CECS137:2015给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程NA.pdf

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  • 1.0.1为在给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计中贯彻国家的技术政策,力求做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量,制定本规程。
    1.0.2 本规程适用于给水排水工程中各类钢筋混凝土沉井结构的设计。
    1.0.3给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计,除应符合本规程外,尚应符合国家现行有关标准的规定。

    3.0.1沉井结构的混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值 确定。干式沉并主体结构的混凝土强度等级不应低于C25,湿式 沉井主体结构的混凝土强度等级不应低于C20。 3.0.2水下封底混凝土强度等级不宜低于C20。 3.0.3凡有抗渗要求的沉井,壁板和底板混凝土的抗渗等级应通 过试验确定,并应符合表3.0.3的规定

    3.0.1沉井结构的混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值 确定。干式沉井主体结构的混凝土强度等级不应低于C25,湿式 沉井主体结构的混凝土强度等级不应低于C20。

    3.0.3凡有抗渗要求的沉并,壁板和底板混凝土的抗渗等级应通 过试验确定,并应符合表3.0.3的规定。

    表3.0.3混凝土抗渗等级Pi

    注:混凝土抗渗等级Pi系指建筑施工组织设计,龄期为28d的混凝土试件,施加iX0.1MPa水压力 后满足不渗水的指标,其中为4、6、8。

    3.0.4最冷月平均气温低于一3℃的地区,外露的并壁

    3.0.4最冷月平均气温低于一3℃的地区,外露的并壁混凝士应 具有良好的抗冻性能,并应按表3.0.4的规定采用。抗冻混凝土 用水泥不得采用火山灰硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。

    表3.0.4混凝土抗冻等级F

    注:1混凝土抗冻等级Fi系指,龄期为28d的混凝土试件,在进行相应冻融循环 总次数i次作用后,其强度降低不大于25%,重量损失不超过5%; 2气温应根据连续5年以上的实测资料,统计其平均值确定:

    冻融循环总次数系指一年内气温从十3℃以上降至一3℃以下,然后回升至 十3℃以上的交替次数;对于地表水取水头部,尚应考虑一年中月平均气温 低于一3℃期间,因水位涨落而产生的冻融交替次数,此时水位每涨落一次 应按一次冻融计算,

    十3℃以上的交替次数;对于地表水取水头部,尚应考虑一年中月平均气温 低于一3℃期间,因水位涨落而产生的冻融交替次数,此时水位每涨落一次 应按一次冻融计算。 3.0.5当沉井混凝土满足抗渗要求时,可不做外加的抗渗处理; 当地下水和井内贮水对混凝土和钢筋具有腐蚀性时,应按国家现 行有关标准规定或进行专门试验确定防腐措施。 3.0.6沉井混凝土的碱含量最大值应符合现行协会标准《混凝土 碱含量限值标准》CECS53的规定,混凝土的最大氯离子含量应 符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定。 3.0.7沉井结构的混凝土可根据需要适当采用外加剂。当采用 外加剂时,应符合现行国家标准《混凝土外加剂应用技术规范》GB 50119的规定。

    3.0.5当沉井混凝土满足抗渗要求时,可不做外加的抗渗处3

    当地下水和井内贮水对混凝土和钢筋具有腐蚀性时,应按国家 行有关标准规定或进行专门试验确定防腐措施

    3.0.6沉井混凝土的碱含量最大值应符合现行协会标准《混激

    碱含量限值标准》CECS53的规定,混凝土的最大氯离子含量应 符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定。 3.0.7沉井结构的混凝土可根据需要适当采用外加剂。当采用 外加剂时,应符合现行国家标准《混凝土外加剂应用技术规范》GB 50119的规定

    3.0.8普通钢筋应选用HPB300、HRB400和HRB500钢筋:

    3.0.9沉井结构的混凝土及钢筋的力学性能指标,

    4.1作用分类和作用代表值

    4.1.1沉并结构上的作用可分为永久作用和可变作用两类。永 久作用应包括结构自重、土的侧向压力、沉并内的静水压力;可变 作用应包括沉井顶板和平台活荷载、地面活荷载、地下水压力(侧 压力、浮托力)、顶管的顶力、流水压力、融流冰块压力等。

    4.1.2沉并结构设计时,不同荷载应采用不同的代表值,对永久

    对可变荷载,应根据设计要求采用标准值、组合值或准永久值 作为代表值。

    对可变荷载,应根据设计要求采用标准值、组合值或准永久值

    按作用效应基本组合计算或正常使用极限状态按作用效应标准组 合验算时,应采用标准值和组合值作为可变作用代表值。可变作 用组合值应为可变作用的标准值乘以作用组合值系数。

    按作用效应基本组合计算或正常使用极限状态按作用效

    4.1.4当正常使用极限状态按作用效应准永久组合验算时,应采

    4.1.4当正常使用极限状态按作用效应准永久组合验算时,应采 用准永久值作为可变作用代表值。可变作用准永久值应为可变作 用的标准值乘以准永久值系数。

    4.2.1结构目重的标准值,可按结构构件的设计尺寸与相应材料 的重度计算确定,钢筋混凝土重度可取25kN/m,素混凝土重度 可取22kN/m3~24kN/m3。永久设备的自重标准值,可按设备样 本提供的数据采用;构件上设备转动部分的自重和轴流泵的轴向 力应乘以动力系数后作为标准值,动力系数可取2.0。

    确定: 1对地面水平,地下水位以上的主动土压力标准值应按下列 公式计算: 砂性土:

    式中:Fcp.k 地下水位以上的主动土压力标准值(kN/m); ka一一主动土压力系数; Φ土的内摩擦角; 一土的重度(kN/m"); 之一一自地面至计算截面处的深度(m)。 2对地面水平,地下水位以下的主动士压力标准值应按下式 计算:

    之w一自地面至地下水位的距离(m); 一地下水位以下土的有效重度,可按10kN/m采用 3对地面水平,多层土层的主动土压力标准值应按下式计 算:

    第n层土层中,距地面之深度处的主动土压力标 准值(kN/m?); s第i层土的重度(kN/m"),当位于地下水位以下时 取有效重度;

    sn—第n层土的重度(kN/m),当位于地下水位以下 时取有效重度; h一 第i层土的厚度(m); kan一第n层土的主动土压力系数; 之一 自地面至第n层土计算截面处的深度(m)。 4.2.3作用在沉井壁上的侧向被动土压力标准值,应按下列规定 确定: 1对地面水平,地下水位以上的被动土压力标准值应按下列 公式计算:

    之一 自地面至第n层土计算截面处的深度(m)。 4.2.3 作用在沉并壁上的侧向被动土压力标准值,应按下列规 确定:

    4.2.31 作用在沉井壁上的侧向被动土压力标准值,应按下列规定 确定: 1对地面水平,地下水位以上的被动土压力标准值应按下列 公式计算:

    1对地面水平,地下水位以上的被动土压力标准值应按下 公式计算:

    Fpk= 2(45°+) d = tan? 2

    式中:Fpk—地下水位以上的被动土压力标准值(kN/m); kp一被动土压力系数。 2对地面水平,地下水位以下的被动土压力标准值应按下式 计算:

    式中:Fk 地下水位以下的被动土压力标准值(kN/m)。 3对地面水平,多层土层的被动土压力标准值应按下式计 算:

    武中:Fpn.k 第n层土层中,距地面之,深度处的被动土压力 准值(kN/m);

    中:Fpn·k 第几层土层中,距地面之,深度处的被动士压力标 准值(kN/m); kp一一第n层土的被动土压力系数。 2.4沉井内的静水压力应按设计水位计算。清水的重度可取 kN/m;污水的重度根据水质可取10kN/m~10.8kN/m

    4.3可变作用标准值和准永久值系数

    4.3.1沉井顶板和平台的活荷载标准值应根据实际

    3.1沉井顶板和平台的活荷载标准值应根据实际情况确定

    4.3.2地面活荷载作用在沉井壁上的侧压力标准值应按下列规 定确定: 1地面活荷载可分为地面堆积荷载和地面车辆荷载; 2地面堆积荷载作用在沉并壁上的侧压力标准值,可折算为 等效的土层厚度进行计算。当无明确要求时,地面堆积荷载标准 值可取10kN/m; 3地面车辆荷载作用在沉并壁上的侧压力标准值,应为该荷 载标准值传递到计算深度处的竖向压力标准值乘以计算深度处土 层的主动土压力系数; 4地面堆积荷载和地面车辆荷载作用在沉井井壁上的侧压 力标准值取二者中的较大值,准永久值系数可取0。 4.3.3地下水(包括上层滞水)对沉井作用的标准值和准永久值 系数应符合下列规定: 1沉井侧壁上的水压力标准值应按静水压力计算; 2计算地下水压力标准值的设计水位,应按施工阶段和使用 阶段当地可能出现的最高和最低水位采用; 3水压力标准值的相应设计水位,应根据对结构的作用效应 确定取最低水位或最高水位。当取最低水位时,相应的准永久值 系数应取1.0;当取最高水位时,相应的准永久值系数可取平均水 位与最高水位的比值; 4地下水对沉井浮托力的标准值,应按最高水位乘以浮托力 折减系数确定。浮托力折减系数,对非岩质地基取1.0;对岩石地 基按其破碎程度确定,当基岩面设置滑动层时取1.0。 4.3.4当沉井位于江心时,作用在沉并上的流水压力标准值,应 根据设计水位按下式计算确定(图4.3.4)。流水压力的准永久值

    根据设计水位按下式计算确定(图4.3.4)。流水压力的准永久值 系数,应按本节第4.3.3条第3款的规定确定。

    图4.3.4作用在沉井上的流水压力 沉井中心:2一设计水位:3一河床线:4一最低冲刷线

    注:do一沉井中心至水面的距离;Hd 沉井最低冲刷线至井并顶的距离 4.3.5河道内融流冰块作用在沉并上的压力标准值,可按下列规 定确定: 1作用在沉井上的融流冰块压力标准值可按下式计算:

    Fik = mhfibti

    表4.3.5尖端形沉井体型系数m

    2融流冰块压力的准永久值系数,对东北地区和新疆北部地 区可取0.5;对其他地区可取0。 4.3.6当沉井作为顶管工作并时,作用在沉并上的顶力标准值应 按国家现行有关标准或当地的经验公式确定,其准永久值系数可 取0.6。

    的真空压力。真空压力的标准值可根据使用条件确定,其准永久 值系数可取0

    5.1.1各类沉井结构构件均应按承载能力极限状态计算。

    验算。对轴心受拉和小偏心受拉构件应按作用效应标准组合进行 抗裂度验算;对受弯构件和大偏心受拉构件应按作用效应准永久 组合进行裂缝宽度验算;对需要控制变形的结构构件应按作用效 应准永久组合进行变形验算

    5.1.4各种形式的沉并均应进行

    验算时抵抗力应只计永久作用(可变作用不应计人),参与组 合的作用力均应采用标准值。沉并的工作特征设计系数应符合表 5. 1. 4 的规定。

    表5.1.4沉并的工作特征设计系数

    :稳定验算公式见沉并下沉及结构计算条款

    算,应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的规定 执行。

    5.2承载能力极限状态计算

    5.2.1沉井结构构件按承载能力极限状态计算时,应满足下式要 求:

    式中: 结构重要性系数,沉井安全等级可取二级,重要性系 数取1.0; S一重要效应组合的设计值; R一结构构件抗力的设计值,按现行国家标准《混凝土结 构设计规范》GB50010的规定确定。 5.2.2沉并按承载能力极限状态进行强度计算时,作用效应的基 本组合热注质质密下剂航空确空

    5.2.2沉井按承载能力极限状态进行强度计算时,作用

    本组合设计值应按下列规定确定: 1强度计算的作用效应基本组合设计值应按下式计算

    S = Ze.Ca,Gik +YQ. CQQk ++ZYaCaQ,

    注:1符号√”表示排水下沉沉井的作用项目; 2符号"^”表示带水下沉沉井的永久作用项围

    5.3正常使用极限状态验算

    5.3.1沉并结构构件按正常使用极限状态设计时,应分别

    3.1沉并结构构件按正常使用极限状态设计时,应分别按作用 应的标准组合或准永久组合进行验算。结构构件的变形、抗裂 和裂缝宽度计算值应满足相应的规定限值

    5.3.2当沉井结构构件处于轴心受拉或小偏心受拉时,应控制抗 裂度,并取作用效应的标准组合按下列规定确定: 1对正常使用极限状态验算,作用效应标准组合的设计值应 按下式计算:

    5.3.2当沉并结构构件处于轴心受拉或小偏心受拉时,应控制

    St = ZCcGik +CqiQik +≥Ca;Qjl

    5.3.3当沉并结构构件处于受弯、大偏心受压或大偏心受

    1正常使用极限状态验算时,作用效应准永久组合的设计值 应按下式计算:

    Sa = ZCeGk + ZCa中wQ;

    Nk <αftk A,+αA

    t中:Nk 构件在作用效应标准组合下,计算截面上的纵向力 (N); ftk 混凝土轴心抗拉强度标准值(N/mm),按现行国家 标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定采用; A一一混凝土净截面面积(mm); 验算截面内纵向受拉钢筋的总截面面积(mm); 2对小偏心受拉构件,应满足下式要求:

    ≤αeftk Ar

    受压时,最大裂缝宽度限值wmax应按表5.3.5确定。

    表5.3.5沉井的最大裂缝宽度限值(

    注:沉井下沉施工期间.裂缝不应大于0.3mm

    6钢筋混凝土沉并结构构件处于受弯、大偏心受拉或大偏心 时,最大裂缝宽度可按本规程附录A计算确定。 7当沉并平台梁支承竖向传动装置设备时,应按作用效应准 组合进行变验算,其挠度计算值应满足下式要求:

    式中:Wv 支承梁的挠度计算值(mm); L一一支承梁的计算长度(mm)

    6.1.1沉井井壁外侧与土层间的摩阻力及其沿井壁高度的分布 图形,应根据工程地质条件、井壁外形和施工方法等,通过试验或 对比积累的经验资料确定。当无试验条件或无可靠资料时,可按 下列规定确定: 1并壁外侧与土层间的单位摩阻力标准值f,可根据土层 类别按表6.1.1的规定选用。

    表6.1.1单位摩阻力标准值f(kPa

    :1当井壁外侧为阶梯型并采用灌砂助沉时,灌砂段的单位摩阻力标准值可取 7kPa~10kPa

    2气幕减阻时,可按表中摩阻力乘0.5~0.7系数。 2当沿沉并下沉深度土层为多种类别时,单位摩阻力可取各 层土单位摩阻力标准值的加权平均值。该值可按下式计算:

    Zfush i Zhi

    式中:fka 多土层单位摩阻力标准值的加权平均值(kPa); fki 第i层土的单位摩阻力标准值(kPa),按表6.1.1选

    用; hsi一第i层土的厚度(m); n一一一沿沉井下沉深度不同类别土层的层数。 3摩阻力沿沉井井壁外侧的分布图形,当沉井井壁外侧为直壁 时,可按图6.1.1(a)采用;当并壁外侧为阶梯形时机械标准,可按图6.1.1(b 采用。

    沉井下沉系数应满足下列公式

    (b)阶梯式井壁外侧

    图6.1.1摩阻力沿井壁外侧分

    图6.1.1摩阻力沿井壁外侧分布

    式中:kst 下沉稳定系数; Fw.k 验算状态下水的浮托力标准值(kN); F 验算状态下井壁总摩阻力标准值(kN); 沉井刃脚、隔墙和底梁下地基土的极限承载力之和 (kN),当无极限承载力试验资料时装饰标准规范范本,可按表6.1.3 选用。

    表6.1.3软弱土层极限承载力参考表(kPa

    式中:kw 沉井抗浮系数; 6.1.5当封底混凝土与底板间有拉结钢筋等可靠连接时,封底混 凝土的自重可作为沉井抗浮重量的一部分。 6.1.6位于江(河、湖、水库、海)岸的沉井,若前后两面水平作用 相差较大,应按下列要求验算沉井的滑移和倾覆稳定性: 1抗滑移验算应满足下列公式要求:

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