顶管、沉井结构计算书(详细)

1、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 目 录1目 录21.1工程概况31.2结构计算依据31.3顶管概况31.4顶管工作井、接收井尺寸31.51000mm管顶力计算41.5.1推力计算41.5.2壁板后土抗力计算：41.5.3后背土体的稳定计算：51.6工作井（沉井）下沉及结构计算51.6.1基础资料：51.6.2下沉计算：51.6.3下沉稳定计算：61.6.4抗浮稳定计算(沉井下沉到设计标高浇注底板后)：61.6.5刃脚计算：61.6.6沉井竖向计算：71.6.7井壁内力计算：(理正结构工具箱计算)91

2、.6.8底板内力计算：(理正结构工具箱计算)141.7接收井（沉井）下沉及结构计算151.7.1基础资料：151.7.2下沉计算：161.7.3下沉稳定计算：161.7.4抗浮稳定计算(沉井下沉到设计标高浇注底板后)：161.7.5刃脚计算：161.7.6沉井竖向计算171.7.7井壁内力计算：(理正结构工具箱计算)181.7.8底板内力计算：(理正结构工具箱计算)241.1 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，W

3、24W26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（国家标准图集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；

4、10 、给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程（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，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L50m。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HPB235级钢筋强度设计值fy=fy=210N/ mm2HRB335级钢筋强度设计值fy=fy=300N/

5、mm2（2） 圆管砼：采用C50，沉井采用C25。（3） 所顶土层为砂砾石，r=21KN/ m34、 本工程地下水埋深为2.02.5m。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 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D1000，壁厚200。因此，工作井的宽度尺寸为 B=140028002400=3800mm；（2）工作井底的

6、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+20.4+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=3.1

7、4d=3.14x1.4=4.396m顶入管总长度L=50m 管壁厚t=0.2m 水容重w=10KN/m3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=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 kN1.5.2 壁板后土抗力计算：顶管总推力设计值 Pt=1.3x1552.

8、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.m1.5.3 后背土体的稳定计算： 主动土压力标准值Pa=rZtg2（45-）= 21x8xtg2（45-）=45.53kN/m2被动土压力标准值Pp= rZtg2（45+）= 21x8xtg2（45+）=619.95 kN/m2

9、沉井前方总主动土压力标准值Pa=0.5rH2tg2（45-）= 0.5x21x82 x tg2（45-）=182.11 kN/m2沉井后方总被动土压力标准值Pp=0.5rH2tg2（45+）= 0.5x21x82 x tg2（45+）=2479.80kN/m2hp=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。1.6

10、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，在沉井范围内均为卵石土层，沉井考虑先开挖后下沉。1.6.1 基础资料：单位摩阻力fk25Kpa，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w=10KN/m3 ,内摩擦角=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：TU=(5.3

11、x2+3.8x2)xx(6.5+1.3-2.5)X25=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=0.671.05(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GK1626.635.33.80.3525=1655.52kN基底的水浮力标准值：Ffbw,k5.33.86.

12、5101309.1kN 抗浮系数：Kfw1655.52/1309.11.271.05满足要求。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=1.3maf =(0.1XL14)/(h4+0.05 L14)=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=105.63 KN/m。刃脚插入土中最大深度为0.45米，=56.3n=0.3m,c=0.3m=35.21KN/m取=30水平推力H=V2tg(-)=35.21xtg(56.

13、3-30)= 17.4KN/m向外悬臂弯矩M=17.4X2/3X0.45=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：TU=(5.3x2+3.8x2)xx(4+1.3-2.5)X15=382.2KN刃脚斜面垂直反力及水平推力：=127.4KN/m H=V2tg(-)=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=130KN qb=182.11KN向里悬臂弯矩：=139.2

14、 KN.m(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,s=M/1fcbh02=27400000/(1.0*11.9*1000*510*510)=0.00853=0.0085AS=192mm2AS,min=0.2%*550*1000=1100mm2,按构造配筋，AS=1100mm2,选用814。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，

15、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=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：M支=-1/2*82.55*(5.3*0.15)2-1/2*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

16、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/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L101.05满足要求。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水平分力分配系数：=0.6961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 qb=0.5rH2tg2（45-）= 0.5x21x72 x

17、 tg2（45-）=139.0 kN/m向里悬臂弯矩：=108.7 KN.m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,s=M/1fcbh02=17800000/(1.0*11.9*1000*460*460)=0.00707=0.00707AS=163mm2AS,min=0.2%*500*1000=1000mm2,按构造配筋，AS=1100mm2,选用814。1.7.6 沉井竖向计

18、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

19、三个点上，如图b所示。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/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*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

20、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 侧向土压力荷载组合(kN/m2):部位(标高)土压力标准值水压力标准值活载标准值基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底板顶面(-7.650)29.7556.502.71112.6487.34 池内底部水压力: 标准值= 1.00 kN/m2, 基本组合设计值= 1.27 kN/

21、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 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 = (728.001.20+0.001.27+0.001.27+10.941.270.90)/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+0.001.00+1.507.2900.40)/7.290 = 100.46kN/m2 板底均布净反力基本组合: Q = 121

22、.55-0.35025.001.20 = 111.05 kN/m2 板底均布净反力准永久组合: Qe = 100.46-0.35025.00 = 91.71 kN/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基本组合: Qb = 2.7002.7001.501.27+728.001.20 +(2.0002.0000.100)10.001.27/7.290 = 122.44kN/m2 板底均布净反力基本组合: Q = 122.44-(0.35025.001.20+0.10010.001.27) = 110.67kN/m2 水池底板以上全部竖向压力准永久组合: Qbe = 2

23、.7002.7001.500.40+728.00 +(2.0002.0000.100)10.00/7.290 = 101.01kN/m2 板底均布净反力准永久组合: Qe = 101.01-(0.35025.00+0.10010.00) = 91.26kN/m2（2） 内力,配筋及裂缝计算 弯矩正负号规则: 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:

24、Lx= 2.350 m, Ly= 7.475 m , 四边固定 池壁类型: 深池壁 计算方法: 0H2L 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0H2L部分按双向板计算的水平向内力,取大值. 基本组合作用弯矩表(kN.m/m) 部位池外土压力池内水压力

25、温湿度作用基本组合内侧-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 竖直下边缘 -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 竖直下边缘-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

26、跨中0.76 - -0.76 竖直上边缘 -0.00 -0.00 竖直下边缘 -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 -0.010.00-0.01 竖直上边缘0.00 -23.22-23.22 竖直下边缘-24.13 -23.22-47.36 (4)B侧池壁内力: 计算跨度: Lx= 2.350 m, Ly= 7.475 m , 四边固定 池壁类型: 深池壁 计算方法: 0H2L 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

27、.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0H2L部分按双向板计算的水平向内力,取大值. 基本组合作用弯矩表(kN.m/m) 部位池外土压力池内水压力温湿度作用基本组合内侧-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 竖直下边缘 -0.34 -0.34外侧-水平跨中 -0.14-2

28、1.24-21.38 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 竖直下边缘-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 竖直下边缘 -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 -0.010.00-

29、0.01 竖直上边缘0.00 -23.22-23.22 竖直下边缘-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) 基本组合作用弯矩表 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0.00-57.72-57.72 B向边缘0.00-57.72-57.72 L向跨中 -27.65-0.57 B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0.00-47.36-47.36 B向边缘0.00-47.36-47.36 L向跨中 -22.68-0.32 B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) 基本组合