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11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
2、.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) .2421.1 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
3、 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， W24W26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
4、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；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
5、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2 HPB235级钢筋强度设计值fy=fy =210N/ mm2 HRB335级钢筋强度设计值fy=fy =300N/ mm（ 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3B =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
6、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 8002 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
7、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=3.14d=3.14x1.4=4.396m3顶入管总长度 L=50m管壁厚 t=0.2mw水容重 =10KN/m顶入管每米重量 W=3.14X（1.4 2-1.02） /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f 0=RS+Wf=5x4.396+18.84x0.4=29.52 kN/m初始推力 F0=（Pe+P
8、w+P）(3.14/4)B2c=（150+2.0 x10+20）x3.14/4x1.4 2=76.1kN总推力 F= F0+ f 0 L=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=1.3x1552.1=2017.73 kN=5.3x3.8m顶管力至刃脚底的距离： h =2.5m沉井尺寸 rfcqAmax=4 Pt/(3 rc h f ) =4x2017.73/(3x5.3x3.8x2.5)=53.43kpaqA=53.43x(8-1.5)/8=43.42 kpaMA=-0.307qAr2c=-0.307x43.42x(5.3x3.8)2
9、=-5406.89 kN.m41.5.3 后背土体的稳定计算：主动土压力标准值 Pa=rZtg 2（45- 35）= 21x8xtg 2（45- 35）=45.53kN/m2222352352被动土压力标准值 Pp= rZtg （45+2）= 21x8xtg （45 +2）=619.95 kN/m35沉井前方总主动土压力标准值Pa=0.5rH2tg2）= 0.5x21x822（45 -2x tg （45- 35 ） =182.11 kN/m 2235沉井后方总被动土压力标准值Pp=0.5rH2tg2）= 0.5x21x822（45 +2x tg （45+ 35 ） =2479.80kN/m22
10、hp=H/3=8/3=2.67 m =( h f - hf - h p)/ h f =( 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 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 f k 25Kpa，地基承载
11、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3321kN/m，水容重 w=10KN/m , 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)x5.1 x10=371.3 kN井壁总摩阻力标准值：TU1 (H h1 2.5) f =(5.3x2+3.8x2)x1 x(6.5+1.3-2.5)X 2522=1205.2 kN沉井自重标准值G1k(5.3x0.4x2+3.8x0.4x2)x6.5x25=1183k
12、N下沉系数：K1（ G1k- Ffw,k ）/ T （ 1183- 371.3 ）/ 1205.2 =0.67 1.055( 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GK1626.63 5.3 3.8 0.35 25=1655.52kN基底的水浮力标准值：Ff b w,k 5.3 3.8 6.5 101309.1kN抗浮系数：Kfw GK1655.52/1309.1 1.271.05 满足要求。Ff
13、 bwkb. 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)=1.81 1af 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1626.63井体重量为1626.63KN，平均每延米重量 R =105.63 2(4.75 2.95)KN/m。刃脚插入土中最大深度为0.45 米， arctg 0.45 =56.3 0.3n=0.3m,c=0.3mV2Rn105.63 X 0.3 =35.21KN/mn2c0.3 2X 0.3
14、取=30水平推力 H=V2tg( - )=35.21xtg(56.3 -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：TU1 ( H h12.5) f =(5.3x2+3.8x2)x1 x(4+1.3-2.5)X15=382.2KN22Rn382.2 X 0.3 =127.4KN/m刃脚斜面垂直反力及水平推力：V2n 2c0.3 2 X 0.3H=V2 tg( - )=127.4xtg(56.3-30 )= 93.59KN/m向外悬臂弯矩： M=93.59X2
15、/3X0.45=28.08KN.m/m6c. 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：M GqAh21qA )h2 130 X1.3212=139.2 KN.m2( qB2X (182.11130) X 1.333(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/ 1fcbh
16、02=27400000/(1.0*11.9*1000*510*510)=0.00853 =0.0085 AS=192mm2AS,min=0.2%*550*1000=1100mm2,按构造配筋， AS=1100mm2,选用 8 14。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，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。7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
17、：2M支 =-1/2*82.55*(5.3*0.15)-1/2*3.4*82.55*(5.3*0.15-0.25)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 L10H，内力臂： z1=0.6 L10=0.6*5.3=3.18m刃脚底
18、部： M中=40.6KN.m,As= M中/fyz1=40600/ （300*3.18 ） =42.6mm2井墙顶部： M支=102.6KN.m,2As= M支/fyz1=102600/ （ 300*3.18 ）=107.6mm8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。1.6.7 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 )土压力标准水压力标准活载标准基本组准永久组值值值合合地面 (0.00
19、0)0.000.002.713.101.08池壁顶端1.140.002.714.542.22(-0.200)地下水位处11.380.002.7117.5512.47(-2.000)底板顶面26.8347.502.7197.4975.41(-6.750)池内底部水压力 :标准值 = 7.00 kN/m 2,基本组合设计值 = 8.89 kN/m 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= 1431.72kN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= 30.21kN水池底板以上全部竖向压力基本组合:Q
20、b = (1431.721.20+0.00 1.27+0.00 1.27+30.21 1.27 0.90)/20.140= 87.02kN/m2水池底板以上全部竖向压力准永久组合 :Qbe = (1431.72+0.00+0.001.00+1.50 20.140 0.40)/20.140= 71.69kN/m2板底均布净反力基本组合 :Q = 87.02-0.35025.00 1.20= 76.52 kN/m2板底均布净反力准永久组合 :Qe = 71.69-0.35025.00= 62.94 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 = 5
21、.300 3.800 1.50 1.27+1431.72 1.202+(4.5003.000 0.700) 10.00 1.27/20.140 = 93.17kN/m板底均布净反力基本组合:9Q = 93.17-(0.35025.00 1.20+0.700 10.00 1.27) = 73.78kN/m2水池底板以上全部竖向压力准永久组合:Qbe = 5.3003.800 1.50 0.40+1431.72+(4.5003.000 0.700) 10.00/20.140 = 76.38kN/m2板底均布净反力准永久组合:Qe = 76.38-(0.350 25.00+0.700 10.00)
22、= 60.63kN/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= 4.900 m, Ly= 6.550 m ,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
23、平跨中41.44-41.44水平边缘-8.28-8.28竖直跨中30.38-30.38竖直上边-3.54-3.54缘竖直下边-8.53-8.53缘外侧 - 水平跨中-3.63-34.67-38.30水平边缘-94.21-34.67-128.88竖直跨中-2.71-34.67-37.38竖直上边-43.14-34.67-77.81缘竖直下边-95.29-34.67-129.96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31.58-31.58水平边缘-6.52-6.52竖直跨中23.31-23.31竖直上边-2.79-2.79缘10竖直下
24、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= 3.400 m, Ly= 6.550 m ,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
25、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
26、直跨中-1.10-30.33-31.43竖直上边-11.24-30.33-41.5711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
27、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12B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
28、.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2裂缝 :mm)( 弯矩 :kN.m/m, 面积 :mm/m,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41.44800D18250 10180.11中水平边8.28800D18250 10180.02缘竖直跨30.38800D18250 10180.08
29、中竖直上3.54800D18250 10180.01边缘竖直下8.53800D18250 10180.02边缘外侧 - 水平跨-38.30800D18250 10180.12中水平边-128.881248D18200 12720.24缘竖直跨-37.38800D18250 10180.11中竖直上-77.81800D18250 10180.22边缘竖直下-129.961259D18200 12720.24边缘13B侧池壁配筋及裂缝表2裂缝 :mm)( 弯矩 :kN.m/m, 面积 :mm/m,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27.49800D18250 10180
30、.07中水平边5.06800D18250 10180.01缘竖直跨15.21800D18250 10180.04中竖直上1.19800D18250 10180.00边缘竖直下4.55800D18250 10180.01边缘外侧 - 水平跨-37.10800D18250 10180.11中水平边-91.91878D18250 10180.26缘竖直跨-36.06800D18250 10180.11中竖直上-50.06800D18250 10180.15边缘竖直下-85.21812D18250 10180.24边缘注意 : 存在裂缝验算不满足限值0.20mm的情况 !工作井井壁钢筋实配18200。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
