深圳市城市轨道交通4号线工程主体工程4302标段二工区（沉井）结构计算书 计算: 校核: 审定: 中铁二局工程有限公司深圳市轨道交通4号线4302标二工区项目部2016年10月1 目 录1目 录21.1顶管概况31.2顶管工作井、接收井尺寸31.31200mm管顶力计算31.3.1推力计算31.3.2壁板后土抗力计算：41.3.3后背土体的稳定计算：41.4工作井（沉井）下沉及结构计算41.4.1基础资料：41.4.2下沉计算：51.4.3下沉稳定计算：51.4.4刃脚计算：51.4.5沉井竖向计算：61.4.6井壁内力计算：(理正结构工具箱计算)71.4.7底板内力计算：(理正结构工具箱计算)121.5接收井（沉井）下沉及结构计算131.5.1基础资料：131.5.2下沉计算：141.5.3下沉稳定计算：141.5.4抗浮稳定计算(沉井下沉到设计标高浇注底板后)：141.5.5刃脚计算：141.5.6沉井竖向计算151.5.7井壁内力计算：(理正结构工具箱计算)161.1 顶管概况（1） 钢筋HRB335级钢筋强度设计值fy=fy=300N/ mm2（2） 圆管砼：采用C50，沉井采用C30。（3） 所顶土层为黏土，r=17KN/ m3本计算除井壁、底板外未采用专业计算软件。1.2 顶管工作井、接收井尺寸1、工作井尺寸的设计、核算由检查井的设计要求及顶管操作技术要求决定。（1）、工作井的宽度计算公式 B =D+2b+2c 式中：B工作井宽度； D顶进管节的外径尺寸； b工作井内安好管节后两侧的工作空间，本工程采用每侧0.8m； c护壁厚度，本工程采用0.4m；本工程的顶管直径为D1000，壁厚200。工作井的宽度尺寸为 B=8.7mm；（2）工作井底的长度计算公式 ：L=L1+L2+L3+2L4+L5式中： L工作井底部开挖长度 ； L1 管节长度 取2m ； L2顶镐机长度 取1.1m ； L3出土工作长度， 取1.1m； L4后背墙的厚度，取0.4m； L5已顶进的管节留在导轨上的最小长度，取0.3m。确定本工程工作井的底部长度尺寸为 L=8.7m。（3）工作井的深度工作井的深度由设计高程和基础底板的厚度决定。（4）接收井尺寸只需满足工具管退出即可，本工程接收井尺寸4.35m。1.3 1200mm管顶力计算1.3.1 推力计算管径D1=1.2m 管外周长 S=3.14d=3.14x1.6=5.024m顶入管总长度L=50m 管壁厚t=0.2m 顶入管每米重量W=3.14X（1.42-1.02）/4X25=18.84KN/m管涵与土之间摩擦系数f=0.40每米管子与土层之间的综合摩擦阻力 f0=RS+Wf=5x5.024+18.84x0.4=32.656 kN/m初始推力 F0=（Pe+Pw+P）(3.14/4)B2c=（150+2.0 x10+20x3.14/4x1.62=484.6kN总推力 F= F0+ f0L=484.6+32.656x50=2117.4 kN1.3.2 壁板后土抗力计算：顶管总推力设计值 Pt=1.5x2117.4=3176.1 kN顶管力至刃脚底的距离：hf=2.5m 沉井尺寸rc =8.7m qAmax=4 Pt/(3 sf) =4x3176.1/(3x59.416x2.5)=28.51kpa qA=28.51x(8-1.5)/8=23.16 kpa MA=-0.307qAr2c=-0.307x43.42x(59.416)2=-47058 kN.m1.3.3 后背土体的稳定计算： 主动土压力标准值Pa=rZtg2（45-）= 21x8xtg2（45-）=45.53kN/m2被动土压力标准值Pp= rZtg2（45+）= 21x8xtg2（45+）=619.95 kN/m2沉井前方总主动土压力标准值Pa=0.5rH2tg2（45-）= 0.5x21x82 x tg2（45-）=182.11 kN/m2沉井后方总被动土压力标准值Pp=0.5rH2tg2（45+）= 0.5x21x82 x tg2（45+）=2479.80kN/m2hp=H/3=8/3=2.67 m=( hf-hf- hp)/ hf=( 2.5-2.5- 2.67)/ 2.5= 0.932总推力F=1552.1 (0.8Pp-Pa )=0.932x(0.8x2479.8-182.11)=1679.21KN 满足规范要求所以经过以上计算可知：采用管径D1=1.0m圆管，顶进距离50m符合要求。1.4 工作井（沉井）下沉及结构计算 8.7沉井，本井为工作井，由于地质条件好，在沉井范围内均为粘土层，沉井考虑先开挖后下沉。1.4.1 基础资料：单位摩阻力fk30Kpa，地基承载力特征值取为350Kpa。采用C30砼，钢筋为HRB335。粘土天然容重取为17kN/m3，内摩擦角=35,井壁高8m,底板厚0.6m,壁厚0.6m。 1.4.2 下沉计算：井壁总摩阻力标准值：TU=(8.7x2x2)xx(8.7+1.3-2.5)X30=3915kN沉井自重标准值G1k(8.7x0.6x2)x2 x 8.7x30=5449.68kN下沉系数：K1（G1k-Ffw,k）/ T（5449.68-371.3）/3915=1.2971.05满足要求1.4.3 下沉稳定计算： 根据地勘资料,沉井下沉土层为卵石土层，因此下沉稳定满要求。1.4.4 刃脚计算： 水平框架作用的判别,L1=4.9m,h=1.3maf =(0.1XL14)/(h4+0.05 L14)=1.811af1，刃脚在内墙荷载作用下，不作水平分配，只按悬臂计算。(1)刃脚向外悬臂弯曲计算a.起沉时 井体重量为1626.63KN，平均每延米重量=105.63 KN/m。刃脚插入土中最大深度为0.45米，=56.3n=0.3m,c=0.3m=35.21KN/m取=30水平推力H=V2tg(-)=35.21xtg(56.3-30)= 17.4KN/m向外悬臂弯矩M=17.4X2/3X0.45=5.22KN.m/mb.沉至井深一半，井为全高时，沉井入土深度H=0.5X8=4m,此时摩阻力为：TU=(5.3x2+3.8x2)xx(4+1.3-2.5)X15=382.2KN刃脚斜面垂直反力及水平推力：=127.4KN/m H=V2tg(-)=127.4xtg(56.3-30)= 93.59KN/m向外悬臂弯矩：M=93.59X2/3X0.45=28.08KN.m/mc.下沉至设计标高时，刃脚内部全部挖空，在外侧水、土作业下，刃脚向里悬臂弯曲的计算： qa=130KN qb=182.11KN向里悬臂弯矩：=139.2 KN.m(2)刃脚配筋计算计算时，刃脚自重及井壁摩阻力略去不计。MC=1/2*1.27*139.2*0.552+1/2*1.27* (13*6.5-13*6.1) *0.552*2/3=27.4KN.m选择钢筋截面：M=27.4KN.m，h0=510mm,b=1000mm,s=M/1fcbh02=/(1.0*11.9*1000*510*510)=0.00853=0.0085AS=192mm2AS,min=0.2%*550*1000=1100mm2,按构造配筋，AS=1100mm2,选用814。1.4.5 沉井竖向计算：1）、抽垫木时井壁竖向计算沉井在开始下沉特别是在抽垫木时，井壁会产生皆大的弯曲应力。沉井采用四个支承点，定位支撑点布置如图。（1）假定定位承垫木间距为0.7L，不考虑刃脚下回填砂的承载力，如图a所示。井壁单宽自重标准值：gk=6.5*0.6*30=117KN/m井壁单宽自重标准值：gs=1.27*117=148.59KN/m支座弯矩：M支=-1/2*82.55*(5.3*0.15)2-1/2*3.4*82.55*(5.3*0.15-0.25)=-102.6KN.m跨中弯矩：M中=1/8*82.55*(5.3*0.7)2-102.6=39.43KN.m(2)、假定抽垫木时，先抽并回填部位已经压实变成支点。此时，沉井井壁支承在三个点上，如图b所示。支座弯矩：M支=-1/8*82.55*2.652=-72.5KN.m跨中弯矩：M中=0.07*82.55*2.652=40.6KN.m(3)配筋计算L10/H2，按深梁进行设计，根据混凝土结构设计规范，计算如下：因为L10H，内力臂：z1=0.6 L10=0.6*5.3=3.18m刃脚底部：M中=40.6KN.m,As= M中/fyz1=40600/（300*3.18）=42.6mm2井墙顶部：M支=102.6KN.m,As= M支/fyz1=/（300*3.18）=107.6mm2求得的钢筋值较小，故按构造配筋已能满足要求。2）、井壁的抗拉计算根据规程，由于本工程地基为卵石土层地基，不必进行竖向拉断计算。1.4.6 井壁内力计算：(理正结构工具箱计算) （1）、 池壁荷载计算: 池外荷载: 主动土压力系数Ka= 0.27 侧向土压力荷载组合(kN/m2):部位(标高)土压力标准值活载标准值基本组合准永久组合地面(0.000)0.002.713.101.08池壁顶端(-0.200)1.142.714.542.22底板顶面(-6.750)26.832.7197.4975.41 基础底面以上土重标准值Gt= 0.00kN 基础底面以上活载标准值Gh= 30.21kN 沉井底板以上全部竖向压力基本组合: Qb = (1431.721.20+0.001.27+0.001.27+30.211.270.90)/20.140 = 87.02kN/m2 板底均布净反力基本组合: Q = 87.02-0.35025.001.20 = 76.52 kN/m2 板底均布净反力准永久组合: Qe = 71.69-0.35025.00 = 62.94 kN/m2底板荷载计算(池内有水，池外无土): 水池底板以上全部竖向压力基本组合: Qb = 59.4161.601.27+5449.161.40