工作井结构设计计算书doc
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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
1447.1910c 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: