm2AS,min=0.2%*550*1000=1100mm2,按构造配筋,AS=1100mm2,选用814。1.4.5沉井竖向计算:1)、抽垫木时井壁竖向计算

10、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。井壁单宽自重标准值:gk=6.5*0.6*30=117KN/m井壁单宽自重标准值:gs=1.27*117=148.59KN/m支座弯矩:M支=-1/2*82.55*(5.3*0.15)2-1/2*3.4*82.55*(5.3*0.15-0.25)=-102.6KN.m跨中弯矩:M中=1/8*82.55*(5.3*0.7)2-102.6=39.43KN.m(2)、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

11、承在三个点上,如图b所示。支座弯矩:M支=-1/8*82.55*2.652=-72.5KN.m跨中弯矩:M中=0.07*82.55*2.652=40.6KN.m(3)配筋计算L10/H2,按深梁进行设计,根据混凝土结构设计规范,计算如下:因为L10H,内力臂:z1=0.6 L10=0.6*5.3=3.18m刃脚底部:M中=40.6KN.m,As= M中/fyz1=40600/(300*3.18)=42.6mm2井墙顶部:M支=102.6KN.m,As= M支/fyz1=102600/(300*3.18)=107.6mm2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,

12、由于本工程地基为卵石土层地基,不必进行竖向拉断计算。1.4.6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 侧向土压力荷载组合(kN/m2):部位(标高)土压力标准值活载标准值基本组合准永久组合地面(0.000)0.002.713.101.08池壁顶端(-0.200)1.142.714.542.22底板顶面(-6.750)26.832.7197.4975.41 基础底面以上土重标准值Gt= 0.00kN 基础底面以上活载标准值Gh= 30.21kN 沉井底板以上全部竖向压力基本组合: Qb = (1431.721.20+0.001.

13、27+0.001.27+30.211.270.90)/20.140 = 87.02kN/m2 板底均布净反力基本组合: Q = 87.02-0.35025.001.20 = 76.52 kN/m2 板底均布净反力准永久组合: Qe = 71.69-0.35025.00 = 62.94 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 = 59.4161.601.27+5449.161.40 /20.140 = 127.6kN/m2 板底均布净反力基本组合: Q = 93.17-(0.35030.001.40+0.70010.001.27) = 91.6k

14、N/m2 沉井底板以上全部竖向压力准永久组合: Qbe = 59.4161.500.7+1431.72 +(59.4160.700)10.00/20.140 = 94.1N/m2 板底均布净反力准永久组合: Qe = 62.94-(0.35025.00+0.70010.00) = 49.1/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)

15、(3)L侧池壁内力: 计算跨度: Lx= 4.900 m, Ly= 6.550 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(kN.m/m) 部位井外土压力井内水压力温湿度作用基本组合内侧-水平跨中41.44 - -41.44 水平边缘 -8.28 -8.28 竖直跨中30.38 - -30.38 竖直上边缘 -3.54 -3.54 竖直下边缘 -8.53 -8.53外侧-水平跨中 -3.63-34.67-38.30 水平边缘-94.21 -34.67-128.88 竖直跨中 -2.71-34.67-37.38 竖直上边缘-43.14 -34.67-77.81 竖直

16、下边缘-95.29 -34.67-129.96 准永久组合作用弯矩表(kN.m/m) 部位井外土压力井内水压力温湿度作用准永久组合内侧-水平跨中31.58 - -31.58 水平边缘 -6.52 -6.52 竖直跨中23.31 - -23.31 竖直上边缘 -2.79 -2.79 竖直下边缘 -6.71 -6.71外侧-水平跨中 -2.86-30.33-33.19 水平边缘-71.91 -30.33-102.24 竖直跨中 -2.13-30.33-32.47 竖直上边缘-32.13 -30.33-62.46 竖直下边缘-73.20 -30.33-103.53 (4)B侧池壁内力: 计算跨度:

17、Lx= 3.400 m, Ly= 6.550 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(kN.m/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27.49 - -27.49 水平边缘 -5.06 -5.06 竖直跨中15.21 - -15.21 竖直上边缘 -1.19 -1.19 竖直下边缘 -4.55 -4.55外侧-水平跨中 -2.43-34.67-37.10 水平边缘-57.24 -34.67-91.91 竖直跨中 -1.39-34.67-36.06 竖直上边缘-15.39 -34.67-50.06 竖直下边缘-50.54 -34.67-8

18、5.21 准永久组合作用弯矩表(kN.m/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21.02 - -21.02 水平边缘 -3.99 -3.99 竖直跨中11.79 - -11.79 竖直上边缘 -0.94 -0.94 竖直下边缘 -3.58 -3.58外侧-水平跨中 -1.91-30.33-32.24 水平边缘-43.79 -30.33-74.12 竖直跨中 -1.10-30.33-31.43 竖直上边缘-11.24 -30.33-41.57 竖直下边缘-38.91 -30.33-69.25 (5)底板内力: 计算跨度:Lx= 4.900m, Ly= 3.400m ,

19、 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(kN.m/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38.33 - - B向跨中66.32 - -下侧-L向边缘0.00-85.21-85.21 B向边缘0.00-129.96-129.96 L向跨中 -45.16-6.83 B向跨中 -70.30-3.98 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31.52 - - B向跨中54.55 - -下侧-L向边缘0.00-69.25-69.25 B向边缘0.00-103.53-103.53 L向跨

20、中 -36.01-4.48 B向跨中 -56.31-1.76 2.池内有水,池外无土时,荷载组合作用弯矩表(kN.m/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36.952.9439.89 B向跨中63.944.3868.32 L向边缘0.004.554.55 B向边缘0.008.538.53 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30.372.3132.68 B向跨中52.553.4555.99 L向边缘0.003.583.58 B向边缘0.006.716.71 (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

21、. 裂缝计算根据接收井结构规程附录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:kN.m/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41.44800D1825010180.11 水平边缘8.28800D1825010180.02 竖直跨中30.38800D1825010180.08 竖直上边缘3.54800D1825010180.01 竖直下边缘8.53800D1825010180.02外侧-水平跨中-38.30800D1825010180.12 水平边缘-128.881248D1820

22、012720.24 竖直跨中-37.38800D1825010180.11 竖直上边缘-77.81800D1825010180.22 竖直下边缘-129.961259D1820012720.24B侧井壁配筋及裂缝表(弯矩:kN.m/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27.49800D1825010180.07 水平边缘5.06800D1825010180.01 竖直跨中15.21800D1825010180.04 竖直上边缘1.19800D1825010180.00 竖直下边缘4.55800D1825010180.01外侧-水平跨中-

23、37.10800D1825010180.11 水平边缘-91.91878D1825010180.26 竖直跨中-36.06800D1825010180.11 竖直上边缘-50.06800D1825010180.15 竖直下边缘-85.21812D1825010180.24 注意:存在裂缝验算不满足限值0.20mm的情况!工作井井壁钢筋实配18200。1.4.7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= 4.500(m) ;计算板宽= 3.000(m) ;板厚= 350(mm) 板容重= 25.00(kN/m3) ;板自重荷载设计值= 10.50

24、(kN/m2) 恒载分项系数= 1.20 ; 活载分项系数= 1.40 荷载设计值(不包括自重荷载): 均布荷载= 7.40(kN/m2) 砼强度等级: C25, fc=11.90 N/mm2 支座纵筋级别: HRB335, fy=300.00 N/mm2 板底纵筋级别: HRB335, fy=300.00 N/mm2 混凝土保护层= 40(mm), 配筋计算as= 45(mm), 泊松比= 0.20 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:kN.m/m, 配筋面积:mm2/m, 构造配筋率:0.20% 计

25、算方法: 查表 跨中: 水平 竖向 弯矩 6.9 12.6 面积 700(0.20%) 700(0.20%) 实配 D14200(770) D14200(770) 四边: 上 下 左 右 弯矩 0.0 0.0 0.0 0.0 面积 700(0.20%) 700(0.20%) 700(0.20%) 700(0.20%) 实配 D14200(770) D14200(770) D14200(770) D14200(770)工作井底板钢筋实配实配18200。1.5接收井(沉井)下沉及结构计算本井为6.2m接收井(沉井),地下水位根据地堪按地面以下-2.0m计(施工期间为汛期)由于地质条件好,在沉井范围

26、内均为卵石土层,沉井考虑先开挖后下沉。1.5.1 基础资料:单位摩阻力fk25Kpa,地基承载力特征值取为350Kpa。采用C30砼,钢筋为HRB335。粘土天然容重取为17kN/m3,水容重w=10KN/m3 ,井壁高8m,底、顶板厚0.6m,壁厚0.6m。 1.5.2 下沉计算:下沉过程中水的浮托力标准值:Ffw,k=6.2x0.6x4x8x10=1190.4kN井壁总摩阻力标准值:TU=2.7x4xx(8.0+1.4-2.5)X30=1117.8kN沉井自重标准值G1k6.5x0.35x4x8.0x30=2184kN下沉系数:K1(G1k-Ffw,k)/ T(2184-226.8)/11

27、17=1.751.05满足要求1.5.3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。1.5.4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GK218430.170.3530=2500kN基底的水浮力标准值:Ffbw,k30.178.0102414kN 抗浮系数:Kfw2500/24141.041.05不满足要求,需压重物。b.使用阶段由于使用阶段井顶板有覆土,可满足要求。1.5.5 刃脚计算: 水平框架作用的判别,L1=2.35m,h=1.3m水平分力分配系数:=0.6961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=2.7x4.0x10=108KN/m qb=0.5rH2tg2(45-)= 0

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