矩形沉井工程设计实例

1、矩形沉井工程设计实例某小型雨水沉井,地面标高为-0.5m。对于沉井结构计算及施工计算介绍如下。一、 设计条件1、工程概况 根据使用要求，本沉井结构尺寸如附图2-1所示。沉井平面为矩形，剖面也为矩形，井顶标高为+0.00m,刃脚踏面标高为-11.0m。制作高度为11.0m，施工时采用两次制作，一次下沉，第一节制作高度为6.0m，井壁厚度为600mm，沉井封底水下混凝土厚度为1.3m。2、沉井材料混凝土：采用c25;fc=11.9n/mm2, ft=1. 27n/mm2,钢筋：d10mm,采用热扎钢筋hrb335；fy=300n/mm2,3、地质资料 根据地质钻探资料 分析，本沉井工程范围内的的地

2、层，大致可分五层，其物理力学性能指标如附表。土层物理力学指标序号土层名称标高（m）天然容重（kn/m3）干容重（kn/m3）粘聚力c（kpa）内摩擦角允许承载力（kn/m2）备注1黄色亚粘土-0.5-3.018.614.0518105淤泥质土2灰色亚粘土-3.0-6.018.213.23171023灰色粘土夹砂-6.0-8.017.010.689854灰色粘土-8.0-11.518.212.810131055灰色亚粘土-11.5以下18.214.1816120二、水、土压力的计算本沉井采用排水法下沉，对于作用在井壁上的水、土压力，采用重液地压公式计算：pw+e=13h当h=0m，pw+e=0h

3、=4.5m, pw+e=13*4.5=58.5kn/m2h=8.6m, pw+e=13*8.6=111.8kn/m2h=9.0m, pw+e=13*9.0=117.7kn/m2h=9.9m, pw+e=13*9.9=128.7kn/m2h=10.5m, pw+e=13*10.5=136.5kn/m2根据上述计算，绘制水压力、主动土压力图形，如下图：三、下沉计算1、沉井自重井壁钢筋混凝土容重按25kn/m3计，沉井重量为gk=（9.0*7.0*11-7.8*5.8*11.0）*25=4884kn2、摩阻力井壁侧面的摩阻力分布如图，单位摩阻力，按上海市地基基础设计规范规定：f=25-20 kn/m

4、2。hk= 5*1/2+5.5=8.0m井壁总摩阻力：ffk=uhkf=(9.0+7.0)*8.0*17.5=4480kn下沉系数k= gk /ffk=4884/4480=1.091.05满足规程下沉要求。四、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：gk=(11.0*0.6-0.6*0.3/2-0.4*0.2)*25=160.75kn/m井壁单宽自重标准值：gs=1.27*160.75=204.15n/m支

5、座弯矩：m支=-1/2*204.15*(9.0*0.15)2-1/2*5.8*204.15*(9.0*0.15-0.3)=-807.7kn.m跨中弯矩：m中=1/8*204.15*(9.0*0.7)2-807.7=205.1kn.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*204.15*4.52=-516.87kn.m跨中弯矩：m中=0.07*204.15*4.52=289.4kn.m(3)配筋计算l10/h2，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*9

6、=5.4m刃脚底部：m中=289.4kn.m,as= m中/fyz1=289400/300*5.4=178.6mm2井墙顶部：m支=807.7kn.m,as= m支/fyz1=807700/300*5.4=498.6mm2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，由于本工程地基为土质均匀的软土地基，不必进行竖向拉断计算。五、刃脚计算1、刃脚外侧竖向钢筋计算本沉井采用排水法施工，井内无水，刃脚按第一种情况沉井位于设计标高，刃脚下的土已挖空情况计算，如图。（1）外力计算井壁外水平侧向压力标准值如（2）内力计算及配筋1）刃脚跟部cc截面弯矩的计算及配筋计算时，刃脚自重及

7、井壁摩阻力略去不计。mc=1/2*1.27*128.7*0.62+1/2*1.27*(136.5-128.7)*0.62*2/3=30.6kn.m选择钢筋截面：m=30.6kn.m，h0=555mm,b=1000mm,s=m/1fcbh02=30600000/(1.0*11.9*1000*555*555)=0.00835=0.0084as=188mm2as,min=0.2%*400*1000=800mm2, 选用1016。2、刃脚内侧竖向钢筋计算按第二种情况沉井已部分入土，刃脚内侧入土中60cm进行验算，计算简图如下：按=300（取砂垫层内摩擦角）a=60cm,h=30cm,c=30cm,=a

8、rctan a/b= arctan600/300=630(1) 水平作用力h的计算(2) 井壁单宽重量设计值：gs=204.15kn/m(3) 土反力：r= gs=v1+v2=204.15 kn/mr=c+1/2b, =2r/(b+2c)v2=1/2b=1/2*2*204.15*0.3/(0.3+2*0.3)=68.05 kn/mh= v2tan(-)=68.05*tan(63-30)=44.16 kn/m(2)内力计算及配筋1）刃脚跟部cc截面弯矩的计算及配筋计算时，刃脚自重及井壁摩阻力略去不计。mc=2/3ah=2/3*0.6*44.16=17.66 kn.m选择钢筋截面：m=17.66

9、kn.m, h0=555mm,b=1000mm,s=m/1fcbh02=17660000/(1.0*11.9*1000*555*555)=0.00482=0.00483as=108mm2as,min=0.2%*600*1000=1200mm2,按构造配筋，as=1200mm2,选用814。2）、槽下口dd截面弯矩计算及配筋md=(2a/3+0.9)h=(2./*0.6+0.9)*44.16=57.41 kn.m选择钢筋截面：md =57.41kn.m，h0=355mm,b=1000mm,s=m/1fcbh02=57430000/(1.0*11.9*1000*555*355)=0.0383查表得

10、 =0.039as=565mm2as,min(mm2)配筋标高-5.0m以上ab,cd跨中100055523.00.00630.00631391200814固端a,d,b,c1000555357.40.09750.102822632263918ad,bc跨中1000555297.90.08130.084918681868818标高-5.0m-9.1mab,cd跨中100055544.00.01200.01212661200814固端a,d,b,c1000555683.00.18630.2080457845781025ad,bc跨中1000555569.40.15530.169737373737

11、1022标高-9.5m-10.4mab,cd跨中90055549.80.01510.01523011080714固端a,d,b,c900555772.60.23420.270953675367928ad,bc跨中900555644.10.19520.219343454345925井壁配筋计算表井壁裂缝宽度计算表井壁位置承载能力配筋as(mm2)temk(kn.m)skma*配筋标高-5.0m以上ab,cd跨中81412320.0118.130.40.20.011814固端a,d,b,c91822990.01284.4254.50.6450.363918ad,bc跨中81820360.01234

12、.6238.60.6150.324818标高-5.0m-9.1mab,cd跨中81412320.0134.758.30.20.022814固端a,d,b,c102549090.0164537.8226.90.7880.3541025ad,bc跨中102238010.0127448.3244.30.7260.3831022标高-9.5m-10.4mab,cd跨中71410780.0158.9113.20.20.042714固端a,d,b,c92855420.0205595.6222.60.8470.318928ad,bc跨中92544180.0164496.5232.80.7960.367925

13、4、按正常使用极限状态进行计算按受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ma*=crsk/es(1.9c+0.08deq/te)cr=2.1混凝土：采用c25，fck=16.7n/mm2,ftk=1.78n/mm2;钢筋：采用hrb335,en=2.0*105n/mm2。ate=0.5*b*h=0.5*1000*600=300000mm2te=as/ate,当0.01时，取0.01。受弯构件，求sksk=mk/0.87h0as=1.1-0.65ftk/tesk,当1时，取1。求ma*，列表计算见井壁裂缝宽度计算表：c=35mm因标高-9.5m-10.

14、4m位于钢筋混凝土底板以下，开裂也不影响沉井结构的正常使用，故按承载能力极限状态配筋。七、水下封底混凝土的计算水下封底混凝土容重取24kn/m3,厚1.3m。1、荷载计算标准值qk=10*(9.5+1.3-0.5)-1.3*24=71.8kn/m设计值qs=1.27*71.8=91.2 kn/m2、封底厚度验算l1=6.0m, l2=8.0m=l2/l1=8/6=1.33查表，第壹种情况：11=15.76; 12=55.5m1=qsl12/11=91.2*62/15.76=208.3kn.mm2=qsl22/12=91.2*82/55.5=105.2kn.m取：ht= 5.72m/bft+hu

15、= 5.72*208.3*106/1000/1.27+300=1269mm故水下混凝土厚度采用130mm.九、抗浮验算1、沉井自重封底后，沉井抗浮验算时，沉井重除井壁重量外，尚应包括封底混凝土的重量，封底素混凝土容重按24kn/m3计，封底厚度按1.3m计。井壁重4884kn封底重：1.3*7.8*5.8*24=1411.5kn总重：g=6295.kn2、浮力s=10.5*9*7*10=6615kn3、反摩阻力计算反摩阻力时，单位摩阻力f=10kn/m2,其分布规律见下图。rf=(10.5-2.5)*10*(9-7)*2=2560kn4、抗浮安全系数k=（g+ rf）/s=(6295.5+2560)/6615=1.34(安全)若不计反亩阻力，则k小于1（不安全）十、砂垫层及承垫木的计算1、砂垫层厚度校核根据施工要求，砂垫层顶面标高为-0.5m，砂垫层厚度为1.5m。下卧层的地基允许承载力为：r=90kn/m2。沉井单宽自重：g=204.15kn/m,=22.50。沉井自重在下卧层顶面处产生的压力按下式计算：pz=g/(l+2h*tan)=204.15/(2.5+2*1.5