雨污管网建设项目顶管专项施工方案 - 计算书

顶管力标准值Ptk（kN）1000顶管力至刃脚底的距离hf（m）3.12沉井受力简图1主动土压力计算（沉井后侧）1）主动土压力系数Ka1=tan2（45°-φ1/2）=tan2（45-18/2）=0.528Ka2=tan2（45°-φ2/2）=tan2（45-20/2）=0.49Ka3=tan2（45°-φ3/2）=tan2（45-22/2）=0.455Ka4=tan2（45°-φ4/2）=tan2（45-23/2）=0.4382）土压力、地下水产生的水平荷载第1层土：0-1.2mH1'=[∑γ0h0]/γ1=[0]/19=0mPak1上=γ1H1'Ka1-2c1Ka10.5=19×0×0.528-2×13×0.5280.5=-18.89kN/m2Pak1下=γ1（h1+H1'）Ka1-2c1Ka10.5=19×（1.2+0）×0.528-2×13×0.5280.5=-6.855kN/m2第2层土：1.2-2.4mH2'=[∑γ1h1]/γ2=[22.8]/19=1.2mPak2上=γ2H2'Ka2-2c2Ka20.5=19×1.2×0.49-2×15×0.490.5=-9.828kN/m2Pak2下=γ2（h2+H2'）Ka2-2c2Ka20.5=19×（1.2+1.2）×0.49-2×15×0.490.5=1.351kN/m2第3层土：2.4-8.6mH3'=[∑γ2h2]/γ3=[45.6]/19=2.4mPak3上=γ3H3'Ka3-2c3Ka30.5=19×2.4×0.455-2×17×0.4550.5=-2.187kN/m2Pak3下=γ3（h3+H3'）Ka3-2c3Ka30.5=19×（6.2+2.4）×0.455-2×17×0.4550.5=51.407kN/m2第4层土：8.6-12.57mH4'=[∑γ3h3]/γ4=[163.4]/19=8.6mPak4上=γ4H4'Ka4-2c4Ka40.5=19×8.6×0.438-2×18×0.4380.5=47.756kN/m2Pak4下=γ4（h4+H4'）Ka4-2c4Ka40.5=19×（3.97+8.6）×0.438-2×18×0.4380.5=80.802kN/m23）水平荷载临界深度：Z0=2.4-Pak2下h2/（Pak2上+Pak2下）=2.4-1.351×1.2/（9.828+1.351）=2.255m；第1层土Eak1=0kN；第2层土Eak2=0.5Pak2下Z0ba=0.5×1.351×2.255×1=1.523kN；aa2=（2.4-Z0）/3+∑h3=（2.4-2.255）/3+10.17=10.218m；第3层土Eak3=0.5Pak3下[Pak3下h3/（Pak3上+Pak3下）]ba=0.5×51.407×[51.407×6.2/（2.187+51.407）]×1=152.86kNaa3=[Pak3下h3/（Pak3上+Pak3下）]/3+∑h4=[51.407×6.2/（2.187+51.407）]/3+3.97=5.952m第4层土Eak4=h4（Pa4上+Pa4下）ba/2=3.97×（47.756+80.802）×1/2=255.188kN；aa4=h4（2Pa4上+Pa4下）/（3Pa4上+3Pa4下）=3.97×（2×47.756+80.802）/（3×47.756+3×80.802）=1.815m；土压力合力：Eak=ΣEaki=0+1.523+152.86+255.188=409.571kN；合力作用点：aa=Σ（aaiEaki）/Eak=（0×0+10.218×1.523+5.952×152.86+1.815×255.188）/409.571=3.39m；2被动土压力计算（沉井前侧）1）被动土压力系数Kp1=tan2（45°+φ1/2）=tan2（45+18/2）=1.894；Kp2=tan2（45°+φ2/2）=tan2（45+20/2）=2.04；Kp3=tan2（45°+φ3/2）=tan2（45+22/2）=2.198；Kp4=tan2（45°+φ4/2）=tan2（45+23/2）=2.283；2）土压力、地下水产生的水平荷载第1层土：0-1.2mH1'=[∑γ0h0]/γ1=[0]/19=0mPpk1上=γ1H1'Kp1+2c1Kp10.5=19×0×1.894+2×13×1.8940.5=35.786kN/m2Ppk1下=γ1（h1+H1'）Kp1+2c1Kp10.5=19×（1.2+0）×1.894+2×13×1.8940.5=78.979kN/m2第2层土：1.2-2.4mH2'=[∑γ1h1]/γ2=[22.8]/19=1.2mPpk2上=γ2H2'Kp2+2c2Kp20.5=19×1.2×2.04+2×15×2.040.5=89.347kN/m2Ppk2下=γ2（h2+H2'）Kp2+2c2Kp20.5=19×（1.2+1.2）×2.04+2×15×2.040.5=135.851kN/m2第3层土：2.4-8.6mH3'=[∑γ2h2]/γ3=[45.6]/19=2.4mPpk3上=γ3H3'Kp3+2c3Kp30.5=19×2.4×2.198+2×17×2.1980.5=150.635kN/m2Ppk3下=γ3（h3+H3'）Kp3+2c3Kp30.5=19×（6.2+2.4）×2.198+2×17×2.1980.5=409.558kN/m2第4层土：8.6-12.57mH4'=[∑γ3h3]/γ4=[163.4]/19=8.6mPpk4上=γ4H4'Kp4+2c4Kp40.5=19×8.6×2.283+2×18×2.2830.5=427.371kN/m2Ppk4下=γ4（h4+H4'）Kp4+2c4Kp40.5=19×（3.97+8.6）×2.283+2×18×2.2830.5=599.549kN/m23）水平荷载第1层土Epk1=bah1（Pp1上+Pp1下）/2=1×1.2×（35.786+78.979）/2=68.859kN；ap1=h1（2Pp1上+Pp1下）/（3Pp1上+3Pp1下）+∑h2=1.2×（2×35.786+78.979）/（3×35.786+3×78.979）+11.37=11.895m；第2层土Epk2=bah2（Pp2上+Pp2下）/2=1×1.2×（89.347+135.851）/2=135.119kN；ap2=h2（2Pp2上+Pp2下）/（3Pp2上+3Pp2下）+∑h3=1.2×（2×89.347+135.851）/（3×89.347+3×135.851）+10.17=10.729m；第3层土Epk3=bah3（Pp3上+Pp3下）/2=1×6.2×（150.635+409.558）/2=1736.6kN；ap3=h3（2Pp3上+Pp3下）/（3Pp3上+3Pp3下）+∑h4=6.2×（2×150.635+409.558）/（3×150.635+3×409.558）+3.97=6.592m；第4层土Epk4=bah4（Pp4上+Pp4下）/2=1×3.97×（427.371+599.549）/2=2038.435kN；ap4=h4（2Pp4上+Pp4下）/（3Pp4上+3Pp4下）=3.97×（2×427.371+599.549）/（3×427.371+3×599.549）=1.874m；土压力合力：Epk=ΣEpki=68.859+135.119+1736.6+2038.435=3979.013kN；合力作用点：ap=Σ（apiEpki）/Epk=（11.895×68.859+10.729×135.119+6.592×1736.6+1.874×2038.435）/3979.013=4.407m；3顶管力作用下沉井后背土体稳定性验算默认顶管力作用于沉井后侧，其顶管作用力由沉井后侧土被动土压力进行抵消。顶管力与土压力合力作用点不一致的折减系数ε：ε=（hf-|hf-ap|）/hf=（3.12-|3.12-4.407|）/3.12=0.587顶管力允许值Ptk，s：Ptk，s=ε（0.8Epk-Eak）=0.587×（0.8×3979.013-409.571）=1629.134kN≥Ptk=1000kN满足要求！9.5以北区域P-4沉井施工计算书9.5.1参数信息沉井截面类型矩形沉井总高度H（m）16.9沉井入土深度Hw（m）16.9沉井首节高度Hs（m）1.83矩形沉井尺寸（m）长Ls×宽Bs6×6沉井壁厚度t（m）0.8沉井下沉过程中顶部附加荷载标准值Gj（KN）5000沉井使用过程中附加荷载（包含底板自重、设备等）标准值Gf（kN）0沉井方式不排水下沉地下水位深度ha（m）100沉井水平配筋HRB33520@200沉井竖向配筋HRB33520@200钢筋自重标准值G1k（kN/m3）1.5混凝土自重标准值G2k（kN/m3）24沉井总体示意图9.5.2砂垫层铺设厚度验算沉井承垫材料：垫木垫木宽度L（m）：2砂的天然容重γs（kN/m3）：20砂垫层的压力扩散角θ（°）：25砂垫层厚度h0（m）：0.5砂垫层底部地基承载力设计值[P]（kPa）：150砂垫层计算简图沉井第一节沿井壁单位长度重量：G0=tHs（G2k+G1k）=0.8×1.83×（24+1.5）=37.332kN/m砂垫层底部荷载计算值：P=G0/（2h0tanθ+L）+γsh0=37.332/（2×0.5×tan25°+2）+20×0.5=25.137kpa≤[P]=150kpa满足要求！9.5.3垫架拆除井壁强度验算两支承点之间最大距离L1（m）：4支承点距端部的距离L2（m）：1矩形沉井按8点支承：沉井垫架拆除示意图沉井在开始下沉特别是在抽垫木时，井壁会产生较大的弯曲应力。沉井井壁抗弯按深受梁考虑，参考GB50010-2010附录G，深受梁计算第G.0.8条，0.2Hs范围内纵向受力实际钢筋面积经计算：A's底部=A's顶部=1778.141mm2支座弯矩M支：M支=-G0L22/2=-37.332×12/2=-18.666kN·m跨中弯矩M中：M中=G0L12/8-M支=37.332×42/8-18.666=55.998kN·m将沉井结构按深梁结构进行验算，根据《混凝土结构设计规范》，计算如下：h0跨中=Hs-0.1×Hs=1.83-0.1×1.83=1.647m取fy×As=f'y×A's，则x=0<0.2h0，取x=0.2h0=0.2×1.647=0.329mαd跨中=0.8+0.04×L1/Hs=0.8+0.04×4/1.83=0.887z跨中=αd跨中×（h0跨中-0.5×x）=0.887×（1.647-0.5×0.329）=1.315mAs底部=M跨中/（fy×z跨中）=55.998×106/（300×1315.44）=141.899mm2As底部=141.899mm2≤A's底部=1778.141mm2满足要求！h0支座=Hs-0.2×Hs=1.83-0.2×1.83=1.464m取fy×As=f'y×A's，则x=0<0.2h0，取x=0.2h0=0.2×1.464=0.293mαd支座=0.8+0.04×L1/Hs=0.8+0.04×4/1.83=0.887z支座=αd支座×（h0支座-0.5×x）=0.887×（1.464-0.5×0.293）=1.169mAs顶部=M支/（fy×z支座）=18.666×106/（300×1169.28）=53.212mm2As顶部=53.212mm2≤A's顶部=1778.141mm2满足要求！9.5.4沉井下沉验算沉井下沉计算土层参数：序号土名称土厚度hs（m）井壁与土的摩阻系数fk（kN/m2）土的极限承载力fu（KN/m2）1填土1.2172502粉土1.2172503粉土6.2353504粉土4.5353505粉土6.935350沉井下沉力系平衡图当沿沉井深度土层为多类别时，单位摩阻力可取各层土单位摩阻力标准值的加权平均值。单位摩阻力fka：fka=Σ1nfkihsi/Σ1nhsi=（1.2×17+1.2×17+6.2×35+4.5×35+3.8×35）/16.9=32.444kPa沉井自重标准值G：G=（2Bs+2Ls-4t）tH（G2k+G1k）=（2×6+2×6-4×0.8）×0.8×16.9×（24+1.5）=7171.008kN沉井下沉重力标准值（包括沉井顶部附加荷载）Gk：Gk=G+Gj=7171.008+5000=12171.008kN由于地下水位深度ha大于等于沉井下沉深度，所以沉井下沉过程中水的浮托力标准值Ffw，k=0kN假定摩阻力随土深而加大，并在5m深时达到最大值，5m以下时，保持常值。井壁总摩阻力标准值Ffk：Ffk=（2Bs+2Ls）（Hw-2.5）fka=（2×6+2×6）×（16.9-2.5）×32.444=11212.573kN下沉系数kst：kst=（Gk-Ffw，k）/Ffk=（12171.008-0）/11212.573=1.085kst=1.085≥1.05下沉满足要求！9.5.5沉井下沉稳定性验算刃脚斜面水平投标宽度c（m）0.55刃脚踏面宽度b（m）0.35由沉井下沉验算章节可知,沉井下沉重力标准值（包括沉井顶部附加荷载）Gk=12171.008kN沉井下沉过程中水的浮托力标准值Ffw，k=0kN井壁总摩阻力标准值Ffk=11212.573kN刃脚反力R：R=（b+c）（2Ls+2Bs-4t）fu=（0.35+0.55）×（2×6+2×6-4×0.8）×350=6552kN下沉稳定系数kst，s=（Gk-Ffw，k）/（Ffk+R）=（12171.008-0）/（11212.573+6552）=0.685≤0.9满足要求！9.5.6沉井封底验算混凝土附加厚度hu（m）0.2封底混凝土强度等级C20混凝土抗拉强度设计值ft（N/mm2）1.1封底混凝土总厚度ht（m）1.3由于沉井入土深度Hw小于等于地下水位深度ha，沉井封底后，封底素混凝土不存在静水压力荷载，无须进行沉井封底混凝土验算，按构造要求施工即可。9.5.7沉井抗浮稳定性验算由于沉井下沉深度Hw小于等于地下水位深度ha，沉井不受水浮托力，抗浮稳定性满足要求！9.6雨水工程1号调蓄池至2号调蓄池120米D1500顶管施工计算书9.6.1基本参数管道顶力计算依据《给水排水工程顶管技术规程》CECS246-2008顶管机选型挤压式（敞开式）管道截面形式圆形圆形顶管机外径Ds（mm）1800管道的计算顶进长度L（m）120地面至管道底部外缘的深度h1（mm）10580管道外缘底部至导轨底面的高度h2（mm）140基础及其垫层的厚度h3（mm）360顶管机进入接收坑后支撑垫板厚度h4（mm）20顶进坑地面至坑底的深度H1（mm）11080接收坑地面至坑底的深度H2（mm）11110后座墙支撑作用不考虑后座墙的尺寸（mm）：【宽BX高H】8000X4000土抗力安全系数η1.5后座墙顶至地面高度h5（mm）7080顶管机喇叭口开口率β0.3基坑支护基础底至后座墙底高度h6（mm）1900计算简图：工作坑后座墙示意图9.6.2土层参数土的重度γ（kN/m3）18.9土的内聚力c（kPa）19土的内摩擦角φ（°）25被动土压力系数Kp3后座墙土体允许施加的顶进力：F=KpγH1BH/η=3×18.9×11.08×8×4/1.5=13402.368kN9.6.3管道参数管材类型混凝土管道管道尺寸（mm）：【外径DX壁厚t】900X150管道最小有效传力面积A（m2）0.777顶力分项系数γd1.3管材受压强度折减系数φ10.9偏心受压强度提高系数φ21.05管材脆性系数φ30.85混凝土强度标准调整系数φ50.79管材受压强度设计值fc（N/mm2）27.5管道管道许用顶力：[Fr]=0.5φ1φ2φ3fcA/（φ5γd）=0.5×0.9×1.05×0.85×27.5×777/（0.79×1.3）=8356.107KN9.6.4主顶工作井顶进井布置设置中继间主顶工作井千斤顶吨位Pz（kN）5880主顶工作井千斤顶个数nz2主顶工作井千斤顶液压作用效率系数ηh0.7管道外壁与土的平均摩擦力fk（kN/m2）5挤压阻力R（kN/m2）400顶管机的迎面阻力Nf=πDs2（1-β）R/4=3.14×1.8×1.8×（1-0.3）×400/4=712.152KN总顶力：P=πDLfk+Nf=3.14×0.9×120×5+712.152=2407.752KN主顶工作井的千斤顶顶推能力：Tz=ηhnzPz=0.7×2×5880=8232KN9.6.5中继间中继间平均周长C（mm）4200中继间千斤顶液压作用效率系数ηh0.8第N个中继间到顶管机端部距离Si（m）中继间净距Li（m）千斤顶吨位Pi（kN）单个油缸的作用面积Ai（mm2）千斤顶台数n160605880500002第1个中继间顶推力：PJ1=πDLifk+Nf=3.14×0.9×60×5+712.152=1559.952kN千斤顶顶推能力：T=ηhnPi=0.8×2×5880=9408kNPJ1=1559.952kN≤T=9408kNPJ1=1559.952kN≤[Fr]=8356.107kN满足要求！中继间安全阀的最大压力：maxP1=PJ1/（nηhAi）=1559.952/（2×0.8×0.05）=19499.4kPa千斤顶布设间距：l=C/n=4200/2=2100mm主顶工作井顶推力：P=max{PJ1，πD*（L-SN）fk}=max{1559.952，3.14×0.9×60×5}=1559.952kNP=1559.952kN≤Tz=8232kNP=1559.952kN≤[Fr]=8356.107kN满足要求！9.6.6注浆压力计算为计算方便，在施工现场也可以取：P=（2～3）γHD=（2～3）×18.9×9.08=343.224～514.836kPa9.6.7导轨间距导轨高d1（mm）140导轨上顶面宽d2（mm）150管外底距导轨底距离e（mm）50导轨间距：A=2（（D-d1+e）（d1-e））0.5+d2=2×（（900-140+50）×（140-50））0.5+150=690mm9.7雨水工程1号调蓄池至2号调蓄池90米D2400顶管施工计算书9.7.1基本参数管道顶力计算依据《给水排水工程顶管技术规程》CECS246-2008顶管机选型挤压式（敞开式）管道截面形式圆形圆形顶管机外径Ds（mm）2880管道的计算顶进长度L（m）90地面至管道底部外缘的深度h1（mm）10360管道外缘底部至导轨底面的高度h2（mm）140基础及其垫层的厚度h3（mm）360顶管机进入接收坑后支撑垫板厚度h4（mm）20顶进坑地面至坑底的深度H1（mm）10860接收坑地面至坑底的深度H2（mm）10890后座墙支撑作用不考虑后座墙的尺寸（mm）：【宽BX高H】8000X4000土抗力安全系数η1.5后座墙顶至地面高度h5（mm）6860顶管机喇叭口开口率β0.3基坑支护基础底至后座墙底高度h6（mm）1900计算简图：工作坑后座墙示意图9.7.2土层参数土的重度γ（kN/m3）18.9土的内聚力c（kPa）19土的内摩擦角φ（°）25被动土压力系数Kp3后座墙土体允许施加的顶进力：F=KpγH1BH/η=3×18.9×10.86×8×4/1.5=13136.256kN9.7.3管道参数管材类型混凝土管道管道尺寸（mm）：【外径DX壁厚t】1440X240管道最小有效传力面积A（m2）1.99顶力分项系数γd1.3管材受压强度折减系数φ10.9偏心受压强度提高系数φ21.05管材脆性系数φ30.85混凝土强度标准调整系数φ50.79管材受压强度设计值fc（N/mm2）27.5管道管道许用顶力：[Fr]=0.5φ1φ2φ3fcA/（φ5γd）=0.5×0.9×1.05×0.85×27.5×1990/（0.79×1.3）=21401.098KN9.7.4主顶工作井顶进井布置只设主顶工作井主顶工作井千斤顶吨位Pz（kN）5880主顶工作井千斤顶个数nz2主顶工作井千斤顶液压作用效率系数ηh0.7管道外壁与土的平均摩擦力fk（kN/m2）5挤压阻力R（kN/m2）400顶管机的迎面阻力Nf=πDs2（1-β）R/4=3.14×2.88×2.88×（1-0.3）×400/4=1823.109KN总顶力：P=πDLfk+Nf=3.14×1.44×90×5+1823.109=3857.829KN主顶工作井的千斤顶顶推能力：Tz=ηhnzPz=0.7×2×5880=8232KN≥P=3857.829KN[Fr]=21401.098KN≥P=3857.829KN满足要求！9.7.5注浆压力计算为计算方便，在施工现场也可以取：P=（2～3）γHD=（2～3）×18.9×8.86=334.908～502.362kPa9.7.6导轨间距导轨高d1（mm）140导轨上顶面宽d2（mm）150管外底距导轨底距离e（mm）50导轨间距：A=2（（D-d1+e）（d1-e））0.5+d2=2×（（1440-140+50）×（140-50））0.5+150=847mm9.8农谷路至二污厂180米顶管施工计算书9.8.1基本参数管道顶力计算依据《给水排水工程顶管技术规程》CECS246-2008顶管机选型挤压式（敞开式）管道截面形式圆形圆形顶管机外径Ds（mm）1200管道的计算顶进长度L（m）180地面至管道底部外缘的深度h1（mm）9200管道外缘底部至导轨底面的高度h2（mm）140基础及其垫层的厚度h3（mm）360顶管机进入接收坑后支撑垫板厚度h4（mm）20顶进坑地面至坑底的深度H1（mm）9700接收坑地面至坑底的深度H2（mm）9730后座墙支撑作用不考虑后座墙的尺寸（mm）：【宽BX高H】8000X4000土抗力安全系数η1.5后座墙顶至地面高度h5（mm）5700顶管机喇叭口开口率β0.3基坑支护基础底至后座墙底高度h6（mm）1900计算简图：工作坑后座墙示意图9.8.2土层参数土的重度γ（kN/m3）18.9土的内聚力c（kPa）19土的内摩擦角φ（°）22被动土压力系数Kp3后座墙土体允许施加的顶进力：F=KpγH1BH/η=3×18.9×9.7×8×4/1.5=11733.12kN9.8.3管道参数管材类型混凝土管道管道尺寸（mm）：【外径DX壁厚t】600X100管道最小有效传力面积A（m2）0.345顶力分项系数γd1.3管材受压强度折减系数φ10.9偏心受压强度提高系数φ21.05管材脆性系数φ30.85混凝土强度标准调整系数φ50.79管材受压强度设计值fc（N/mm2）27.5管道管道许用顶力：[Fr]=0.5φ1φ2φ3fcA/（φ5γd）=0.5×0.9×1.05×0.85×27.5×345/（0.79×1.3）=3710.241KN9.8.4主顶工作井顶进井布置设置中继间主顶工作