工作井结构设计计算书

1.设计条件1.1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工,桩身达到设计强度后,再开挖基坑施工护壁成井。基坑每开挖1m深度土，现浇一节1m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：5.80m，井壁底标高：工作井为-1.19m，接收井为-1.69m。拟定工作井尺寸：0.55tm，3.5Rm，8.1Dm，5.39Hm拟定接收井尺寸：0.35tm，2.0Rm，4.7Dm，5.99Hm1.2井身材料混凝土：采用C30，214.3/cfNmm，21.43/tfNmm。钢筋：钢筋直径d10mm时，采用R235钢筋，2270/yfNmm；d≥10mm时，采用热轧钢筋HBR335，2300/yfNmm。1.3地质资料地质资料如下表1所示，地下水位高度为3.2m，即井外水位高度为3.2m，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-5.2m、接收井-5.69m。表1土的物理力学指标岩土名称标高（m）天然容重（3/KNmm）粘聚力c(kPa)内摩擦角（°）承载力征值qp(kPa)素填土5.8～1.718.5515120粉质黏土1.7～-0.5418.319.3111.36150砂质黏性土-0.54～-4.716.715.1320.84180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，计算截面取井壁底部1米一段进行环向计算，不考虑四周搅拌桩支护的作用。2.1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215/dqKNm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6.2.3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±5°，计算区域井壁A、B点外侧水平向水土压力：图2-1土压力分布示意图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：255()(45)2(45)22ooAdEqztgctg255()(45)2(45)22ooBdEqztgctg式中：dq—地面上堆载，取215/dqKNm。—土的容重加权平均值，地下水位以下土采用浮容重，那么有2.618.51.518.5102.2418.3100.6616.7104.12.240.66311.98/KNmm—土内摩擦角加权平均值，4.1152.2411.360.6620.844.12.240.66ooo14.39oc—土的粘聚力加权平均值，4.152.2419.310.6615.134.12.240.66c10.53kPaz—所计算点离填土面的深度（m）。214.39514.395(1511.987)(45)210.53(45)34.6722AEtgtgkPa214.39514.395(1511.987)(45)210.53(45)53.2722BEtgtgkPa井壁侧向水压力采用全部静水压力，即wwPz，w为水的容重，取103/KNmm。则10(72.6)44wPkPa则工作井井壁外侧水平向的水土压力为：1.27()1.27(34.6744)99.91AAwPEPkPa1.27()1.27(53.2744)123.53BBwPEPkPa计算系数为：123.53110.236499.91BAPP2.1.1.2井壁环向截面内力计算截面上弯矩（井壁外侧受拉为正）：220.14880.148899.913.7750.236450.08AAcMPrKNm220.13660.1366123.533.7750.236456.85BBcMPrKNm截面上压力：(10.7854)99.913.775(10.78540.2364)447.19AAcNPrKN(10.5)123.533.775(10.50.2364)521.45BBcNPrKN图2-2截面弯矩分布图2.1.1.3结构配筋计算按压弯构件进行强度配筋计算：①保护层厚度为40mm，设50samm，055050500shtammmm②C30混凝土，HRB335钢筋，查表得0.56b③初始偏心距050.080.112112447.19MemmmN附加偏心距max(,20)2030ftemm011220132ifeeemm④偏心距增大系数130.50.514.310005501447.1910cfAN，取1.0021.150.01lh，0700012.7315550lh，取1.0故0120111.531400/ilehh1.53132201.96iemm⑤确定混凝土受压区高度x先按大偏心受压求：0144719031.30.56500280114.31000bcNxmmhmmfb，且2100samm属于大偏心受压构件。550201.9650427.022sisheeamm3201.0447.19104271414.45()300(50050)ssssdsNeAAmmfha20.2%10008001600mm按构造钢筋配置，内外钢筋选用20@200，实际配筋面积为21885sAmm;16@200。2.1.2按正常使用极限状态进行计算2.1.2.1内力计算99.9178.671.27APkPa123.5397.271.27BPkPa97.27110.236478.67BAPP截面上弯矩（井壁外侧受拉为正）：220.14880.148878.673.7750.236439.44AAcMPrKNm220.13660.136697.273.7750.236444.76BBcMPrKNm截面上压力：(10.7854)78.673.775(10.78540.2364)352.12AAcNPrKN(10.5)97.273.775(10.50.2364)410.59BBcNPrKN2.1.2.2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0.3mm。由《混凝土结构设计规范》第8.1.2条：max1.90.08eqskcrstedacE2.1cra①混凝土采用C30，20.1ckf，2.01tkf钢筋采用HRB335，522.010/sENmm②20.51000550275000teAmm18850.006850.01275000steteAA，取0.01③偏心受压构件，求sk039.44112352.12MemmN00111.53141400/silehh，取1.001112(27550)337sseeymm22005000.870.120.870.12500302.92337hzhmme偏心受压构件2352120(337302.92)21.02/1885302.92sksNezNmmAz④2.011.10.651.10.650.470.20.00685302.92tkteskf⑤max0.0250.3mmmm故内外钢筋选用20@200。工作井井壁配筋图见2-2所示。2.2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。12@200。极限状态设计控制弯矩()MKNm设计控制压力()NKN钢筋选用承载能力极限状态-17.00276.9216@200正常使用极限状态-13.38218.0416@200图2-2工作井井壁配筋示意图图2-3接收井井壁配筋示意图3.封底混凝土混凝土计算3.1工作井封底3.1.1荷载计算封底混凝土容重取224/KNmm,厚4m,按不排水情况计算。标准值：2104.4442412.00/kqKNm设计值：21.27(12.0)15.24/sqKNm3.1.2封底厚度计算计算半径：(8.121.05)/25.1rm板中弯矩：220.1980.19815.245.178.50sMqrKNm故厚度取65.725.7278.5010300109510001.27ttMhtmmbf本设计中封底采用水泥土搅拌桩，封底厚度为400cm，故满足要求。3.2接收井封底封底混凝土容重取224/KNmm,厚4m,按不排水情况计算。标准值：210544246.0/kqKNm设计值：21.27(6.0)7.62/sqKNm3.1.2封底厚度计算计算半径：(4.721.05)/23.4rm板中弯矩：220.1980.1987.623.417.44sMqrKNm故厚度取65.725.7217.441030078010001.27ttMhtmmbf本设计中封底采用水泥土搅拌桩，封底厚度为400cm，故满足要求。4.钢筋混凝土底板计算4.1工作井底板计算4.1.1荷载计算底板厚度采用600mm。水托浮力产生的底板反力（标准值）2108.40.62569.0/kqKNm设计值：21.2769.087.63/sqKNm设计值产生的板中弯矩：220.1980.19887.633.775247.26scMqrKNm标准值产生的板中弯矩：220.1980.19869.03.775194.69scMqrKNm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。62210247.26100.0561.014.31000555scMafbh查表得0.0442，取1.0sa201.014.30.044210005551169.31300scssdafAbhmmf20.2%10006001200mm按构造钢筋配置，选用25@150，实际配筋面积As=2945mm2。（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0.25mm。由《混凝土结构设计规范》第8.1.2条：max1.90.08eqskcrstedacE2.1cra①混凝土采用C30，20.1ckf，2.01tkf钢筋采用HRB335，522.010/sENmm②20.51000600300000teAmm1206.60.0040220.01300000steteAA，取0.01③受压构件620247.2610424.40/0.870.875551206.6sksMNmmhA④2.011.10.651.10.650.3350.20.004022424.40tkteskf⑤max0.310.25mmmm故上层钢筋选用25@150，裂缝宽度max0.2250.25mmmm。⑥下层钢筋按