沉井结构计算书详细讲解

1、中国中铁深圳市城市轨道交通4号线工程主体工程4302标段二工区沉井结构计算书计算:校核：审定：中铁二局工程深圳市轨道交通4号线4302标二工区工程部2021年10月1 目录21.1 顶管概况31.2 顶管工作井、接收井尺寸31.3 1200mm#顶力计算31.3.1 推力计算31.3.2 壁板后土抗力计算：41.3.3 后背土体的稳定计算：41.4 工作井沉井下沉及结构计算41.4.1 根底资料：41.4.2 下沉计算：51.4.3 下沉稳定计算：51.4.4 刃脚计算：51.4.5 沉井竖向计算：61.4.6 井壁内力计算：理正结构工具箱计算71.4.7 底板内力计算：理正结构工具箱计算12

2、1.5 接收井沉井下沉及结构计算131.5.1 根底资料：131.5.2 下沉计算：141.5.3 下沉稳定计算：141.5.4 抗浮稳定计算沉井下沉到设计标高浇注底板后：141.5.5 刃脚计算：141.5.6 沉井竖向计算151.5.7 井壁内力计算：理正结构工具箱计算161.1 顶管概况(1)钢筋一HRB33驳钢筋强度设计值fy=fy=300N/mn2(2)圆管碎：采用C50,沉井采用C3d(3)所顶土层为黏土,r=17KN/m3本计算除井壁、底板外未采用专业计算软件.1.2 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

3、算公式B=D+2b+2c式中：B工作井宽度；D一一顶进管节的外径尺寸；b工作井内安好管节后两侧的工作空间,本工程采用每侧0.8m；c护壁厚度,本工程采用0.4m；本工程的顶管直径为D100Q壁厚200.工作井的宽度尺寸为B=8.7mm；(2)工作井底的长度计算公式：L=L1+L2+L3+2L4+L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后背墙白厚度,取0.4m；;L5已顶进的管节留在导轨上的最小长度,取0.3m.确定本工程工作井的底部长度尺寸为L=8.7m.(3)工作井的深度工作井的深度由设计高程和根底底板的厚度决定.(4)

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4.35m.1.3 1200mmf顶力计算1.3.1 推力计算管径D=1.2m管外周长S=3.14d=3.14x1.6=5.024m顶入管总长度L=50m管壁厚t=0.2m顶入管每米重量W=3.14X(1.42-1.02)/4X25=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=5x5.024+18.84x0.4=32.656kN/m初始推力F0=(Pe+PwAP)(3.14/4)B2c=(150+2.0x10+20x3.14/4x1.62=484.6kN总推力f=F0+f0L=484.6+

5、32.656x50=2117.4kN1.3.2 壁板后土抗力计算:顶管总推力设计值Pt=1.5x2117.4=3176.1kN顶管力至刃脚底的距离：hf=2.5m沉井尺寸rc=8.7mqAma=4Pt/(3sf)=4x3176.1/(3x59.416x2.5)=28.51kpaqA=28.51x(8-1.5)/8=23.16kpaMA=-0.307qAr2c=-0.307x43.42x(59.416)2=-47058kN.m1.3.3 后背土体的稳定计算:主动土压力标准值Pa=rZtg2(45-35-)=21x8xtg2(45-35-)=45.53kN/m222被动土压力标准值Pp=rZtg2

6、(45+)=21x8xtg2(45+竺)=619.95kN/希22沉井前方总主动土压力标准值Pa=0.5rH2tg2(45-空)=0.5x21x82xtg2(452-35-)=182.11kN/m22沉井前方总被动土压力标准值Pp=0.5rH2tg2(450+35口)=0.5x21x82xtg2(452+35-)=2479.80kN/m22hp=H/3=8/3=2.67m=(hf-1hf-hp)/hf=(2.5-|2.5-2.67|)/2.5=0.932总推力F=1552.11,05满足要求1.4.3 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1.4.4 刃脚计算:

7、水平框架作用的判别,L1=4.9m,h=1.3maf=(0.1XL14)/(h4+0.05L14)=1.811af1,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1626.63R=105.632(4.752.95)KN/m刃脚插入土中最大深度为0.45米,a=arctg045=56.30.3n=0.3m,c=0,3mRnn2c105.63X0.30.32X0.3=35.21KN/m取B=30)=17.4KN/m水平推力H=Vtg(a-B)=35.21xtg(56.3-30向外悬臂弯矩M=17.4X2/3X0.4

8、5=5.22KN.m/mb.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:.,11,/cc、T=U-(Hh1-2.5)f=(5,3x2+3,8x2)x-x(4+1.3-2.5)X15=382.2KN刃脚斜面垂直反力及水平推力：V2=-Rn-=382,2X0,3=127.4KN/mn2c0.32X0.3H=V2tg(a-B)=127.4xtg(56.3-30)=93.59KN/m向外悬臂弯矩：M=93.59X2/3X0.45=28.08KN.m/mc.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：qa=130KNqb=182.11KN向

9、里悬臂弯矩:q“h1o130X131oMgq(qB-qA)h2=X(182.11-130)X1.32=139.2KN.m2323(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.mh0=510mm,b=1000mm,as=M/a1fcbh02=27400000/(1.0*11.9*1000*510*510)=0.00853(=0.0085AS=192mm21,05满足要求1.5.3 下沉稳定计算：根据地勘资料,沉井下沉土层为

10、卵石土层,因此下沉稳定满要求.1.5.4 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G=2184+30.17X0,35乂30=2500kN基底的水浮力标准值：Ffbw,k=30.17X8,0X10=2414kN抗浮系数：Kw=-=2500/2414=1.04135)=139,0kN/m2又工作并计算可知,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,那么：qa=2,7x4,0x10=108KN/mqb=0,5rH2tg2(45-35-)=0,5x21x72xtg2(452向里悬臂弯矩:MgqAh-(qB-qA)h2=108X1.

11、3-X(139-108)X1.32=108.7KN.mG2323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.mh0=460mm,b=1000mm,as=M/a1fcbh02=17800000/(1.0*11.9*1000*460*460)=0.00707(=0.00707AS=163mm2AS,min=0.2%*500*1000=1000mm2勾造配筋,AS=1100mm旗用8小14.1.5.6 沉井竖向计算1)、抽垫木时井

12、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cEH,1L-1-1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：必=-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：Mfr=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

13、三个点上,如图b所示.IIIIII2. L3,L支座弯矩：Mfc=-1/8*66.7*1.352=-15.2KN.m跨中弯矩：Mfr=0.07*66.7*1.352=8.5KN.m(3)配筋计算L10/H02,按深梁进行设计,根据?混凝土结构设计标准?,计算如下：由于L10VH内力臂：z1=0.6L10=0.6*2.7=1.62m刃脚底部：Mfr=8.5KN.m,As=M中/fyz1=8500/(300*1.62)=17.5mm2井墙顶部：Mfc=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

14、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1.5.7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侧向土压力荷载组合(kN/m2):部位(标图)土压力标准值水压力标准值活载标准值根本组合准永久组合地面(0.000)0.000.002.713.101.08池壁顶端(-0.175)1.000.002.714.362.08地下水位处(-2.000)11.380.002.7117.5512.47底板顶向(-7.650)29.7556.502.71112.6487.34池内底部水压力：标准值=1.00kN/m2,根本组合设计值=1

15、.27kN/m2底板荷载计算(池内无水,池外填土):水池结构自重标准值Gc=728.00kN根底底面以上土重标准值Gt=0.00kN根底底面以上水重标准值Gs=0.00kN根底底面以上活载标准值Gh=10.94kN水池底板以上全部竖向压力根本组合：Qb=(728.00义1.20+0.00义1.27+0.00义1.27+10.94X1.27X0.90)/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乂1.00+1.50乂7.290乂0.40)/7.290=100.46kN/m2板底均布净反力根本组合：Q=121.55-0.350义

16、25.00义1.20=111.05kN/m2板底均布净反力准永久组合：Qe=100.46-0.350X25.00=91.71kN/m2底板荷载计算(池内有水,池外无土):水池底板以上全部竖向压力根本组合：Qb=2.700义2.700X1.50X1.27+728.00义1.20+(2.000X2.000X0.100)X10.00X1.27/7.290=122.44kN/m2板底均布净反力根本组合：Q=122.44-(0.350X25.00X1.20+0.100X10.00X1.27)=110.67kN/m2水池底板以上全部竖向压力准永久组合：Qbe=2.700义2.700X1.50X0.40+7

17、28.00+(2.000X2.000X0.100)X10.00/7.290=101.01kN/m2板底均布净反力准永久组合：Qe=101.01-(0.350X25.00+0.100X10.00)=91.26kN/m2(2)内力,配筋及裂缝计算弯矩正负号规那么：顶板：下侧受拉为正,上侧受拉为负池壁：内侧受拉为正,外侧受拉为负底板：上侧受拉为正,下侧受拉为负荷载组合方式：1. 池外土压力作用(池内无水,池外填土)2. 池内水压力作用(池内有水,池外无土)3. 池壁温湿度作用(池内外温差=池内温度-池外温度)(3)L侧池壁内力：计算跨度：Lx=2.350m,Ly=7.475m,四边固定池壁类型：深池

18、壁计算方法：0H2L局部根据水平向单向板计算H=2L处池外土压力作用弯矩(kN.m/m):水平向跨中：根本组合:7.72,准永久组合:5.77水平向边缘：根本组合:-15.44,准永久组合：-11.53H=2L处池内水压力作用弯矩(kN.m/m):水平向跨中：根本组合:0.00,准永久组合:0.00水平向边缘：根本组合:0.00,准永久组合:0.00H=2L处水平向内力,与0VH2嘟分按双向板计算的水平向内力,取大值.根本组合作用弯矩表(kN.m/m)部位池外土压力池内水压力温湿度作用根本组合内侧-水平跨中16.18-16.18水平边缘-0.29-0.29竖直跨中0.98-0.981竖直上边缘

19、-0.00-0.00竖直卜边缘-0.34-0.34外侧-水平跨中-0.14-21.24-21.38水平边缘-33.47-21.24-54.71竖直跨中-0.010.00-0.01竖直上边缘0.00-26.54-26.54竖直卜边缘-31.18-26.54-57.72准永久组合作用弯矩表(kN.m/m)部位池外土压力池内水压力温湿度作用准永久组合内侧-水平跨中12.45-12.45水平边缘-0.23-0.23竖直跨中0.76-0.76竖直上边缘-0.00-0.00竖直卜边缘-0.26-0.26外侧-水平跨中-0.11-18.58-18.69水平边缘-25.73-18.58-44.31竖直跨中-0

20、.010.00-0.01竖直上边缘0.00-23.22-23.22竖直卜边缘-24.13-23.22-47.36B侧池壁内力：计算跨度：Lx=2.350m,Ly=7.475m,四边固定池壁类型：深池壁计算方法：0H2L局部根据水平向单向板计算H=2L处池外土压力作用弯矩(kN.m/m):水平向跨中：根本组合:7.72,准永久组合:5.77水平向边缘：根本组合:-15.44,准永久组合：-11.53H=2L处池内水压力作用弯矩(kN.m/m):水平向跨中：根本组合:0.00,准永久组合:0.00水平向边缘：根本组合:0.00,准永久组合:0.00H=2L处水平向内力,与0VH2嘟分按双向板计算的

21、水平向内力,取大值.根本组合作用弯矩表(kN.m/m)部位池外土压力池内水压力温湿度作用根本组合内侧-水平跨中16.18-16.18水平边缘-0.29-0.29竖直跨中0.98-0.98：竖直上边缘-0.00-0.00竖直卜边缘-0.34-0.34外侧-水平跨中-0.14-21.24-21.38水平边缘-33.47-21.24-54.71竖直跨中-0.010.00-0.01竖直上边缘0.00-26.54-26.54竖直卜边缘-31.18-26.54-57.72准永久组合作用弯矩表(kN.m/m)部位池外土压力池内水压力温湿度作用准永久组合内侧-水平跨中12.45-12.45水平边缘-0.23-

22、0.23竖直跨中0.76-0.76竖直上边缘-0.00-0.00竖直卜边缘-0.26-0.26外侧-水平跨中-0.11-18.58-18.691水平边缘-25.73-18.58-44.31竖直跨中-0.010.00-0.01竖直上边缘0.00-23.22-23.22竖直卜边缘-24.13-23.22-47.36(5)底板内力: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)根本组合作用弯矩表部位简支基底反力池壁传递弯矩弯矩叠加上侧-L向跨中27.08-B向跨中27.08-下侧-L向边缘0.00-57.

23、72-57.72B向边缘0.00-57.72-57.72L向跨中-27.65-0.57B向跨中-27.65-0.57准永久组合作用弯矩表部位简支基底反力池壁传递弯矩弯矩叠加上侧-L向跨中22.37-B向跨中22.37-下侧-L向边缘0.00-47.36-47.36B向边缘0.00-47.36-47.36L向跨中-22.68-0.32B向跨中-22.68-0.32池内有水,池外无土时,荷载组合作用弯矩表(kN.m/m)根本组合作用弯矩表部位简支基底反力池壁传递弯矩弯矩叠加上侧-L向跨中26.990.1627.15B向跨中26.990.1627.15L向边缘0.000.340.34B向边缘0.000.340.34准永久组合作用弯矩表部位简支基底反力池壁传递弯矩弯矩叠加上侧-L向跨中22.260.1322.38B向跨中22.260.1322.38L向边缘0