cecs137-2002 给水排水工程钢筋溷凝土沉井结构设计规程（可编辑）

'CECS137-2002给水排水工程钢筋溷凝土沉井结构设计规程中国工程建设标准化协会标准给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程SpecificationforstructuraldesignofreinforcedconcretesinkingwellofwatersupplyandsewerageengineeringCECS137:20022002北京第1页中国工程建设标准化协会标准给水排水工程 钢筋混凝土沉井结构设计规程Specificationforstructuraldesignofreinforcedconcretesinkingwellofwatersupplyandsewerageengineering∶CECS1372002主编单位:上海市政工程设计研究院批准单位:中国工程建设标准化协会施行日期:2003年3月1日2002北京第2页前言本规程原属于《给水排水工程结构设计规范》GBJ69-84中第六章的内容。根据 逐步与国际接轨的需要，现将本规程独立成本，以便于工程应用和今后修订。据此，按中国工程建设标准化协会94建标协字第11号《关于下达推荐性标准编制计划的函》的要求进行编制。本规程根据国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068―2001和《工程结构可靠度设计统一标准》GB50153-92规定的原则，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法编制，并与有关的结构专业设计规范协调一致。本规程总结了原《给水排水工程结构设计规范》GBJ69-84近十多年来的应用情况，吸取了国内的工程实际经验和国外相关标准的内容，对原规范的内容做了大量的充实和完善。 根据国家计委标[1986]1649号文《关于请中国工程建设标准化委员会负责组织推荐性工程建设标准试点工作的通知》的要求，现批准协会标准《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规范》，编号为CECS137∶2002，推荐给工程建设设计、施工、使用单位采用。本规程第、、、、、、、、、、、条建议列入《工程建设标准强制性条文》。本规程由中国工程建设标准化协会贮藏构筑物委员会CECS/TC10北京西城区月坛南街乙二号北京市市政工程设计研究总院，邮编:100045归口管理，并负责解释。在使用中如发现需要修改或补充之处，请将意见和资料径寄解释单位。主编单位:上海市政工程设计研究院 主要起草人:葛春辉王广平王恒栋杜一鸣缪宇宁王大龄汤伟汪天翔中国工程建设标准化协会2002年12月1日第3页目录1总则........................................................................................................................................52主要术语和符号......................................................................................................................62.1 主要术语.......................................................................................................................62.2主要符号.......................................................................................................................63材料..........................................................................................................................................84结构上的作用........................................................................................................................104.1作用分类和作用代表值..............................................................................................104.2永久作用标准值..........................................................................................................104.3可变作用标准值和准永久值系数........................ ......................................................125基本设计规定........................................................................................................................155.1一般规定.....................................................................................................................155.2承载能力极限状态计算.............................................................................................155.3正常使用极限状态验算.............................................................................................176沉井下沉和结构计算............................................................................................................196.1一般规定.....................................................................................................................19 6.2圆形沉井.....................................................................................................................246.3矩形沉井.....................................................................................................................327构造要求.............................................................................................................................377.1一般规定.....................................................................................................................377.2基本构造.....................................................................................................................37附录A钢筋混凝土矩形截面处于受弯或大偏心受拉压状态时的最大裂缝宽度计算.............................................................42 附录B带中隔墙圆形沉井的内力计算.................................................................................44本规程用词说明........................................................................................................................50第4页1总则为了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经济政策，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。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。本规程根据《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068、《工程结构可靠度设计统一标准》GB50153及《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB 50069规定的原则制定。符号、计量单位和基本术语按照《建筑结构设计术语和符号标准》GB/T50083的规定采用。按本规程设计时，材料和施工质量尚应符合《给水排水构筑物施工及验收规范》GBJ141等有关标准的要求。对拟建在地震区、冻土地区、湿陷性黄土地区及膨胀土地区的沉井，设计时尚应符合现行有关标准的规定。第5页2主要术语和符号2.1主要术语沉井和干式沉井sinkingwellanddrysinkingwell 沉井指在地面制作后，从井内部取土下沉至预定标高的结构；干式沉井指使用时井内无水的沉井。刃脚cuttingcurb沉井壁板下端带有斜面的部分，用于支承沉井重量和切土下沉。排水下沉sinkingbydrainage沉井下沉过程中，在取土作业时排除井内积水。不排水下沉sinkingwithoutdrainage沉井下沉过程中，在取土作业时不排除井内积水。2.2主要符号作用、作用效应和抗力Eep，k――主动土压力合力标准值Epk――被动土压力合力标准值 fk――井壁外侧土的摩阻力标准值fI――冰的极限抗压强度F――主动土压力标准值ep，kFpk――被动土压力标准值FIk――融流冰块的压力标准值F――流水压力标准值dw，kF――水的浮托力标准值fw，kGlk――沉井自重标准值Ptk――顶管力标准值R――结构构件抗力设计值 υw――水流的平均流速第6页Fi――混凝土的抗冻等级Si――混凝土的抗渗等级几何参数ht――沉井水下封底混凝土厚度hl――刃脚斜面垂直高度h――顶管力至刃脚底部的距离fH――沉井入土深度H0――沉井中心至设计水位的距离Hd――最低冲刷线至井顶的距离 rc――圆形沉井井壁中心半径t――井壁厚度tl――沉井中隔墙厚度tI――冰层厚度设计系数ka――主动土压力系数k――被动土压力系数pk――水流力系数fkst――下沉系数k――下沉稳定系数st，s k――抗浮系数fwks――抗滑移系数kov――抗倾覆系数m――迎水流面体型系数pnd――淹没深度影响系数第7页3材料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。水下封底混凝土强度等级不宜低于C20。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，并应要求。混凝土抗渗等级Si的选用最大水头与混凝土厚度的比值i抗渗等级（Si）w＜10S410～30S6＞30S8注：混凝土抗渗等级Si系指，龄期为28d的混凝土试件，施加i×0．1MPa水压力后满足不渗水 指标。最冷月平均气温低于-3的地区，外露的井壁混凝土应具有良好的抗冻性能，并应按表的要求采用。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。混凝土抗冻等级（Fi）的选用冻融循环次数≥100＜100最冷月平均气温低于-10℃F300F250-3～-10℃F250F200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；3冻融循环总次数系指一年内气温从+3℃以上降至-3℃以下，然后回升至+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-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。当沉井混凝土满足抗渗要求时，可不作外加的抗渗处理；当地下水和井内贮水对混凝土和钢筋具有腐蚀性时，应按现行有关标准或进行专门试验确定防腐措施。第8页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《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119的规定。普通钢筋应选用HPB235、HRB335和HRB400钢筋，对必须进行验算裂缝宽度的构件宜优先选用变形钢筋。沉井结构的混凝土及钢筋的力学性能指标，应按《混凝土结构设计规范》GB50010的规定采用。第9页4结构上的作用4.1作用分类和作用代表值沉井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、沉井内的静水压力；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。沉井结构设计时，不同荷载应采用不同的代表值:对永久荷载，应采用标准值作为代表值；对可变荷载，应根据设计要求采用标准值、组合值或准永久值作为代表值。当结构承受两种或两种以上可变作用，承载能力极限状态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。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永久作用标准值结构自重的标准值，可按结构构件的设计尺寸与相应材料的重度计算确33定，钢筋混凝土重度可取25kN/m，素混凝土重度可取23kN/m。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。作用在沉井壁上的侧向主动土压力标准值，应按下列规定确定:1对地面水平，地下水位以上的主动土压力标准值应按下式计算:Fk?γ?z-1ep,kas 2φkatg45°?-222式中Fep，k――地下水位以上的主动土压力标准值kN/m；k――主动土压力系数；a第10页φDφ2ctg45°?tg45°??;22 γsz3γ――土的重度kN/m；sz――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土压力标准值应按下式计算:F′k??[γ??z+γ′??z-z]-ep，kaswsw32式中F′――地下水位以下的主动土压力标准值kN/m；ep，k z――自地面至地下水位的距离m；w3γ′――地下水位以下土的有效重度，可按10kN/m采用。s3对地面水平，多层土层的主动土压力标准值应按下式计算:n?1n?1Fkγh+kγz?hepn,kan??∑si??iansn??n∑i-4i1i12 式中F――第n层土层中，距地面z深度处的主动土压力标准值kN/m；epn，kn3γ――第i层土的重度kN/m，当位于地下水位以下时取有效重度；si3γ――第n层土的重度kN/m，当位于地下水位以下时取有效重度；snh――第i层土的厚度m；ik――第n层土的主动土压力系数； anz――自地面至第n土层计算截面处的深度m。n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式计算:Fk??γ??z-pkps12φkptg45°+-22 2式中F――地下水位以上的被动土压力标准值kN/m；pkk――被动土压力系数。p2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:′[′]Fk?γ?z+γ?z?zpkpswsw-3 2式中F′――地下水位以下的被动土压力标准值kN/m。pk第11页k――第n层土的被动土压力系数。pn沉井内的静水压力应按设计水位计算。清水的重度可取10kN/m3；污水的3重度根据水质可取10～10.8kN/m。4.3可变作用标准值和准永久值系数沉井顶板和平台的活荷载标准值应根据实际情况确定。当无特殊要求时可取4.0kN/m2，准永久值系数取0.4。 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井壁上的侧压力标准值，可折算为等效的土层厚度进2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井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。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按下列规 定采用: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。 当沉井位于江心时，作用在沉井上的流水压力标准值，应根据设计水位按式计算确定图。流水压力的准永久值系数，应按第条第3款的规定确定。第12页式中Fdw，k――流水压力标准值kN；k――作用在沉井上的水流力系数，-1采用；fn――淹没深度影响系数，按表-2采用，对于非淹没式应为d1.0；3γ――水的重度kN/m； wυ――水流最大设计流速沿井垂直面的平均流速m/s；w2g――重力加速度m/s；2A――沉井的阻水面积m，深度计算至最低冲刷线处。-1水流力系数kf沉井体型方形短形圆形尖端形长圆形kf1.471.280.780.690.59-2淹没深度影响系数nd d/H0.501.001.502.002.252.503.003.504.05.00≥6.00dnd0.700.890.960.991.000.990.990.970.950.880.84注：d-沉井中心至水面的距离；H-沉井最低冲刷线至井顶的距离。0d河道内融流冰块作用在沉井上的压力标准值，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:Fm??f??b??t-IkhII1 式中F――沉井上融流冰块的压力标准值kN；Ikm――沉井迎冰流面的体型系数，矩形时取1.0；圆形时取0.9，尖端形时h采用；22f――冰的极限抗压强度kN/m，初融流冰水位时按750kN/m采用；Ib――作用面宽度m；第13页尖端形沉井体型系数mh 沉井迎水流面的角度45°60°75°90°120°mh0.600.650.690.730.812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。当沉井作为顶管工作井时，作用在沉井上的顶力标准值应按有关标准或当地的经验公式确定，其准永久值系数取0.6。对于有顶盖的江心沉井，在设计时应考虑使用中可能形成的真空压力。真空压力的标准值可根据使用条件确定，其准永久值系数取0。第14页5基本设计规定 5.1一般规定各类沉井结构构件均应按承载能力极限状态计算。沉井结构按承载能力极限状态计算时，除结构整体稳定性验算外，其余均采用分项系数设计表达式。各类沉井结构构件的使用阶段均应按正常使用极限状态验算。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。各种形式的沉井均应进行沉井下沉、下沉稳定性及抗浮稳定性验算，必要时尚应进行沉井结构的倾覆和滑移验算。 验算时抵抗力应只计永久作用可变作用不应计入，参与组合的作用力均采用标准值。沉井的工作特征设计系数应的要求。沉井的工作特征设计系数工作特征设计系数下沉Kst≥1.05下沉稳定Ksts：＝0.8～0.9抗滑动K≥1.30s抗倾覆Kov≥1.50抗上浮Kfw≥1.0（不计侧壁阻力）注：稳定验算公式见沉井下沉及结构计算条款。 沉井的地基承载力和变形验算，应按照现行国家标准《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沉井结构构件按承载能力极限状态计算时，应采用下列设计表达式:γ??S≤R5.2.01式中γ――结构重要性系数，在一般情况下沉井安全等级可取二级，重要性系0数取1.0；第15页 S――作用效应组合的设计值；R――结构构件抗力的设计值，按《混凝土结构设计规范》GB50010的规定确定。沉井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，应按下式确定:mnSγcG+γCQ+ψγCQ-1∑GiGiikQ1Q11kc∑QiQjjki1j2式中γ――第i个永久荷载的分项系数； Giγ、γ――分别为第一个和第j个可变荷载的分项系数；Q1QjG――第i个永久荷载的标准值；ikQ――第一个可变荷载的标准值，取地表水或地下水的作用作为第一个可1k变荷载；Q――第j个可变荷载的标准值；jkC、C、C――分别为第i个永久荷载、第一个可变荷载和第j个可变荷载的荷载效 GiQ1Qj应系数；ψ――可变荷载的组合值系数，取0.9。c2永久荷载分项系数，-1的规定采用。-1永久荷载分项系数永久荷载类别分项系数'