工作井结构设计计算书(DOC 15页).docx

1、1. 设计条件1.1工程概况本计算书为中山市沙溪镇东南片区排水主干管工程顶管工作井、接收井结构设计，工作井、接收井施工方法采用逆作法，即先进行四周外侧及井底的水泥 搅拌桩施工，桩身达到设计强度后，再开挖基坑施工护壁成井。基坑每开挖1m深度土，现浇一节1m圆形护壁。本设计以最大深度工作井和最大深度接收井为控制设计。已知：设计地面标高：5.80m,井壁底标高：工作井为-1.19m，接收井为-1.69m。拟定工作井尺寸： t = 0.55 m， R = 3.5 m， D = 8.1 m， H =5.39 m拟定接收井尺寸： t 二 0.35 m， R = 2.0 m， D = 4.7 m， H =

2、5.99 m1.2井身材料混凝土 ：米用 C30, fc =14.3 N /mm2， ft =1.43 N /mm2。钢筋：钢筋直径d 10mm寸, 采用热轧钢筋HBR335 fy =300 N / mm2。1.3地质资料地质资料如下表1所示，地下水位高度为3.2m，即井外水位高度为3.2m, 井底以下4米采用搅拌桩处理，则井底下地下水位高度为：工作井 -5.2m、接收 井-5.69m。表1土的物理力学指标岩土名称标高(m)天然容重(KN / mm3 )粘聚力c(kPa)内摩擦角 申()承载力征值 qp (kPa)素填土5.81.718.5515120粉质黏土1.7 -0.5418.319.3

3、111.36150砂质黏性土-0.54-4.716.715.1320.84180地面高程5.80-./-wwg匸piOgilulOS4.80 w 宇3.80y q/ # h2.80 , _L80y 乡0.80 ._0,207 Y工作井井壁底-1.20-接收井井壁底-1.69亠ztz2RZ 7宀D；r /图1-1工作井、接收井示意图222. 井壁水平框架的内力计算及结构配筋计算将井壁简化成平面圆形闭合刚架计算，计算截面取井壁底部1米一段进行环 向计算，不考虑四周搅拌桩支护的作用。2.1工作井井壁内力计算及配筋2.1.1按承载能力极限状态进行计算2.1.1.1外力计算（1）水土压力计算（考虑地下水

4、作用）井外侧地面堆载按qd =15KN/m2考虑。根据给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程CECS137-2002第6.2.3条，并假设同一标高的水平截条上沿井壁互成90的两点土的内摩擦角相差土5，计算区域井壁 A B点外侧水平向水土压力：图2-1 土压力分布示意图井壁外侧水平向土压力采用郎金主动土压力计算值，地下水位以下土采用浮 容重。计算公式如下:Ea = z)tg2(455-)_2ctg(452Eb =(qz)tg2(45： _5-)_2ctg(45-5)式中：qd 地面上堆载，取qd=15KN/m 2M b =0.1366 Pb rc0.1366123.533.7750.2364 =

5、 56.85 K N m截面上压力:N a = PArc (1 0.7854)=99.913.775(1 - 0.78540.2364)=447.19 KN。一土的容重加权平均值，地下水位以下土采用浮容重，那么有- 2.6 18.51.518.5 -102.2418.3 -100.6616.7 -10-4.1+2.24 +0.66= 11.98 KN/ mmoo:土内摩擦角加权平均值,-4.1 汉 15 +2.24 x 11.36+0.66 x 20.84半=4.1+2.24+0.66= 14.39井壁侧向水压力采用全部静水压力，即10 KN / mm3。贝U Pw =10(7 -2.6) =

6、44 kPaC土的粘聚力加权平均值,z所计算点离填土面的深度2c 二4.12.240.66= 10.53 kPa(m。o 14.39 +)2 10.53 tg (45)= 34.67 kPa2 *0 14.39-5)-210.53 tg (45) = 53.27 kPa2Pw二wZ , w为水的容重，取 14.39 +5Ea =(1511.98 7)tg (4522* 14.39 _5Eb =(1511.987) tg (452-4.15 2.2419.31- 0.6615.13则工作井井壁外侧水平向的水土压力为：Pa =1.27(Ea -Pw)=1.27(34.6744) =99.91 kP

7、aPb =1.27(Eb Pw)=1.27(53.27- 44) =123.53 kPa计算系数为：-巴 一1 = 123.53 -1=0.2364Pa99.912.1.1.2井壁环向截面内力计算截面上弯矩(井壁外侧受拉为正)：2 2M a =0.1488 PaL- - 0.148899.913.7750.2364 二-50.08 K N m图2-2截面弯矩分布图2.1.1.3结构配筋计算按压弯构件进行强度配筋计算： 保护层厚度为40mn， 设 a$ = 50 m m， h0 =t _a$ = 550 -50 m m = 500 m m C30混凝土，HRB335冈筋，查表得 ；=0.56 初

8、始偏心距 eo = “50.080.112 m =112 mmN 447.19附加偏心距 ef = max（丄，20） = 20mm30ei = e0 亠e f =112 亠 20 = 132 mm偏心距增大系数3447.1910皿 /5 143 1000 3 5501，取 1.02 =1.15 -0.01l0 , l0 二7000 =12.73 ：:15，取 1.0447190Nx31.3J fcb1 14.3 1000mm ：匚bh0 = 0.56500 = 280 mm ，且：2as = 100mmh h 550属于大偏心受压构件h550e$ = eia$ = 201.9650 = 42

9、7.0 mm2232mmNes1.0 447.1910427-1414.45fsd(h。as)300(500 -50)2:0.2%1000800 二 1600 mm按构造钢筋配置,2020Q实际配筋面积为2 .As 二 1885 m m ;max=a屮crEs1.9 c 0.08deq162002.1.2按正常使用极限状态进行计算2.1.2.1内力计算99.91PA78.67 kPa1.27 123.53PB97.27 kPa1.27-生 _1 = 97.27 J 二 0.2364PA78.67截面上弯矩(井壁外侧受拉为正)：2 2M a =0.1488 Pa：- 0.148878.673.7

10、750.2364 二 _39.44 K N macr 二 * 2-Mb =0.1366 Pb rc0.136697.273.7750.2364 二 44.76 K N m截面上压力： Na =Pac(1 0.7854)= 78.673.775(1 - 0.78540.2364)= 352.12 KN混凝土米用 C30, fck =20.1 ， ftk =2.01钢筋采用 HRB335 Es =2.0 汉10Nb 二 PbL(10.5，) =97.273.775(10.50.2364)=410.59 KN2.1.2.2结构配筋计算按压弯构件进行强度配筋计算，控制裂缝宽度0.3mn。由混凝土结构设

11、计规范第8.1.2条： N / mm2As1885Ate2750000.00685： 0.01，取 0.01偏心受压构件，求39.44= 112 mmI。=1亠1400 ei / h0 h=1.53 ：14，取 1.0二 se0 ys =1112 - (275 -50) = 337 mm-0.87 -0.12 X-h。= 0.87-0.12500 =302.92 mm偏心受压构件sk N e-z352120(337 -302.92)221.02 N / mm1885302.92即=1.1-0.65ftk2.01=1.1 -0.65 = 0.470.20.00685302.92 max = 0.

12、025 mm : 0.3 mm20200工作井井壁配筋图见 2-2所示。2.2接收井井壁内力计算及配筋同上“工作井井壁内力计算及配筋”计算方法相同，内力及配筋结构如12200F表2所示,井壁配筋图见2-3极限状态设计控制弯矩M (KN m)设计控制压力N (KN )钢筋选用承载能力极限状态-17.00276.9216200正常使用极限状态-13.38218.0416200图2-2 工作井井壁配筋示意图图2-3 接收井井壁配筋示意图3. 封底混凝土混凝土计算3.1工作井封底3.1.1荷载计算封底混凝土容重取=24K N /mm2,厚4m,按不排水情况计算。标准值：qk =104.44 - 4 2

13、4 =-12.00 KN / m2设计值：qs =1.27(-12.0) - -15.24 KN / m3.1.2封底厚度计算计算半径：r=(8.12 1.05)/2=5.1m22板中弯矩： M =0.198 qsr = 0.19815.245.1= 78.50 KN m5.72 M(5.72 x 78.50 0故厚度取 htt300 =1095 mmY bftV 1000 0.27本设计中封底采用水泥土搅拌桩，封底厚度为400cm,故满足要求。3.2接收井封底圭寸底混凝土容重取=24K N /m,厚4m,按不排水情况计算。标准值：qk =105 4 -4 24 二-6.0KN /m2设计值：

14、qs =1.27(-6.0) = -7.62 KN / m3.1.2封底厚度计算计算半径：r = (4.72 1.05)/ 2 = 3.4m22板中弯矩： M =0.198 qsr = 0.1987.623.4=17.44 KN m故厚度取ht =5.72 Mt =bft65.7217.441010001.27300 = 780 mm本设计中封底采用水泥土搅拌桩，封底厚度为400cm,故满足要求4. 钢筋混凝土底板计算4.1工作井底板计算4.1.1荷载计算底板厚度采用600mm水托浮力产生的底板反力（标准值） qk = 108.4 -0.625 =69.0 KN / m2设计值： qs =1.

15、2769.0 =87.63 KN /m2设计值产生的板中弯矩：2 2M =0.198 qsrc = 0.19887.633.775 =247.26 KN m标准值产生的板中弯矩：2 2M =0.198 qsL0.19869.0 3.775194.69 KN m4.1.2配筋计算(1)上层钢筋按纯弯计算，按承载能力极限状态进行配筋。二 0.056247.261062：1 fcbho21.014.31000555查表得 =0.0442，取 as -1.0買a sAs 二 bh 0 c-= 0.04421000sd1.0 4.325551169.31 mm300 0.2%1000600 = 1200

16、 mm 2225150实际配筋面积 As=2945mm。20200(1)下层钢筋因简支板支座弯矩为 0 4.1.3裂缝宽度计算按纯弯计算，裂缝宽度控制在 0.25mm由混凝土结构设计规范第 8.1.2条:接收井钢筋混凝土底板配筋见图4-2所示 sk(d 、j eq=acr 屮1.9 c +0.08 Es九丿maxacr =2/混凝土采用C30,fck 二 20.1, ftk = 2.01钢筋采用HRB33552Es =2.010 N / mm傀=0.510006002=300000 m m1206.60.004022:：: 0.01 ，取 0.01Ate300000受压构件M0.87 hAs6

17、247.26102=424.40 N / mm0.875551206.62.010.004022424.40即=1.1-0.65=1.1-0.65=0.335. 0.2 max = 0.31 mm 0.25 mm25150裂缝宽度- max = 0.225 m m . 0.25mm o20200工作井钢筋混凝土底板配筋见图4-1所示。4.1接收井底板计算同“工作井底板计算”方法，计算结果如下：2020Q20200（1）上层配筋：18200工作井底板配筋图图4.1工作井底板配筋图接收井底板配筋图图4.2接收井底板配筋图5. 抗浮验算5.1工作井抗浮验算5.1.1工作井自重封底后，工作井抗浮验算时

18、，工作井重除井壁重量外，尚应包括井壁顶砌砖重、井底水泥土搅拌桩重和底板重。水泥搅拌桩容重按22 KN / mm3计,钢筋混凝土底板容重按26 KN /mm3计，砌砖容重按22 KN /mm3。井壁重：2 2G1 =3.144.05-3.5266 =2034.06 KN砌砖重：2 2G2 = 3.144.05-3.81221 = 130.31 KN底板重：2G3 = 3.143.50.626 = 600.05 KN2水泥土搅拌桩重： G4 = 3.1 44. 05224二 4532. K4N总重：G =G1 G2 G3 G4 二 7297.21 KN5.1.2浮力浮力为:F；* =3.14 汉

19、4.05 2 汉 10 汇 8.4 = 4326.33 KN5.1.3抗浮安全系数（不考虑井壁反摩阻力）7297.21kfw b1.681.0，抗浮能力满足要求。Ffw,k 4326.335.2接收井抗浮验算同上“工作井抗浮验算”计算方法，抗浮安全系数kfw =1.65 1.0。抗浮能力满足要求。6. 地基承载力验算6.1工作井地基承载力验算工作井搅拌桩封底底面处砂质黏性土的地基承载力特征值为180kPa，考虑地面和井底堆载作用，按qd =15KN/m2计。则有：7297.21q215 -166.68 kPa : 180 kPa，地基承载力满足要求。3.144.056.2接收井地基承载力验算接收井搅拌桩封底底面处砂质黏性土的地基承载力特征值为180kPa，考虑地面和井底堆载作用，按qd =15KN/m2计。则有：2569.903.142.35q215 =163.20 kPa : 180 kPa，地基承载力满足要求。Nb =Pbc(10.5 ，) =123.533.775(10.50.2364)=521.45 KN故 =11! 2 =1.531400 ei / h Jh 丿ei =1.53132 = 201.96确定混凝土受压区高度先按大偏心受压求: