钢管顶管设计计算书

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1、钢管顶管设计一、设计参数1.工程概况包头某输水工程,某段顶管采用直线顶管法施工,管道内径为1600mm钢管,顶进长度为200m。土层物理力学性质参数见表。土层物理力学性质参数表层序土层名称土的重度rsikg/m³变形模量Ed(Mpa)直剪固快实验强度C(kpa)φᵒ粉土17.1034湿陷性粉土17.910.524.925.4砾砂18.734.8041④粉土21．819.21826注：地质勘察报告中，一般提供土的压缩模量E，而规程中，要求提供管侧原状土的变形模量—般Ed,一般取Ed=2ES。2.设计参数钢管内径：D=1600mm,钢管设计壁厚：t=15mm，钢

2、管计算壁厚：t0=t-2=13mm；钢管中心直径：D0=D+t=1615mm；钢管外径:D1=D+2t=1600+2x15=1630mm；管道计算直径：d0=D+t0=1613mm,管道计算半径：r0=d0/2=806.5mm；管道至原状地面的埋置深度：Hs=18m;二、强度计算管道环向截面受力计算1.管道荷载计算（1）单位长度钢管结构自重标准值G1k=γ∙π∙D0∙t=78.5×π×1.615×0.015=5.97kN/m（2）管道竖向土压力计算标准值Fsv∙k管顶土的加权内摩擦角：=34×1.2+25.4×4+41×6.3+26×6.518=31.65°

3、；管顶土的加权内聚力:c=0×1.2+24.9×4+0×6.3+18×6.518=12.03kPa；为方便计算，以下以加权重度进行计算，管顶土的加权重度:γs=17.1×1.2+17.9×4+18.7×6.3+21.8×6.518=19.54KN/m3；管顶土的自重应力：=γs1∙Hs=19.5418=351.72kPa;顶管土的折算内摩擦角（采用朗肯土压力理论按抗剪强度相等的原则进行换算）：φ=2×45°-αtantan45°-φ12-2cσ1=2×45°-αtantan45°-31.65°2-2×12.03351.72=37.64°管顶影响宽度：Bt=D

4、1∙1+tan45°-φ2=1.630×1+tan45°-37.64°2=2.43m;管道穿越土层为④层粉土，查《给水排水工程顶管技术规程》（CECS246:2008，以下简称规程）按一般黏性土取值：Kα∙μ=0.13；顶管竖向土压力系数:∁j=1-℮-2Κα∙μ∙ΗsBt2∙Κα∙μ=1-℮-2×0.13×182.432×0.13=3.29;竖向土荷载:Fsv∙k2=γs1∙0.215∙D12=21.8×0.215×1.6302=3.82kN/m²;Fsv⋅k3=∁j⋅γs1∙Bt-2c=3.29×19.54×2.43-2×12.03=77.06kN/m²

5、;Fsv∙k=Fsv∙k2+Fsv⋅k3=3.82+77.06=80.88kN/m²;(3)管内满水重标准值Gwk:Gwk=γw∙14∙π∙D2=10×14×π×1.62=20.11kN/m；(4)管道内水压力标准值：管道工作压力标准值：Fwk=0.45MPa；管道设计水压力标准值：Fwd,k=Fwk+0.50=0.95MPa；(5)管道外水压力标准值（按最低地下水位计算）：Fww,k=0；(6)地面荷载Qik：由于管道埋深较深，不考虑管顶地面荷载（车辆荷载和地面堆积荷载）。2．管道内力计算（1）管道截面弯矩计算根据规程，管道的土弧基础中心角取120°，查规

6、程附录A柔性管道在各种荷载作用下的最大弯矩系数：管道自重：kgm=0.083竖向土压力：kvm=0.138管道水重：kwm=0.083弯矩折减系数：有内压时φ=0.7；无内压时φ=1.0；钢管钢材的弹性模量：Ep=2.06×105MPa；钢管管侧原状土的变形模量：Ed=19.2MPa；工况一：空管期间M1=φ×(γG1∙kgm∙G1k+γG∙kvm∙Fsv∙k∙D1)∙r0∙b01+0.732×EdEp×(r0t0)3=1.0×1.2×0.083×5.97+1.27×0.138×80.88×1.63×0.8065×11+0.732×19.22.06×105×

7、（806.513）3=1.11kN∙m工况二：管内满水、无内水压期间M2=φ•(γG1·kgm·G1k＋γG·kvm·Fsv·k·D1＋γGw·kwm·Gwk)·r0·b01＋0.732EdEp·(r0t0)³=1.0×(1.2×0.083×5.97+1.27×0.138×80.88×1.63+1.2×0.083×20.11)×0.8065×11+0.732×19.22.06×105×(806.513)3=1.20kN∙m工况三：使用期间、管内满水有水压M3=φ•(γG1·kgm·G1k＋γG·kvm·Fsv·k·D1＋γGw·kwm·Gwk)·r0·b01

8、＋0.732EdEp·(r0t0)³=0.7×(1.