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:
中铁二局工程有限公司
深圳市轨道交通4号线4302标二工区项目部
2016年10月
1目录
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顶管概况.............................................. 错误!未定义书签。
顶管工作井、接收井尺寸................................ 错误!未定义书签。
1200mm管顶力计算..................................... 错误!未定义书签。
推力计算.......................................... 错误!未定义书签。
壁板后土抗力计算:................................ 错误!未定义书签。
后背土体的稳定计算:.............................. 错误!未定义书签。
工作井(沉井)下沉及结构计算.......................... 错误!未定义书签。
基础资料:........................................ 错误!未定义书签。
下沉计算:........................................ 错误!未定义书签。
下沉稳定计算:.................................... 错误!未定义书签。
刃脚计算:........................................ 错误!未定义书签。
沉井竖向计算:.................................... 错误!未定义书签。
井壁内力计算:(理正结构工具箱计算) ................ 错误!未定义书签。
底板内力计算:(理正结构工具箱计算) ................ 错误!未定义书签。
接收井(沉井)下沉及结构计算.......................... 错误!未定义书签。
基础资料:........................................ 错误!未定义书签。
下沉计算:........................................ 错误!未定义书签。
下沉稳定计算:.................................... 错误!未定义书签。
抗浮稳定计算(沉井下沉到设计标高浇注底板后):...... 错误!未定义书签。
刃脚计算:........................................ 错误!未定义书签。
沉井竖向计算...................................... 错误!未定义书签。
井壁内力计算:(理正结构工具箱计算) ................ 错误!未定义书签。
1.1顶管概况
(1)钢筋
Ф—HRB335级钢筋强度设计值fy=fy′=300N/ mm2
(2)圆管砼:采用C50,沉井采用C30。
(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。
工作井的宽度尺寸为 B=;
(2)工作井底的长度计算公式:
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。
确定本工程工作井的底部长度尺寸为 L=。
(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。
1.31200mm管顶力计算
1.3.1推力计算
管径D
1
=
管外周长 S==顶入管总长度L=50m 管壁厚t=
顶入管每米重量W={()/4}X25=m
管涵与土之间摩擦系数f=
每米管子与土层之间的综合摩擦阻力 f
=RS+Wf=+ kN/m
初始推力 F0=(Pe+Pw+△P)4)B2c=(150+ x10+=
总推力 F= F
0+ f
L=+= kN
1.3.2 壁板后土抗力计算:
顶管总推力设计值 Pt= kN
顶管力至刃脚底的距离:h f = 沉井尺寸r c = q Amax =4 Pt/(3 s f ) = q A =/8= kpa MA=2c=
1.3.3 后背土体的稳定计算:
主动土压力标准值Pa=rZtg 2(45°-
235?)= 21x8xtg 2(45°-235?
)=m 2
被动土压力标准值Pp= rZtg 2(45°+235?)= 21x8xtg 2(45°+2
35?
)= kN/m 2
沉井前方总主动土压力标准值Pa=(45°-235?)= x tg 2
(45°-235?)= kN/m 2
沉井后方总被动土压力标准值Pp=(45°+235?)= x tg 2(45°+2
35?
)=m 2
h p =H/3=8/3=2.67 m
§=( h f -︳h f - h p ︳)/ h f =( ︳ ︳)/ = 总推力F=≤ § ) = 满足规范要求
所以经过以上计算可知:
采用管径D 1=圆管,顶进距离50m 符合要求。 1.4 工作井(沉井)下沉及结构计算
沉井,本井为工作井,由于地质条件好,在沉井范围内均为粘土层,沉井考虑先开挖后下沉。
1.4.1 基础资料:
单位摩阻力f k =30Kpa ,地基承载力特征值取为350Kpa 。采用C30砼,钢筋为HRB335。粘土天然容重取为17kN/m 3,内摩擦角Φ=35°,井壁高8m,底板厚,壁厚。
1.4.2 下沉计算:
井壁总摩阻力标准值:
T =U 11( 2.5)2H h f +-=x 1
2
x+沉井自重标准值
G 1k = x = 下沉系数:
K1=(G 1k-F fw,k )/ T =()/3915=>
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:
水平框架作用的判别,L1=4.9m,h=1.3m af =/(h4+0.05 L14)=>1
af >1,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,平均每延米重量1626.63
2(4.75 2.95)
R =+= KN/m 。刃脚插入土
中最大深度为米,α0.45
arctg
0.3
==° n=0.3m,c=0.3m
2105.630.3
20.320.3Rn X V n c X ==
++=m 取β=30°
水平推力H=V 2tg(α-β)=°-30°)= m 向外悬臂弯矩M==沉至井深一半,井为全高时,沉井入土深度H==4m,此时摩阻力为:
T =U 11( 2.5)2H h f +-=+x 1
2x(4+刃脚斜面垂直反力及水平推力:
2382.20.3
20.320.3
Rn X V n c X ==
++=m H=V 2tg(α-β)=°-30°)= m
向外悬臂弯矩:M==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:
q a =130KN q b = 向里悬臂弯矩:
222
21130 1.31()(182.11130) 1.32323
A G
B A q h X M q q h X X =+-=+-=
(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***+1/2** (13** **2/3
=选择钢筋截面:M=,h0=510mm,b=1000mm, αs=M/α1fcbh02=/**1000*510*510)= ζ=
AS=192mm2 φ14。 1.4.5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,不考虑刃脚下回填砂的承载力,如图a所示。 =**30=117KN/m 井壁单宽自重标准值:g k =*117=m 井壁单宽自重标准值:g s 支座弯矩: =-1/2***2-1/2****跨中弯矩:M中=1/8***=、假定抽垫木时,先抽并回填M 支 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**=跨中弯矩:M中=**=配筋计算 L10/H≤2,按深梁进行设计,根据《混凝土结构设计规范》,计算如下:因为L10 刃脚底部:M中= M中/fyz1=40600/(300*)=42.6mm2 井墙顶部:M支= M支/fyz1=102600/(300*)=107.6mm2 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》,由于本工程地基为卵石土层地基,不必进行竖向拉断计算。 1.4.6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= 2 基础底面以上土重标准值Gt= 基础底面以上活载标准值Gh= 沉井底板以上全部竖向压力基本组合: Qb = ×+×+×+××/ = m2 板底均布净反力基本组合: Q = = kN/m2 板底均布净反力准永久组合: Qe = = 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 = [××+× / = m2 板底均布净反力基本组合: Q = ××+×× = m2 沉井底板以上全部竖向压力准永久组合: Qbe = [××+ +××]/ = m2 板底均布净反力准永久组合: Qe = ×+× = 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: Lx= m, Ly= m , 四边固定 池壁类型: 普通池壁,按双向板计算 计算跨度: Lx= m, Ly= m , 四边固定池壁类型: 普通池壁,按双向板计算 计算跨度:Lx= , Ly= , 四边简支+池壁传递弯矩 按双向板计算. 1.池外填土,池内无水时,荷载组合作用弯矩表m) 配筋计算方法:按单筋受弯构件计算板受拉钢筋. 裂缝计算根据《接收井结构规程》附录A公式计算. 按基本组合弯矩计算配筋,按准永久组合弯矩计算裂缝,结果如下: 2 2 工作井井壁钢筋实配18@200。 1.4.7底板内力计算:(理正结构工具箱计算) 单块矩形板计算(弹性板): (1)计算条件 计算板长= (m) ;计算板宽= (m) ;板厚= 350(mm)板容重= (kN/m3) ;板自重荷载设计值= (kN/m2) 恒载分项系数= ;活载分项系数= 荷载设计值(不包括自重荷载): 均布荷载= (kN/m2) 砼强度等级: C25, fc= N/mm2 支座纵筋级别: HRB335, fy= N/mm2 板底纵筋级别: HRB335, fy= N/mm2 混凝土保护层= 40(mm), 配筋计算as= 45(mm), 泊松比= 支撑条件: 四边上:简支下:简支左:简支右:简支 角柱左下:无右下:无右上:无左上:无 (2)计算结果 弯矩单位:m, 配筋面积:mm2/m, 构造配筋率:% 计算方法: 查表 ①跨中: [水平] [竖向] 弯矩 面积 700%) 700%) 实配 D14@200(770) D14@200(770) ②四边: [上] [下] [左] [右] 弯矩 面积 700%) 700%) 700%) 700%) 实配 D14@200(770) D14@200(770) D14@200(770) D14@200(770) 工作井底板钢筋实配实配18@200。 1.5 接收井(沉井)下沉及结构计算 本井为接收井(沉井),地下水位根据地堪按地面以下计(施工期间为汛期)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。 1.5.1 基础资料: 单位摩阻力f k =25Kpa ,地基承载力特征值取为350Kpa 。采用C30砼,钢筋为HRB335。粘土天然容重取为17kN/m 3,水容重γw =10KN/m 3 ,井壁高8m,底、顶板厚,壁厚。 1.5.2 下沉计算: 下沉过程中水的浮托力标准值: F fw,k =井壁总摩阻力标准值: T =U 11( 2.5)2H h f +-=1 2+沉井自重标准值 G 1k =下沉系数: K1=(G 1k-F fw,k )/ T =()/1117=> 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 K =2184+××30=2500kN 基底的水浮力标准值: Ff b w,k =××10=2414kN 抗浮系数: K fw = k f b w F G K =2500/2414=<不满足要求,需压重物。 b. 使用阶段 由于使用阶段井顶板有覆土,可满足要求。 1.5.5 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: 44 1 4444 1 0.1x0.1x2.35 0.05 1.30.05x2.35 f L a h L == ++ =>1 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: q a = q b =(45°- 2 35? )= x tg2(45°- 2 35? )= kN/m 向里悬臂弯矩: 22 22 1108 1.31 ()(139108) 1.3 2323 A G B A q h X M q q h X X =+-=+-= 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***+1/2** (13** **2/3 =选择钢筋截面:M=,h0=460mm,b=1000mm, αs=M/α1fcbh02=/**1000*460*460)= ζ= AS=163mm2 1.5.6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,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,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:g k =**25=m 井壁单宽自重标准值:g s =*=m 支座弯矩: M支=-1/2***2-1/2****跨中弯矩:M中=1/8***=、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**=跨中弯矩:M中=**=配筋计算 L10/H≤2,按深梁进行设计,根据《混凝土结构设计规范》,计算如下:因为L10 刃脚底部:M中= M中/fyz1=8500/(300*)=17.5mm2 井墙顶部:M支= M支/fyz1=21500/(300*)=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= 2 底板荷载计算(池内无水,池外填土): 水池结构自重标准值Gc= 基础底面以上土重标准值Gt= 基础底面以上水重标准值Gs= 基础底面以上活载标准值Gh= 水池底板以上全部竖向压力基本组合: Qb = ×+×+×+××/ = m2 水池底板以上全部竖向压力准永久组合: Qbe = ++×+××/ = m2 板底均布净反力基本组合: Q = = kN/m2 板底均布净反力准永久组合: Qe = = 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 = [×××+× +××××]/ = m2 板底均布净反力基本组合: Q = ××+×× = m2 水池底板以上全部竖向压力准永久组合: Qbe = [×××+ +×××]/ = m2 板底均布净反力准永久组合: Qe = ×+× = 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: Lx= m, Ly= m , 四边固定 池壁类型: 深池壁 计算方法: 0 H>2L 部分按照水平向单向板计算 H=2L处池外土压力作用弯矩m): 水平向跨中: 基本组合:, 准永久组合: 水平向边缘: 基本组合:, 准永久组合: H=2L处池内水压力作用弯矩m): 水平向跨中: 基本组合:, 准永久组合: 水平向边缘: 基本组合:, 准永久组合: H=2L处水平向内力,与0 (4)B侧池壁内力: 计算跨度: Lx= m, Ly= m , 四边固定 池壁类型: 深池壁 计算方法: 0 H>2L 部分按照水平向单向板计算 H=2L处池外土压力作用弯矩m): 水平向跨中: 基本组合:, 准永久组合: 水平向边缘: 基本组合:, 准永久组合: H=2L处池内水压力作用弯矩m): 水平向跨中: 基本组合:, 准永久组合: 水平向边缘: 基本组合:, 准永久组合: H=2L处水平向内力,与0 计算跨度:Lx= , Ly= , 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m)