当前位置：文档库 › 工作井结构设计计算书doc

工作井结构设计计算书doc

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：0.55t m =， 3.5R m =，8.1D m =， 5.39H m = 拟定接收井尺寸：0.35t m =， 2.0R m =， 4.7D m =， 5.99H m =

1.2井身材料

混凝土：采用C30，214.3/c f N mm =，21.43/t f N mm =。

钢筋：钢筋直径d<10mm 时，采用R235钢筋，2270/y f N mm =；d ≥10mm 时，

采用热轧钢筋HBR335，2300/y f N mm =。

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

图1-1 工作井、接收井示意图

2.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（考虑地下水作用）

井外侧地面堆载按215/d q KN m =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±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：

5()(45)2(45)

A d E q z tg ctg ??γ-

++=+-

5()(45)2(45)2

B d E q z tg ctg ??γ-

--=+-

式中：d q —地面上堆载，取215/d q KN m =。

γ-

—土的容重加权平均值，地下水位以下土采用浮容重，那么有 ()()()

2.618.5 1.518.510 2.2418.3100.6616.7104.1 2.240.66

γ-

?+?-+?-+?-=

311.98/KN mm =

—土内摩擦角加权平均值， 4.115 2.2411.360.6620.844.1 2.240.66

o o o

?+?+?=++

14.39o =

c -—土的粘聚力加权平均值， 4.15 2.2419.310.6615.13

4.1 2.240.66

c -

?+?+?=

10.53kPa =

z —所计算点离填土面的深度（m ）。

14.39514.395(1511.987)(45)210.53(45)34.6722A E tg tg kPa

?????

++=+?--??-=214.39514.395(1511.987)(45)210.53(45)53.2722

B E tg tg kPa

??????

--=+?--??-= 井壁侧向水压力采用全部静水压力，即w w P z γ=，w γ为水的容重，取

103/KN mm 。则10(7 2.6)44w P kPa =?-=

则工作井井壁外侧水平向的水土压力为：

1.27() 1.27(34.6744)99.91A A w P E P kPa =?+=?+=

1.27() 1.27(53.2744)123.53B B w P E P kPa =?+=?+=

计算系数为：123.53110.236499.91

B A P P ω'=

-=-= 2.1.1.2井壁环向截面内力计算

截面上弯矩（井壁外侧受拉为正）：

220.14880.148899.91 3.7750.236450.08A A c M P r KN m ω'==-???=-? 220.13660.1366123.53 3.7750.236456.85B B c M P r KN m ω'==???=? 截面上压力：

(10.7854)99.91 3.775(10.78540.2364)447.19A A c N P r KN

ω'=+=??+?=

(10.5)123.53 3.775(10.50.2364)521.45B B c N P r KN ω'=+=??+?=

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：

①保护层厚度为40mm ，设50s a mm =，055050500s h t a mm mm =-=-= ②C30混凝土，HRB335钢筋，查表得0.56b ξ= ③初始偏心距050.080.112112447.19

M e m mm N =

=== 附加偏心距max(

,20)2030

f t

e mm == 011220132i

f e e e mm =+=+= ④偏心距增大系数 13

0.50.514.31000550

1447.1910c f A N ξ???=

=>?，取1.0 02 1.150.01l h ξ=-?，07000

12.7315550

l h ==<，取1.0 故012011 1.531400/i l e h h ηξξ??

= ???

1.53132201.96i e mm η=?= ⑤确定混凝土受压区高度x 先按大偏心受压求：

01447190

31.30.56500280114.31000

b c N x mm h mm f b ξα=

==<=?=??，且2100s a mm <= 属于大偏心受压构件。

550201.9650427.022s i s h e e a mm η=+

-=+-=320 1.0447.19104271414.45()300(50050)

s s s sd s Ne A A mm f h a γ???'====-?- 20.2%10008001600mm

按构造钢筋配置，内外钢筋选用20@200，实际配筋面积为21885s A mm =;

纵向按构造钢筋配置，选用

16@200。

2.1.2按正常使用极限状态进行计算 2.1.2.1内力计算

99.91

78.671.27

A P kPa =

= 123.53

97.271.27

B P kPa =

= 97.27110.236478.67

B A P P ω'=

-=-= 截面上弯矩（井壁外侧受拉为正）：

220.14880.148878.67 3.7750.236439.44A A c M P r KN m ω'==-???=-? 220.13660.136697.27 3.7750.236444.76B B c M P r KN m ω'==???=? 截面上压力：

(10.7854)78.67 3.775(10.78540.2364)352.12A A c N P r KN ω'=+=??+?=

(10.5)97.27 3.775(10.50.2364)410.59B B c N P r KN ω'=+=??+?=

2.1.2.2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0.3mm 。由《混凝土结构设计规范》第8.1.2条：

max

1.90.08eq sk cr s te d a c E σωψρ?

=+ ???

2.1cr a =

①混凝土采用C30，20.1ck f =， 2.01

tk f =

钢筋采用HRB335，522.010/s E N mm =?

②2

0.51000550275000te A mm =??=

18850.006850.01275000

s te te A A ρ=

==<，取0.01 ③偏心受压构件，求sk σ 039.44112352.12

M e mm N =

== 0011 1.53141400/s i l e h h η??

=< ???

，取1.0 01112(27550)337s s e e y mm η=+=?+-=

005000.870.120.870.12500302.92337h z h mm e ????????=-?=-??=???? ? ????????????

偏心受压构件 ()2352120(337302.92)

21.02/1885302.92

sk s N e z N mm A z σ-?-=

==? ④ 2.01

1.10.65

1.10.650.470.20.0068530

2.92

te sk

f ψρσ=-=-?

=>?

⑤max 0.0250.3mm mm ω=< 故内外钢筋选用

20@200。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，内力及配筋结构如下表2所示,井壁配筋图见2-3所示。纵向按构造钢筋配置，选用

12@200。

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 -17.00 276.92 16@200 正常使用极限状态

-13.38

218.04

16@200

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2

24/KN mm γ=,厚4m,按不排水情况计算。

标准值：()2

10 4.4442412.00/k q KN m =?+-?=-

设计值：2

1.27(1

2.0)15.24/s q KN m =?-=-

3.1.2封底厚度计算

计算半径：(8.12 1.05)/2 5.1r m =+?=

板中弯矩：2

0.1980.19815.24 5.178.50s M q r KN m ==??=?

故厚度取6

5.72 5.7278.501030010951000 1.27

t t M h t mm bf ??=

==? 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

封底混凝土容重取2

24/KN mm γ=,厚4m,按不排水情况计算。

标准值：()2

1054424 6.0/k q KN m =?+-?=-

设计值：2

1.27( 6.0)7.62/s q KN m =?-=- 3.1.2封底厚度计算

计算半径：(4.72 1.05)/2 3.4r m =+?=

板中弯矩：2

0.1980.1987.62 3.417.44s M q r KN m

==??=?