某逆作井结构设计分析

龙泽祥，洪 概

(湖南省交通规划勘察设计院有限公司，长沙 410200)

在市政项目中，管道工程项目采用明挖施工时对周边环境破坏程度较高且工程预算整体较高，而采用顶管施工时对周边环境破坏程度较低，同时工程预算整体较低。顶管井常选用沉井法和逆作法，工作井的形状大多为方形或圆形。与沉井法相比，逆作法对周边土体的扰动程度更小，不易引起邻近建构筑物及道路的开裂沉陷等问题，且施工时占用的施工场地更小。因此当顶管井距离建构筑物较近时，不宜再采用沉井法[1,2]。文章以长沙市某提质改造工程中的顶管工作井选择逆作法开挖为例，对逆作井的配筋设计进行了研究分析，为逆作井的结构设计提供参考。

1 工程概况

该工程为长沙市某提质改造工程，因现状雨污水管线建成时间久远，其功能已无法满足区域规划及现状运行的需求，需对其进行改造。依据区域排水规划，雨水需排入绕城高速以西的马桥河中，污水需排入绕城高速以西的污水处理厂干管中。改造后的雨污水管道均采用顶管法穿越G0401长沙绕城高速公路路基，雨污水管道与长沙绕城高速的交角为66°，雨水管和污水管顶管管径分别选用DN2400、DN1000的钢筋混凝土管。鉴于顶管工作井距离长沙绕城高速较近，为减少对周边土体的扰动，采用逆作法开挖，逆作井结构外壁尺寸为10.6 m×10.6 m，内衬采用梯形护壁墙结构，井内土方分层开挖，每层开挖深度按1.0 m控制，开挖后及时施作井壁，第一节～第四节井壁厚度为0.7 m，第五节～第七节井壁厚度为0.8 m，逆作井平面图、逆作井剖面图如图1、图2所示。

2 水文地质情况

依据逆作井周边钻孔资料，场地地下水位取地下2.0 m，地质情况如表1所示。

表1 土层物理力学参数表

3 设计参数

逆作井混凝土等级为C30，fc=14.3 N/mm2，ft=1.43 N/mm2，受力钢筋选用HRB400，fy=360 N/mm2，f′y=360 N/mm2，逆作井结构外壁尺寸为10.6 m×10.6 m，第一节～第四节井壁厚度为0.7 m，第五节～第七节井壁厚度为0.8 m，周边超载按20 kPa考虑。

4 内力计算

分节段对井壁进行内力计算[3]，包含基本组合下的弯矩计算配筋和准永久组合下的弯矩计算配筋。第一节～第四节井壁标高为-4.0～0.0，井壁厚度取0.7 m，第五节～第七节井壁标高为-7.0～-4.0，井壁厚度取0.8 m。

4.1 对标高-4.0～0.0的井壁进行内力计算

标高-4.0 m处的主动土压力系数

等效内摩擦角φD=18.37°。

1)采用基本组合下的弯矩设计值进行配筋

井壁所受荷载为

跨中弯矩

按单筋考虑as=55 mm，相对受压区高度ξ=x/h0=0.052<ξb=0.518。

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

实配E20@200(1 571 mm2/m，ρ=0.22%>0.2%)，配筋满足。

支座弯矩

按单筋考虑as=55 mm，相对受压区高度ξ=x/h0=0.107<ξb=0.518。

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

实配E20@200+ E18@200 (2 843 mm2/m，ρ=0.41%>0.2%)，配筋满足。

2)采用准永久组合下的弯矩值进行配筋

井壁所受荷载为

4.2 对标高-7.0～-4.0的井壁进行内力计算

标高-7.0 m处的主动土压力系数

等效内摩擦角φD=16.37°。

1)采用基本组合下的弯矩设计值进行配筋

井壁所受荷载为

相对受压区高度ξ=x/h0=0.069<ξb=0.518。

计算配筋

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

实配E25@200(2 454 mm2/m，ρ=0.31%>0.2%)，配筋满足。

相对受压区高度ξ=x/h0=0.143<ξb=0.518。

计算配筋

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

实配E25@200+ E22@200(4 355 mm2/m，ρ=0.54%>0.2%)，配筋满足。

2)采用准永久组合下的弯矩值进行配筋

井壁所受荷载为

5 结 语

在进行逆作井结构设计时，应严格控制裂缝宽度。研究表明，基本组合工况下的计算配筋小于准永久组合工况下的计算配筋，故逆作井配筋设计主要由裂缝控制。