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    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 1.5    1000mm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 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》（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 Ф—HPB235级钢筋强度设计值fy=fy′=210N/ mm2 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C25。 （3） 所顶土层为砂砾石，r=21KN/ m3 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    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。 1.5 1000mm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γw=10KN/m3 顶入管每米重量W={3.14X（1.42-1.02）/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 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 kN 1.5.2 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=43.42 kpa MA=-0.307qAr2c=-0.307x43.42x(5.3x3.8)2=-5406.89 kN.m 1.5.3 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°+ ）=2479.80kN/m2 hp=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fk＝25Kpa，地基承载力特征值取为350Kpa。采用C25砼，钢筋为HPB235，HRB335。卵石土天然容重取为21kN/m3，水容重γw=10KN/m3 ,内摩擦角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： Ffw,k=(5.3x0.4x2+3.8x0.4x2)x5.1x10=371.3kN 井壁总摩阻力标准值： T＝U =(5.3x2+3.8x2)x x(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=0.67＜1.05 (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 GK＝1626.63＋5.3×3.8×0.35×25=1655.52kN 基底的水浮力标准值： Ffbw,k＝5.3×3.8×6.5×10＝1309.1kN 抗浮系数： Kfw＝ ＝1655.52/1309.1＝1.27>1.05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=1.3m af =(0.1XL14)/(h4+0.05 L14)=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  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，α =56.3° n=0.3m,c=0.3m =35.21KN/m 取β=30° 水平推力H=V2tg(α-β)=35.21xtg(56.3°-30°)= 17.4KN/m 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： T＝U =(5.3x2+3.8x2)x x(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(α-β)=127.4xtg(56.3°-30°)= 93.59KN/m 向外悬臂弯矩：M=93.59X2/3X0.45=28.08KN.m/m 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： 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=1000mm, αs=M/α1fcbh02=27400000/(1.0*11.9*1000*510*510)=0.00853 ζ=0.0085 AS=192mm2方法

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