某逆作井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

龍澤祥，洪 概

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，長沙 410200)

在市政項(xiàng)目中，管道工程項(xiàng)目采用明挖施工時(shí)對(duì)周邊環(huán)境破壞程度較高且工程預(yù)算整體較高，而采用頂管施工時(shí)對(duì)周邊環(huán)境破壞程度較低，同時(shí)工程預(yù)算整體較低。頂管井常選用沉井法和逆作法，工作井的形狀大多為方形或圓形。與沉井法相比，逆作法對(duì)周邊土體的擾動(dòng)程度更小，不易引起鄰近建構(gòu)筑物及道路的開裂沉陷等問題，且施工時(shí)占用的施工場地更小。因此當(dāng)頂管井距離建構(gòu)筑物較近時(shí)，不宜再采用沉井法[1,2]。文章以長沙市某提質(zhì)改造工程中的頂管工作井選擇逆作法開挖為例，對(duì)逆作井的配筋設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究分析，為逆作井的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

該工程為長沙市某提質(zhì)改造工程，因現(xiàn)狀雨污水管線建成時(shí)間久遠(yuǎn)，其功能已無法滿足區(qū)域規(guī)劃及現(xiàn)狀運(yùn)行的需求，需對(duì)其進(jìn)行改造。依據(jù)區(qū)域排水規(guī)劃，雨水需排入繞城高速以西的馬橋河中，污水需排入繞城高速以西的污水處理廠干管中。改造后的雨污水管道均采用頂管法穿越G0401長沙繞城高速公路路基，雨污水管道與長沙繞城高速的交角為66°，雨水管和污水管頂管管徑分別選用DN2400、DN1000的鋼筋混凝土管。鑒于頂管工作井距離長沙繞城高速較近，為減少對(duì)周邊土體的擾動(dòng)，采用逆作法開挖，逆作井結(jié)構(gòu)外壁尺寸為10.6 m×10.6 m，內(nèi)襯采用梯形護(hù)壁墻結(jié)構(gòu)，井內(nèi)土方分層開挖，每層開挖深度按1.0 m控制，開挖后及時(shí)施作井壁，第一節(jié)～第四節(jié)井壁厚度為0.7 m，第五節(jié)～第七節(jié)井壁厚度為0.8 m，逆作井平面圖、逆作井剖面圖如圖1、圖2所示。

2 水文地質(zhì)情況

依據(jù)逆作井周邊鉆孔資料，場地地下水位取地下2.0 m，地質(zhì)情況如表1所示。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)表

3 設(shè)計(jì)參數(shù)

逆作井混凝土等級(jí)為C30，fc=14.3 N/mm2，ft=1.43 N/mm2，受力鋼筋選用HRB400，fy=360 N/mm2，f′y=360 N/mm2，逆作井結(jié)構(gòu)外壁尺寸為10.6 m×10.6 m，第一節(jié)～第四節(jié)井壁厚度為0.7 m，第五節(jié)～第七節(jié)井壁厚度為0.8 m，周邊超載按20 kPa考慮。

4 內(nèi)力計(jì)算

分節(jié)段對(duì)井壁進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算[3]，包含基本組合下的彎矩計(jì)算配筋和準(zhǔn)永久組合下的彎矩計(jì)算配筋。第一節(jié)～第四節(jié)井壁標(biāo)高為-4.0～0.0，井壁厚度取0.7 m，第五節(jié)～第七節(jié)井壁標(biāo)高為-7.0～-4.0，井壁厚度取0.8 m。

4.1 對(duì)標(biāo)高-4.0～0.0的井壁進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算

標(biāo)高-4.0 m處的主動(dòng)土壓力系數(shù)

等效內(nèi)摩擦角φD=18.37°。

1)采用基本組合下的彎矩設(shè)計(jì)值進(jìn)行配筋

井壁所受荷載為

跨中彎矩

按單筋考慮as=55 mm，相對(duì)受壓區(qū)高度ξ=x/h0=0.052<ξb=0.518。

計(jì)算配筋A(yù)s=ξα1fcbh0/fy=0.052×1.0×14.3×1 000×645/360=1 332 mm2。

實(shí)配E20@200(1 571 mm2/m，ρ=0.22%>0.2%)，配筋滿足。

支座彎矩

按單筋考慮as=55 mm，相對(duì)受壓區(qū)高度ξ=x/h0=0.107<ξb=0.518。

計(jì)算配筋A(yù)s=ξα1fcbh0/fy=0.107×1.0×14.3×1 000×645/360=2 741 mm2。

實(shí)配E20@200+ E18@200 (2 843 mm2/m，ρ=0.41%>0.2%)，配筋滿足。

2)采用準(zhǔn)永久組合下的彎矩值進(jìn)行配筋

井壁所受荷載為

4.2 對(duì)標(biāo)高-7.0～-4.0的井壁進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算

標(biāo)高-7.0 m處的主動(dòng)土壓力系數(shù)

等效內(nèi)摩擦角φD=16.37°。

1)采用基本組合下的彎矩設(shè)計(jì)值進(jìn)行配筋

井壁所受荷載為

相對(duì)受壓區(qū)高度ξ=x/h0=0.069<ξb=0.518。

計(jì)算配筋

As=ξα1fcbh0/fy=0.069×1.0×14.3×1 000×745/360=2 042 mm2

實(shí)配E25@200(2 454 mm2/m，ρ=0.31%>0.2%)，配筋滿足。

相對(duì)受壓區(qū)高度ξ=x/h0=0.143<ξb=0.518。

計(jì)算配筋

As=ξα1fcbh0/fy=0.143×1.0×14.3×1 000×745/360=4 232 mm2

實(shí)配E25@200+ E22@200(4 355 mm2/m，ρ=0.54%>0.2%)，配筋滿足。

2)采用準(zhǔn)永久組合下的彎矩值進(jìn)行配筋

井壁所受荷載為

5 結(jié) 語

在進(jìn)行逆作井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制裂縫寬度。研究表明，基本組合工況下的計(jì)算配筋小于準(zhǔn)永久組合工況下的計(jì)算配筋，故逆作井配筋設(shè)計(jì)主要由裂縫控制。