沉井结构计算书详细.docx
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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
Ф—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；
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=；
（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=。
（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。
1.31200mm管顶力计算
1.3.1推力计算
管径D1=
管外周长S==顶入管总长度L=50m管壁厚t=
顶入管每米重量W={（）/4}X25=m
管涵与土之间摩擦系数f=
每米管子与土层之间的综合摩擦阻力f0=RS+Wf=+kN/m
初始推力F0=（Pe+Pw+△P）4）B2c=（150+x10+=
总推力F=F0+f0L=+=kN
1.3.2壁板后土抗力计算：
顶管总推力设计值Pt=kN
顶管力至刃脚底的距离：
hf=沉井尺寸rc=
qAmax=4Pt/（3sf）=
qA=/8=kpa
MA=2c=
1.3.3后背土体的稳定计算：
主动土压力标准值Pa=rZtg2（45°-
）=21x8xtg2（45°-
）=m2
被动土压力标准值Pp=rZtg2（45°+
）=21x8xtg2（45°+
）=kN/m2
沉井前方总主动土压力标准值Pa=（45°-
）=xtg2（45°-
）=kN/m2
沉井后方总被动土压力标准值Pp=（45°+
）=xtg2（45°+
）=m2
hp=H/3=8/3=2.67m
§=（hf-︳hf-hp︳）/hf=（︳︳）/=
总推力F=≤§）
=满足规范要求
所以经过以上计算可知：
采用管径D1=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
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fk＝30Kpa，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Φ=35°,井壁高8m,底板厚,壁厚。
1.4.2下沉计算：
井壁总摩阻力标准值：
T＝U
=x
x+沉井自重标准值
G1k＝x=
下沉系数：
K1＝（G1k-Ffw,k）/T＝（）/3915=＞
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=1.3m
af=/（h4+0.05L14）=＞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
井体重量为，平均每延米重量
=KN/m。
刃脚插入土中最大深度为米，α
=°
n=0.3m,c=0.3m
=m
取β=30°
水平推力H=V2tg（α-β）=°-30°）=m
向外悬臂弯矩M==沉至井深一半，井为全高时，沉井入土深度H==4m,此时摩阻力为：
T＝U
=+x
x（4+刃脚斜面垂直反力及水平推力：
=m
H=V2tg（α-β）=°-30°）=m
向外悬臂弯矩：
M==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=130KNqb=
向里悬臂弯矩：
=
（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***+1/2**（13****2/3
=选择钢筋截面：
M=，h0=510mm,b=1000mm,
αs=M/α1fcbh02=/**1000*510*510）=
ζ=
AS=192mm21.4.5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，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=**30=117KN/m
井壁单宽自重标准值：
gs=*117=m
支座弯矩：
M支=-1/2***2-1/2****跨中弯矩：
M中=1/8***=、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**=跨中弯矩：
M中=**=配筋计算
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：
因为L10z1=0.6L10=*=
刃脚底部：
M中=M中/fyz1=40600/（300*）=42.6mm2
井墙顶部：
M支=M支/fyz1=102600/（300*）=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。
1.4.6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=
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
池壁顶端
底板顶面
基础底面以上土重标准值Gt=
基础底面以上活载标准值Gh=
沉井底板以上全部竖向压力基本组合:
Qb=×+×+×+××/
=m2
板底均布净反力基本组合:
Q==kN/m2
板底均布净反力准永久组合:
Qe==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=[××+×
/=m2
板底均布净反力基本组合:
Q=××+××=m2
沉井底板以上全部竖向压力准永久组合:
Qbe=[××+
+××]/=m2
板底均布净反力准永久组合:
Qe=×+×=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=m,Ly=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
-
-
水平边缘
-
-
竖直跨中
-
-
竖直上边缘
-
-
竖直下边缘
-
-
外侧-水平跨中
-
水平边缘
-
竖直跨中
-
竖直上边缘
-
竖直下边缘
-
准永久组合作用弯矩表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
-
-
水平边缘
-
-
竖直跨中
-
-
竖直上边缘
-
-
竖直下边缘
-
-
外侧-水平跨中
-
水平边缘
-
竖直跨中
-
竖直上边缘
-
竖直下边缘
-
（4）B侧池壁内力:
计算跨度:
Lx=m,Ly=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
-
-
水平边缘
-
-
竖直跨中
-
-
竖直上边缘
-
-
竖直下边缘
-
-
外侧-水平跨中
-
水平边缘
-
竖直跨中
-
竖直上边缘
-
竖直下边缘
-
准永久组合作用弯矩表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
-
-
水平边缘
-
-
竖直跨中
-
-
竖直上边缘
-
-
竖直下边缘
-
-
外侧-水平跨中
-
水平边缘
-
竖直跨中
-
竖直上边缘
-
竖直下边缘
-
（5）底板内力:
计算跨度:
Lx=,Ly=,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
-
-
B向跨中
-
-
下侧-L向边缘
B向边缘
L向跨中
-
B向跨中
-
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
-
-
B向跨中
-
-
下侧-L向边缘
B向边缘
L向跨中
-
B向跨中
-
2.池内有水,池外无土时,荷载组合作用弯矩表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
B向跨中
L向边缘
B向边缘
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
B向跨中
L向边缘
B向边缘
（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《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:
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
800
D18@250
1018
水平边缘
800
D18@250
1018
竖直跨中
800
D18@250
1018
竖直上边缘
800
D18@250
1018
竖直下边缘
800
D18@250
1018
外侧-水平跨中
800
D18@250
1018
水平边缘
1248
D18@200
1272
竖直跨中
800
D18@250
1018
竖直上边缘
800
D18@250
1018
竖直下边缘
1259
D18@200
1272
B侧井壁配筋及裂缝表（弯矩:
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
800
D18@250
1018
水平边缘
800
D18@250
1018
竖直跨中
800
D18@250
1018
竖直上边缘
800
D18@250
1018
竖直下边缘
800
D18@250
1018
外侧-水平跨中
800
D18@250
1018
水平边缘
878
D18@250
1018
竖直跨中
800
D18@250
1018
竖直上边缘
800
D18@250
1018
竖直下边缘
812
D18@250
1018
注意:
存在裂缝验算不满足限值的情况!
工作井井壁钢筋实配18@200。
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=（m）；计算板宽=（m）；板厚=350（mm）
板容重=（kN/m3）；板自重荷载设计值=（kN/m2）
恒载分项系数=；活载分项系数=
荷载设计值（不包括自重荷载）:
均布荷载=（kN/m2）
砼强度等级:
C25,fc=N/mm2
支座纵筋级别:
HRB335,fy=N/mm2
板底纵筋级别:
HRB335,fy=N/mm2
混凝土保护层=40（mm）,配筋计算as=45（mm）,泊松比=
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:
m,配筋面积:
mm2/m,构造配筋率:
%
计算方法:
查表
①跨中:
[水平][竖向]
弯矩
面积700%）700%）
实配D14@200（770）D14@200（770）
②四边:
[上][下][左][右]
弯矩
面积700%）700%）700%）700%）
实配D14@200（770）D14@200（770）D14@200（770）D14@200（770）
工作井底板钢筋实配实配18@200。
1.5接收井（沉井）下沉及结构计算
本井为接收井（沉井），地下水位根据地堪按地面以下计（施工期间为汛期）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。
1.5.1基础资料：
单位摩阻力fk＝25Kpa，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γw=10KN/m3,井壁高8m,底、顶板厚,壁厚。
1.5.2下沉计算：
下沉过程中水的浮托力标准值：
Ffw,k=井壁总摩阻力标准值：
T＝U
=
+沉井自重标准值
G1k＝下沉系数：
K1＝（G1k-Ffw,k）/T＝（）/1117=＞
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
GK＝2184＋××30=2500kN
基底的水浮力标准值：
Ffbw,k＝××10＝2414kN
抗浮系数：
Kfw＝
＝2500/2414＝＜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：
=＞1
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=
qb=（45°-
）=xtg2（45°-
）=kN/m
向里悬臂弯矩：
=
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***+1/2**（13****2/3
=选择钢筋截面：
M=，h0=460mm,b=1000mm,
αs=M/α1fcbh02=/**1000*460*460）=
ζ=
AS=163mm21.5.6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。
（1）假定定位承垫木间距为，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=**25=m
井壁单宽自重标准值：
gs=*=m
支座弯矩：
M支=-1/2***2-1/2****跨中弯矩：
M中=1/8***=、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**=跨中弯矩：
M中=**=配筋计算
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：
因为L10z1=0.6L10=*=
刃脚底部：
M中=M中/fyz1=8500/（300*）=17.5mm2
井墙顶部：
M支=M支/fyz1=21500/（300*）=44.3mm2
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。
1.5.7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=
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
池壁顶端
地下水位处
底板顶面
池内底部水压力:
标准值=kN/m2,基本组合设计值=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=
基础底面以上土重标准值Gt=
基础底面以上水重标准值Gs=
基础底面以上活载标准值Gh=
水池底板以上全部竖向压力基本组合:
Qb=×+×+×+××/
=m2
水池底板以上全部竖向压力准永久组合:
Qbe=++×+××/
=m2
板底均布净反力基本组合:
Q==kN/m2
板底均布净反力准永久组合:
Qe==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=[×××+×
+××××]/=m2
板底均布净反力基本组合:
Q=××+××=m2
水池底板以上全部竖向压力准永久组合:
Qbe=[×××+
+×××]/=m2
板底均布净反力准永久组合:
Qe=×+×=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=m,Ly=m,四边固定
池壁类型:
深池壁
计算方法:
0Lx=,Ly=
H>2L部分按照水平向单向板计算
H=2L处池外土压力作用弯矩m）:
水平向跨中:
基本组合:
准永久组合:
水平向边缘:
基本组合:
准永久组合:
H=2L处池内水压力作用弯矩m）:
水平向跨中:
基本组合:
准永久组合:
水平向边缘:
基本组合:
准永久组合:
H=2L处水平向内力,与0基本组合作用弯矩表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
-
-
水平边缘
-
-
竖直跨中
-
-
竖直上边缘
-
-
竖直下边缘
-
-
外侧-水平跨中
-
水平边缘
-
竖直跨中
-
竖直上边缘
-
竖直下边缘
-
准永久组合作用弯矩表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
-
-
水平边缘
-
-
竖直跨中
-
-
竖直上边缘
-
-
竖直下边缘
-
-
外侧-水平跨中
-
水平边缘
-
竖直跨中
-
竖直上边缘
-
竖直下边缘
-
（4）B侧池壁内力:
计算跨度:
Lx=m,Ly=m,四边固定
池壁类型:
深池壁
计算方法:
0Lx=,Ly=
H>2L部分按照水平向单向板计算
H=2L处池外土压力作用弯矩m）:
水平向跨中:
基本组合:
准永久组合:
水平向边缘:
基本组合:
准永久组合:
H=2L处池内水压力作用弯矩m）:
水平向跨中:
基本组合:
准永久组合:
水平向边缘:
基本组合:
准永久组合:
H=2L处水平向内力,与0基本组合作用弯矩表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
-
-
水平边缘
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