FJD35200 FJD水利水电工程技术设计阶段竖井设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1998年8月工程技术设计阶段竖井设计大纲主编单位:主编单位总工程师:参编单位:主要编写人员:软件开发单位:软件编写人员:勘测设计研究院年月目次1. 引言 (4)2. 设计依据文件和规范 (4)3. 基本资料 (4)4 竖井结构设计 (7)5.喷锚支护设计 (15)6.竖井内部交通、排水防潮等设计 (18)7.基础处理 (18)8.技术专题研究 (18)9.工程量计算 (18)10.应提供的设计成果 (18)附录A竖井侧向山岩压力 (19)附录B井颈基底承压力计算特征数表 (21)附录C竖井壁座计算公式 (23)附录D竖井与隧洞联接形式 (25)１引言1.1 工程概况工程位于，是以为主，兼有等综合利用的水利水电枢纽工程。
电站总装机容量ＭＷ，年发电量ｋＷ·ｈ。
电站为厂房，厂房高ｍ，宽ｍ，长ｍ。
本工程初步设计报告于年月审查通过。
1.2 水电站竖井分类提示：按竖井内有无水情况可分为干井和湿井两大类；（1）干井：主要包括交通运输井、电缆井、通风竖井、施工竖井等；（2）湿井：主要包括压力水道竖井、调压井、竖井式溢洪道、闸门井等；本大纲仅适用于干井设计，不涉及湿井设计。
2 设计依据文件和规范2.1 有关本工程的文件（1）工程初步设计报告；（2）工程初步设计审批文件；（3）工程技术设计任务书。
2.2 主要设计规范（1）ＳＤ 335－89水电站厂房设计规范（试行）；（2）ＳＤＪ 20－78水工钢筋混凝土结构设计规范（试行）；（3）ＳＤＪ 10－78水工建筑物抗震设计规范（试行）；（4）ＳＤ 134－84水工隧洞设计规范；（5）ＧＢＪ 86－85锚杆喷射混凝土支护技术规范；（6）ＳＤＪ 212－83水工建筑物地下开挖工程施工技术规范；（7）ＳＬ 47－94水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范；（8）ＳＤＪ 207－82水工混凝土施工规范。
3 基本资料3.1 工程等别与建筑物级别（1）工程等别：等；（2）建筑物级别：级。
3.2 地震烈度（1）基本地震烈度：度；（2）设计地震烈度：度。
3.3 洪水标准（1）竖井进口处设计洪水重现期： a；（2）竖井进口处校核洪水重现期： a。
3.4 水位和流量水位和流量见表1。
表1 水位和流量表指标项目单位设计洪水校核洪水流量（Ｑ）ｍ3／ｓ水位（Ｚ）ｍ3.5 气象（1）月平均气温，见表2。
表2 月平均气温表单位：℃月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年平均气温（2）绝对最高气温：℃；绝对最低气温：℃。
（3）多年平均最大风速：ｍ／ｓ；风的吹程：ｋｍ。
（4）冻土厚度：ｍ。
3.6 水文地质（1）地下水位：ｍ；（2）渗透系数：ｍ／ｓ；（3）井筒内涌水量：ｍ3／ｓ；（4）地下水有无侵蚀性：。
3.7 工程地质（1）地形图（1／200～1／500）；（2）地质剖面图及柱状图；（3）围岩物理力学特性指标见表3。
岩层岩性岩、土厚度,ｍ容重kN／ｍ3承载能力MPa内摩擦角(°)凝聚力ＭＰａ坚固系数抗压强度MPa抗拉强度MPa弹性抗力kN／ｍ2弹性模量MPa泊桑比围岩分类第一层第二层…注：1.按竖井自上而下穿过地层的顺序逐层填写；2.各项指标根据实际情况增减。
3.8 竖井设计参数（1）井筒中心座标：ｘｍ；ｙｍ；（2）竖井井口标高：ｍ；（3）竖井井底标高：ｍ；（4）竖井深度：ｍ；（5）竖井内允许最大风速：ｍ／ｓ；（6）竖井内交通允许最大运行速度：ｍ／ｓ。
3.9 材料特性及安全系数3.9.1混凝土（1）混凝土标号：。
（2）混凝土容重：ｋＮ／ｍ3；钢筋混凝土容重：ｋＮ／ｍ3。
（3）混凝土弹性模量，见表4。
表4 混凝土弹性模量混凝土标号弹性模量，ＭＰａ混凝土泊桑比：。
（4）混凝土设计强度，见表5。
表5 混凝土设计强度指标单位：ＭＰａ混凝土标号轴心抗压弯曲抗压抗拉抗裂3.9.2钢筋（1）钢筋弹性模量，见表6。
表6 钢筋弹性模量单位：ＭＰａ钢筋种类弹性模量钢筋泊桑比：。
（2）钢筋的设计强度，见表7。
表7 钢筋设计强度单位：ＭＰａ设计强度钢筋种类受拉钢筋受压钢筋3.9.3安全系数（1）强度安全系数，见表8。
表8 强度安全系数荷载组合结构受力特征基本特殊按抗压强度计算的受压构件、局部承压混凝土按抗拉强度计算的受压、受弯、受拉构件轴心受压、偏心受压构件、局部承压钢筋混凝土轴心受拉、受弯、偏心受拉构件（2）钢筋混凝土结构构件抗裂安全系数，见表9。
表9 抗裂安全系数建筑物级别序号受力特征1 轴心受拉、小偏心受拉构件2 受弯、偏心受压、大偏心受拉构件（3）钢筋混凝土结构构件允许最大裂缝宽度 mm。
（4）钢筋混凝土衬砌最小配筋率，见表10。
表10 钢筋混凝土最小配筋率混凝土标号序号钢筋受力情况≤200 250～400 500～6001 轴心受压构件全部受压钢筋2 偏心受压、偏心受拉构件受压钢筋3 受弯构件、偏心受压、偏心受拉构件中的受拉钢筋4 竖井结构设计4.1 布置原则提示：（1）竖井尽量布置在地质构造简单、岩体完整稳定、岩石坚硬的地方，竖井进口山体稳定，无滑坡体；（2）竖井尽量避免穿过流沙、含水层、断层破碎带，对地下水应予以重视；（3）竖井进口不应设在可能被洪水淹没处，要注意防洪问题；（4）竖井布置要综合考虑施工条件、对外交通、竖井通风等具体情况；（5）为增加井壁与岩层的结合力，使衬砌自重传给岩层，可在竖井衬砌上设置壁座。
4.2 竖井衬砌型式和衬砌材料4.2.1衬砌材料提示：竖井衬砌材料主要有：（1）混凝土；（2）钢筋混凝土；（3）预制混凝土砖；（4）浆砌石等。
本工程主要考虑混凝土和钢筋混凝土两种材料。
4.2.2衬砌型式提示：（1）混凝土衬砌；（2）钢筋混凝土衬砌；（3）喷锚支护；（4）组合衬砌；（5）不衬砌。
本工程竖井采用衬砌。
4.3 竖井断面形式及尺寸选定4.3.1断面形式选择竖井断面形式应根据用途、工程地质及水文地质条件、支护及衬砌材料等因素选择。
提示：（1）圆形断面：井壁受力均匀，节省材料，通风阻力小，通风费用省，断面利用率较低，适用于山岩压力较大、地质条件复杂的岩层；（2）矩形断面：对设备布置有利，衬砌受力条件较差，一般适用于山岩压力较小地段；（3）椭圆形：目前椭圆形断面采用较少。
本工程竖井采用断面。
4.3.2断面尺寸确定提示：（1）根据施工需要、运行要求、结合交通运输设备、管线路布置和安全间隙等需要的面积确定；（2）通过竖井的最大风速不超过规范要求；（3）根据工程经验，采用工程类比方法初步确定断面尺寸。
4.4 计算原则及基本假定4.4.1圆筒与底板连接方式提示：（1）圆筒与底板刚接；（2）圆筒与底板铰接，铰接不易施工，工程中应用很少；（3）圆筒与底板用伸缩缝脱开。
4.4.2筒壁按平面圆筒计算（不考虑底板与筒壁的整体作用）（1）竖井衬砌内力计算常取水平截条，忽略衬砌自重和山岩压力；（2）当计算荷载确定后，衬砌内力计算与平洞计算方法无异。
提示：考虑筒壁与底板整体作用：（1）底板与筒壁刚接；（2）在各高程上直井衬砌外半径一致，在每一段圆筒中断面不变；（3）直井、底板皆属薄壳结构，可用薄壳理论计算；（4）衬砌与围岩密接，直井衬砌与基岩摩擦力可以维持衬砌自重，故认为筒底垂直变位为零；（5）底板受到井壁传来的对称径向力所引起的变形与井壁挠曲变形相比很小，可忽略，即底板无水平变位；4.5 荷载及荷载组合4.5.1设计荷载（1）侧向山岩压力Ａ1侧向山岩压力（地压）的计算见附录A 。
提示：侧向山岩压力(地压)计算可参考：（1）《建井工程手册》第三卷第十一篇第二章；（2）《地下工程》1979年第5期及1982年第12期中有关文章。
（2）冻胀力Ａ2提示：利用冻土方法施工的竖井，采用混凝土、钢筋混凝土衬砌时有冻胀力。
冻胀力一般按实测资料选取，可参考下表选用。
冻胀力值表单位：ＭＰａ土层名称砂层、砂砾层砂土、砂质粘土粘土、砂质粘土钙质粘土冻胀力值0.5 1.0 1.5～1.8 1.8（3）自重Ａ3提示：（1）计算井壁内力时自重可忽略，计算底板内力时可考虑自重；（2）自重包括井内永久设备重。
（4）井口建筑物对井壁产生的侧压力Ａ4（5）弹性抗力Ａ5提示：一般情况下可以不考虑弹性抗力，仅在底板计算时视具体情况考虑弹性抗力。
（6）灌浆压力Ａ6提示：灌浆压力为施工完建时期荷载，灌浆压力分布规律可参考有关资料。
（7）外水压力Ａ7提示：外水压力值要考虑地质条件、排水情况而定，并且计算外水压力时，要考虑外水折减系数β，β值参见规范。
（8）地震力Ａ84.5.2 荷载组合（1）基本组合：Ａ1＋Ａ3＋Ａ4＋Ａ5＋Ａ7（2）特殊组合：完建 Ａ1＋Ａ2＋Ａ3＋Ａ4＋Ａ5＋Ａ6＋Ａ7 地震 Ａ1＋Ａ3＋Ａ4＋Ａ5＋Ａ7＋Ａ84.6 圆形竖井井壁厚度计算提示：井口建筑物对竖井井壁产生的侧压力按下表中介绍的公式计算。
井口建筑物对井壁产生的侧压力计算公式基础型式计 算 公 式符 号 解 释带 形 基 础基础底下ｈ深度处井壁所受侧压力在基础底下ｈ＝Ｌ－Ａ/2处Ｐ——井口建筑物基础上部结构总重（包括基础自重）；Ａｎ——土层侧压力系数；Ａｎ＝ｔｇ2（45°－φ/2）Ｌ——基础中心到井筒外缘距离； Ａ——带形、环形基础宽； Ｂ——带形基础长；ｈ——从基础底部至计算断面深度； Ｒ——井筒外半径。
环 形 基 础基础底下ｈ深度处井筒所受侧压力在ｈ＝Ｌ－Ａ/2处)2)(5.0(h B h A L PA q nh +++=])2[(22max R L R PA q n-+=π)2(2max B A L L PA q n+-=])5.0[(22R h A L R PA q nh -+++=π提示：（1）参考杨述仁等编写的《地下水电站厂房设计》；（2）参考《水工设计手册》第七篇第三十二章第三节；（3）地震对浅埋部位竖井破坏较严重，对埋深大于60ｍ的竖井段破坏较小； （4）地震作用的计算主要考虑衬砌自重惯性力和山岩压力增减值； （5）对于竖井出口地面建筑的抗震计算参见ＳＤＪ10－78。
4.7 混凝土衬砌内力计算 4.7.1 计算公式竖井在外压力作用时，可采用麦拉公式计算：（1）式中：σθ——竖井衬砌环向应力；ｑｂ——竖井衬砌所承受的外压力； ａ——竖井内半径； ｂ——竖井外半径； ｒ——计算点处半径。
由（1）式即可求出衬砌内缘应力σ0及外缘应力σｂ：（2）（3） 衬砌厚度可按下式计算：（4）提示：选择衬砌厚度是竖井衬砌计算重要内容，一般应根据地质情况、井筒直径、衬砌材料、施工方法进行初选，然后对井壁圆环进行内力计算和稳定验算，使井壁厚度满足要求，一般按下表中公式进行计算。
井壁厚度计算公式表公式名称计算公式符号解释麦拉公式*Ｐ——计算截面处最大侧压力； Ｒ——竖井内半径； 〔σａ〕——允许应力；； Ｒａ——混凝土轴心受压设计强度； Ｋ——安全系数； Ｈ——井筒深度； Ｄ——竖井内径； ｄ——衬砌厚度。