顶管、沉井结构计算书(详细)

顶管、沉井结构计算书(详细) 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 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 2 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 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》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 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 图集 钢筋混凝土灌注桩图集4号隔油池图集04s519砖砌隔油池图集城市道路护坡图集02s515排水检查井 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 规程 煤矿测量规程下载煤矿测量规程下载配电网检修规程下载地籍调查规程pdf稳定性研究规程下载 》(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 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，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 3 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 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 4 1.5.3 后背土体的稳定计算: )= 21x8xtg2(45?-)=45.53kN/m2 22 被动土压力标准值Pp= rZtg2(45?+)= 21x8xtg2(45?+)=619.95 kN/m2 22 沉井前方总主动土压力标准值Pa=0.5rH2tg2(45?-)= 0.5x21x82 x tg2(45?2 -)=182.11 kN/m2 2 沉井后方总被动土压力标准值Pp=0.5rH2tg2(45?+)= 0.5x21x82 x tg2(45?2 )=2479.80kN/m2 2 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。 主动土压力标准值Pa=rZtg2(45?- 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: 11T,-2.5)X25 22 =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 5 (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: bFfw,k,5.3×3.8×6.5×10,1309.1kN 抗浮系数: Kfw,GK,1655.52/1309.1,1.27>1.05满足要求。 Ffwk 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 0.45=56.3? 0.3KN/m。刃脚插入土中最大深度为0.45米， n=0.3m,c=0.3m 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: 11T, -2.5)X15=382.2KN 22 Rn382.2X0刃脚斜面垂直反力及水平推力: 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 6 c.下沉至设计标高时，刃脚 qb=182.11KN 向里悬臂弯矩: (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 δ=0.0085 AS=192mm2<AS,min=0.2%*550*1000=1100mm2,按构造配筋，AS=1100mm2,选用8φ14。 1.6.6 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，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。 7 井壁单宽自重标准值:gk=6.5*0.4*25=65KN/m 井壁单宽自重标准值:gs=1.27*65=82.55KN/m 支座弯矩: 2M支=-1/2*82.55*(5.3*0.15)-1/2*3.4*82.55*(5.3*0.15-0.25) =-102.6KN.m 跨中弯矩:M中=1/8*82.55*(5.3*0.7)2-102.6=39.43KN.m (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=-1/8*82.55*2.652=-72.5KN.m 跨中弯矩:M中=0.07*82.55*2.652=40.6KN.m (3)配筋计算 L10/H?2，按深梁进行设计，根据《混凝土结构设计规范》，计算如下: 因为L10<H， 内力臂:z1=0.6 L10=0.6*5.3=3.18m 刃脚底部:M中=40.6KN.m, As= M中/fyz1=40600/(300*3.18)=42.6mm2 井墙顶部:M支=102.6KN.m, As= M支/fyz1=102600/(300*3.18)=107.6mm2 8 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。 1.6.7 井壁 = 71.69kN/m2 板底均布净反力基本组合: Q = 87.02-0.350×25.00×1.20 = 76.52 kN/m2 板底均布净反力准永久组合: Qe = 71.69-0.350×25.00 = 62.94 kN/m2 底板荷载计算(池 板底均布净反力基本组合: 9 Q = 93.17-(0.350×25.00×1.20+0.700×10.00×1.27) = 73.78kN/m2 水池底板以上全部竖向压力准永久组合: Qbe = [5.300×3.800×1.50×0.40+1431.72 +(4.500×3.000×0.700)×10.00]/20.140 = 76.38kN/m2 板底均布净反力准永久组合: Qe = 76.38-(0.350×25.00+0.700×10.00) = 60.63kN/m2 (2) 四边固定 池壁类型: 普通池壁,按双向板计算 10 计算跨度: Lx= 3.400 m, Ly= 6.550 m , 四边固定 池壁类型: 普通池壁,按双向板计算 11 计算跨度:Lx= 4.900m, Ly= 3.400m , 四边简支+池壁传递弯矩 按双向板计算. 1.池外填土,池内无水时,荷载组合作用弯矩表(kN.m/m) 12 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: 2 13 2工作井井壁钢筋实配18@200。 1.6.8 底板板容重= 25.00(kN/m3) ;板自重荷载设计值= 10.50(kN/m2) 恒载分项系 数= 1.20 ; 活载分项系数= 1.40 荷载设计值(不包括自重荷载): 均布荷载= 7.40(kN/m2) 砼强度等级: C25, fc=11.90 N/mm2 支座纵筋级别: HRB335, fy=300.00 N/mm2 板底纵筋级别: HRB335, fy=300.00 N/mm2 混凝土保护层= 40(mm), 配筋计算as= 45(mm), 泊松比= 0.20 支撑条件: 四边 上:简支 下:简支 左:简支 右:简支 角柱 左下:无 右下:无 右上:无 左上:无 (2)计算结果 弯矩单位:kN.m/m, 配筋面积:mm2/m, 构造配筋率:0.20% 14 计算方法: 查表 ?跨中: [水平] [竖向] 弯矩 6.9 12.6 面积 700(0.20%) 700(0.20%) 实配 D14@200(770) D14@200(770) ?四边: [上] [下] [左] [右] 弯矩 0.0 0.0 0.0 0.0 面积 700(0.20%) 700(0.20%) 700(0.20%) 700(0.20%) 实配 D14@200(770) D14@200(770) D14@200(770) D14@200(770) 工作井底板钢筋实配实配18@200。 1.7 接收井(沉井)下沉及结构计算 本井为2.7x2.7m接收井(沉井)，地下水位根据地堪按地面以下-2.0m计(施工期间为汛期)由于地质条件好，在沉井范围 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 15 摩擦角Φ=35?,井壁高6m,底、顶板厚0.35m,壁厚0.35m。 1.7.2 下沉计算: 下沉过程中水的浮托力标准值: Ffw,k=2.7x0.35x4x6.0x10=226.8kN 井壁总摩阻力标准值: 11T,-2.5)X25 22 =648kN 沉井自重标准值 G1k,2.7x0.35x4x6.0x25=567kN 下沉系数: K1,(G1k-Ffw,k)/ T,(567-226.8)/648=0.525,1.05 (不满足规范要求) ，所以仅靠自重不能顺利下沉，需在顶部加载。 1.7.3 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。 1.7.4 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,567，2.7×2.7×0.35×25=630.8kN 基底的水浮力标准值: Ffbw,k,2.7×2.7×6.0×10,437.4kN 抗浮系数: Kfw,GK,630.8/437.4,1.44>1.05满足要求。 bFfwk c. 使用阶段 由于使用阶段井顶板有覆土，可满足要求。 1.7.5 刃脚计算: 水平框架作用的判别,L1=2.35m,h=1.3m 40.1xL10.1x2.354 水平分力分配系数:, 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: qa=2.7x4.0x10=108KN/m (45?-)= 0.5x21x72 x tg2(45?-)=139.0 kN/m 22 16 向里悬臂弯矩: 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 =17.8KN.m 选择钢筋截面:M=17.8KN.m，h0=460mm,b=1000mm, αs=M/α1fcbh02=17800000/(1.0*11.9*1000*460*460)=0.00707 δ=0.00707 AS=163mm2<AS,min=0.2%*500*1000=1000mm2,按构造配筋，AS=1100mm2,选用8φ14。 1.7.6 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:gk=6.0*0.35*25=52.5KN/m 井壁单宽自重标准值:gs=1.27*52.5=66.7kN/m 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) =-21.5KN.m 跨中弯矩:M中=1/8*66.7*(2.7*0.7)2-21.5=8.3KN.m (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。 17 支座弯矩: M支=-1/8*66.7*1.352=-15.2KN.m 跨中弯矩:M中=0.07*66.7*1.352=8.5KN.m (3)配筋计算 L10/H?2，按深梁进行设计，根据《混凝土结构设计规范》，计算如下: 因为L10<H，内力臂:z1=0.6 L10=0.6*2.7=1.62m 刃脚底部:M中=8.5KN.m, As= M中/fyz1=8500/(300*1.62)=17.5mm2 井墙顶部:M支=21.5KN.m, As= M支/fyz1=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。 1.7.7 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= 0.27 2底板荷载计算(池内无水，池外填土): 18 水池结构自重标准值Gc= 728.00kN 基础底面以上土重标准值Gt= 0.00kN 基础底面以上水重标准值Gs= 0.00kN 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 = (728.00×1.20+0.00×1.27+0.00×1.27+10.94×1.27× 0.90)/7.290 = 121.55kN/m2 水池底板以上全部竖向压力准永久组合: Qbe = (728.00+0.00+0.00×1.00+1.50×7.290×0.40)/7.290 = 100.46kN/m2 板底均布净反力基本组合: Q = 121.55-0.350×25.00×1.20 = 111.05 kN/m2 板底均布净反力准永久组合: Qe = 100.46-0.350×25.00 = 91.71 kN/m2 底板荷载计算(池 板底均布净反力基本组合: Q = 122.44-(0.350×25.00×1.20+0.100×10.00×1.27) = 110.67kN/m2 水池底板以上全部竖向压力准永久组合: Qbe = [2.700×2.700×1.50×0.40+728.00 +(2.000×2.000×0.100)×10.00]/7.290 = 101.01kN/m2 板底均布净反力准永久组合: Qe = 101.01-(0.350×25.00+0.100×10.00) = 91.26kN/m2 (2) 四边固定 池壁类型: 深池壁 计算方法: 0<H<2L 部分按照三边固定,顶边自由的双向板计算:Lx=2.350,Ly=4.700 H>2L 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): 19 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:-11.53 H=2L处池四边固定 20 池壁类型: 深池壁 计算方法: 0<H<2L 部分按照三边固定,顶边自由的双向板计算:Lx=2.350,Ly=4.700 H>2L 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:-11.53 H=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:0.00 H=2L处水平向内力,与0<H<2L部分按双向板计算的水平向内力,取大值. 21 计算跨度:Lx= 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) 22 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: 23 接收井井壁钢筋实配16@200。 1.7.8 底板板容重= 25.00(kN/m3) ;板自重荷载设计值= 10.50(kN/m2) 恒载分项系数= 1.20 ; 活载分项系数= 1.40 荷载设计值(不包括自重荷载): 2 均布荷载= 115.00(kN/m) 砼强度等级: C20, fc=9.60 N/mm2 支座纵筋级别: HRB335, fy=300.00 N/mm2 板底纵筋级别: HRB335, fy=300.00 N/mm2 混凝土保护层= 15(mm), 配筋计算as= 20(mm), 泊松比= 0.20 支撑条件= 四边 上:简支 下:简支 左:简支 右:简支 角柱 左下:无 右下:无 右上:无 左上:无 (2 )计算结果 弯矩单位:kN.m/m, 配筋面积:mm2/m, 构造配筋率:0.20% 24 计算方法: 查表 ?跨中: [水平] [竖向] 弯矩 28.2 28.2 面积 700(0.20%) 700(0.20%) 实配 D14@210(733) D14@210(733) ?四边: [上] [下] [左] [右] 弯矩 0.0 0.0 0.0 0.0 面积 700(0.20%) 700(0.20%) 700(0.20%) 700(0.20%) 实配 D14@210(733) D14@210(733) D14@210(733) D14@210(733) 25 接收井底板钢筋实配16@200 26