圆形地下连续墙计算书.doc

圆形地下连续墙计算书1 工程概述前庄铁路大洋河特大桥100#-109#墩位于主河槽中，主墩承台为二层，一层平面尺寸为11.37.3米，高度为2.5米，二层平面尺寸为95，高度为1米，主墩桩基为10根1.25米钻孔桩。承台底标高为-4.44m、-4.94m、-5.44m，按筑岛顶标高为4.0m考虑，开挖深度在8.64m9.64m之间，以上10个承台开挖深度大，采用混凝土沉井为围护结构的方式施工。承台、墩身具体布置如下：各墩具体参数表墩 号承台尺寸承台底标高（m）承台顶标高（m）筑岛顶标高（m）开挖深度（m）沉井高度（m）100一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1-4.44-0.944.28.6410.5101一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1-4.44-0.944.28.6410.5102一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1-4.94-1.444.29.1411.0103一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1-4.94-1.444.29.1411.0104一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*15.441.944.29.6411.5105一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1-5.441.944.29.6411.5106一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1-5.441.944.29.6411.5107一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1-5.441.944.29.6411.5108一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*15.441.944.29.6411.5109一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1-5.441.944.29.6411.52 基坑土特性及取值本计算中土层参数根据设计图提供的土层资料，按经验取值如下：各层土特性取值表编号土层名称土层顶标高土层底标高容重（kN/m3）内摩擦角（o）粘聚力（kPa）（1）粘 土4.01.5018250（2）中 砂-1.50-7.4520.5280本工程土压力计算对于粘性土采用水土合算法，对于砂性土采用水土分算法，基坑外考虑有长臂挖掘机作用（参考机型：ZE230LC），荷载按条形荷载考虑，取值为挖掘机接地比压40Kpa。钢板桩承受孔隙水压力、有效主动土压力及有效被动土压力。主、被动土压力系数： 粘 土：Katg2(45-)0.406， 0.637 Kptg2(45+)2.463， 1.57 中 砂：Katg2(45-)0.361， 0.601 Kptg2(45+)2.605， 1.613 沉井结构本沉井作为承台及墩身施工的围护结构，考虑后续施工方便，沉井内壁距承台外缘线留1.0米工作面，沉井壁厚600mm，顶部高出筑岛顶面300mm，底部比承台底面底1.5m，刃脚踏面宽300mm，斜面高700mm。沉井结构高度分别10.5m、11.0m、11.5m，本次计算选取其中高度最大的沉井进行计算，其他墩位参考施工。4 沉井设计及检算过程 根据施工工序，分为6个工况，找出构件在不同工况下的不利结果，检算构件的尺寸是否符合要求，并根据受力情况配置钢筋；工况1：第一节沉井制作工况2：第一节沉井下沉完成工况3：第二节沉井制作工况4：第二节沉井下沉完成，浇筑封底混凝土工况5：排水至封底混凝土顶面工况6：承台及墩身施工完成4.1 井壁计算4.1.1 下沉过程井壁计算下沉过程中井壁最不利工况为下沉到预定标高时，岛顶标高为4.2m，外侧水位为3.6m，内外侧有不利水位差，计算按内外水位差1.0m考虑，如施工时大于该水位差要采取措施提高内侧水位。4.1.1.1 计算模型与计算简图 计算采用空间结构分析，以中厚板单元shell93模拟井壁，平面与侧面图如下：4.1.1.2 水土压力计算基坑外附加设备条形荷载，主要考虑长臂挖掘机，接地比压按40Kpa考虑，作用深度至基坑底。土压力计算时，对粘性土采用水土合算的原则，但合算时，其侧压力系数不采用主动土压力系数0.406，偏于安全的采用0.8，中砂采用水土分算。公式如下：粘性土，计算点位于地下水位以上时粘性土，计算点位于地下水位以下时砂性土，计算点位于地下水位以下时公式中： ea土压力强度标准值 k主动土压力系数 h1水上粘土深度 h2水下粘土深度h3水下砂土深度按上述计算土压力强度标准值见附表1：下沉状态沉井水土压力计算表4.1.1.3 内力计算结果附表1数值为在考虑基坑安全系数1.1，荷载分项系数1.25，计算得到设计荷载，按上述荷载与计算模型，计算得到结构内力结果见附表2：下沉状态沉井内力计算成果表。4.1.2 排水完成井壁计算工况5为封底混凝土强度达到要求，沉井内部排水完成的状态，外侧水位按高潮水位3.6m考虑。4.1.2.1 计算模型与计算简图 计算采用空间结构分析，以中厚板单元shell93模拟井壁，link1单元模拟支撑，平面与侧面图如下：4.1.2.2 水土压力计算计算方式同4.3.1.2项，土压力强度标准值与设计值，见附表3：排水状态沉井水土压力计算表4.1.2.3 内力计算结果附表3数值为在考虑基坑安全系数1.1，荷载分项系数1.25，计算得到设计荷载，按上述荷载与计算模型，计算得到结构内力结果见附表4：排水状态沉井内力计算成果表。4.1.3 截面配筋计算截面为压弯构件，但压应力远小于弯曲应力，而且压力对混凝土构件受拉为有利的，所以按受弯构件检算，并配置钢筋。考虑施工工况较多，构件受力复杂，计算时按每一段在各工况下的最大弯矩配筋，并采用双筋截面形式。计算结果见附表5：各断面横向配筋计算成果表、附表6：各断面竖向配筋计算成果表4.1.4 竖向受拉计算井壁在刃脚完全掏空的情况下，会出现竖向拉力，竖向最大拉力为Pmax=G/4刃脚部分G1=（0.3+0.6）*1/2*0.7*25*50.6=398.5KN其余部分G2=（0.6*50.6*10.8）*25=8197.2KNG=398.5+8197.2=8595.7KNPmax=8595.7/4=2149KN竖向每周长最小布置16钢筋250根，抗拉能力为：F=201.1*250*300=15082KN2149KN竖向抗拉满足要求。4.2 刃脚计算4.2.1 刃脚向外受弯以第一节下沉完成，预制第二节时为最不利工况，计算简图如下：4.2.1.1 土压力和水压力计算土压力ea1=0.406*（0.6*18+4.9*8）=20.3 KN/m2ea2=0.406（0.6*18+4.2*8）18.0KN/m2ea3=0.406*（0.6*8）=1.95 KN/m2ea4=0.406*（0.6*18）=4.38KN/m2水压力 不排水下沉，考虑刃脚向外弯曲的最不利情况为内外无水位差时，水压力为0. Pw1=0KN/m2 Pw2=0KN/m2 刃脚部分水土压力合力作用于井壁外侧的计算土压力与水压力的和不大于静水压力的70%。刃脚底部：ea1+Pw1=20.3+0=20.3KN/m20.7*4.9*10=34.3KN/m2刃脚根部：ea2+Pw2=18+0=18KN/m20.7*4.2*10=29.4KN/m2刃脚部分总的土压力与水压力：P总=（18+20.3）*0.7/2=13.41KN/m力臂4.2.1.2 井壁摩阻力 外壁总摩阻力Rf=0.5EaRf=f*ARf作用在沉井单位周长井壁上的摩阻力，取上式计算中的小者Ea作用在单位井壁周长上总的主动土压力A与土相接触的井壁单位周长外壁面积f土与井壁单位面积摩阻力，粘土取18Kpa，中砂与圆砾土取15Kpa 按上公式计算 Ea=（0+4.38）*0.6/2+（1.95+20.3）*4.9/2=55.8KN/m Rf=0.5PE=0.5*55.8=27.9KN/mRf=f*A=18*5.5*1=99KN/m取Rf=27.9KN/m刃脚摩阻力Rr=18*0.7=12.6KN/m4.2.1.3 刃脚反力计算 土的垂直反力Rv=G-Rf-Ff式中：G第一节、第二节沉井重量 Ff浮力1m刃脚重量G1=（0.3+0.6）*1/2*0.7*25=10.5KN1m第一节除刃脚外沉井部分重量G2=0.6*1*5.8*25=87KN1m第二节沉井重量G2=0.6*1*5*25=75KNG=G1+G2+G3=10.5+87+75=172.5KNFf=（0.3+0.6）/2*0.7*10+1*0.6*4.9*10=32.6KNRv=V1+V2=G-Ff-Rf=172.5-27.9-12.6=132KN 反力Rv的分力V1、V2、UV1=Rv*a/(a+b/2)=132*0.3/(0.3+0.3/2)=99KNV2=132-99=33KNU=V2*tg（0-0）式中：FH刃脚斜面部分土的水平反力 0刃脚斜面与水平面的夹角 ，为670土与刃脚斜面的摩擦角，为28U=26.7KN4.2.1.4 刃脚根部内力计算刃脚水平力由水平框架及刃脚悬臂2种模式分担，其分配系数计算如下：悬臂作用系数：框架作用系数计算刃脚根部弯矩时，对刃脚根部截面中点取矩计算结果如下表所示：刃脚根部内力计算结果表外 力 荷 载水平力(KN)垂直力（KN)悬臂作用系数力臂（m）弯矩（KN.m）推挤力U26.70.9480.46711.82 竖向反力V19910.1514.85竖向反力V23310.1-3.3刃脚部分摩阻力Rr12.610.33.78刃脚土压力Er-13.410.9480.357-4.54刃脚重力Gr-7.210.07-0.5总 计13.29137.422.1 按压弯构件检算：应力满足要求，按前面井壁计算配筋，满足要求。4.2.2 刃脚向内挠曲的计算计算刃脚向内弯曲的最不利情况是在沉井已沉到设计标高，刃脚下的土已经挖空，这时刃脚根处水平截面上产生最大的向内弯矩，计算简图如下：4.2.2.1 土压力和水压力计算土压力考虑基坑外不利荷载情况，基坑边作用挖掘机，接地比压按40Kpa采用1k=40KN/m2ea1=0.361*（0.6*18+8*5.1+10.5*5.44+40）=53.68 KN/m2ea2=0.361*（0.6*18+8*5.1+10.5*4.74+40）=50.88 KN/m2ea3=0.361*（0.6*18+8*5.1+40）=33.06 KN/m2ea4=0.406*（0.6*18+8*5.1+40）=37.19 KN/m2ea5=0.406*（0.6*8+40）=18.19 KN/m2ea6=0.406*（0.6*18+40）=20.62 KN/m2水压力 不排水下沉，按外侧水位比内侧水位高1m考虑，剩余水压力为：Pw1=10KN/m2 Pw2=10KN/m2 刃脚部分水土压力合力刃脚根部：ea1+Pw1=50.88+10=60.88KN/m2刃脚底部：ea2+Pw2=53.68+10=63.68KN/m2刃脚部分总的土压力与水压力：P总=（60.88+63.68）*0.7/2=43.6KN/m4.2.2.2 刃脚根部内力计算简图：框架计算简图如下图。荷载:水平荷载一部分由悬臂作用承担，一部分由框架承担，水平力分配系数为 悬臂分担系数 框架分担系数 式中：lx计算时取最大计算跨径，计算时取最小计算跨径 hx刃脚斜面高度按框架结构承担荷载的5.2%计算，框架承担的水平荷载q=43.6*0.052=2.26N/mm内力：按上述荷载与简图，计算内力结果如下。 Mmax=0KN.m N=24.15KN 4.2.2.3 截面计算按混凝土截面检算A=(300+600)/2*700=315000mm2混凝土压应力能满足要求！4.3 刃脚根部以上0.6米井壁检算本部分为刃脚嵌固部分，需单独计算，计算过程如下：4.3.1 计算简图4.3.2 作用在井壁上的外力土压力考虑坑壁外挖掘机走行、作业，基坑附加荷载按挖掘机接地比压40Kpa采用。1k=2.5*19.5*1/(1+0.5*2)=24.3KN/m2ea1=0.361*（0.6*18+5.1*8+10.5*4.14+40）=48.76 KN/m2ea2=0.361*（0.6*18+5.1*8+10.5*4.74+40）=51.03 KN/m2水压力 不排水下沉，按外侧水位比内侧水位高1m考虑，剩余水压力为：Pw1=10KN/m2 Pw2=10KN/m2 刃脚嵌固部分水土压力合力刃脚嵌固部分根部：ea1+Pw1=48.76+10=58.76KN/m2刃脚嵌固部分底部：ea2+Pw2=51.03+10=61.03KN/m2刃脚部分总的土压力与水压力：P总=（58.76+61.03）*0.6/2=35.9KN/m 刃脚根部剪力 刃脚根部ea3=0.361*（0.6*18+5.1*8+10.5*4.74+40）=51.03 KN/m2Ea4=0.361*（0.6*18+5.1*8+10.5*5.44+40）=53.69 KN/m2刃脚根部：ea3+Pw1=51.03+10=61.03KN/m2刃脚底部：ea4+Pw2=53.69+10=63.69KN/m2刃脚部分总的土压力与水压力：P总=（61.03+63.69）*0.7/2=43.65KN/m 水平合力F=35.9+43.65=79.55KN/m4.3.3 刃脚根部内力计算简图：框架计算简图如下图。荷载:取以上计算的水平合力 q=79.55N/mm内力：按上述荷载与简图，计算内力结果如下。N=640.377KN （5）截面计算按混凝土截面检算A=600*600=360000mm2混凝土压应力能满足要求。4.4 下沉系数计算4.4.1 第一节下沉系数沉井自重 刃脚部分重量G1-1=（0.3+0.6）/2*0.7*8.05*2*3.142*23=366.6KN 其余部分重量G1-2=0.6*（6.5-0.7）*8.05*2*3.142*23=4048.9KN总重G1=G1-1+G1-2=366.6+4048.9=4415.5KN井壁摩阻力 粘土的摩阻系数f=18kpa则摩阻力Rf=（5/2+1）*18*8.05*2*3.142=3186.9KN浮力第一节沉井下部6米入水，浮力为 下沉系数下沉系数不能满足要求，在沉井制作时，在沉井外壁竖向设置浆槽，尺寸为50*50mm，间距为2m一道，下沉时在浆槽内压住膨润土泥浆，减小侧壁摩阻力。若该措施不能见效，需采用配重的方式下沉。4.4.2 第二节下沉系数沉井自重 刃脚部分重量G1-1=（0.3+0.6）/2*0.7*50.6*23=366.6KN 第一节其余部分重量G1-2=0.6*（6.5-0.7）*8.05*2*3.142*23=4048.9KN第二节重量G2-1=0.6*5*8.05*2*3.142*23=3490.5KN总重G2=G1-1+G1-2+G2-1=366.6+4048.9+3490.5=7906KN 井壁摩阻力 摩阻系数f=18kpa 则摩阻力Rf=（5/2+3.64）*18*8.05*2*3.142=5590.8KN浮力二节沉井下部8.64米入水，浮力为 下沉系数下沉系数不能满足要求，在沉井制作时，在沉井外壁竖向设置浆槽，尺寸为50*50mm，间距为2m一道，下沉时在浆槽内压住膨润土泥浆，减小侧壁摩阻力。若该措施不能见效，需采用配重的方式下沉。4.5 封底混凝土计算4.5.1 强度计算计算简图封底混凝土厚度1.5m，按周边简支圆板计算，采用solid95单元模拟，其平面计算简图如下：荷载 围堰内部排开水的体积所形成的浮力全部施加到底板上，外侧水位按3.6m考虑q=10*（3.6+6.94）-23*1.5=70.9KN/m2计算结果MK=0.1979qr2=0.1979*70.9*7.75*7.75=842.7KN*m/m1m宽封底混凝土的截面特性（考虑上部浮浆，厚度按1m采用）第一主拉应力为1.072Mpa，选用C25混凝土，其容许拉应力为1.23Mpa，按第一强度理论，满足承载要求。4.5.2 抗浮计算浮力 围堰排水至基底后，浮力F=188.7*10.54*10=23089.8KN围堰自重G1=（0.3+