沉井结构计算书(详细)

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1、中国I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 目 录 21.1 顶管概况 31.2 顶管工作井、接收井尺寸 31.3 1200mm管顶力计算31.3.1 推力计算 31.3.2 壁板后土抗力计算： 41.3.3 后背土体的稳定计算： 41.4 工作井（沉井）下沉及结构计算 41.4.1基础资料： 41.4.2 下沉计算： 51.4.3 下沉稳定计算： 51.4.4 刃脚计算： 51.4.5 沉井竖向计算： 61.4.6 井壁内力计算：（理

2、正结构工具箱计算） 71.4.7 底板内力计算：（理正结构工具箱计算） 121.5 接收井（沉井）下沉及结构计算 131.5.1 基础资料： 131.5.2 下沉计算： 141.5.3 下沉稳定计算： 141.5.4 抗浮稳定计算（沉井下沉到设计标高浇注底板后）： 141.5.5 刃脚计算： 141.5.6 沉井竖向计算 151.5.7 井壁内力计算：（理正结构工具箱计算） 161.1 顶管概况(1) 钢筋OHRB335级钢筋强度设计值fy二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

3、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=8.7mm；(2) 工作井底的长度计算公式 ：L二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

4、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，本工程接收井尺寸4.35m。1.3 1200mm 管顶力计算1.3.1 推力计算管径 D=1.2m1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二3.14X (1.42-1.02)/4X25=18.84KN/m管涵与土之间摩擦系数f二0.40每米管子与土层之间的综合摩擦阻力 f=RS+Wf=5x5.024+18.84x0.4=32.

5、6560kN/m初始推力 F0=(Pe+Pw+AP) (3.14/4)B2c=(150+2.0 x10+20x3.14/4x1.62=484.6kN 总推力 F= F+ f L=484.6+32.656x50=2117.4 kN001.3.2 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：h=2.5m 沉井尺寸r =8.7mfcq =4 Pt/（3 s） =4x3176.1/（3x59.416x2.5）=28.51kpaAmaxfq=28.51x（8-1.5）/8=23.16 kpaA MA=-0.307qAr2c=-0.307x43.

6、42x（59.416）2=-47058 kN.m1.3.3 后背土体的稳定计算：35。35。主动土压力标准值 Pa=rZtg2 （45 -士- ） =21x8xtg2 （45 -兰-）=45.53kN/m2 2235。35。被动土压力标准值 Pp= rZtg2（45 + 兰-）=21x8xtg2（45 + 二）=619.95 kN/rw 2235。沉井前方总主动土压力标准值 Pa=0.5rH2tg2（45 -二）=0.5x21x82 x tg2（45235。一 ）=182.11 kN/m2235。沉井后方总被动土压力标准值 Pp=0.5rH2tg2（45 +）= 0.5x21x82 xtg2（

7、45235。+）=2479.80kN/m22h =H/3=8/3=2. 67 m = （ h-| h- h | ）/ h = （ 2.5-1 2.5- 2.67| ）/ 2.5= 0.932ff pf总推力 F=1552.1 W （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D=1.0m圆管，顶进距离50m符合要求。11.4 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f =30Kpa，地基承

8、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：11T = U (H + h - 2.5) f = (8.7x2x2)x x(8.7+1.32.5)X302 1 2=3915kN沉井自重标准值G = (8.7x0.6x2)x2 x 8.7x30=5449.68kN下沉系数：K1=(G F ) / T=(5449.68-371.3) /3915=1.2971.05 1k- fw,k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

9、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,L 1=4.9m,h=1.3maf =(0.1XL14)/(h4+0.05 L14)=1.81 1af1 ，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1626.632(4.75 + 2.95)=105.63KN/m。刃脚插入土中最大深度为0.45米,=arctg0.4503=56.3n=0.3m,c=0.3mRnn + 2c105.63 X 0.30.3 + 2 X 0.3=35.21KN/m取 0=30水平推力 H二Vtg(a-0)=3

10、5.21xtg(56.3 -30 )= 17.4KN/m 2向外悬臂弯矩 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:11 T = U (H + h - 2.5)f = (5.3x2+3.8x2)x x(4+1.3-2.5)X15=382.2KN2 1 2刃脚斜面垂直反力及水平推力：V二竺二382.2X0.3 =127.4KN/m2 n + 2c 0.3 + 2 X 0.3H=V tg( a - 0 )=127.4xtg(56.3 -30 )= 93.59KN/m2向外悬臂弯矩： 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

11、曲的计算：q=130KNq=182.11KNab向里悬臂弯矩：M = qAh2 + -(q - q )h2 = 130X 132 +1X(182.11-130)X 1.32 =139.2 KN.m G 23 B A23(2) 刃脚配筋计算 计算时，刃脚自重及井壁摩阻力略去不计。选择钢筋截面：M=27.4KN.m, h0=510mm,b=1000mm,a s=M/ a 1fcbh02=27400000/(1.0*11.9*1000*510*510)=0.00853Z =0.0085AS=192mm2AS,mi n=0.2%*550*1000=1100mm2,按构造配筋，AS=1100mm2,选用

12、8 0 14。1.4.5 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： g =6. 5*0. 6*30=1 1 7KN/m井壁单宽自重标准值： g=1.27*117=148.59KN/ms支座弯矩：M =-1/2*82.55*(5.3*0.15)2-1/2*3.4*82.55*(5.3*0.15-0.25)支跨中弯矩：M中=1/8*82.55*(5.3*0. 7)(2) 、假定抽垫木时，先抽并回填

13、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 支跨中弯矩：M中(3) 配筋计算L10/HW2,按深梁进行设计，根据混凝土结构设计规范，计算如下：因为L101.051k- fw,k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G =2184+30.17X0.35X30=2500kN基底的水浮力标准值：Ffbw,k = 30.17X8.0X10 = 2414kN抗浮系数：K =-G =2500/2414= 1.04V 1.05不满足要

14、求，需压重物。fw Ff bwkb. 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丄仁2.35m,h=1.3m0.1xL44水平分力分配系数：a =i =0.6961/ h 4 + 0.05L41.34 + 41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：q=2.7x4.0x10=108KN/ma35。35。q=0.5rH2tg2 (45 一一 ) = 0.5x21x72 x tg2 (45 一)=139.0 kN/m b 2 2向里悬臂弯矩：M =+ 1(q - q )h2 = I08

15、X 1伙 +1X (139-108)X 1.32 =108.7 KN.mG 23 B A23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*108.7*0.52+1/2*1.27* (13*6.0-13*5.65) *0.52*2/3选择钢筋截面：M=17.8KN.m, h0=460mm,b=1000mm,a s=M/ a 1fcbh02=17800000/(1.0*11.9*1000*460*460)=0.00707Z =0.00707AS=163mm2AS,mi n=0.2%*500*1000=1000mm2,按构造配筋，AS=1100mm2,选用8 0 14。

16、1.5.6 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： g =6. 0*0. 35*25=52. 5KN/m井壁单宽自重标准值： g=1.27*52.5=66.7kN/ms支座弯矩：M支=-1/2*66.7*(2.7*0.15)2-1/2*2.35*66.7*(2.7*0.15-0.2)跨中弯矩：M中(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支跨中弯矩：

17、M中 (3) 配筋计算L10/HW2,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*2.7=1.62m刃脚底部：M中=8.5KN.m,As二 M中/fyz 1=8500/ (300*1.62) =17.5mm2井墙顶部：M支=21.5KN.m,As= M支/fyz 1=21500/(300*1.62)=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=

18、 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)0.000.002.713.101.08池壁顶端(-0.175)1.000.002.714.362.08地下水位处(-2.000)11.380.002.7117.5512.47底板顶面(-7.650)29.7556.502.71112.6487.34池内底部水压力:标准值二1.00 kN/m2, 基1本组合设计值二1.27 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= 728.00kN基础底面以上土重标准值Gt二O.OOkN基础底面

19、以上水重标准值Gs= O.OOkN基础底面以上活载标准值Gh= 10.94kN 水池底板以上全部竖向压力基本组合:Qb = (728.00X1.20+0.00X1.27+0.00X1.27+10.94X1.27X O.9O)/7.29O= 121.55kN/m2 水池底板以上全部竖向压力准永久组合:Qbe = (728.OO+O.OO+O.OOX1.OO+1.5OX7.29OXO.4O)/7.29O = 1OO.46kN/m2板底均布净反力基本组合:Q = 121.55-O.35OX 25.OOX 1.2O= 111.O5 kN/m2 板底均布净反力准永久组合:Qe = 1OO.46-O.35

20、OX 25.OO = 91.71 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 = 2.7OOX 2.7OOX 1.5OX 1.27+728.OOX 1.2O+(2.OOOX 2.OOOX O.1OO)X 1O.OOX 1.27/7.29O = 122.44kN/m2 板底均布净反力基本组合:Q = 122.44-(O.35OX 25.OOX 1.2O+O.1OOX 1O.OOX 1.27) = 11O.67kN/m2 水池底板以上全部竖向压力准永久组合:Qbe = 2.7OOX 2.7OOX 1.5OX O.4O+728.OO+(2.OOOX 2.O

21、OOX O.1OO)X 1O.OO/7.29O = 1O1.O1kN/m2 板底均布净反力准永久组合:Qe = 1O1.O1-(O.35OX 25.OO+O.1OOX 1O.OO) = 91.26kN/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= 2.35O m, Ly= 7.475 m ,

22、 四边固定 池壁类型： 深池壁计算方法： OH2L 部分按照水平向单向板计算H=2L处池外土压力作用弯矩(kN.m/m):水平向跨中: 基本组合:7.72, 准永久组合:5.77水平向边缘: 基本组合:-15.44, 准永久组合:-11.53H=2L处池内水压力作用弯矩(kN.m/m):水平向跨中: 基本组合:0.00, 准永久组合:0.00水平向边缘: 基本组合:0.00, 准永久组合:0.00H=2L处水平向内力,与0H2L部分按双向板计算的水平向内力,取大值.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16.1816.18水平边缘0.2

23、90.29竖直跨中0.980.98竖直上边缘0.000.00竖直下边缘0.340.34外侧-水平跨中0.1421.2421.38水平边缘-33.4721.2454.71竖直跨中0.010.000.01竖直上边缘0.00-26.5426.54竖直下边缘31.18-26.5457.72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12.4512.45水平边缘0.230.23竖直跨中0.760.76竖直上边缘0.000.00竖直下边缘0.260.26外侧-水平跨中0.1118.5818.69水平边缘25.7318.5844.31竖直跨中0.01

24、0.000.01竖直上边缘0.0023.2223.22竖直下边缘24.1323.2247.36B侧池壁内力:计算跨度: Lx= 2.350 m, Ly= 7.475 m , 四边固定池壁类型: 深池壁计算方法: 0H2L 部分按照水平向单向板计算H=2L处池外土压力作用弯矩(kN.m/m):水平向跨中： 基本组合：7.72, 准永久组合：5.77水平向边缘: 基本组合:-15.44, 准永久组合:-11.53H=2L处池内水压力作用弯矩(kN.m/m):水平向跨中: 基本组合:0.00, 准永久组合:0.00水平向边缘: 基本组合:0.00, 准永久组合:0.00H=2L处水平向内力,与0H2

25、L部分按双向板计算的水平向内力,取大值.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16.1816.18水平边缘0.290.29竖直跨中0.980.98竖直上边缘0.000.00竖直下边缘0.340.34外侧-水平跨中0.1421.2421.38水平边缘33.4721.2454.71竖直跨中0.010.000.01竖直上边缘0.0026.5426.54竖直下边缘31.1826.5457.72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12.4512.45水平边缘0.230.23竖直跨中

26、0.760.76竖直上边缘0.000.00竖直下边缘0.260.26外侧-水平跨中0.1118.5818.69水平边缘25.7318.5844.31竖直跨中0.010.000.01竖直上边缘0.0023.2223.22竖直下边缘24.1323.2247.36(5) 底板内力 :计算跨度：Lx二2.350m, Ly= 2.350m ,四边简支+池壁传递弯矩 按双向板计算.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27.08-B向跨 中27.08下侧-L向边 缘0.00-57.72-57.72B向边 缘0.0

27、0-57.72-57.72L向跨 中-27.65-0.57B向跨 中-27.65-0.57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22.37-B向跨 中22.37-下侧-L向边 缘0.00-47.36-47.36B向边 缘0.00-47.36-47.36L向跨 中-22.68-0.32B向跨 中-22.68-0.32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26.990.1627.15B向跨 中26.990.1627.15L向边 缘0.000.340.34B向边0.00

28、0.340.34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22.260.1322.38B向跨 中22.260.1322.38L向边 缘0.000.260.26B向边 缘0.000.260.26（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16.18700D142007700.06水平边缘0.29700D14200

29、7700.00竖直跨中0.98700D142007700.00竖直上边缘0.00700D142007700.00竖直下边缘0.34700D142007700.00外侧-水平跨 中-21.38700D142007700.09水平边缘-54.71700D142007700.22竖直跨中-0.01700D142007700.00竖直上边缘-26.54700D142007700.12竖直下边缘-57.72700D142007700.24B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-水平跨 中16.18700D142007700.06缘水平边0.29700D142007700.00中竖直跨0.98700D142007700.00边缘竖直上0.00700D142007700.00边缘竖直下0.34700D142007700.00外侧-水平跨中-21.38700D142007700.09缘水平边-54.71700D142007700.22中竖直跨-0.01700D142007700.00边缘竖直上-26.54700D142007700.12边缘竖直下-57.72700D142007700.24注意：存在裂缝验算不满足限值0.20mm的情况! 接收井井壁钢筋实配 22200。