顶管沉井结构计算书详细.docx

1、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7.9m,为了不影响XX路的交通，W24W26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

2、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GB 50010-2002；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（CECS 137：2002）。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

3、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L50m。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HPB235级钢筋强度设计值fy=fy=210N/ mm2HRB335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/ m34、本工程地下水埋深为2.02.5m。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

4、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=140028002400=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

5、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+20.4+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D1=1.0m 水位至管顶高度：2m管外周长 S=3.14d=3.14x1.4=4.396m顶入管总长度L=50m 管壁厚t=0.2m 水容重w=10KN/m3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

6、力 f0=RS+Wf=5x4.396+18.84x0.4=29.52 kN/m初始推力 F0=（Pe+Pw+P）(3.14/4)B2c=（150+2.0 x10+20）x3.14/4x1.42=76.1kN总推力 F= F0+ f0L=76.1+29.52x50=1552.1 kN1.5.2壁板后土抗力计算：顶管总推力设计值 Pt=1.3x1552.1=2017.73 kN顶管力至刃脚底的距离：hf=2.5m 沉井尺寸rc =5.3x3.8m qAmax=4 Pt/(3 rc hf) =4x2017.73/(3x5.3x3.8x2.5)=53.43kpa qA=53.43x(8-1.5)/8=

7、43.42 kpa MA=-0.307qAr2c=-0.307x43.42x(5.3x3.8)2=-5406.89 kN.m1.5.3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（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+）=2479.80

8、kN/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可知：采用管径D1=1.0m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 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fk25Kpa，地基承载力特征值取为350Kpa

9、。采用C25砼，钢筋为HPB235，HRB335。卵石土天然容重取为21kN/m3，水容重w=10KN/m3 ,内摩擦角=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：Ffw,k=(5.3x0.4x2+3.8x0.4x2)x5.1x10=371.3kN井壁总摩阻力标准值：TU=(5.3x2+3.8x2)xx(6.5+1.3-2.5)X25=1205.2kN沉井自重标准值G1k(5.3x0.4x2+3.8x0.4x2)x6.5x25=1183kN下沉系数：K1（G1k-Ffw,k）/ T（1183-371.3）/1205.2=0.671

10、.05(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GK1626.635.33.80.3525=1655.52kN基底的水浮力标准值：Ffbw,k5.33.86.5101309.1kN 抗浮系数：Kfw1655.52/1309.11.271.05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=4.9m,h=1.3maf =(0.1XL14)/(h4+0.05

11、 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=V2tg(-)=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

12、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=182.11KN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=

13、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。1.6.6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。井壁单宽自重标准值：gk=6.5*0.4*25=65KN/m井壁单宽自重标准值：gs=1.27*65=82.55KN/m支

14、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.

15、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，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 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(0.000)0.000.00

16、2.713.101.08池壁顶端(-0.200)1.140.002.714.542.22地下水位处(-2.000)11.380.002.7117.5512.47底板顶面(-6.750)26.8347.502.7197.4975.41 池内底部水压力: 标准值= 7.00 kN/m2, 基本组合设计值= 8.89 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= 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.

17、721.20+0.001.27+0.001.27+30.211.270.90)/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+0.001.00+1.5020.1400.40)/20.140 = 71.69kN/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 = 5.3003.8001.5

18、01.27+1431.721.20 +(4.5003.0000.700)10.001.27/20.140 = 93.17kN/m2 板底均布净反力基本组合: Q = 93.17-(0.35025.001.20+0.70010.001.27) = 73.78kN/m2 水池底板以上全部竖向压力准永久组合: Qbe = 5.3003.8001.500.40+1431.72 +(4.5003.0000.700)10.00/20.140 = 76.38kN/m2 板底均布净反力准永久组合: Qe = 76.38-(0.35025.00+0.70010.00) = 60.63kN/m2（2） 内力,配筋

19、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= 4.900 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41.44 - -41.44 水平边缘 -8.28 -8.28 竖直跨中30.38 -

20、-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 竖直下边缘-95.29 -34.67-129.96 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 -6.7

21、1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: 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 -1.1

22、9 -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 -34.67-85.21 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 -1.91-30.3

23、3-32.24 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 , 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

24、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

25、.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. 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: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8.28800D182

26、5010180.02 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-128.881248D1820012720.24 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

27、-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-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。1.6.8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= 4.500(m) ；计算板宽= 3.000(m) ；板厚= 350(mm) 板容