某逆作井結構設計分析

龍澤祥，洪 概

(湖南省交通規劃勘察設計院有限公司，長沙 410200)

在市政項目中，管道工程項目采用明挖施工時對周邊環境破壞程度較高且工程預算整體較高，而采用頂管施工時對周邊環境破壞程度較低，同時工程預算整體較低。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，逆作法對周邊土體的擾動程度更小，不易引起鄰近建構筑物及道路的開裂沉陷等問題，且施工時占用的施工場地更小。因此當頂管井距離建構筑物較近時，不宜再采用沉井法[1,2]。文章以長沙市某提質改造工程中的頂管工作井選擇逆作法開挖為例，對逆作井的配筋設計進行了研究分析，為逆作井的結構設計提供參考。

1 工程概況

該工程為長沙市某提質改造工程，因現狀雨污水管線建成時間久遠，其功能已無法滿足區域規劃及現狀運行的需求，需對其進行改造。依據區域排水規劃，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，為減少對周邊土體的擾動，采用逆作法開挖，逆作井結構外壁尺寸為10.6 m×10.6 m，內襯采用梯形護壁墻結構，井內土方分層開挖，每層開挖深度按1.0 m控制，開挖后及時施作井壁，第一節～第四節井壁厚度為0.7 m，第五節～第七節井壁厚度為0.8 m，逆作井平面圖、逆作井剖面圖如圖1、圖2所示。

2 水文地質情況

依據逆作井周邊鉆孔資料，場地地下水位取地下2.0 m，地質情況如表1所示。

表1 土層物理力學參數表

3 設計參數

逆作井混凝土等級為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，逆作井結構外壁尺寸為10.6 m×10.6 m，第一節～第四節井壁厚度為0.7 m，第五節～第七節井壁厚度為0.8 m，周邊超載按20 kPa考慮。

4 內力計算

分節段對井壁進行內力計算[3]，包含基本組合下的彎矩計算配筋和準永久組合下的彎矩計算配筋。第一節～第四節井壁標高為-4.0～0.0，井壁厚度取0.7 m，第五節～第七節井壁標高為-7.0～-4.0，井壁厚度取0.8 m。

4.1 對標高-4.0～0.0的井壁進行內力計算

標高-4.0 m處的主動土壓力系數

等效內摩擦角φD=18.37°。

1)采用基本組合下的彎矩設計值進行配筋

井壁所受荷載為

跨中彎矩

按單筋考慮as=55 mm，相對受壓區高度ξ=x/h0=0.052<ξb=0.518。

計算配筋As=ξα1fcbh0/fy=0.052×1.0×14.3×1 000×645/360=1 332 mm2。

實配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，相對受壓區高度ξ=x/h0=0.107<ξb=0.518。

計算配筋As=ξα1fcbh0/fy=0.107×1.0×14.3×1 000×645/360=2 741 mm2。

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

2)采用準永久組合下的彎矩值進行配筋

井壁所受荷載為

4.2 對標高-7.0～-4.0的井壁進行內力計算

標高-7.0 m處的主動土壓力系數

等效內摩擦角φD=16.37°。

1)采用基本組合下的彎矩設計值進行配筋

井壁所受荷載為

相對受壓區高度ξ=x/h0=0.069<ξb=0.518。

計算配筋

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

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

相對受壓區高度ξ=x/h0=0.143<ξb=0.518。

計算配筋

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

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

2)采用準永久組合下的彎矩值進行配筋

井壁所受荷載為

5 結 語

在進行逆作井結構設計時，應嚴格控制裂縫寬度。研究表明，基本組合工況下的計算配筋小于準永久組合工況下的計算配筋，故逆作井配筋設計主要由裂縫控制。