冻结法凿井井壁设计提纲

1冻结法凿井井壁设计（提纲）一、冻结法凿井井壁结构1.施工方法和顺序2.承载情况和受力过程（四个阶段）3.水的渗透，内壁菏载，壁间注浆时机4.冻胀（砂层）和塑胀（粘土层）5.冻结压力设计取值200m以内1.0H，200～350m1.0H，≥400m为1.0～1.2H6.泡沫塑料板的隔温、隔水、缓压作用7.套内壁时的温差应力及外壁对内壁的约束（加塑料薄板夹层，配双排钢筋，混凝土添加剂）8.壁座（圆筒形、锥形）二、井壁结构设计1.计算原则一般采用双层钢筋混凝土塑料夹层复合井壁，内层井壁按承载静水压力设计，外层井壁按承载冻土压力设计，井壁整体按承载水土压力校核。2.菏载冻P按下表选用：表土深度（m）100150200250300300~400冻P（MPa）1.21.62.02.32.72.8~3.5400m按冻P=0.009~0.011H(MPa)计算。水P=0.01H(MPa)水土P=0.013H(MPa)3.菏载系数水土压力：轴心受压υK=1.35（同时将混凝土强度设计值提高20%）,或轴心受压υK=1.25偏心受压υK=1.2冻结压力：υK=1.0（即Kf计算式里取消系数0.9）不均匀压力：υK=1.14.井壁厚度计算公式：内层井壁厚度1t=r（水PffKczcz2-1）2外层井壁厚度2t=（r+1t）（冻PffKczcz'2-1）5.按2011混凝土结构设计规范计算钢筋混凝土综合设计强度（czf）：czf=0.9(cf+·yf)（2/mmN）C30:czf=0.9×(14.3+0.2%×300)=13.41C40:czf=0.9×(19.1+0.4%×300)=17.73C45:czf=0.9×(21.1+0.4%×300)=20.07C50:czf=0.9×(23.1+0.4%×300)=21.876.结合施工条件（少分段，混凝土强度等级，壁厚变化处的处理，外层井壁配筋等）7.壁座的设置、形式与位置8.冻结基岩段井壁9.新旧《混凝土结构设计规范》安全度的比较10.《混凝土结构设计规范》中必须注意的几个问题①第6.2.6条，混凝土强度等级超过C50时，相关设计计算都需乘以折减系数α1β1②第6.2.15条，轴心受压构件，构件总强度须乘以系数0.9③第8.5.1条，最小配筋率的规定和条文说明④附录D中第D.2.1条，素混凝土轴心抗压强度设计值乘以系数0.85（旧规范为0.95）（对比表4.1.4-1）⑤附录C中第C.4.3条表C.4.3-2混凝土在三轴受压状态下抗压强度的提高系数11.冻结深度《井巷工程施工及验收规范》第4.2.2条“井筒的冻结深度，必须深入不透水的稳定岩层10m以上。当基岩下部30m左右仍有含水岩层时，应延伸冻结深度”第4.2.26条“冻结法施工的井筒，冻结段的掘砌深度应比井筒的冻结深度浅5～8m。”《煤矿井巷工程施工规范》第5.2.2条“立井井筒的冻结深度，应根据地层埋藏条件及井筒掘砌深度确定，并应深入不透水的稳定岩层10m以上。基岩段涌水量较大时，应延长冻结深度。”第5.2.26条“冻结段井筒的掘砌深度应浅于主冻结孔设计深度（7～15m）。”3附相关计算公式：一、均匀压力作用下厚壁圆环内力计算公式（当t＞10nr时采用）径向应力：r=)1(22222xnnwwrrrrPr切向应力：t=)1(22222xnnwwrrrrPr当计算点xr=wr时，r=P，t=Prrrrnwnw2222当计算点xr=nr时，r=0，t=2222nwwrrPr最大切向应力发生在圆环内缘，可按下式进行截面强度验算：t=2222nwKwrrPr≤czf=0.9(cf+·yf)由于圆环厚度t=wr-nr,将其代入上式，就得出井壁圆环厚度计算公式。内层井壁厚度1t=nr（水PffKczcz2-1）外层井壁厚度2t=（nr+1t）（冻PffKczcz'2-1）二、按偏心受压构件计算公式井壁圆环轴向合力N=wrP轴向合力偏心距oe=or-22nwwrrr(222nwrr+2nrnwrrn1)附加偏心距ae取偏心方向截面最大尺寸的1/30和0.02m两者中的较大者。初始偏心距ie=oe+ae构件长细比il/0=1.814×0r/AI偏心受压构件的截面曲率修正系数1=NAfc5.0构件长细比对截面曲率的影响系数2=1.15-0.01il/04偏心受压构件考虑二阶弯矩影响的轴向压力偏心距增大系数=1+oite/14001(2)tLo21轴向力作用点至受拉钢筋合力点之间的距离e=ie+21t-a受拉钢筋屈服和受压区混凝土破坏同时发生时的相对界限受压区高度b=cusyEf111——受压区高度与中和轴高度的比值，当混凝土强度等级不超过C50时，1取为0.8，当混凝土强度等级为C80时，1取为0.74，其间按线性内插法确定。相对受压区高度0/tx（0t为井壁截面有效高度）令cfNx/即可求得x值。1）当≤b时为大偏心受压构件，取s=yf。2）当＞b时为小偏心受压构件。由于井壁一般均采用双侧对称配筋，可按下列近似公式计算钢筋截面面积：1sA=2sA=)()5.01(/21atftfNeoyoc此处，相对受压区高度可按下式计算：ocobococbtfattfNetfN1/1211))((43.0+b三、不均匀压力作用下井壁单位高度圆环截面内力及承载力计算公式在不均匀水土压力作用下，圆环截面产生轴向力和弯矩共同作用，不同方位的内力按下列公式计算：1）ω=00时，N=(1+0.785Ω)0rPM=-0.149Ω20rP2）ω=090时，N=(1+0.5Ω)0rP5M=0.137Ω20rP3)取一组较大数值进行偏心距和承载力计算。不均匀水土压力系数Ω=0.1～0.2偏心距oe=M/N接下来的计算按偏心受压构件计算。四、冲积层与基岩交界面上下的结构强度计算交界面处每米井壁最大剪切力maxV=4op壳体常数=4222)1(3troc交界面处每米井壁最大弯矩maxM=0.08062oP计算出每米井壁最大弯矩和最大剪切力后，须按有关规定进行配筋计算，或按已配钢筋进行强度校核。五、井壁环向稳定性计算、纵向承载力计算、外层井壁吊挂力计算、壁座计算、井塔（架）影响段井壁计算及抗震验算等略。