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圆形工作井（沉井）结构计算
本次计算结构简图如下:
15940
下沉计算
工作井采用排水下沉
地下水位埋深3.90m（根据地勘成果）。
根据地勘资料，素填土、淤泥、粉质粘土及砂质粘性土侧摩阻力系数f分别取20kPa 10kPa 25kPa 和25kPa。
多层土单位摩阻力标准值f k按各层土单位摩阻力标准值取加权平均值f ka，计算式如下:
n
20*6.03 10*2.5 25
*「3 25*「17 l8.85KPa (6.03+2.5+1.3+1.17 ) 沉井井壁自重 G=212.09X 25=5302 KN
当井外壁为阶梯形时，沉井与土间的总摩阻力 T 按下图计算:
相应公式及计算结果为:
3889KN
沉井排水下沉系数
抗浮验算
沉井井壁自重:
沉井底板自重: k st ^w, 530^^ T 3889 1.363 1.05
经计算，沉井下沉系数大于 1.05, 下沉系数满足规范要求。
g
罠
I.
r
r
1 卜
r
—IB T (f ka h 0.7 f ka H 5m h
(18.85 2.5 0.7 18.85
11 5 1
0.7f ka 2 1 2.5 — 0.7 18.85 5) 3.142 9.8 2 5m )n d G 1=5302.25KN G 2=3.142 X 42X 0.6 X
25=754.08KN f ki h si。
沉井或气压沉箱的计算与验算方法一、一般规定（一）沉井施工前应对垫层厚度、下沉系数、接高稳定性、封底混凝土等内容进行计算与验算，计算和验算时所取的作用力均采用标准值。
（二）气压沉箱施工计算应符合下列规定：1、在下沉阻力计算中，除箱壁侧摩阻力、刃脚反力外，尚应包括气压浮托力；2、工作室顶板的计算荷载应根据不同工况确定，应取配重、自重、地基反力、水浮力和气压浮托力的最不利工况，且不应计入封底混凝土的作用。
3、水域沉井与沉箱在溜放、拖运以及沉放施工时，应对沉井与沉箱的倾斜稳定性进行验算；水域沉井与沉箱的前后两面水平作用不均衡时，尚应验算抗滑移及抗倾覆稳定性。
4、钢筋混凝土沉井与气压沉箱在分节制作时，每节井（箱）壁上端水平钢筋应加强。
5、沉井与气压沉箱首节制作时的基底压力不应大于下卧层地基承载力特征值，以后各节接高制作时应符合地基极限承载力的要求。
6、沉井与气压沉箱地基承载力及软弱下卧层验算应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的规定执行。
二、混凝土垫层及砂垫层（一）开挖工作坑遇有暗塘、暗沟、旧河道等不良地质时应进行加固处理，工作坑的开挖应符合现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120的规定。
（二）砂垫层的厚度应根据沉井与气压沉箱的重量和地基土的承载力按下列公式计算确定，且不宜小于600mm。
p=G0/(2*hs*tanα+BL)+γs*hsp≤fa式中：p——基底压力标准值(kN/m2)；hs——砂垫层厚度(m)；G0——沉井与气压沉箱第一节沿井壁单位长度重量(kN/m)；γs——砂的天然重度(kN/m3)，可取15kN/m3；BL——素混凝土垫层的宽度(m)，BL=B+2bl，计算时取bl=hc；b1——素混凝土外挑宽度(m)，可取b1≥hc(hc为素混凝土垫层厚度)；α——砂垫层的压力扩散角(°)，可取30°；fa——修正后的地基承载力特征值(kPa)；b——刃脚踏面宽度(m)；B——刃脚宽度(m)。
610沉井钢筋材料HRB 3350.650.2水重度γw（KN/m3)1010.50.7素砼重度γ1（KN/m3)230.560钢砼重度γ2（KN/m4)250.5C25π值 3.14160.251.0477.3井壁摩阻力计算参数50.779 3.325170.6250.450216.694结构自重1.27 1.40流水压力 1.40263.419沉井内水压 1.00 1.40融流水压力 1.40-511.786沉井外水压1.001.27顶管的顶力1.4082.789565.885（N/mm2)5.22 1.2734783650抗浮验算（Kfw）1.088深梁11.90495结果判别抗浮验算通过3.134 1.7839731.00280.216.70544.42.8030010.55 2.00151202.30满足验算稳定满足第1页沉井抗浮系数容许值Kfw沉井井壁自重标准值Gk（KN）沉井底板自重G'（KN）使用期间沉井总重G（KN）水浮托力标准值Ffw,k(KN)沉井外径D（m）沉井井壁中心半径rc（m）（二）抗浮验算因无上部建筑，只需验算使用阶段抗浮。
沉井计算参数刃脚角度转换为弧度刃脚高度hL（m）刃脚计算参数b（m）沉井高出地面高度h'（m）地下水位距地面高度h"（m）刃脚顶端距底板地面距离（m）地面堆积荷载qs（kPa）刃脚踏面宽度a（m）沉井底板厚度t1（m）刃脚角度θ（度）沉井砼材料沉井基本参数沉井内径d（m）沉井井壁厚度t（m）沉井井壁结构高度H（m）（一）基础参数排水法施工，无上部建筑，自重下沉等壁厚小直径圆形沉井（三）下沉验算顶板或平台活载地面活载地面水压力沉井荷载计算参数土加权平均单位摩阻力标准值fka（kpa)井壁总摩阻力标准值ffk（KN)下沉过程中水浮托力标准值ffw,k（KN)沉井下沉系数计算Kst下沉系数判别是否需要下沉稳定验算判别最大扭矩Tmax（KN-m）（五）下沉前井壁竖向弯曲计算（采用四个支点）单位周长井壁自重标准值g（KN/m)单位周长井壁自重设计值gs（KN/m)沉井下沉稳定系数计算Kst,s 沉井下沉稳定系数结果判别验算状态下水浮托力标准值f'fw,k（KN)验算状态下井壁磨阻力标准值f'fk（KN)刃脚所处地基土极限承载力标准值脚地基土极限承载力标准值之和Rb（KN)最大剪力Vmax（KN）弹性模量Ec（10^4N/mm^2)井壁配筋计算梁计算跨度Lo（m）梁类型判别深梁内力臂Z（m）井壁内力跨中最大弯矩Mo（KN-m）支座弯矩Ms（KN-m）钢筋强度设计值fy=f'y 弹性模量Es（10^5N/mm^2)沉井材料相关计算参数刃脚底部配筋As1（mm2）刃脚上端配筋As2（mm2）砼抗拉强度设计值ft 砼抗压强度设计值fc 砼抗拉强度标准值ftk 砼抗压强度标准值fck （四）封底计算因采用排水下沉，采用干封底，无需进行封底计算。
1.工程概况地质资料如下图所示，沉井内径D1=12.5米，沉井结构高度H=15.1米，沉井起沉标高低于地面500mm。
抗浮计算时，考虑施工时降水，地下水位于起沉标高下500mm；强度计算时，考虑施工过程中设备已进场，降水可能中止时出现的最高地下水位，即地下水位于原地面下500mm。
施工采用排水法，三次浇注两次下沉。
考虑地面堆载q m=10kPa。
上部第一层土考虑换填砂层。
企口宽度c=0.3m第一类截面壁厚d=0.65m井壁自重：（标准值）底板底以上G1k=2×（h1×d+h2×t+h3×c）×（b1+L2）×γ1=2354.70KN刃脚G2k=2×[（h7+h5+h6）×b+a×（h5+h6）+h4×a]×（b1+L2)×γ1=2749.50KN井壁自重G ok=G1K+G2K=5104.20KN底板自重G dk=（L1+2b)×（b1+2b)×γ1=5231.25KN封底混凝土自重G fk= 0.25×[L2-2×（a+b）]×[b2-2×（a+b）]×(h7+h6/2)×23=2382.05KN井壁上土重G tk=h1×（t-D)×（L2+b1)=-15.51KN抗浮验算K f= (G0k+G dk+G fk+G tk)/[γs×L2×b2×(H2-h8-h6/2)/4]= 1.89≥ 1.00满足《规范》抗浮要求三、下沉计算摩阻力计算(标准值)单位面积摩阻力f ka= (h1×f k1+h2×f k2+h3×f k3+h4×f k4+h5×f k5+h6×f k6)/(h1+h2+h3+h4+h5+h6)=16.25KPa总摩阻力F fk= (L2+b2)×(H2-h1+H1-2.5)×f ka=4706.77KN排水下沉系数K st= G0k/F fk= 1.08＞ 1.05满足《规程》下沉要求地基土极限承载力R j=160Kpa排水下沉稳定系数K st,s= G0k/{F fk+0.25×[L2×b2-(L2-2(a+b））×（b2-2（a+b））]×R j}=0.880=0.8～0.9满足《规程》下沉稳定要求29.05m0.75m 2m 刃脚h 6传来的荷载P A1=k 2×(（c 1-c 2)×γ1+(c 2-c 3)×γ2)×λ1+k 4×(c 2-c 3)×γs +k 3×q m ×λ1=244.58kN/m 2P A2=k 2×(（c 1-c 2)×γ1+(c 2-c 4)×γ2)×λ1+k 4×(c 2-c 4)×γs +k 3×q m ×λ1=255.91kN/m2P B1=k 2×(（c 1-c 2)×γ1+(c 2-c 3)×γ2)×λ2+k 4×(c 2-c 3)×γs +k 3×q m ×λ2=284.92kN/m 2P B2=k 2×(（c 1-c 2)×γ1+(c 2-c 4)×γ2)×λ2+k 4×(c 2-c 4)×γs +k 3×q m ×λ2=297.88kN/m2P A =0.5×(P A1+P A2)×(c 3-c 4)=150.15kN/m P B =0.5×(P B1+P B2)×(c 3-c 4)=174.84kN/m 截面受力q A =(k 2×(（c 1-c 2)×γ1+(c 2-b 01)×γ2)×λ1+k 4×(c 2-b 01)×γs +k 3×q m ×λ1)×h c +P A=633.66kN/m q B =(k 2×(（c 1-c 2)×γ1+(c 2-b 01)×γ2)×λ2+k 4×(c 2-b 01)×γs +k 3×q m ×λ2)×h c +P B =738.19kN/mω=q B /q A -1=0.1650-886.68KN·m/m -813.98KN·m/m 5403.99KN 5178.73KN2700mm 2/m 选筋d25@15029.30m截面受力：q A =k 2×(（b 1-b 2)×γ1+(b 2-b 02)×γ2)×λ1+k 4×(b 2-b 02)×γs +k 3×q m ×λ1=237.04kN/m2q B =k 2×(（b 1-b 2)×γ1+(b 2-b 02)×γ2)×λ2+k 4×(b 2-b 02)×γs +k 3×q m ×λ2=276.28kN/m 2ω=q B /q A -1=0.1655-332.82KN·m/m -305.53KN·m/m 2022.31KN/m 1937.76KN/m1700mm 2/m选筋d20@150M B =-0.1366qAr2ω =N A =qAr(1+0.7854ω) =N B =qAr(1+0.5ω) =按压弯构件强度配筋，由理正软件计算得内外侧均为构造配筋，面积= 按压弯构件强度配筋，由理正软件计算得内外侧均为构造配筋，面积=为便于计算取h c =h 5=截面内力：M A = -0.1488qAr2ω =M B = -0.1366qAr2ω =N A =qAr(1+0.7854ω) =N B =qAr(1+0.5ω) =截面内力：M A = -0.1488qAr2ω =1、计算截面一：取刃脚根部以上1.5倍井壁厚度一段进行环向计算2、计算截面二：取刃脚影响区以上单位高度井壁进行计算，计算点标高为底板底标高 刃脚根部段中心标高计算高度h c =1.5(a+b)=35.15m截面受力：q A =k 2×(（c 1-c 2)×γ1+(c 2-b 03)×γ2)×λ1+k 4×(c 2-b 03)×γs +k 3×q m×λ1=126.66kN/m 2q B =k 2×(（c 1-c 2)×γ1+(c 2-b 03)×γ2)×λ2+k 4×(c 2-b 03)×γs +k 3×q m ×λ2=149.89kN/m2ω=q B /q A -1=0.1834-197.03KN·m/m -180.88KN·m/m 1094.00KN/m 1043.95KN/m1700mm 2/m选筋d20@150五、纵向弯曲计算（四支点）90.50KN/m 108.60KN/m 7.550m 685.35KN·m/1328.29KN·m/643.97KN 205.18KN·m/11.86m 7.12m 321.05mm 2/m5d22622.24mm 2/m 4d25+2d20由于剪力和扭矩均较小，垂直钢筋按其他工况配置。
六、竖向拉断计算27.15KN/m1700mm 2/m选筋d22@200按强度配筋，由理正软件计算得内外侧均为构造配筋，面积=选筋3、计算截面三：计算点标高为井壁中心处选筋截面内力：M A =-0.1488qAr2ω =M B =-0.1366qAr2ω =N A =qAr(1+0.7854ω)= 按压弯构件强度配筋，由理正软件计算得内外侧均为构造配筋，面积=刃脚底部配筋A s1=M 0/(300×Z)=井壁上端配筋A s2=M 1/(300×Z)=计算拉力S max =1/4×g s =N B =qAr(1+0.5ω) =沉井井壁中心半径r c =D 0/2=内力计算：跨中弯矩M 0=0.03524πgsrc2=支座弯矩M 1=0.0683πgsrc2=最大剪力V=0.25πgsrc=最大扭矩T=0.01055gsrc2=按深梁进行配筋计算L 0=D 0×π/4=支座截面内力臂Z=0.6×L 0=单位周长井壁自重g=G 0k /(2×L 0+2*b 0)=设计值g s =k 1×g=七、刃脚计算1、刃脚向外挠曲计算90.50KN/m 108.60KN/m 36.20KN/M 23.51KN/M 9.40KN·M/m 146.93KN（2）沉井开始下沉（首节计算）井总深H=13.3m 井内径D 1=15m125kN/m π= 3.141592654刃脚斜面部分反力V 2=g s ×b/(b+2a)=刃脚斜面水平推力H=V 2tg(α-β)=水平内力N=H×(D 2-a-b)/2=对刃脚端部截面中心的外悬臂弯矩M=H×(2/3h 6)=（1）沉至井深一半（沉井全高计算）单位周长井壁自重g=G 0k /(2×L 0+2×b 0)=土壤与混凝土的摩擦角β=设计值g s =k 1×g=刃脚斜面与水平线的夹角α=53°°20井壁自重：（标准值）底板底以上G 1k = ((D 2-d)×h 1×d+D 0×h 2×t+(D 1-c)×h 3×c+0.5×(D 1-c)×c×c+D 0×h 4×t)×π×γ1=1971.35KN刃脚G 2k = ((D 2-a-b)×h 5×(a+b)+(D 2-a)×h 6×a+0.5×(D 2-2×a-b)×h 6×b)×π×γ1=1204.11KN3175.46KN刃脚斜面与水平线的夹角α=53°土壤与混凝土的摩擦角β=20°66.94KN/m 80.33KN/m 80.33KN/M 0.60m 0.60m刃脚内侧水平推力之和H==24.77KN/M地基反力合力偏心距d l ==0.13m对刃脚端部截面中心的向外悬臂弯矩M =H×(h l -h s /3)+R j ×d l=20.12KN·M/m水平内力N= H×(D 2-a-b)/2 =154.82KN2、刃脚向内挠曲计算刃脚根部侧压力P A = k 2×(（b 1-b 2)×γ1+(b 2-b 3)×γ2)×λ+k 4×(b 2-b 3)×γs +k 3×q m ×λ =263.19kN/m 2刃脚底部侧压力P B = k 2×(（b 1-b 2)×γ1+(b 2-b 4)×γ2)×λ+k 4×(b 2-b 4)×γs +k 3×q m×λ=275.27kN/m 2刃脚竖向向内弯曲受力M= 1/6（2×P B +P A ）×h 6×h 6=48.82KN·M/m2700mm 2/m选筋d25@150刃脚的入土深度h s =h 1=R j ×h s ×tg(α-β)/(h s+2a×tg α)h l /(2tg α)-h s ×(3a+2b)/(6h s +12a×tg α)井壁自重G 0k =G 1k +G 2k =设计值g s =k 1×g=据上述计算结果，按强度配筋，由理正软件计算得刃脚内外侧垂直配筋及刃脚环向配筋均为构造配筋，面积=按承载能力配筋：刃脚内外侧垂直配筋及刃脚环向配筋为构造配筋刃脚底端的竖向地基反力R j =g s =单位周长井壁自重g= G 0/(2×L 0+2×b 0) =刃脚的斜面高度h l =h 6=0.00KN/M井周土压力q A =k 2×(（b 1-b 2)×γ1+(b 2-b)×γ2)×λ+k 4×(b 2-b)×γs +k 3×q m ×λ=957.70kN/m 2-7230.60KN/M -761.22KN·M/m 168.61KN·M/m -7353.76KN/M2953mm 2/m 选筋d22@1001700mm 2/m选筋d22@150九、顶力作用下土体稳定计算刃脚底部等值内摩擦角φ=17.79°0.531.885.60m 53.20m折减系数ξ= （h f -│h f -H/3│)/h f=-1.17主动土压力标准值F epk = (（b 1-b 2)×γ1+(b 2-b 4)×γ2)×λ1+(b 2-b 4)×γs +q m ×λ1=842.31kN/m2被动土压力标准值F pk = (（b 1-b 2)×γ1+(b 2-b 4)×γ2)×λ2+(b 2-b 4)×γs +q m ×λ1=1654.16kN/m 2265718.15KN 521827.23KN -177034.24KN≥P tk =5000KN强度配筋M A =M A1=M B =M B1=N A =N A1+N A2=主动土压力系数λ1=tg 2(45-φ/2)=被动土压力系数λ2=tg 2(45-φ/2)=顶管中心至刃脚底距离h f =b-b 4=按压弯构件强度配筋，由理正软件计算得外侧配筋面积=B1内力N A2=-q A ×r = 内侧为构造配筋，面积=沉井入土深度H=b 1-b 4=主动土压力合力标准值E epk =1/4×πrH ×F epk =被动土压力合力标准值E pk =1/4×πrH ×F pk =稳定验算表达式 ξ（0.8E pk -E epk ）=十、底板计算（简支考虑）自重产生的底板反力标准值q k =（G 0k +G tk )/（0.25×π×D 2×D 2） =38.34kN/m 248.69kN/m 2径向最大弯矩值M r = =-549.25KN·M 切向最大弯矩值M t = =-549.25KN·M3351mm 2/md22@1002200mm 2/m d22@150设计值q=1.27×P k =-0.1979×q×(D 0/2)2-0.1979×q×(D 0/2)2下层选筋下层构造配筋面积=由理正软件计算得上层配筋面积=上层选筋。
