顶管沉井结构计算书（详细）

本文格式为Word版，下载可任意编辑——顶管沉井结构计算书（详细）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

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XXXXX设计建设有限公司二○一二年X月

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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)91.6.8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)24

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1.1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，W24~W26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2023年10月29日）；3、《室外排水设计规范》GB50014-2023；4、《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2023）；5、《给水排水工程管道结构设计规范》（GB50332-2023）；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》GB50010-2023；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2023年2月；

10、《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》（CECS137：2023）。

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路交织口处，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L≤50m。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

Ф—HPB235级钢筋强度设计值fy=fy′=210N/mm2Ф—HRB335级钢筋强度设计值fy=fy′=300N/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2.0～2.5m。

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

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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=1400＋2×800＋2×400=3800mm；（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。

因此，确定本工程工作井的底部长度尺寸为L=2+1.1+1.1+2×0.4+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。

1.51000mm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=3.14d=3.14x1.4=4.396m

顶入管总长度L=50m管壁厚t=0.2m水容重γw=10KN/m3顶入管每米重量W={3.14X（1.42-1.02）/4}X25=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=29.52kN/m初始推力F0=（Pe+Pw+△P）(3.14/4)B2c=（150+2.0x10+20）x3.14/4x1.42=76.1kN总推力F=F0+f0L=76.1+29.52x50=1552.1kN

1.5.2壁板后土抗力计算：

顶管总推力设计值Pt=1.3x1552.1=2023.73kN

顶管力至刃脚底的距离：hf=2.5m沉井尺寸rc=5.3x3.8mqAmax=4Pt/(3rchf)=4x2023.73/(3x5.3x3.8x2.5)=53.43kpaqA=53.43x(8-1.5)/8=43.42kpa

MA=-0.307qAr2c=-0.307x43.42x(5.3x3.8)2=-5406.89kN.m

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1.5.3后背土体的稳定计算：

35?35?）=21x8xtg2（45°-）=45.53kN/m22235?35?被动土压力标准值Pp=rZtg2（45°+）=21x8xtg2（45°+）=619.95kN/m2

2235?沉井前方总主动土压力标准值Pa=0.5rH2tg2（45°-）=0.5x21x82xtg2（45°

235?-）=182.11kN/m2235?沉井后方总被动土压力标准值Pp=0.5rH2tg2（45°+）=0.5x21x82xtg2（45°

235?+）=2479.80kN/m22hp=H/3=8/3=2.67m

§=(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。

主动土压力标准值Pa=rZtg2（45°-

1.6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fk＝25Kpa，地基承载力特征值取为350Kpa。采用C25砼，钢筋为HPB235，HRB335。卵石土自然容重取为21kN/m3，水容重γw=10KN/m3,内摩擦角Φ=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：

11T＝U(H?h1?2.5)f=(5.3x2+3.8x2)xx(6.5+1.3-2.5)X25

22=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=0.67＜1.05

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(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

GK＝1626.63＋5.3×3.8×0.35×25=1655.52kN基底的水浮力标准值：b

Ffw,k＝5.3×3.8×6.5×10＝1309.1kN

抗浮系数：

Kfw＝

GK＝1655.52/1309.1＝1.27>1.05满足要求。Ffbwkb.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+0.05L14)=1.81＞1

af＞1，刃脚在内墙荷载作用下，不作水平分派，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R?1626.63=105.63

2(4.75?2.95)0.45=56.3°0.3KN/m。刃脚插入土中最大深度为0.45米，α?arctgn=0.3m,c=0.3m

Rn105.63X0.3V2??=35.21KN/m

n?2c0.3?2X0.3取β=30°

水平推力H=V2tg(α-β)=35.21xtg(56.3°-30°)=17.4KN/m向外悬臂弯矩M=17.4X2/3X0.45=5.22KN.m/m

b.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：11T＝U(H?h1?2.5)f=(5.3x2+3.8x2)xx(4+1.3-2.5)X15=382.2KN

22Rn382.2X0.3?刃脚斜面垂直反力及水平推力：V2?=127.4KN/mn?2c0.3?2X0.3H=V2tg(α-β)=127.4xtg(56.3°-30°)=93.59KN/m向外悬臂弯矩：M=93.59X2/3X0.45=28.08KN.m/m

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c.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

向里悬臂弯矩：

qAh21130X1.3212MG??(qB?qA)h??X(182.11?130)X1.32=139.2KN.m

2323(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,

αs=M/α1fcbh02=27400000/(1.0*11.9*1000*510*510)=0.00853δ=0.0085

AS=192mm21.6.6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，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。

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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：

2

M支=-1/2*82.55*(5.3*0.15)-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落实变成支点。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*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/H≤2，按深梁进行设计，根据《混凝土结构设计规范》，计算如下：由于L10

竖直下边-6.71-6.71缘外侧-水平跨中--2.86-30.33-33.19水平边缘-71.91--30.33-102.24竖直跨中--2.13-30.33-32.47竖直上边-32.13--30.33-62.46缘竖直下边-73.20--30.33-103.53缘(4)B侧池壁内力:计算跨度:Lx=3.400m,Ly=6.550m,四边固定池壁类型:普通池壁,按双向板计算基本组合作用弯矩表(kN.m/m)部位池外土压池内水压温湿度作基本组合力力用内侧-水平跨中27.49--27.49水平边缘-5.06-5.06竖直跨中15.21--15.21竖直上边-1.19-1.19缘竖直下边-4.55-4.55缘外侧-水平跨中--2.43-34.67-37.10水平边缘-57.24--34.67-91.91竖直跨中--1.39-34.67-36.06竖直上边-15.39--34.67-50.06缘竖直下边-50.54--34.67-85.21缘准永久组合作用弯矩表(kN.m/m)部位池外土压池内水压温湿度作准永久组力力用合内侧-水平跨中21.02--21.02水平边缘-3.99-3.99竖直跨中11.79--11.79竖直上边-0.94-0.94缘竖直下边-3.58-3.58缘外侧-水平跨中--1.91-30.33-32.24水平边缘-43.79--30.33-74.12竖直跨中--1.10-30.33-31.43竖直上边-11.24--30.33-41.57

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缘竖直下边-38.91--30.33-69.25缘(5)底板内力:计算跨度:Lx=4.900m,Ly=3.400m,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(kN.m/m)基本组合作用弯矩表部位简支基底反池壁传递弯弯矩叠加力矩上侧-L向跨38.33--中B向跨66.32--中下侧-L向边0.00-85.21-85.21缘B向边0.00-129.96-129.96缘L向跨--45.16-6.83中B向跨--70.30-3.98中准永久组合作用弯矩表部位简支基底反池壁传递弯弯矩叠加力矩上侧-L向跨31.52--中B向跨54.55--中下侧-L向边0.00-69.25-69.25缘B向边0.00-103.53-103.53缘L向跨--36.01-4.48中B向跨--56.31-1.76中2.池内有水,池外无土时,荷载组合作用弯矩表(kN.m/m)基本组合作用弯矩表部位简支基底反池壁传递弯弯矩叠加力矩上侧-L向跨36.952.9439.89中

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B向跨63.944.3868.32中L向边0.004.554.55缘B向边0.008.538.53缘准永久组合作用弯矩表部位简支基底反池壁传递弯弯矩叠加力矩上侧-L向跨30.372.3132.68中B向跨52.553.4555.99中L向边0.003.583.58缘B向边0.006.716.71缘(6)配筋及裂缝: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《水池结构规程》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:

L侧池壁配筋及裂缝表(弯矩:kN.m/m,面积:mm2/m,裂缝:mm)部位弯矩计算面积实配钢筋实配面积裂缝宽度内侧-水平跨41.44800D18@25010180.11中水平边8.28800D18@25010180.02缘竖直跨30.38800D18@25010180.08中竖直上3.54800D18@25010180.01边缘竖直下8.53800D18@25010180.02边缘外侧-水平跨-38.30800D18@25010180.12中水平边-128.881248D18@20012720.24缘竖直跨-37.38800D18@25010180.11中竖直上-77.81800D18@25010180.22边缘竖直下-129.961259D18@20012720.24边缘

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B侧池壁配筋及裂缝表(弯矩:kN.m/m,面积:mm2/m,裂缝:mm)部位弯矩计算面积实配钢筋实配面积裂缝宽度内侧-水平跨27.49800D18@25010180.07中水平边5.06800D18@25010180.01缘竖直跨15.21800D18@25010180.04中竖直上1.19800D18@25010180.00边缘竖直下4.55800D18@25010180.01边缘外侧-水平跨-37.10800D18@25010180.11中水平边-91.91878D18@25010180.26缘竖直跨-36.06800D18@25010180.11中竖直上-50.06800D18@25010180.15边缘竖直下-85.21812D18@25010180.24边缘注意:存在裂缝验算不满足限值0.20mm的状况!工作井井壁钢筋实配18@200。

1.6.8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=4.500(m)；计算板宽=3.000(m)；板厚=350(mm)板容重=25.00(kN/m3)；板自重荷载设计值=10.50(kN/m2)恒载分项系数=1.20；活载分项系数=1.40荷载设计值(不包括自重荷载):均布荷载=7.40(kN/m2)砼强度等级:C25,fc=11.90N/mm2

支座纵筋级别:HRB335,fy=300.00N/mm2板底纵筋级别:HRB335,fy=300.00N/mm2

混凝土保护层=40(mm),配筋计算as=45(mm),泊松比=0.20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:kN.m/m,配筋面积:mm2/m,构造配筋率:0.20%

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计算方法:查表①跨中:[水平][竖向]弯矩6.912.6

面积700(0.20%)700(0.20%)实配D14@200(770)D14@200(770)

②四边:[上][下][左][右]弯矩0.00.00.00.0面积700(0.20%)700(0.20%)700(0.20%)700(0.20%)

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。

1.7接收井（沉井）下沉及结构计算

本井为2.7x2.7m接收井（沉井），地下水位根据地堪按地面以下-2.0m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。

1.7.1基础资料：

单位摩阻力fk＝25Kpa，地基承载力特征值取为350Kpa。采用C25砼，钢筋为HPB235，HRB335。卵石土自然容重取为21kN/m3，水容重γw=10KN/m3,内

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摩擦角Φ=35°,井壁高6m,底、顶板厚0.35m,壁厚0.35m。

1.7.2下沉计算：

下沉过程中水的浮托力标准值：Ffw,k=2.7x0.35x4x6.0x10=226.8kN井壁总摩阻力标准值：

11T＝U(H?h1?2.5)f=2.7x4xx(6.0+1.3-2.5)X25

22=648kN

沉井自重标准值

G1k＝2.7x0.35x4x6.0x25=567kN下沉系数：

K1＝（G1k-Ffw,k）/T＝（567-226.8）/648=0.525＜1.05

(不满足规范要求)，所以仅靠自重不能顺利下沉，需在顶部加载。

1.7.3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。

1.7.4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

GK＝567＋2.7×2.7×0.35×25=630.8kN基底的水浮力标准值：

Ffbw,k＝2.7×2.7×6.0×10＝437.4kN

抗浮系数：

Kfw＝

GK＝630.8/437.4＝1.44>1.05满足要求。bFfwkc.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

40.1xL10.1x2.354水平分力分派系数：af?4=0.696＞1?444h?0.05L11.3?0.05x2.35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

35?35?qb=0.5rH2tg2（45°-）=0.5x21x72xtg2（45°-）=139.0kN/m

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向里悬臂弯矩：

qAh21108X1.3212MG??(qB?qA)h??X(139?108)X1.32=108.7KN.m

2323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,

αs=M