遼寧鐵路深基坑圓形沉井結(jié)構(gòu)計算書

圓形地下連續(xù)墻計算書1工程概述xx鐵路xx特大橋100#-109#墩位于主河槽中，主墩承臺為二層，一層平面尺寸為11.3×7.3米，高度為2.5米，二層平面尺寸為9×5，高度為1米，主墩樁基為10根Φ1.25米鉆孔樁。承臺底標高為-4.44m、-4.94m、-5.44m，按筑島頂標高為4.0m考慮，開挖深度在8.64m—9.64m之間，以上10個承臺開挖深度大，采用混凝土沉井為圍護結(jié)構(gòu)的方式施工。承臺、墩身具體布置如下：各墩具體參數(shù)表墩號承臺尺寸承臺底標高（m）承臺頂標高（m）筑島頂標高（m）開挖深度（m）沉井高度（m）100一層：11.33*7.33*2.55二層：9*5**1-4.44-0.944.28.6410.5101一層：11.33*7.33*2.55二層：9*5**1-4.44-0.944.28.6410.5102一層：11.33*7.33*2.55二層：9*5**1-4.94-1.444.29.1411.0103一層：11.33*7.33*2.55二層：9*5**1-4.94-1.444.29.1411.0104一層：11.33*7.33*2.55二層：9*5**1－5.44－1.944.29.6411.5105一層：11.33*7.33*2.55二層：9*5**1-5.44－1.944.29.6411.5106一層：11.33*7.33*2.55二層：9*5**1-5.44－1.944.29.6411.5107一層：11.33*7.33*2.55二層：9*5**1-5.44－1.944.29.6411.5108一層：11.33*7.33*2.55二層：9*5**1－5.44－1.944.29.6411.5109一層：11.33*7.33*2.55二層：9*5**1-5.44－1.944.29.6411.52基坑土特性及取值本計算中土層參數(shù)根據(jù)設(shè)計圖提供的土層資料，按經(jīng)驗取值如下：各層土特性取值表編號土層名稱土層頂標高土層底標高容重（kN/mm3）內(nèi)摩擦角（o）粘聚力（kPaa）（1）粘土4.0－1.5018250（2）中砂-1.50-7.4520.5280本工程土壓力計算對于粘性土采用水土合算法，對于砂性土采用水土分算法，基坑外考慮有長臂挖掘機作用（參考機型：ZE230LC），荷載按條形荷載考慮，取值為挖掘機接地比壓40Kpa。鋼板樁承受孔隙水壓力、有效主動土壓力及有效被動土壓力。主、被動土壓力系數(shù)：粘土：Ka＝tg2(45-)＝0.406，＝0.637Kp＝tg2(45+)＝2.463，＝1.57中砂：Ka＝tg2(45-)＝0.361，＝0.601Kp＝tg2(45+)＝2.605，＝1.613沉井結(jié)構(gòu)本沉井作為承臺及墩身施工的圍護結(jié)構(gòu)，考慮后續(xù)施工方便，沉井內(nèi)壁距承臺外緣線留1.0米工作面，沉井壁厚600mm，頂部高出筑島頂面300mm，底部比承臺底面底1.5m，刃腳踏面寬300mm，斜面高700mm。沉井結(jié)構(gòu)高度分別10.5m、11.0m、11.5m，本次計算選取其中高度最大的沉井進行計算，其他墩位參考施工。4沉井設(shè)計及檢算過程根據(jù)施工工序，分為6個工況，找出構(gòu)件在不同工況下的不利結(jié)果，檢算構(gòu)件的尺寸是否符合要求，并根據(jù)受力情況配置鋼筋；工況1：第一節(jié)沉井制作工況2：第一節(jié)沉井下沉完成工況3：第二節(jié)沉井制作工況4：第二節(jié)沉井下沉完成，澆筑封底混凝土工況5：排水至封底混凝土頂面工況6：承臺及墩身施工完成4.1井壁計算4.1.1下沉過程井壁計算下沉過程中井壁最不利工況為下沉到預(yù)定標高時，島頂標高為4.2m，外側(cè)水位為3.6m，內(nèi)外側(cè)有不利水位差，計算按內(nèi)外水位差1.0m考慮，如施工時大于該水位差要采取措施提高內(nèi)側(cè)水位。4.1.1.1計算模型與計算簡圖計算采用空間結(jié)構(gòu)分析，以中厚板單元shell93模擬井壁，平面與側(cè)面圖如下：4.1.1.2水土壓力計算基坑外附加設(shè)備條形荷載，主要考慮長臂挖掘機，接地比壓按40Kpa考慮，作用深度至基坑底。土壓力計算時，對粘性土采用水土合算的原則，但合算時，其側(cè)壓力系數(shù)不采用主動土壓力系數(shù)0.406，偏于安全的采用0.8，中砂采用水土分算。公式如下：粘性土，計算點位于地下水位以上時粘性土，計算點位于地下水位以下時砂性土，計算點位于地下水位以下時公式中：ea—土壓力強度標準值kα—主動土壓力系數(shù)h1—水上粘土深度h2—水下粘土深度h3—水下砂土深度按上述計算土壓力強度標準值見附表1：下沉狀態(tài)沉井水土壓力計算表4.1.1.3內(nèi)力計算結(jié)果附表1數(shù)值為在考慮基坑安全系數(shù)1.1，荷載分項系數(shù)1.25，計算得到設(shè)計荷載，按上述荷載與計算模型，計算得到結(jié)構(gòu)內(nèi)力結(jié)果見附表2：下沉狀態(tài)沉井內(nèi)力計算成果表。4.1.2排水完成井壁計算工況5為封底混凝土強度達到要求，沉井內(nèi)部排水完成的狀態(tài)，外側(cè)水位按高潮水位3.6m考慮。4.1.2.1計算模型與計算簡圖計算采用空間結(jié)構(gòu)分析，以中厚板單元shell93模擬井壁，link1單元模擬支撐，平面與側(cè)面圖如下：4.1.2.2水土壓力計算計算方式同4.3.1.2項，土壓力強度標準值與設(shè)計值，見附表3：排水狀態(tài)沉井水土壓力計算表4.1.2.3內(nèi)力計算結(jié)果附表3數(shù)值為在考慮基坑安全系數(shù)1.1，荷載分項系數(shù)1.25，計算得到設(shè)計荷載，按上述荷載與計算模型，計算得到結(jié)構(gòu)內(nèi)力結(jié)果見附表4：排水狀態(tài)沉井內(nèi)力計算成果表。4.1.3截面配筋計算截面為壓彎構(gòu)件，但壓應(yīng)力遠小于彎曲應(yīng)力，而且壓力對混凝土構(gòu)件受拉為有利的，所以按受彎構(gòu)件檢算，并配置鋼筋?？紤]施工工況較多，構(gòu)件受力復(fù)雜，計算時按每一段在各工況下的最大彎矩配筋，并采用雙筋截面形式。計算結(jié)果見附表5：各斷面橫向配筋計算成果表、附表6：各斷面豎向配筋計算成果表4.1.4豎向受拉計算井壁在刃腳完全掏空的情況下，會出現(xiàn)豎向拉力，豎向最大拉力為Pmax=G/4刃腳部分G1=（0.3+0.6）*1/2*0.7*25*50.6=398.5KN其余部分G2=（0.6*50.6*10.8）*25=8197.2KNG=398.5+8197.2=8595.7KNPmax=8595.7/4=2149KN豎向每周長最小布置φ16鋼筋250根，抗拉能力為：F=201.1*250*300=15082KN>2149KN豎向抗拉滿足要求。4.2刃腳計算4.2.1刃腳向外受彎以第一節(jié)下沉完成，預(yù)制第二節(jié)時為最不利工況，計算簡圖如下：4.2.1.1土壓力和水壓力計算①土壓力ea1=0.406*（0.6*18+4.9*8）=20.3KN/m2ea2=0.406×（0.6*18+4.2*8）＝18.0KN/m2ea3=0.406*（0.6*8）=1.95KN/m2ea4=0.406*（0.6*18）=4.38KN/m2②水壓力不排水下沉，考慮刃腳向外彎曲的最不利情況為內(nèi)外無水位差時，水壓力為0.Pw1=0KN/m2Pw2=0KN/m2③刃腳部分水土壓力合力作用于井壁外側(cè)的計算土壓力與水壓力的和不大于靜水壓力的70%。刃腳底部：ea1+Pw1=20.3+0=20.3KN/m2<0.7*4.9*10=34.3KN/m2刃腳根部：ea2+Pw2=18+0=18KN/m2<0.7*4.2*10=29.4KN/m2刃腳部分總的土壓力與水壓力：P總=（18+20.3）*0.7/2=13.41KN/m力臂4.2.1.2井壁摩阻力①外壁總摩阻力Rf=0.5EaRf=f*ARf—作用在沉井單位周長井壁上的摩阻力，取上式計算中的小者Ea—作用在單位井壁周長上總的主動土壓力A—與土相接觸的井壁單位周長外壁面積f—土與井壁單位面積摩阻力，粘土取18Kpa，中砂與圓礫土取15Kpa按上公式計算Ea=（0+4.38）*0.6/2+（1.95+20.3）*4.9/2=55.8KN/mRf=0.5PE=0.5*55.8=27.9KN/mRf=f*A=18*5.5*1=99KN/m取Rf=27.9KN/m刃腳摩阻力Rr=18*0.7=12.6KN/m4.2.1.3刃腳反力計算①土的垂直反力Rv=G-Rf-Ff式中：G—第一節(jié)、第二節(jié)沉井重量Ff—浮力1m刃腳重量G1=（0.3+0.6）*1/2*0.7*25=10.5KN1m第一節(jié)除刃腳外沉井部分重量G2=0.6*1*5.8*25=87KN1m第二節(jié)沉井重量G2=0.6*1*5*25=75KNG=G1+G22+G3=10.55+87+75=172..5KNFf=（0.33+0.66）/2*00.7*110+1**0.6**4.9**10=32.66KNRv=V1+V22=G-FFf-Rff=1722.5-27.99-12.6=132KNN②反力Rv的分力力V1、V2、UV1=Rv*a//(a+bb/2)==132*00.3/((0.3++0.3/2)==99KNV2=132-999=33KNU=V2*tg（α00-β0）式中：FH—刃刃腳斜面部部分土的水水平反力αα0—刃腳斜面面與水平面面的夾角，為67°β0—土與刃腳斜面的的摩擦角，為為28°U=26.7KN4.2.1.44刃腳根部部內(nèi)力計算算刃腳水平力由水水平框架及及刃腳懸臂臂2種模式分分擔，其分分配系數(shù)計計算如下：：懸臂作用系數(shù)：：框架作用系數(shù)計算刃腳根部彎彎矩時，對對刃腳根部部截面中點點取矩計算結(jié)果如下表表所示：刃腳根部內(nèi)力計計算結(jié)果表表外力荷載水平力(KN))垂直力（KN))懸臂作用系數(shù)力臂（m）彎矩（KN.mm）推擠力U26.70.9480.46711.82豎向反力V19910.1514.85豎向反力V23310.1-3.3刃腳部分摩阻力力Rr12.610.33.78刃腳土壓力Err-13.410.9480.357-4.54刃腳重力Gr-7.210.07-0.5總計13.29137.422.1按壓彎構(gòu)件檢算算：應(yīng)力滿足要求，按前面井壁計算配筋，滿足要求。4.2.2刃腳向內(nèi)內(nèi)撓曲的計計算計算刃腳向內(nèi)彎彎曲的最不不利情況是是在沉井已已沉到設(shè)計計標高，刃刃腳下的土土已經(jīng)挖空空，這時刃刃腳根處水水平截面上上產(chǎn)生最大大的向內(nèi)彎彎矩，計算算簡圖如下下：4.2.2.11土壓力和和水壓力計計算①土壓力考慮基坑外不利利荷載情況況，基坑邊邊作用挖掘掘機，接地地比壓按40Kppa采用σ1k=40KNN/m2ea1=0.3361*（0.6**18+88*5.11+10..5*5..44+440）=53.668KN/mm2ea2=0.3361*（0.6**18+88*5.11+10..5*4.74+40）=50.888KNN/m2ea3=0.3361*（0.6**18+88*5.11+40）=33.006KN/mm2ea4=0.4406*（0.6**18+88*5.11+40）=37.119KN/mm2ea5=0.4406*（0.6**8+400）=18.119KN/mm2ea6=0.4406*（0.6**18+440）=20.662KN/mm2②水壓力不排水水下沉，按按外側(cè)水位位比內(nèi)側(cè)水水位高1mm考慮，剩剩余水壓力力為：Pw1=10KKN/m22Pw2=110KN//m2③刃腳部分水土壓壓力合力刃腳根部：eaa1+Pww1=500.88++10=660.888KN/mm2刃腳底部：eaa2+Pww2=533.68++10=663.688KN/mm2刃腳部分總的土土壓力與水水壓力：P總=（60.888+63.668）*0.77/2=443.6KKN/m4.2.2.22刃腳根部部內(nèi)力計算算①簡圖：框架計算簡圖如如下圖。②荷載:水平荷載一部分分由懸臂作作用承擔，一一部分由框框架承擔，水水平力分配配系數(shù)為懸臂分分擔系數(shù)框架分擔系數(shù)式中：lx—計計算α時取最大大計算跨徑徑，計算β時取最小小計算跨徑徑hhx—刃腳斜面面高度按框架結(jié)構(gòu)承擔擔荷載的55.2%計算，框框架承擔的的水平荷載載q=43.6**0.0552=2.266N/mmm③內(nèi)力：按上述荷載與簡簡圖，計算算內(nèi)力結(jié)果果如下。Mmax==0KN.mmN=24.155KN4.2.2.33截面計算算①按混凝土截面檢檢算A=(300++600)//2*7000=3150000mm2混凝土壓應(yīng)力能能滿足要求求！4.3刃腳根部部以上0..6米井壁檢算算本部分為刃腳嵌嵌固部分，需需單獨計算算，計算過過程如下：：4.3.1計算簡圖圖4.3.2作用在井井壁上的外外力①土壓力考慮坑壁外挖掘掘機走行、作作業(yè)，基坑坑附加荷載載按挖掘機機接地比壓壓40Kppa采用。σ1k=2.5**19.55*1/((1+0..5*2))=24..3KN//m2ea1=0.3361*（0.6**18+55.1*88+10..5*4..14+440）=48.776KN/mm2ea2=0.3361*（0.6**18+55.1*88+10..5*4..74+440）=51.003KN/mm2②水壓力不排水水下沉，按按外側(cè)水位位比內(nèi)側(cè)水水位高1mm考慮，剩剩余水壓力力為：Pw1=10KKN/m22Pw2=110KN//m2③刃腳腳嵌固部分水水土壓力合合力刃腳嵌固部分根根部：ea1++Pw1==48.776+100=58..76KNN/m2刃腳嵌固部分底底部：ea2++Pw2==51.003+100=61..03KNN/m2刃腳部分總的土土壓力與水水壓力：P總=（58.76+661.033）*0.6/2=355.9KNN/m④刃腳根根部剪力刃腳根部ea33=0.3661*（0.6**18+55.1*88+10..5*4..74+40）=51.003KN/mm2Ea4=0.361**（0.6**18+55.1*88+10..5*5..44+440）=53.669KN/mm2刃腳根部：eaa3+Pw11=51..03+110=611.03KKN/m22刃腳底部：eaa4+Pw22=53..69+110=633.69KKN/m22刃腳部分總的土土壓力與水水壓力：P總=（61.03+663.699）*0.7/2=433.65KKN/m⑤水平合合力F=35.9++43.665=79.555KN/m4.3.3刃腳根部部內(nèi)力計算算①簡圖：框架計算簡圖如如下圖。②荷載:取以上計算的水水平合力q=799.55NN/mm③內(nèi)力：按上述荷載與簡簡圖，計算算內(nèi)力結(jié)果果如下。N=640.3377KNN（5）截面計算①按混凝土截面檢檢算A=600*6600=36600000mm2混凝土壓應(yīng)力能能滿足要求求。4.4下沉沉系數(shù)計算算4.4.1第一節(jié)下下沉系數(shù)①沉井自重刃腳部分重重量G1-11=（0.3++0.6）/2*00.7*88.05**2*3..142**23=3366.66KN其余部分重量GG1-2==0.6*（6.5-00.7）*8.055*2*33.1422*23==40488.9KNN總重G1=G1-11+G1--2=3666.6++40488.9=44155.5KNN②井壁摩阻力粘土的摩阻系數(shù)數(shù)f=18kpaa則摩阻力Rf==（5/2+1）*18**8.055*2*33.1422=31866.9KNN③浮力第一節(jié)沉井下部部6米入水，浮浮力為④下沉系數(shù)下沉系數(shù)不能滿滿足要求，在在沉井制作作時，在沉沉井外壁豎豎向設(shè)置漿漿槽，尺寸寸為50*500mm，間間距為2mm一道，下下沉時在漿漿槽內(nèi)壓住住膨潤土泥泥漿，減小小側(cè)壁摩阻阻力。若該該措施不能能見效，需需采用配重重的方式下下沉。4.4.2第二節(jié)下沉系系數(shù)①沉井自重刃腳部分重重量G1-11=（0.3++0.6）/2*00.7*550.6**23=3366.66KN第一節(jié)其余部分分重量G11-2=00.6*（6.5--0.7）*8.005*2**3.1442*233=40448.9KKN第二節(jié)重量G22-1=0..6*5**8.055*2*33.1422*23==34900.5KNN總重G2=G1-1+GG1-2++G2-11=366..6+40048.99+34990.5==79066KN②井壁摩阻力摩阻系數(shù)f=118kpaa則摩阻力Rf==（5/2++3.644）*18**8.055*2*33.1422=55990.8KKN③浮力二節(jié)沉井下部8..64米入水，浮浮力為④下沉系數(shù)下沉系數(shù)不能滿滿足要求，在在沉井制作作時，在沉沉井外壁豎豎向設(shè)置漿漿槽，尺寸寸為50*500mm，間間距為2mm一道，下下沉時在漿漿槽內(nèi)壓住住膨潤土泥泥漿，減小小側(cè)壁摩阻阻力。若該該措施不能能見效，需需采用配重重的方式下下沉。4.5封底底混凝土計計算4.5.1強度計算算①計算簡圖封底混凝土厚度度1.5m，按周邊簡支支圓板計算算，采用soliid95單元模擬擬，其平面面計算簡圖圖如下：②荷載圍堰內(nèi)部排開水水的體積所所形成的浮浮力全部施施加到底板板上，外側(cè)側(cè)水位按33.6m考考慮q=10*（33.6+66.94）-23*11.5=770.9KKN/m22③計算結(jié)果MK=0.19979qrr2=0.11979**70.99*7.775*7..75=8842.77KN*mm/m1m寬封底混凝凝土的截面面特性（考考慮上部浮浮漿，厚度度按1m采用）第一主拉應(yīng)力為為1.0772Mpaa，選用C25混凝土，其其容許拉應(yīng)應(yīng)力為1.233Mpa，按第一一強度理論論，滿足承承載要求。4.5.2抗浮計算算①浮力圍堰排水至基底底后，浮力力F=1888.7*10.554*100=230089.88KN②圍堰自重G1=（0.33+0.66）/2*00.7*550.5**25+0.66*10..8*5