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：0.55t m =， 3.5R m =，8.1D m =， 5.39H m = 拟定接收井尺寸：0.35t m =， 2.0R m =， 4.7D m =， 5.99H m =

1.2井身材料

混凝土：采用C30，214.3/c f N mm =，21.43/t f N mm =。

钢筋：钢筋直径d<10mm 时，采用R235钢筋，2270/y f N mm =；d ≥10mm 时，

采用热轧钢筋HBR335，2300/y f N mm =。

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

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/d q KN m =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：

25

5()(45)2(45)2

2

o

o

A d E q z tg ctg ϕϕγ-

-

︒

︒

-

-

++=+-

--

2

5

5()(45)2(45)2

2

o

o

B d E q z tg ctg ϕϕγ-

-

︒

︒

-

-

--=+-

--

式中：d q —地面上堆载，取215/d q KN m =。

γ-

—土的容重加权平均值，地下水位以下土采用浮容重，那么有 ()()()

2.618.5 1.518.510 2.2418.3100.6616.7104.1 2.240.66

γ-

⨯+⨯-+⨯-+⨯-=

++

311.98/KN mm =

ϕ-

—土内摩擦角加权平均值， 4.115 2.2411.360.6620.844.1 2.240.66

o o o

ϕ-

⨯+⨯+⨯=++

14.39o =

c -—土的粘聚力加权平均值， 4.15 2.2419.310.6615.13

4.1 2.240.66

c -

⨯+⨯+⨯=

++

10.53kPa =

z —所计算点离填土面的深度（m ）。

2

14.39514.395(1511.987)(45)210.53(45)34.6722A E tg tg kPa

︒︒︒︒︒

︒

++=+⨯--⨯⨯-=214.39514.395(1511.987)(45)210.53(45)53.2722

B E tg tg kPa

︒︒

︒︒︒︒

--=+⨯--⨯⨯-= 井壁侧向水压力采用全部静水压力，即w w P z γ=，w γ为水的容重，取

103/KN mm 。则10(7 2.6)44w P kPa =⨯-=

则工作井井壁外侧水平向的水土压力为：

1.27() 1.27(34.6744)99.91A A w P E P kPa =⨯+=⨯+=

1.27() 1.27(53.2744)123.53B B w P E P kPa =⨯+=⨯+=

计算系数为：123.53110.236499.91

B A P P ω'=

-=-= 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）：

220.14880.148899.91 3.7750.236450.08A A c M P r KN m ω'==-⨯⨯⨯=-⋅ 220.13660.1366123.53 3.7750.236456.85B B c M P r KN m ω'==⨯⨯⨯=⋅ 截面上压力：

(10.7854)99.91 3.775(10.78540.2364)447.19A A c N P r KN ω'=+=⨯⨯+⨯=

(10.5)123.53 3.775(10.50.2364)521.45B B c N P r KN ω'=+=⨯⨯+⨯=

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50s a mm =，055050500s h t a mm mm =-=-= ②C30混凝土，HRB335钢筋，查表得0.56b ξ= ③初始偏心距050.080.112112447.19

M e m mm N =

=== 附加偏心距max(

,20)2030

f t

e mm == 011220132i

f e e e mm =+=+= ④偏心距增大系数 13

0.50.514.31000550

1447.1910

c f A N ξ⨯⨯⨯=

=>⨯，取1.0 02 1.150.01l h ξ=-⨯，07000

12.7315550

l h ==<，取1.0 故012011 1.531400/i l e h h ηξξ⎛⎫

=+

= ⎪⎝⎭

1.53132201.96i e mm η=⨯=

⑤确定混凝土受压区高度x 先按大偏心受压求：

01447190

31.30.56500280114.31000

b c N x mm h mm f b ξα=

==<=⨯=⨯⨯，且2100s a mm <=