圆形工作井(沉井)结构计算

圆形工作井（沉井）结构计算
本次计算结构简图如下：
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：
1
120*6.0310*2.525*1.325*1.1718.85n ki si i ka n
si i f h f KPa h ==+++===∑∑（6.03+2.5+1.3+1.17）
沉井井壁自重G=212.09×25=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：
()()10.750.752
1(18.85 2.50.718.85115 2.50.718.855) 3.1429.82
3889ka ka ka T f h f H m h f m d KN
=⨯+⨯--+⨯⨯⨯⨯=⨯+⨯⨯--+⨯⨯⨯⨯⨯=（）π 沉井排水下沉系数
,53020 1.363 1.053889
fw k
st G F k T --===> 经计算,沉井下沉系数大于1.05，下沉系数满足规范要求。

抗浮验算
沉井井壁自重： G 1=5302.25KN
沉井底板自重： G 2=3.142×4.02×0.6×25=754.08KN
封底砼自重：G3=76.51×24=1836.24KN
沉井总重：G=G1+G2+G3 =5302.25+754.08+1836.24=7892.57KN
浮力F=3.142×4.92×9.07×10=6842.36KN
G / F = 7892.57/6842.36=1.153＞1.05
经计算，抗浮系数大于1.05,满足规范要求。

井壁水平内力及配筋计算
圆形井筒在稳定下沉的条件下，井壁的承受的水平荷载为均布荷载，受力情况为轴心受压。

但是由于井外土质及扰动程度并非均匀，而且在下沉过程中总要发生偏斜，从而便井壁在同一水平环上的土压力呈不均匀分布，导致井壁的弯矩相差大。

目前圆形沉井内力计算常用的方法是将井体积作受对称不均匀压力作用的封闭圆环，取其中四分之一圆环计算。

假定90°的井圈上两点处的土壤内摩擦角差值5°～10°。

本工程土壤内摩擦角差值取7.5°计算。

根据地质资料，按加权平均值取土容重r = 17.7kN/m3，内摩擦角φ=13°。

φ1=13°+7.5°=20.5°
φ2=13°-7.5°=5.5°
H=12.0m
P A=1.27×17.7×12×tg2(45°-φ1/ 2)=129.82kN
P B=1.27×17.7×12×tg2(45°-φ2/ 2)=222.56kN
ω’=ω-1 土压力不均衡度
ω= PB/ P A
ω’=222.56/129.82–1=0.7144
γc ——沉井井壁的中心半径（m）
N A=P Aγc(1+0.7854ω’)
N B=P Aγc(1+0.5ω’)
M A=0.1366P Aγc2ω’
M B=-0.1488P Aγc2ω’
式中：N A——较小侧土压力的A截面上的轴力(kN/m)
N B——较大侧土压力的B截面上的轴力(kN/m)
M A——较小侧土压力的A截面上的弯矩(kN·m)
M B——较大侧土压力的B截面上的弯矩(kN·m)
M A=0.1366×129.82×4.452×0.7144=250.87kN·m
M B=-0.1488×129.82×4.452×0.7144=-273.28kN·m
αSB=(1.2×273.28×106)/(19.1×1000×6942)=0.0356
ζB=1- (1-2αSB)^0.5=0.0362
A s=f cζ
B h。

/f y=(19.1×0.0362×1000×694)/360=1333mm2
选配钢筋φ22@150 A s=2534mm2，
裂缝计算
执行规范:
《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010), 本文简称《混凝土规范》
《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB 50069-2002), 本文简称《给排水结构规范》
1 设计资料
1.1 截面尺寸参数
1.2 材料参数
1.3 荷载及其它参数
2 计算过程及计算结果
(1)受拉钢筋应力计算
σsq =M q /(0.87h 0A s )=273280000/(0.87×694×2534)=178.62N/mm 2
(2)按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率
ρte =A s /A te =A s /(0.5bh )=2534/(0.5×1000×750)=0.0068
(3)裂缝间受拉钢筋应变不均匀系数 < 0.4, 取ψ=0.4
(4)最大裂缝宽度计算
(5)验算 最大裂缝宽度：0.192(mm)＜[ωmax ]=0.200(mm)
经计算，选配φ22@150满足规范要求。

根据钢筋混凝土沉井结构设计及施工手册，对井径不大于8.0m ，沉井深度或第一节下沉高度大于5.0m 的钢筋混凝土圆形沉井，可不作竖向内力计算。

=te sq
max 1.8sq
E s ( 0.11te
+ 1 ⨯0.4000⨯1.5⨯0.0068。