成都一汽内部污水管道改造工程沉井计算书Word格式文档下载.doc
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b、成龙路北侧有一汽220KV出线的电缆，施工时需要迁改，可能会临时中断该线路的电力供应，影响一汽正常生产；
同时还有一10KV架空线路和南车的电缆会受到影响，涉及用户多。
c、成龙路北侧有一条天然气输气管道和一条配气管道，施工会影响，一旦大面积停气，影响包括雅致、环球玻璃等企业及一汽本身。
d、成龙路北侧有一通信管道，施工中若出现中断会影响一汽通信。
e、需要拆除重植一汽成龙路北侧、世纪大道西侧绿化。
f、一汽现状污雨水部分接入南侧的排水管沟，施工期间厂区临时排水问题需要解决。
（2）北线方案：
沿世纪大道西侧→兴茂街（电子工业园支路）南侧→龙四环路→原管道
该方案需新建一条污水主管道，管径d1200，埋设深度5.7~7.2m，长度约1282m。
管道布置在人行道下，距路中线12m，工程造价约810万元。
北线方案有以下不利：
a、由于兴茂街道路红线为20m，车行道宽12,两侧人行道（现为绿化带）各宽4m。
新设污水管道埋深较深，需要将该路（904m）的部分路面和排水管拆除重建。
方案一拆3m宽水泥路面，不拆原雨水主管；
方案二拆6m宽水泥路面，拆除重建原雨水主管。
目前该道路有南光、国光、质检院等企业的排水流入。
b、该路南侧有一公共2X10KV电力架空线需拆除重架或加固电杆，一汽2X10KV专用电缆需迁改，施工时，可能会临时中断该电缆的电力供应。
c、需要拆除重建一汽东侧和北侧围墙（约1300m）。
d、需要拆除重植世纪大道东侧绿化。
2．方案比较
南线方案横穿和影响的管沟较多，且较复杂，涉及的部门和企业较多，尤其是对一汽本身的交通、正常生产、外观形象影响很大。
施工前的管线迁改、加固、拆除的内容多，施工准备时间长。
施工场地狭窄，现状排洪沟对施工的安全威胁大，施工中协调难度大，对施工安全要求也很高，且工期较长，造价较高。
现成龙路正计划实施扩宽改造，应与其一并考虑，因此实施难度更大。
北线方案横穿和影响的管沟较少，较单纯，涉及的部门和企业较少，主要是对一汽本身的，且影响也小得多。
施工前的管线迁改、加固、拆除的内容少。
施工场地较宽，现状排洪沟对施工的安全威胁基本无，施工中协调难度更小，且工期较短，造价更低。
与成龙路的扩宽改造无联系，便于实施。
本方案的主要不足是其过流能力较南线方案约小10%。
3．采用方案
采用造价低、工期短、影响小、易实施的北线方案。
五、工作顶进井设计与计算
1、设计参数
表1.工作顶进井设计参数表
设计地面高程
m
盖板覆土厚度
1.17
盖板长度
8.5
盖板宽度
4.3
盖板厚度
0.3
沉井外长
9.3
沉井外宽
5.1
沉井深
8
井壁厚
0.65
沉井内长
沉井内宽
3.8
井底净长
8.6
井底净宽
4.4
刃脚顶高程
-8.87
刃脚底高程
-9.47
刃脚上口宽
刃脚下口宽
0.35
刃脚高
0.6
底板长度
8.3
底板宽度
4.1
底板厚度
0.55
底节沉井高
4.5
第二节沉井高
3.5
地下水位高程
-5
地下水深
10
2、土质情况
表2.工作顶进井土层参数表
名称
厚度m
容重KN/m3
C（kPa）
Φ
硬塑粘土
15
19
20
30
3、材料情况
（1）混凝土：
检查井及沉井均为C30砼，垫层为C10砼，抗渗等级S6。
（砼水灰比不应大于0.5，最大氯离子含量0.2%，最大碱含量3kg/m3；
水泥应采用大厂生产32.5以上普通硅酸盐水泥，最小水泥用量275kg/m3。
）（C30砼参数：
fc=20.1MPa,ft=2.01MPa）
（2）钢材：
HPB235级钢（Φ）（fy=210MPa），HRB335级钢（Φ）（fy=300MPa）。
（3）焊条：
HRB335级钢之间焊接采用E50系列；
其余采用E43系列。
焊接接头详《钢筋焊接及验收规范》。
4、水压力及土压力计算
（1）土压力计算
粘土容重γs=19 KN/m3，水容重γw=10KN/m3
主动土压力系数Ka
深度-5米时,Pe5m
深度-9.47米时,Pe9.47m
（2）水压力计算
深度-5米时,没有地下水，Pe5m =0.0KPa
深度-9.47米时，Pe9.47m
5、下沉计算
（1）沉井自重
钢筋混凝土容重γ为25KN/m3，覆土容重γ为18KN/m3。
覆土重G1
顶盖重G2
底板重G3
井壁重G4
刃脚G5
沉井自重G=G1+G2+G3+G4+G5=4065.31KN
沉井所受浮力G'
考虑浮力时自重G'
'
（2）摩阻力
单位摩阻力fk=25 kPa
底节下沉Fk1
底节下沉系数
1.228 >
1.10满足要求。
井壁总摩阻力Fk2
若排水下沉，下沉系数 不满足要求
不排水下沉，下沉系数 不满足要求
仅靠自重不能顺利下沉，需在顶部压重。
6、沉井井壁计算
（1）沉井竖向计算
①抽垫木时沉井竖向计算
沉井采用四个支承点
a、假定沉井垫木间距为0.7l（其中l为沉井外长）,不考虑刃脚下回填砂土的沉载力。
井壁单宽自重标准值
井壁单宽自重设计值
支座弯矩M支
跨中弯矩M中
b、假定抽垫木时先抽并回填部位已经压实成为支点，此时沉井井壁支承在三支点上。
支座弯矩M支 =
跨中弯矩M中 =
c、配筋计算
l0/H≤2，按深梁计算，根据《混凝土结构设计规范》，计算如下：
l0<
H，内力臂Z1=0.6l0=5.58 m
刃脚底部M中为366.59 KN·
m
As=
井墙顶部M支为480.90 KN·
求得的钢筋面积较小，故按构配筋就能满足要求。
②井壁抗拉计算
本沉井地基为硬塑粘土，应进行抗拉计算。
当沉井下沉接近设计标高时（此时刃脚标高为-9.47米），沉井上部被四周土体嵌固，而刃脚下的土体已被掏空，沉井仅靠土体与井壁之间的摩擦力维持平衡。
假定井壁摩阻力呈倒三角形，其最危险截面在沉井入土深度一半处，最大拉力为Smax=G/4=1016.33KN
σ= <
ft=2.01Mpa
仅需按照构造配筋。
（2）沉井平面计算
沉井下沉至设计标高（刃脚标高为-9.47m），刃脚下的土已被掏空，井壁受最大水平外力的最不利情况下，将井壁作为水平框架验算其水平方向的挠曲。
验算刃脚根部以上，其高度等于该处井壁厚度0.65m的一段井壁,设刃脚根部截面为B，根部以上0.65m为截面A（如图1所示）。
图1、平面计算说明图
施工阶段的水压力折减系数取0.7 ，则
A截面的水压力Wa=
B截面的水压力Wb=
作用在井壁0.65m段的水压力W=
A截面的土压力ea=
B截面的土压力eb=
作用在井壁0.65m段的土压力E=
由刃脚传来的剪力Q'
由刃脚平面柜架计算可得，为 4.18KN/m
井壁上的荷载q=
经计算，沉井框架短边惯性矩I1=0.0149m4，沉井框架长边惯性矩I2=0.0149m4，沉井框架长边长度l=8.65m ，沉井框架短边长度b=4.45m。
沉井平面弯矩计算系数：
α
β
图2、平面计算弯矩分布示意图
转角弯矩MA
长边跨中弯矩ME
短边跨中弯矩MF
最大弯矩Mmax=259.54KN·
作用在长边上的轴向力NAB =
作用在短边上的轴向力NAD =
0.65m高井壁截面抵抗矩=0.0458m3， 井壁截面面积=0.4225m2 。
短边截面压应力σAD1
<
ft=20.1Mpa
短边截面拉应力σAD2
>
长边截面压应力σAB1
<
fc=20.1Mpa
长边截面拉应力σAB2
>
需配置受拉钢筋，经计算，采用双层配筋，内壁为φ18，间距0.1米;
外壁为φ25，间距0.2米。
7、沉井刃脚计算
（1）按悬臂梁计算刃脚竖直方向的挠曲强度
①（向外挠曲）在沉井下沉途中，刃脚内侧已切入土中1米，且第二节沉井已经接上，刃脚标高-4.5m。
刃脚土单位摩阻力τ=25KPa，刃脚土内摩擦角Φ=30。
，刃脚土容重γ=19KN/m3。
刃脚上口水平土压力e1=
刃脚下口水平土压力e2 =
刃脚总土压力Ea =
土压力作用点位置距刃脚底yE
刃脚摩阻力T1，取及中的最小值，即7.98KN 单位沉井自重q=
刃脚踏面竖向反力Rv=
竖向反力作用点距外壁的距离
土体反力垂直分力V2=
刃脚底面垂直反力V1=
刃脚水平力悬臂作用下分配系数α=
刃脚斜面与水平面夹角为63.43°
刃脚斜面上水平反力U
刃脚单位宽度的自重g=
刃脚重心d=
单位宽度轴向压力N =
水平剪力Q=
对截面重心轴弯矩M
根部截面抵抗矩=0.0704m3
根部截面面积=0.65m2
根部截面压应力σh1
根部截面拉应力σh2
<
压应力远小于fc,依受力条件不需设置钢筋，仅设置构造钢筋即可，至于水平剪力因较小，未考虑。
②（向内挠曲）沉井下沉至设计标高，刃脚下的土已被掏空，刃脚处于向内挠曲的不利情况，刃脚标高为-9.47m。
因刃脚下的土已经被掏空，所以作用在刃脚踏面和斜面上的反力均为零。
刃脚上口水平土压力e1 =
刃脚下口水平土压力e2 =
刃脚总土压力Ea =
土压力作用点位置距刃脚底yE
刃脚上口水平水压力w1=
刃脚下口水平水压力w2 =
刃脚总水压力W=
水压力作用点距刃脚底
刃脚摩阻力T1取及中的最小值，即15KN
单位宽度轴向压力N =15-7.5=7.5 KN
水平剪力Q=34.85+17.51= 52.36 KN
根部截面抵抗矩=0.0704m3 ，根部截面面积=0.65m2
<
fc=20.1Mpa
ft=2.01Mpa
压应力远小于fc,依受力条件不需设置钢筋，仅设置构造钢筋即可。
（2）按水平框架计算刃脚水平方向的挠曲强度
刃脚下沉至设计标高（刃脚标高-9.47m），刃脚土已经被掏空，此时刃脚将受到最大的水平剪力。
水平剪力q=52.36KN/m
L2=4.45，L1=Lx=8.65，n
刃脚水平力框架作用下分配系数β
刃脚水平均布基本荷载q=
M
N
Q
刃脚外壁抵抗矩=0.0338m3 ，刃脚内壁抵抗矩=0.0359m3
截面压应力σ1
<
截面拉应力σ2
只需按构造配筋。
8、底板计算
（1）荷载计算
沉井自重G'
=5064.19KN （含盖板及覆土）
沉井自重q1
沉井底板下均布反力q=106.77KPa
（2）内力计算
l1=8.3，l2=4.1 ，l2/l1>
2应按简支支承的矩形单向板承受均布荷载计算
中心最大弯矩值Mmax
底板截面抵抗矩=0.0504m3
需配置受拉钢筋，经计算，采用双层配筋，上层下层都为φ16，间距为0.15米。
（3）底板厚度计算
底板厚度h
设计厚度为0.55m，大于0.26m，满足要求。
（4）受剪计算
底板按简支支承的矩形单向板计算，其受剪最不利截面为支点截面，故验算支点截面。
沿底板长边分布荷载q
支点截面剪力V
支点截面设计剪力V
允许受剪承载力 >
2222.83KN
受剪满足要求。
9、盖板计算
盖板q1
覆土q2
荷载q
（2）计算内力
盖板由六块板预制拼成，均呈简支状态，即按简支支承的矩形单向板承受均布荷载计算。
中心最大弯矩值（每米宽）Mmax
井壁截面抵抗矩0.0150m3
截面应力σ1
截面应力σ2
需配置受拉钢筋，经计算，采用双层配筋，每层布置13φ20 。
（3）受剪计算
盖板六块板均呈简支状态，其中设有检查井口的板受剪为最不利情况，故验算此板的支点截面及检查井口中心线截面。
①支点截面
沿板长边分布荷载q
支点截面剪力标准值V
支点截面设计剪力V
允许受剪承载力 >
109.57KN
②检查井口中心线截面
沿板长边分布荷载q=40.13KN/m
检查井中心线截面剪力标准值V
检查井中心线截面设计剪力V
允许受剪承载力 >
78.99KN
10、抗浮稳定计算
沉井自重G=5064.19KN
沉井所受浮力B=1815.12KN
抗浮稳定系数Kf ≥1.10
11、沉井做为顶进井相关计算
（1）敞开式顶管切入顶力计算
土层端部阻力ps=3000KPa，顶管机外径Ds=1.46m，工具管壁厚ts =0.02m
切入阻力Ps
（2）管道顶力计算
管壁与土层间的摩擦系数f=0.2，管道所处土层的容重γ=19KN/m3，，管道外径D1=1.44m，管道顶部覆土层厚度H=6m，管道所处土层的综合内摩擦角Φ=35°
，管道单位长度重量ω=12.95KN/m，管道计算顶进长度L=50m，计算顶力P。
1.5倍总顶力（即所需后座土反力）R=
（3）管道许用顶力计算
①管道加压面积计算
公称内径DN=1200mm，管壁厚度h=120mm，外壁凹陷深度t2=24mm，内壁凹陷深度t4=5mm
毛面积Am
内空面积Ak
加压面积A
②管道许用顶力计算
管体抗压强度σc =40000KPa，安全系数S=3
管道许用顶力Fr >
4684KN
（3）后座土反力计算
系数α=2，后座墙的宽度B=3.8m，后座墙的高度H=3.8m，后座墙顶以上土体高度h=3m，被动土压系数KP =1.7，土的内聚力c=40KPa
后座土反力
R >
7027KN
六、工作接收井设计与计算
表3.工作接收井设计参数表
0.92
5.5
4.0
6
0.5
5
5.4
3.9
-8.62
-9.22
5.3
表4.工作接收井土层参数表
HPB235级钢（Φ）（fy=210MPa），HRB335级钢（Φ）（fy=MPa）。
（1）土压力计算
深度-9.22米时，Pe9.22m
深度-9.22米时，Pe9.22m
沉井自重G=G1+G2+G3+G4+G5=2272.03KN
底节下沉系数 >
1.10满足要求
b、假定抽垫木时先抽并回填部位已经压实成为支点，此时沉井井壁支承在三支点上，
H，内力臂Z1=0.6l0=3.6m
刃脚底部M中为81.53KN·
井墙顶部M支为189.84 KN·
本沉井地基为硬塑粘土，应进行抗拉计算
当沉井下沉接近设计标高时（此时刃脚标高为-9.22米），沉井上部被四周土体嵌固，而刃脚下的土体已被掏空，沉井仅靠土体与井壁之间的摩擦力维持平衡。
假定井壁摩阻力呈倒三角形，其最危险截面在沉井入土深度一半处，最大拉力为 Smax=G/4=568.01KN
沉井下沉至设计标高（刃脚标高为-9.22m），刃脚下的土已被掏空，井壁受最大水平外力的最不利情况下，将井壁作为水平框架验算其水平方向的挠曲。
验算刃脚根部以上，其高度等于该处井壁厚度0.5m的一段井壁,设刃脚根部截面为B，根部以上0.5m为截面A（如图3所示）：
图3、平面计算说明图
作用在井壁0.5m段的水压力W=
作用在井壁0.5m段的土压力E=
由刃脚平面柜架计算可得，为6.04KN/m
经计算，沉井框架短边惯性矩I1=0.0208m4，沉井框架长边惯性矩I2=0.0208mm4，沉井框架长边长度l=5.5m ，沉井框架短边长度b=4m。
沉井平面弯矩计
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