沉管结构设计

目录

工程资料 (2)

1工程概况 (2)

2.场地地质及水文地质情况 (2)

2.1地形地貌 (2)

2.2地层构成 (2)

2.3拟建场地水文地质条件 (3)

设计内容 (5)

1. 干坞开挖设计 (5)

2管段结构的外轮廓尺寸设计 (5)

2.1设计依据 (5)

2.2设计内容 (5)

3沉管的埋置深度及荷载计算 (7)

3.1沉管埋置深度 (7)

3.2沉管的荷载计算 (7)

4结构内力计算 (9)

4.1计算模型的简化 (9)

5配筋的计算与布置 (12)

5.1设计依据 (12)

5.2侧板配筋计算 (13)

5.3顶板配筋计算 (14)

5.4底板配筋计算 (14)

5.5纵筋的配置 (15)

6变形缝与管段接头设计 (15)

6.1变形缝设计 (15)

6.2接头设计 (16)

参考文献 (17)

工程资料

1工程概况

工程名称：某公路过河隧道沉管结构设计

工程地点：某东西走向河流沿岸

本工程场地位于某东西走向河流沿岸，河宽300m左右。本地属亚热带带气候，河流常年水深在10m左右，河道常年通行船舶。拟建工程位于市区周边，规划道路横穿河流，考虑到今后开发的需要，桥梁工程占地面积较大且对于城市建筑造成不利影响，拟采用河底隧道。由于盾构隧道工程量较大且施工难度较大，采用沉管隧道的形式。

本工程场地位于市区苏家坨镇三星庄北，东西两侧均有公路通过，交通便利。

拟建的隧道工程河流南侧拥有大片未占用土地，可用于沉管结构管段浇筑时开挖干坞。南北两侧河岸最高点距水面约2m左右，位置较好。

拟建隧道垂直穿越河流，两岸经引道引入地下。

2.场地地质及水文地质情况

2.1地形地貌

场地现状地形较平坦开阔，河岸两侧200m以内地表均为天然河岸土，无人工堆积及建筑垃圾。由于杂草及河水冲积，有机质成分较多，地面高程约为23.69～25.65m。

2.2地层构成

根据地层钻探结果，拟建场地30.00m深度范围内的地层主要为新近沉积层

及一般第四纪沉积层构成。现根据现场钻探情况将场地地层自上而下分述如下：新近沉积层：

①淤泥质粘土：暗褐、灰褐、灰色，很湿，软塑～可塑，含氧化铁和云母，

可见少量螺壳、姜石及有机质，属高压缩性土。

②砂质粉土：黄褐、黄灰、暗褐、灰褐色，很湿，密实，含氧化铁和云母，

可见少量螺壳、姜石及有机质，属中高压缩性土。局部夹粉质粘土、重粉质粘土、粉砂、细砂薄层或透镜体。

③河底淤泥：灰褐色、灰黑色，很湿，软塑，含大量的有机质及砂粒，属于

高压缩性土。

第四纪沉积层：

④粉质粘土～重粉质粘土：黄褐、黄灰、灰黄色，很湿，软塑～可塑，氧化

铁、云母。局部夹砂质粉土～粘质粉土薄层或透镜体，属中高压缩性土。

⑤砾石：褐色、黑褐色，砾石磨圆性及分选性较好，粒径约为5～10mm,胶

结较差，胶结物为钙质胶结，可塑性较差。属低压缩性土。

表2—1 土体物理力学参数表

具体地层分布情况见附图2.

2.3拟建场地水文地质条件

2.3.1地下水分布情况

勘察期间，在地表下30.00（m）范围内实测到4层地下水见表2—2：

表2—2 地下水分布情况表

2.3.2历年地下水位变化情况

该地区历年（1959年）最高地下水位接近自然地表。

据在该拟建场地附近的岩土工程勘察报告，拟建场地近3～5年最高地下水位（包括上层滞水）埋深约为1.00m。

上层滞水的主要补给源以大气降水、农业灌溉等入渗为主，主要的排泄方式为大气蒸发；潜水的主要补给源主要为大气降水和地表水入渗及侧向径流补给，以径流方式排泄；微承压水及承压水，主要接受侧向径流补给，以径流方式排泄。地下水年变化幅度约为1.0m～2.0m。

设计内容

1.干坞开挖设计

干坞是沉管管段的预制场地，本工程设计在河流南岸开挖，干坞边缘距离河岸的水平距离为10m,平面形状为矩形，南北长度为200m，东西宽度为150m，开挖深度为6m。开挖前地表与河流水面垂直距离为2m左右，管段制作完成后将河水引入干坞，干坞内水深可达4m左右，可满足管段浮运的需要。干坞边坡放坡坡度为1：3，边坡采用钢筋网喷砼支护，经验算，可满足稳定性要求。

2管段结构的外轮廓尺寸设计

2.1设计依据

1．《公路桥涵设计规范》

2.《混凝土结构设计规范》

2.2设计内容

根据使用要求，沉管隧道要求内净跨8m,内净高2.5m。采用双孔矩形钢筋混凝土管段，每节管段长度为100m。根据以往的工程经验并本着经济实用的原则，设计管段边墙及顶底板厚度均为0.5m,中间隔板宽度为1.0m，管段宽度为11.5m,高度为4m。具体尺寸参照附图1。

如上图所示，路面结构为管段沉入水底后为满足抗浮要求而附加的自重。

2.2.1沉管结构的浮力设计验算

（应按最大混凝土重度，最大混凝土体积和最小河水密度来计算干舷）

沉管自重（沿管段长度取1延米计算）：

G mg vg ρ==

33

(11.510.520.5133)24.6/393.6m kN m kN

=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=（浮运阶段）

沉管浮力

F v γ=浮水沉管

33

(11.514)9.8/450.8m kN m kN

=⨯⨯⨯=

干舷高度：

G h H S γ=-

水

沉管（S 沉管为1延米沉管的底面积）

393.6

43511.59.8

cm =-

=⨯

满足要求。 2.2.2沉管结构抗浮安全系数验算

（应按最小的混凝土容重和体积，最大的河水比重来计算抗浮安全系数）

管段沉入水底使用以后，路面结构计入结构自重，此时的管段的自重（按每延米计算）：

''G m g =

33(11.510.520.5133510.520.5112)24.2/532.4m kN m kN =⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=（使用阶段）

''F v γ=浮水沉管

33

(11.514)10/460m kN m kN

=⨯⨯⨯=

抗浮安全系数

'532.4

1.16'460

G K F =

==浮 计算中尚未考虑两侧填土的部分负摩擦力作用与车辆荷载，满足安全系数在1.05~1.10之间的要求。

所以此种预设计完全符合规范要求，工程中将采用这种设计。