工作井结构设计计算书

1•设计条件工程概况本计算书为中山市沙溪镇东南片区排水主干管工程顶管工作井、接收井结构设计，工作井、接收井施工方法采用逆作法，即先进行四周外侧及井底的水泥搅拌桩施匚桩身达到设计强度后，再开挖基坑施丄护壁成井。基坑每开挖Im深度土，现浇一节lm圆形护壁。本设计以最大深度工作井和最大深度接收井为控制设计。已知：设计地面标高：，井壁底标高：工作井为，接收井为。拟定丄作井尺寸：t=0.55w»R=3.5mf0=8.bn»H=5.39m拟、定接收井尺寸：/=0.35力ITR二2.0m,£>=4.7力口，H二5.99/H井身材料混凝土:采用C30,£=14.3N/加加S/二I・43N/〃〃’‘2。钢筋:钢筋直径dvlOmm时，采用R235钢筋，/;二27O7V///〃？，；d>10mm时，采用热轧钢筋HBR335/=300N/mnro地质资料地质资料如下表1所示，地下水位高度为，即井外水位高度为，井底以下4米采用搅拌桩处理，则井底下地下水位高度为：工作井、接收井。表1土的物理力学指标岩土名称标高(m)天然容重(KN/mmJ粘聚力C(kPa)内摩擦角(P(°)承载力征Y值qp(kPa)素填土515120粉质黏土&150砂质黏性土180

地而高程5.80地而高程5.80/4.80vJ :MIO砌MulO砖2.80./1.800.80,-0.20xLT作井井壁底・L20接收井井壁底・1・69_、一A, 2R 4图1-1工作井、接收井示意图“ 图1-1工作井、接收井示意图2•井壁水平框架的内力计算及结构配筋计算将井壁简化成平面圆形闭合刚架计算，计算截面取井璧底部1米一段进行环向计算，不考虑四周搅拌桩支护的作用。工作井井壁内力计算及配筋2.1.1按承载能力极限状态进行计算2.1.1.1外力计算（1）水土压力计算（考虑地下水作用）井外侧地面堆载按qd=\5KNI朮考虑。根据《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》CECS137-2002第623条并假设同一标高的水平截条上沿井壁互成90。的两点土的内摩擦角相差土5。，计算区域井壁A、B点外侧水平向水土压力：井壁外侧水平向土压力采用郎金主动土压力计算值，地下水位以下土采用浮容重。计算公式如下：d二S〃+2?）炉（45。■穿）・2加（45。■岁）£3=(%+2ijl2(45。■牛)・2c仗(45” (p-52式中：务一地面上堆载,取qd=\5KN/m\土的容重加权平均值，地下水位以下土釆用浮容重，那么有2.6x18.5+1.5x(18.5・10)+2.24x(18.3・10)+0.66x(16710)4.1+2.24+0.66=11・98KN///m卩■土内摩擦角加权平均值2・24x11.36”+0.66x 20.84。4.1+2.244-0.66=14.39°土的粘聚力加权平均值，：二丄必52.2七19.31+ ().6在15.134.1+2.24+0.66=\O.53kPaZ—所计算点离填土面的深度(m)。=(15+11.98x7；rg2(45°・14，a+?-)-2x10.53x农(45。・口」；二34.67kP“22厶• I.o爲二(15+11.98x7)A2(45°-S-_5_一)一2xlO.53xA(450^：_一二53.27/o井壁侧向水压力釆用全部静水压力，即服二/忆人为水的容重，取lOKN/nun3。则P=10x(726)=44kPu则工作井井壁外侧水平向的水土压力为：厶二1・27x(旷+巴)二1.27x(34.67+44)二99.9\kPci马二1.27xC+巴)二1・27x(53.27+44)=123.53”。计算系数为：0二吃・1二空兰・1=0・2364几99.912.1.1.2井壁环向截面内力计算截面上弯矩(井壁外侧受拉为正)：}Ma=0.1488A/;?A=-0.1488x99.91x3.775?x0.2364=—5O.O8KN・m加=0.1366加％=0.1366x123.53x3.7752x0.2364=56.85KNm截面上压力:Na=PArc(1+0.7854b)=99.91x3•力5x(1+0.7854x0.2364)=447.19KNNb=PBrc(1+0.5小二123.53x3.775x(l+0.5x0.2364)=521.45KN图2-2截面弯矩分布图2丄13结构配筋计算按压弯构件进行强度配筋计算：保护层疗度为40mm、设a、二50/??/??, =t-as=550-50〃〃畀=500〃〃//C30混凝土，HRB335钢筋，查表得©=0.56初始偏心距％弋丄 如坠=0.112m=1\2mm447.19附加偏心距ef=max（丄,20）=20mmTOC\o"1-5"\h\z7 30e.=eo+Cf=112+20=132mm偏心距增大系数厂0.5/A0.5x14.3x1000x550、（屮Ci二= ； 〉1,51N 447.19x1（/ '知卜警72.73”取］匍dL531400q/九r)ei=1.53x132=201•96mm确定混凝土受压区高度X先按大偏心受压求：2金、爲黑00137/WH56X500=280M6且＜2T00呦于大偏心受压构件于大偏心受压构件j二g+彳一①二201.96+甞一50=427.0//〃22A=AA=A：= -人(心・1・0X447・19X2X427=1414.45//肿<0.2%x1000x800=1600mm2按构造钢筋配置，内外钢筋选用20@200,实际配筋面积为4=1885//力[];纵向按构造钢筋配置5选用16@200o2.1.2按正常使用极限状态进行讣算2.1.2.1内力计算9991=A—=78.67A1.2712353=—2=97.27”。1.2797277加心4截面上弯矩(井壁外侧受拉为正)：Ma=0.1488£讥2启二_o・1488x78.67x3.775》x0.2364=—39.44KN・m=0.1366耳/;2”=0.1366x97.27x3.775?x0.2364=44.76KNm截面上压力：Na=Pay(1+0.7854小二7&67x3.775x(1+0.7854x0.2364)=352.12KNNr=PBrc(1+0・5oc)=97.27x3.775x(l4-0.5x0.2364)=410.59KN2.1.2.2结构配筋计算按压弯构件进行强度配筋计算，控制裂缝宽度。LU《混凝土结构设计规范》笫8丄2条：

b,1.9c+0.0也b,1.9c+0.0也混凝土采用C30,几二20.1,几二2.01钢筋采用HRB335,E、=2・0xl0N刖『九二0・5x1000x550=275000〃〃沪A |QQCp£2 =0.00685<0.01,取f4・ 275000偏心受圧构件，求(7伙丄①=1.53<141400A//?oh)M二35?1?二H2W7Me-〃局+儿二1x112+(275—k50)=337mmz=0.87—0-马卜=087-0.12x 霧)x500=偏心受压构件”1」・0・65_A「二1.1-0.65X =0.47>0.2OS 0.00685x302.92=352120x(337-302.92)=21O2/V/W1885x302.92二0.025/77/??<0.3mmI1U1A故内外钢筋选用20@200。工作井井壁配筋图见2・2所示。接收井井壁内力计算及配筋同上“工作井井壁内力计算及配筋"计算方法相同，内力及配筋结构如下表2所示,井壁配筋图见2・3所示。纵向按构造钢筋配置，选用12@200o•极限状态设计控制弯矩M(KN加)设计控制压力N(KN)钢筋选用承载能力极限状态i16(5)200图2-3接收井井壁配筋示意图图2・2图2-3接收井井壁配筋示意图图2・2工作井井壁配筋示意图正常使用极限状态16(5)200工作井封底3.1.1荷载计算封底混凝土容重取Y=24KN皿亦，厚4m,按不排水情况计算。标准值：qk=10x(44+4)—4x24=—12.OOK7V/加2设计值:qs=1.27x(-12.0)=-15.24/C7V/m23.1.26/底厚度计算计算半径:r=(8」+2xl.05)/2=5.1w板中弯矩:M=0.198A,r2=0.198x15.24x5.12=78.50KN-m5.72M $.72x7&50荷故厚度取勺二 +『= V1000x1.27-+300=1095!，〃“本设计中封底釆用水泥土搅拌桩，封底厚度为400cm,故满足要求。接收井封底封底混凝土容重取Y=24KN/mm2，厚4m,按不排水情况计算。标准值：qk=10x(5+4)-4x24=-6.0A7V/m2设计值:q$=1.27x(—6.0)=-7.62KN/m23.1.2»底厚度讣算计算半径:r=(4.7+2xl.05)/2=3.4w

板中弯矩：m=0.198A.r2=0.198x7.62x3.42=17.44KN5.72M故厚度取九二/5.72X17.44X10二+30Q=78Q_5.72M故厚度取九二V1000x1.27本设计中封底采用水泥土搅拌桩，封底疗度为400cm,故满足要求。4•钢筋混凝土底板计算工作井底板计算<4丄1荷载计算底板片度采用600mm。水托浮力产生的底板反力（标准值）办=10x8.4-0.6x25=69.0KN///r设计值:6/v=1.27x69.0=87.63A/w2设计值产生的板中弯矩:M=0.198q乂2二0」98x87.63x3T7t/=247.26KN•m标准值产生的板中弯矩:M=0.198如；$=0.198x69.0x3.7752“94.69KN•加4.1.2配筋计算（1）上层钢筋按纯弯计算，按承载能力极限状态进行配筋。心gbh。心gbh。泌二0.0442X1000x555=H6931/ww^°5300M5%仁叭;247.26x10°〜1.0x14.3x1000x5552・。'。56查表得歹二0.0442,取<0.2%xl(X)0x600=1200"加按构造钢筋配置5选用25@150,实际配筋面积/As=2945mm2o（1）下层钢筋

因简支板支座弯矩为0,故按构造钢筋配置，选用20@200。4・1・3裂缝宽度计算按纯弯计算，裂缝宽度控制在。由《混凝土结构设计规范》第8丄2条：吗址二4〃¥〔L9c+0.08如］、EsV Pie丿cicr=2.1①混凝土采用C30,X*=20.1,./；a=2.01钢筋采用HRB335,E、=2.0x10、”/讪$@纸=0.5x7000x600=300000/H/H21206.6-3000001206.6-300000=0.004022<0.01受压构件6歹二1」・0.65丄・二1・1一0. ~~也 =0.335>0.20.004022x424.40Aniax二0・31/7777?>0・25〃〃川故上层钢筋选用25（5）150,裂缝宽度二0・225//血＜0・25”皿。下层钢筋按构造钢筋配置，钢筋选用 20@200o工作井钢筋混凝土底板配筋见图4-1所示。接收井底板计算同"工作井底板计算”方法，计算结果如下：（1） 上层配筋：①按承载能力极限状态计算得到的结果：20@200；②按正常使用极限状态计算得到的结果：20@200。（2） 下层配筋：按构造钢筋配置，选用18@200o接收井钢筋混凝土底板配筋见图4・2所示。

工作井底板配筋图图工作井底板配筋图工作井底板配筋图图工作井底板配筋图5-抗浮验算工作井抗浮验算5丄1工作井自重封底后，工作井抗浮验算时，工作井重除井壁重量外，尚应包括井壁顶砌砖重、井底水泥土搅拌桩重和底板重。水泥搅拌桩容重按22KNIm品认,钢筋混凝土底板容重按26KN/M沪计，砌砖容重按22KN/mm>'。井壁重:G,=3.14x(4.052352)x26x6=2034.06AW砌砖重:G2=3.14x(4.052-3.812)x22xl=130.31AV底板重:G>=3.14x3.宁x0.6x26=600.05KN水泥土搅拌桩重:@4=3.14x4.052x22x4=4532.34KN总重：G=G'G2+3G4=7297.21/C7V5.1.2浮力浮力为：F爲=3.14X4.052X10X8.4=4326.33A7V5.1.3抗浮安全系数(不考虑井壁反摩阻力)

・G7297.21ro“人二jA〜=432633二1・68>1・0,抗浮能力满足要求。接收井抗浮验算同