Расчет шпунтового ограждения котлована пример

Расчет шпунтового ограждения котлована

Расчет шпунтового ограждения котлована производится на устойчивость положения шпунтовой стенки и прочность по материалу конструкции на всех стадиях работы ограждения. Кроме того, шпунтовые ограждения рассчитывают на невымывание грунта основания при откачке воды из котлована, а также на фильтрационный выпор грунта котлована (в песчаных и супесчаных грунтах).

Условие обеспечения устойчивости стенки против опрокидывания:

где Ми – расчетный момент опрокидывающих сил;

Mz – расчетный момент удерживающих сил;

т – коэффициент условий работы, для слабых грунтов принимаемый равным 0,7;

γп – коэффициент надежности по назначению, принимаемый для местности, покрытой водой, равным 1,1.

Для одноярусного (многоярусного) крепления ограждения при проверке устойчивости положения стенки за точку поворота принимают место закрепления распорки (нижней распорки) т. О (т. O1) на рис. 2.11, а.

Глубина забивки шпунта определяется методом попыток из условия обеспечения устойчивости стенки против опрокидывания.

Рис. 2.11 – Схемы расчета шпунтового ограждения опоры в несвязных и малосвязных грунтах: a – эпюры давления грунта на ограждение; б – расчетная схема стенки при двухъярусном ограждении; в – расчетная схема обвязки

В расчете шпунта на прочность проверяют стенку, балки обвязки и распорки. Стенку рассматривают как разрезную (при одноярусном креплении, т. е. одной распорке) или неразрезную (при двух- и более ярусном креплении) балку на жестких опорах. Нижняя опора шпунта находится посредине расчетной глубины t погружения шпунта, определенной из расчета на устойчивость положения стенки. Нагрузку на шпунт ниже условной опоры не учитывают (рис. 2.11, б).

Прочность шпунтовой стенки проверяют по формуле

где Мр – момент в сечении шпунтовой стенки от расчетных нагрузок, отнесенный к 1 пог. м шпунтовой стенки; определяется при расчете стенки в соответствии с расчетной схемой (рис. 2.12, б);

Rу – расчетное сопротивление материала обвязки;

Wcm – момент сопротивления 1 пог. м шпунтовой стенки; определяется по справочникам для конкретного типа шпунта (табл. 2.2);

т – коэффициент условий работы; принимается равным 0,8 для слабых грунтов.

Балки обвязки рассчитывают как сжато-изогнутые (рис. 2.11, в). Обвязка рассчитывается как неразрезная балка, опирающаяся на распорки. Распределенная нагрузка на балку q0 численно равна опорным давлениям R1 и R2, которые передаются шпунтовой стенкой (рис. 2.11, б), примыкающей к обвязке.

Прочность обвязки проверяется по формуле

а устойчивость формы – по формуле

где Ант о6в, Абр о6в – площадь сечения обвязки соответственно нетто и брутто;

Wнт обв – момент сопротивления обвязки относительно ее вертикальной оси;

φ – коэффициент продольного изгиба обвязки, определяемый по нормам проектирования;

S0 – сжимающее усилие в обвязке; определяется по формуле

S0 = q·a/2,

где а – расстояние от оси балки обвязки до соседнего элемента обвязки (до противоположной стенки или до продольной балки в составе распорной рамы, формирующей обвязку);

q0 – погонная горизонтальная нагрузка на обвязку; численно равна погонной опорной реакции R1 (R2) (рис. 2.12, б).

Распорки рассчитывают по выше приведенным формулам.

Изгиб возникает от собственного веса распорок и действия поперечной нагрузки (веса настила, людей, оборудования, предусмотренного технологией производства работ). Распорка рассматривается как балка с пролетом, равным расстоянию между шпунтовыми стенками. Сжимающее усилие в распорке одноярусного крепления определяется по формуле

Sp = q0 · b,

где b – расстояние между распорками.

Если распорки являются элементами распорного пространственного каркаса, то их рассчитывают на действие вертикальной поперечной нагрузки как элементы плоских ферм. Усилия, возникающие при этом в распорках как поясах ферм, суммируются с усилиями, передаваемыми обвязкой. Учитывается (в случае внеузлового приложения поперечных нагрузок) и местный изгиб распорки.

Шпунт цилиндрического (в плане) ограждения проверяется на разрыв замков по формуле

где рс – расчетное горизонтальное радиальное усилие в контуре ограждения, кН/м (тс/м); определяется по формуле

Здесь т, γп – коэффициент условий работы (равен 0,7 для слабых грунтов) и коэффициент надежности (равен 1,1 для ограждений на местности, покрытой водой) соответственно;

D – диаметр ограждения в плане;

рр – расчетное сопротивление разрыву при растяжении замков шпунтин, принимаемое равным для шпунта ШП-1 (из стали СТ3 равно 1900 кН/м, и 2700 кН/м для шпунта из стали СТ5 и 15ХСНД);

q – интенсивность горизонтального давления грунта на внутреннюю поверхность кольцевого ограждения на уровне дна водоема.

Чаще кольцевое ограждение выполняется из шпунта ШП.

При использовании шпунта ШК и Ларсен растягивающие усилия должны восприниматься объемлющими стальными поясами.

Глубина забивки шпунта цилиндрического ограждения ниже линии размыва должна назначаться из условий исключения выпирания грунта из-под низа шпунта по формуле

где q1 – расчетное вертикальное давление от веса засыпки и нагрузки на ней на уровне дна реки, кПа (тс/м2);

γп – удельный вес грунта;

φ – угол внутреннего трения грунта на дне реки.

При расчете шпунта величина горизонтального давления на шпунтовую стенку котлована определяется в зависимости от вида грунта. Эпюры давлений песчаного и глинистого грунта имеют различия.

Шпунт погружается в песок или супесь

В этом случае шпунтовая стенка воспринимает действующее снаружи котлована горизонтальное воздействие воды, а также воздействие грунта, находящегося во взвешенном состоянии.

Для определения min-ой глубины забивки шпунта t используется схема, изображенная на (рис. 2.12, а) при одном ярусе распорок и схема на (рис. 2.13, а) – при многоярусном креплении.

В первом случае в уравнении

точкой О, относительно которой определяются удерживающий Mz и опрокидывающий Ми моменты, является уровень размещения распорок, во втором – уровень нижней распорки крепления.

Рис. 2.12 – Схемы расчета шпунтовой стенки в песчаных и супесчаных грунтах при одном ярусе креплений: a – при определении минимальной глубины забивки шпунта; б – при проверке прочности стенки, внутренней обвязки и распорок

Рис. 2.13 – Схемы расчета шпунтового ограждения в песчаных грунтах с тремя ярусами креплений: a – эпюры давления грунта; б – расчетная схема

Для проверки прочности шпунтовой стенки используются схемы рис. 2.12 б и 2.13 б, согласно которым определяются изгибающие моменты М и поперечные силы Q, в сечениях по длине стенки как балки на двух или нескольких жестких опорах. В последнем случае рассматривается статически неопределимая система, усилия в которой определяются методами строительной механики, например, методом сил.

В формулах для определения расчетных давлений на шпунтовую стенку на рис. 2.12 и 2.13:

γвзв – удельный вес грунта во взвешенном состоянии (γвзв = 1тс/м3);

γf = 1,2 и 0,8 соответственно для активного (λа) и пассивного (λп) давления грунта (см. рис. 2.12 и 2.13):

где φ – угол внутреннего трения грунта.

Шпунт погружается в связные грунты

В случае погружения шпунта в водонепроницаемый грунт (глину или суглинок) принимается, что давление на шпунтовую стенку вызывается только гидростатическим давлением воды, проникающим между стенкой и грунтом на глубину hb, величину которой можно принимать равной (рис. 2.14):

а) для ограждений, не имеющих распорок (рис. 2.14 а):

h2b = 0,7·h2

где h2b – глубина погружения шпунта в водонепроницаемый грунт;

б) для ограждений с одним ярусом креплений (рис. 2.14, б):

h2b = h2 – t/2,

где t – глубина погружения шпунта ниже дна котлована;

в) для ограждений с несколькими ярусами креплений (рис. 2.14, в) на 0,5 м ниже уровня грунта в котловане.

Аналогично случаю с песчаными грунтами для определения глубины забивки шпунта t составляется уравнение

Задача решается методом подбора величины t до тех пор, пока не будет выполнено данное условие.

Рис. 2.14 – Схемы к расчету шпунтовых стенок, погруженных в связные грунты: a – при ограждении без распорок; б – с одним ярусом креплений; в – с несколькими ярусами

Прочность стенки ограждения проверяется рассмотрением ее как балки на двух опорах (при одноярусном креплении) или на нескольких (при многоярусном креплении).

Расчетные давления воды и грунта получают путем умножения нормативных давлений на коэффициенты надежности по нагрузке. Их принимают равными для активного давления грунта γf = 1,2, для пассивного γf = 0,8.

Независимо от результатов расчета глубина забивки шпунта t ниже дна котлована принимается для пылеватых и мелких песков, текучих глин и суглинков не менее 2 м.

В ограждениях с тампонажным слоем бетона глубина забивки не должна быть меньше 1 м ниже нижней поверхности бетона в любых грунтах. Устойчивость положения шпунта в этом случае определяется предварительно, если в котловане есть вода и отсутствует тампонажный слой.

Проверка устойчивости положения и прочности стенки производится при откачанной из котлована воде и уложенном тампонажном слое бетона по расчетным схемам, изображенным на рис. 2.15.

Рис. 2.15 – Расчетные схемы стенки в случае укладки тампонажного слоя бетона: а – до укладного подводного бетона; б – после откачки воды из ограждения

Строй-справка.ру

Навигация: Главная → Все категории → Водозаборные и очистные сооружения

Расчет шпунтового ограждения

При устройстве глубоких котлованов с целью определения поперечного сечения шпунта (профиля), а также глубины его погружения в грунт необходимо вычислить давление грунта, величины изгибающих моментов и реакций. Порядок расчета для металлического, железобетонного, деревянного шпунтов одинаков, отличие заключается лишь в подборе сечения. Ограждение с анкерным креплением состоит из стенки, анкерных тяг и анкерной опорной конструкции. Тяги, как правило, применяются гибкие и преимущественно из стали круглого профиля диаметром от 40 до 120 мм. Расстояние между анкерами обычно колеблется от 1,5 до 4 м. Анкерными опорами могут служить вертикальные сваи, железобетонные плиты, металлический шпунт и козловые сваи. При составлении расчетной схемы шпунтовой стенки надо руководствоваться следующими соображениями: 1) ограждение котлованов из стального шпунта существующих профилей можно возводить без анкерного крепления до глубины 2-3 м, а при одноанкерном закреплении — до глубины 6-8 м от поверхности земли; 2) принимаемая в конструкциях длина шпунта должна отвечать сортаменту и не превышать 22 м; в табл. 12 приведены сведения о выпускаемых в СССР типах стального шпунта; 3) глубина забивки шпунта ниже дна котлована предварительно принимается равной не менее 0,5 Н при анкерном креплении и до Н — при свободно стоящей стенке (Я — глубина котлована); 4) наиболее целесообразным креплением анкерных тяг нужно считать расположение их на (0,34-0,4) Н ниже от верха стенки; при этом получается наименьшее значение изгибающего момента, но увеличивается натяжение анкера. Рассмотрим последовательность расчета шпунтового ограждения. Вначале строят расчетную схему (рис. 1, а) шпунтовой стенки, нанося на нее проектные отметки дна траншеи или котлована и отметки нижнего конца шпунта, действующие временные нагрузки, напластования грунтов и их характеристики. Затем вычисляют ординаты от всех временных нагрузок (крана-экскаватора и др.) и от них строят эпюру давления (рис. 1, в), Результативная эпюра (рис. 2, а) отражает полное активное и пассивное давления грунта на шпунтовую стенку. Эпюра ниже дна котлована получается как разность ординат пассивного и активного давлений грунта. Эпюра нагрузок делится на отдельные произвольной высоты (обычно 1 м) элементы. Затем подсчитываются сосредоточенные силы, приложенные в центре тяжести этих элементов. В результате получается расчетная схема нагрузок (рис. 25, б), составленная для 1 м длины стенки.

Рис. 2. Расчетные схемы шпунтового ограждения а — расчетная схема; б — эпюра давления от собственной массы; в -эпюра давления от временной нагрузки

Центр тяжести трапеции без особых погрешностей принимают на половине высоты элемента. Затем выбирают в произвольном масштабе полюс О и строят многоугольник сил (рис. 2, г). В выбранном масштабе откладывают по порядку силы, сначала активные, а затем из конца последней активной силы в обратном направлении — пассивные. Для удобства построения полюс для пассивных сил по вертикали переносят несколько вниз, не изменяя полюсного расстояния (в масштабе сил т)= 150 кН). С помощью многоугольника сил строят веревочный многоугольник или эпюру моментов (рис. 2, в). Для этого каждый луч многоугольника сил, начиная с нулевого, параллельно переносят до пересечения с линией действия соответствующей силы. Так, нулевой луч проводят до линии действия силы 1, луч 1-до линии действия силы 2 и т. д. до пересечения веревочной кривой с линией низа шпунтовой стенки. Нанося на эту кривую замыкающую прямую, получают величину отрезков между замыкающей и веревочной кривыми (измеряется в масштабе длин). Замыкающую прямую проводят от точки пересечения нулевого луча веревочной кривой с горизонтальной линией, фиксирующей положение анкера, так, чтобы расчетный момент в пролете был на 10% больше, чем момент в заделке. Умножением отрезков веревочного многоугольника на полюсное расстояние определяют величины изгибающих моментов в пролете, в заделке и на опоре (анкера).

Рис. 2. Расчетные схемы шпунтового ограждения а — результативная эпюра нагрузок; б — расчетная схема нагрузок; в - веревочный многоугольник; г — многоугольник сил

Перенеся параллельно замыкающую прямую на многоугольник сил и проведя ее из полюса О до линии активных сил, определяют величину усилия в анкере Ra (эта сила заключена между нулевым лучом и лучом, параллельным замыкающей). Величину равнодействующей обратного отпора E'v находят из многоугольника сил, проведя луч параллельно замыкающей из полюса О. Точка пересечения замыкающей с веревочной кривой определяет положение силы Е, причем совпадение нижней границы эпюры с уровнем указанной точки достигается рядом последовательных приближений. Если провести замыкающую так, чтобы эпюра моментов имела один знак (положение АС), то можно получить наименьшую допустимую глубину забивки шпунта /мин, при которой изгибающий момент в стенке имеет наибольшее значение. Проводя замыкающую между указанными на веревочном многоугольнике положениями, можно получить глубины забивки и соответствующие им изгибающие моменты в стенке. В качестве примера приводим расчет 1 м длины шпунтовой стенки ограждения траншей для укладки трубопроводов. Исходные данные (рис. 1, а) следующие: глубина котлована 6 м, глубина забивки шпунта ниже дна котлована 4 = 4,5 м; временная поверхностная нагрузка q = 60 кН/м2 (удельное давление гусениц экскаватора) приложена в 1 м от стенки; стенка должна иметь анкерное крепление на глубине 1 м от поверхности земли; работы в траншее производятся с водоотливом. Для подбора сечения шпунта, определения его длины и размеров элементов анкерных креплений производят графоаналитический расчет шпунтовой стенки в указанной последовательности, вычисляя ординаты давления грунта на стенку. Затем определяют ординаты эпюры нагрузок в характерных точках по высоте стенки. Определив ординаты напряжений от активного и пассивного давлений грунта, строят суммарную эпюру от собственной массы грунта и временной нагрузки, а также ординаты от пассивного и суммарные ординаты от активного давлений. Затем стенку длиной 1 м (рис. 2, б) делят на полоски высотой 1 м и вычисляют горизонтальные силы, приложенные в центре тяжести каждой полоски площадью 1 м2. Из построения многоугольника сил и веревочного многоугольника путем проведения замыкающей линии из условия примерного равенства изгибающих моментов в пролете и в заделке определяют следующие величины: Таким образом, в данном случае реакция в анкере увеличивается и уменьшается глубина забивки шпунта. Этот метод расчета дает возможность подобрать целесообразные глубину забивки и изгибающий момент шпунта. Расчет анкерных конструкций. В состав анкерных креплений входят анкерные опоры и тяги. Первые могут быть в виде непрерывных или одиночных плит. При расчете одиночных плит (расположенных с промежутками) силы отпора грунта определяются с учетом сопротивления грунта между плитами. Ниже приведен расчет плит — определение их устойчивости и прочности. В плотных грунтах нижний конец шпунта считают полностью заделанным. Отметка заделки совпадает с уровнем дна котлована. Для размокающих грунтов место заделки принимают ниже дна котлована на 0,2-0,3 м. В случае залегания грунтов, оказывающих слабое сопротивление боковому смещению, и при применении водоотлива в расчетной схеме предполагают свободное опнрание конца шпунта. При этом точка опоры располагается на 0,5 м ниже дна котлована. Погружение шпунта на 2 м и ниже в условиях залегания слабых грунтов в расчетной схеме учитывается путем введения полной заделки конца с отметкой, равной (0,3-0,5)t, но не более 1 м. Другим видом ограждения временных выемок, особенно крупных котлованов, от проникновения грунтовой воды является водонепроницаемая ледяная стенка из смерзшихся цилиндров замороженного грунта. Способ этот известен свыше ста лет, но замораживание, кроме большой его стоимости, требовало весьма продолжительного срока, и лишь достижения последнего времени содействовали его технико-экономической эффективности. Эффективность метода замораживания достигается: 1) при использовании двухступенчатого холодильного оборудования, снижающего длительность замораживания в два раза; 2) при уменьшении расстояния между замораживающими колонками в 1,5 раза, когда сокращаются сроки замораживания в 2,25 раза; 3) применением гидравлического погружения замораживающих колонок, осуществляемых в четыре-пять раз быстрее, чем устройство тех же колонок бурением станком КА-2М-300; 4) использованием тонкостенных труб, поскольку на замораживаемую трубу передается давление не более 0,3-0,4 МПа; 5) заменой труб диаметром 114 мм трубами диаметром 88,5 мм, что позволяет сблизить колонки, не увеличивая их общей массы без ухудшения съема тепла с грунта; 6) выпуском высококачественных холодильных машин отечественными заводами; 7) подготовкой кадров, хорошо освоивших технологию замораживания. Указанные соображения, а также разработанный метод расчета замораживающих устройств привели к достаточно широкому внедрению замораживания на строительстве опускных колодцев.

Похожие статьи: Устранение фильтрации в бетонных колодцах

Навигация: Главная → Все категории → Водозаборные и очистные сооружения

Статьи по теме:

Расчет шпунтовых ограждений котлованов

Общие указания

Расчет шпунтовых ограждений котлованов заключается в определении необходимой глубины забивки шпунта ниже дна котлована, а также в подборе сечений шпунта и элементов распорного крепления (распорки, обвязки). Расчеты на устойчивость и прочность шпунтового ограждения выполняют на стадии полного удаления грунта и воды из котлована, в процессе разработки котлована и установки распорных креплений, а также на стадии обратной засыпки грунта и снятия креплений.

В данном пособии рассмотрены случаи расчета шпунтового ограждения котлованов, расположенных на местности покрытой водой, при горизонтально расположенной поверхности грунта и отсутствии на призме обрушения дополнительной нагрузки в виде материалов, оборудования и транспортных средств.

В шпунтовых ограждениях, заглубленных в пески или супеси, кроме приведенных ниже расчетов, необходимо проверить глубину забивки шпунта ниже дна котлована или отметки размыва по условию исключения наплыва грунта в котлован при откачке из него воды без устройства тампонажной подушки.

· Независимо от результата расчета глубину забивки шпунта ниже дна котлована или отметки размыва следует принимать в случаях текучих и текучепластичных глин, суглинков и супесей, водонасыщенных илов, пылеватых и мелких песков не менее 2 м, а в остальных случаях – менее 1 м. В ограждениях с тампонажной подушкой глубина забивки должна быть не менее 1 м в любых грунтах кроме скальных.

Минимальную глубину забивки шпунта ниже дна котлована по условию исключения опасности наплыва грунта при откачке воды следует определять в соответствии с указаниями подразд. 6.5.

Минимальную глубину забивки шпунта (считая от дна котлована или отметки размыва) по условию обеспечения устойчивости стенок против опрокидывания, определяют на основе равенства (3.1).

· Расчетные давления воды и грунта (активного и пассивного) получают умножением нормативных давлений на коэффициенты надежности по нагрузке (перегрузки п), принимаемые по табл. 4.13. При этом для активного давления грунта принимают коэффициент перегрузки па = 1,2,а для пассивного – пп = 0,8.

Не учитываемое влияние фильтрационного потока при откачке воды из котлованов, разрабатываемых в песчаных грунтах, отражено в подразд. 6.2.

При устройстве ограждения в водопроницаемых грунтах с подводной водозащитной подушкой в расчете шпунтовой стенки в стадии ее работы до бетонирования подушки учитывают гидростатическое давление, соответствующее откачке воды из котлована на глубину, необходимую для постановки яруса креплений, но не менее 1,5 м.

· Шпунтовое ограждение в водонепроницаемых грунтах (суглинок или глины), расположенных ниже горизонта воды, следует рассчитывать на горизонтальные нагрузки, соответствующие двум схемам (рис. 6.1):

в первой схеме принимают, что ниже поверхности водонепроницаемого грунта горизонтальное давление на шпунтовую стенку обусловлено только гидростатическим давлением воды, проникающей между стенкой и грунтом на глубину ;

Рис. 6.1. Схемы определения глубины проникания воды между шпунтовой стенкой и водонепроницаемым грунтом: а – при ограждениях, не имеющих распорных креплений; б – при ограждениях с одним ярусом креплений; в – при ограждениях с несколькими ярусами креплений

во второй схеме не предусматривают возможность проникновения воды между стенкой и водонепроницаемым грунтом и принимают, что этот грунт оказывает горизонтальное давление на стенку, будучи пригруженным сверху гидростатическим давлением, а при наличии над водонепроницаемым грунтом водопроницаемого и весом последнего; вес слоя водопроницаемого грунта, расположенного ниже горизонта воды, определяют с учетом взвешивания в воде.

В обеих схемах выше поверхности водонепроницаемого грунта учитывают горизонтальную нагрузку на стенку от гидростатического давления и, в необходимых случаях от давления водопроницаемого грунта (рис. 6.1).

Глубину проникновения воды между стенкой и водонепроницаемым грунтом (считая от его поверхности) принимают:

а) для ограждений, не имеющих распорных креплений (рис. 6.1, а)

= 0,7 h¢,(6.1)

где h¢ – глубина погружения шпунта в водонепроницаемый грунт;

б) для ограждений с одним ярусом креплений (рис. 6.1, б)

= h¢ – , (6.2)

где t – глубина погружения шпунта ниже котлована;

в) для ограждения с несколькими ярусами креплений (рис. 6.1, в) – на 0,5 м ниже уровня грунта в котловане при установке верхнего яруса креплений, расположенного в пределах водонепроницаемого грунта.

Гидростатическое давление воды в случаях, указанных на рис. 6.1

ев = (hв + ), (6.3)

где – объемный вес воды.

· Конструкции креплений должны рассчитываться на совместное действие горизонтальной нагрузки, передаваемой шпунтовыми стенками, и вертикальной нагрузки от веса обустройства и конструкций.

При расчетах шпунтовых ограждений на прочность значения расчетных сопротивлений шпунта и элементов крепления должны приниматься согласно подразд. 3.3 и 3.4 с делением их на коэффициент надежности, принимаемый равным:

1,1 – для шпунтовых ограждений на местности, покрытой водой;

1,0 – во всех остальных случаях.

Момент сопротивления Wx поперечного сечения погонного метра стенки (прил. 4) из шпунта типа Ларсен следует принимать со следующими коэффициентами, учитывающими возможность относительных смещений шпунтин в замках:

0,7 – в случае слабых грунтов и отсутствии обвязок, прикрепленных к шпунту;

0,8 – в случаях тех же грунтов и наличии обвязок, прикрепленных к шпунту;

1,0 – в остальных случаях.

При расчете прочности шпунтовых стенок (но не креплений) должны вводиться коэффициенты условий работы, равные:

1,15 – для стенок кольцевых в плане ограждений;

1,10 – для стенок длиной менее 5 м, замкнутых в плане ограждений прямоугольной формы с промежуточными ярусами распорных креплений.

6.2. Расчет устойчивости грунта дна котлована в шпунтовом ограждении

Расчет устойчивости грунта дна котлована заключается в проверке на выпучивание грунта и фильтрационный выпор.

Проверка на выпучивание производится по формулам:

РВ = kcNC + gANq + MgBNỵ + h; (6.4)

Р = gh3 + h2 – ;(6.5)

KB = ,(6.6)

где РВ – предельное сопротивление грунта дна котлована силам выпучивания, тс/м2; k и М – коэффициенты, принимаемые по табл. 6.1; с – расчетное сцепление в грунте, тс/м2; g = 2 т/м3 – объемная масса грунта; = 1 т/м3 – то же воды; NC, Nq, Nỵ – опытные коэффициенты (табл. 6.2) несущей способности грунта, находящегося в пределах шпунтового ограждения, зависящие от расчетного угла внутреннего трения грунта j; kB – коэффициент устойчивости на выпучивание, принимаемый не менее 1,4; Р – давление столба грунтовой массы высотой h3 и слоя воды h2 на основание ав, тс/м2 (рис. 6.2).

Таблица 6.1

Коэффициенты k и М

Форма котлована в плане	k	М
Прямоугольная Квадратная Круглая	0,7 0,8 0,9	0,5 0,5 0,6

Таблица 6.2

Опытные коэффициенты несущей способности грунта

j	NC	Nq,	Nỵ
	5,0 6,2 7,6 9,3 11,5 14,0 18,0 23,0	1,5 1,8 2,1 3,0 4,0 5,5 8,0 12,5	0,5 1,0 2,5 5,0 8,0

Рис. 6.2. Расчетная схема к определению давления грунта и воды на плоскость ав: А – расстояние от дна котлована до нижних концов шпунтового ограждения; В – меньшая сторона прямоугольного, сторона квадратного или радиус круглого котлована, м; h – слой воды над грунтом, м

Фильтрационный выпор грунта дна котлована происходит только при откачке из него воды в песчаных грунтах, супесях и песчаных илах. Выпор начинается около шпунтового ограждения.

Расчетные значения величин j и с определяют по материалам инженерно-геологических изысканий. В условиях гидродинамического воздействия (для случаев откачки воды из котлована) значение j следует уменьшать в два раза.

Проверку на фильтрационный выпор производят по формуле

Kф » , (6.7)

где Kф – коэффициент устойчивости на фильтрационный выпор, принимаемый не менее 1,4; Аф – суммарная высота столба речной и грунтовой воды внутри котлована, считая от низа шпунта, м; Н – разность высот столбов речной и грунтовой воды снаружи и внутри котлована, считая от низа шпунта, м.

6.3. Расчет шпунтовых ограждений без распорных креплений (без водозащитной подушки)

Шпунтовая стенка в несвязных грунтах (пески, супеси) без подводной тампонажной подушки работает под действием горизонтальных сил как консольная балка, имеющая в грунте податливую заделку.

Шпунтовые стенки в связных грунтах (глины, суглинки) рассчитывают с учетом сцепления грунта. Если вода находится выше водоупора, стенку рассчитывают по двум расчетным схемам:

а) с учетом смещения стенки в сторону котлована, проникновения воды между стенкой и грунтом и образования гидростатического напора на глубину смещения стенки;

б) без учета смещения стенки, рассматривая воду и водопроницаемый грунт выше связного грунта как вертикальную нагрузку.

В обоих случаях минимальную глубину забивки шпунта ниже дна котлована принимают как

t = t0 + Dt. (6.8)

Глубину t0 определяют на основании равенства (3.1), считая ось поворота стенки расположенной на этой глубине и пренебрегая моментом пассивного давления грунта, действующего на стенку со стороны, противоположной котловану (обратный отпор), относительно указанной оси (точки «0» на рис. 6.3). В соответствии с этим в равенстве (3.1) принимают Моп равным моменту активного давления грунта и гидростатического давления, действующих выше глубины t0, относительно оси поворота стенок, а Муд – моменту пассивного давления, действующего со стороны котлована (прямого отпора) выше глубины t0, относительно той же оси;

т = 0,95 – коэффициент условий работы,

Kн = 1,0 – коэффициент надежности.

В общем случае для решения равенства (3.1) используют способ последовательных попыток – задаются глубиной t0, которую затем уточняют.

На рис. 6.3 показана расчетная схема определения глубины t0. Эпюры давления (рис. 6.3, а), относятся к случаю расчета стенки, погружаемой в песок или супесь.

Эпюры давления (рис. 6.3, б), относятся к случаю расчета стенки, погружаемой в водонепроницаемые грунты – глину или суглинок (см. подразд. 6.1) по первой (только гидростатическое давление воды) и второй (только давление грунта) схемам. При наличии над глинистым грунтом слоя воды hB активное давление необходимо увеличивать на величину hBlа.

а б схема 1 схема 2

Рис. 6.3. Схемы для расчетов шпунтовых ограждений, не имеющих распорных креплений, и эпюры давлений: а – при расчете стенки, погружаемой в песок и супесь; б – при расчете стенки, погружаемой в суглинок и глину (первая и вторая схемы)

Поскольку глубина t0 не является полной глубиной погружения шпунта ниже дна котлована (формула (6.8)), то при учете проникновения воды между стенкой и суглинком или глиной рекомендуется принимать глубину = 0,8 (hГР + t0)(рис. 6.3, б).

Дополнительную глубину Dt определяют по формуле

Dt = , (6.9)

где – равнодействующая пассивногодавления грунта с внешней стороны котлована (обратного отпора); – интенсивность пассивного давления на глубине t0.

Равнодействующую обратного отпора грунта определяют по формуле

= ЕП – (Еа + Ев),(6.10)

где ЕП, Еа и Ев – равнодействующие соответственно прямого отпора грунта, активного давления грунта и гидростатического давления, действующих на стенку выше глубины t0.

Интенсивность пассивного давления грунта (обратного отпора), действующего на стенку с внешней стороны котлована (эпюра на рис. 6.3 не изображена), определяют, принимая глубину Н = hГР + t0. Равнодействующая приложена в точке «О» и не создает изгибающего момента в шпунтовой стенке.

Интенсивность пассивного давления еп глины или суглинка на шпунтовую стенку (рис. 6.3, б) получают суммированием соответствующих ординат двух эпюр: эпюры, построенной как для несвязного грунта (по значению угла φ внутреннего трения глины или суглинка), и эпюры с ординатами, равными 2с . Для поверхностного слоя, где возможно нарушение структуры глины или суглинка, расчетное сцепление с принимают уменьшающимся по линейному закону от полного значения на глубине 1,0 м до нуля у поверхности грунта.

Во второй схеме горизонтальных нагрузок, при которой не предусматривают возможности проникновения воды между стенкой и водонепроницаемым грунтом, интенсивность активного давления суглинка или глины еа (рис. 6.3, б) определяют с учетом сцепления грунта, путем уменьшения ординаты эпюры (построенной как для несвязного грунта по удельному весу gи углу φ внутреннего трения суглинка или глины) на величину 2с .

· Изгибающие моменты, действующие в поперечных сечениях шпунтовой стенки, определяют как для консольного стержня с заделкой на глубину t0 (от дна котлована). За нагрузку принимают гидростатическое давление, активное и пассивное (прямой отпор) давление, действующие на стенку выше этой глубины (рис. 6.3).

· Действующие на шпунтовую стенку силы в водопроницаемых грунтах – в песках или супесях (рис. 6.3, а):

а) опрокидывающие:

1. Гидростатическое давление воды ев = (hв + hгр);

равнодействующие давления воды = 0,5 ев (hв + hгр)и = ев t0.

2. Активное давление грунта во взвешенном состоянии

еа = па gвзв (hГР + t0) lа,

где lа = tq2(45° – 0,5j) – коэффициент горизонтального (активного) давления грунта; gвзв – объемный вес грунта во взвешенном в воде состоянии, допускается принимать равным 1 тс/м3 (10 кН/м3) (для более точных расчетов gвзв = (g0 – gв) , гдеg0 – удельный вес частиц грунта, принимаемый в среднем 27 кН/м3, е – коэффициент пористости грунта); j – угол внутреннего трения грунта (согласно прил. 8); па = 1,2 – коэффициент перегрузки (надежности по нагрузке gf).

Равнодействующая активного давления грунта

Еа = 0,5 еа (hГР + t0);

б) удерживающие:

отпор грунта (пассивное давление)

еп = пп gвзв t0 lп,

где lп = tq2 (45° + 0,5 j) – коэффициент горизонтального (пассивного) давления грунта; пп – коэффициент перегрузки, принимаемый равным 0,8.

Равнодействующая пассивного давления

Еп = 0,5 еп t0 .

При определении глубины забивки шпунта t0 в соответствии с равенством (3.1) получим:

kн [ ( + t0) + + Еа ] = m Еп ,

где kн = 1,0и m = 0,95 – коэффициенты надежности и условий работы.

Для решения указанного уравнения методом последовательных попыток задаются глубиной t0, а затем ее уточняют.

Дополнительную глубину Δt определяют по формуле (6.9) и общую глубину забивки шпунта уточняют согласно подразд. 6.2.

Для подбора сечения шпунта величину наибольшего изгибающего момента следует определить в сечении, расположенном на расстоянии от заделки (выше точки «О»), но может быть принята равной моменту Моп.

· Действующие на шпунтовую стенку силы в водонепроницаемых грунтах – глинах или суглинках (рис. 6.3, б–первая схема):

а) опрокидывающие:

гидростатическое давление воды ев = gв (hв + ), действующее на глубине ( + hв), где = 0,8 (hГР + t0);

равнодействующая давления воды Ев = 0,5 ев ( + hв);

б) удерживающие:

отпор грунта (пассивное давление)

еп = пп (g t0 lп + 2с ),

где lп = tq2 (45° + 0,5 φ); пп = 0,8 – коэффициентперегрузки (надежности по нагрузке gf)g – объемный вес грунта, принимаемый поприл. 8.

Равнодействующая пассивного давления (в курсовых проектах для упрощения расчетов допускается рассматривать эпюру треугольной)

Еп = 0,5 еп t0 .

Для определения глубины забивки шпунта t0, используя равенство моментов (3.1) относительно точки «О» (рис. 6.3), получим:

kн Ев [(hГР + t0 + hв) – ( + hв)] = m Еп ,

где kн = 1,0и m = 0,95 – коэффициенты надежности и условий работы.

Методом последовательных попыток определяют глубину t0.

Дополнительную глубину Δt определяют по формуле (6.9).

· Действующие на шпунтовую стенку силы в водонепроницаемых грунтах – глинах или суглинках (рис. 6.3, б –вторая схема):

а) опрокидывающие:

1. Активное давление грунта еа = па [g(hГР + t0)lа – 2с ].

Равнодействующая активного давления грунта (для упрощения расчета и в запас несущей способности шпунтовой стенки в курсовых проектах допускается рассматривать эпюру треугольной, высотой hГР + t0)

Еа = 0,5 еа (hГР + t0).

2. Равнодействующая гидростатического давления воды

Ев = 0,5gв h ;

б) удерживающие:

отпор грунта (пассивное давление)

еп = пп (g t0 lп + 2с ), Еп = 0,5 еп t0 .

Для определения глубины забивки шпунта t0 , используя равенство моментов (3.1) относительно точки «О» (рис. 6.3), получим:

kн {Еа + Ев [(hГР + t0) + ]} = m Еп .

· Определив глубину забивки шпунта t по первой и второй схеме, принимают большую глубину забивки.

· Действующий при определении наибольшей глубины забивки шпунта опрокидывающий момент Моп = Мтах используют при проверке прочности шпунта.

Прочность материала шпунта проверяют по условию:

Мтах ≤ т R W, (6.11)

где Мтах – момент от расчетных нагрузок, действующий в шпунтовой стенке шириной 1,0 м, кН×м (тс×м); R – расчетное сопротивление материала шпунта при изгибе, МПа (кгс/см2); допускается принимать для стали СТЗ; т = 0,8 – коэффициент условий работы; W – момент сопротивления 1,0 м шпунтовой стенки для шпунтарассматриваемого типа, см3 (прил. 4).

В случае недостаточной прочности шпунтовой стенки по материалу применяют более мощный шпунт или увеличивают глубину погружения его в грунт с тем, чтобы за счет повышенной жесткости заделки нижней части стенки снизить изгибающий момент в шпунтовой стенке. Снижение изгибающего момента может быть достигнуто также устройством тампонажной бетонной подушки, укладываемой подводным способом, и устройством распорного крепления шпунта (подразд. 6.5).

6.4. Расчет шпунтовых ограждений без распорных креплений (с устройством водозащитной бетонной подушки)

Расчет ограждения в водопроницаемых грунтах с устройством водозащитной подушки на стадии работы шпунтовой стенки до бетонирования подушки выполняют в соответствии с подразд. 6.3 (рис. 6.3, а), используя выражения (6.9) и (6.10), а расчет шпунтовой стенки на стадии ее работы после бетонирования подушки производят согласно расчетной схеме, приведенной на рис. 6.4. По результатам указанных двух расчетов принимают большую глубину погружения шпунта.

На стадии работы шпунтовой стенки до бетонирования тампонажной подушки (без водоотлива из котлована) по рис. 6.3, а гидростатическое давление воды не учитывается и для определения дополнительной глубины Dt (6.9) выражение (6.10) приобретает вид

= ЕП – Еа.

Условие (3.1) устойчивости шпунтовой стенки (равенство опрокидывающего и удерживающего моментов), из которого определяют глубину t0 забивки шпунта ниже дна котлована, запишется так

kн Еа = m Еп .

Рис. 6.4. Расчетная схема шпунтовых ограждений, не имеющих распорных креплений, в водопроницаемых грунтах с водозащитной подушкой

В соответствии с расчетной схемой, приведенной на рис. 6.4:

eв = gв (hв + h2); Ев = 0,5gв (hв + h2)2– гидростатическое давление воды;

еа = па gвзв h2 lа; Еа = па 0,5gвзв h22 lа – активное давление грунта;

еп = пп gвзв (hгр + t)lп; Еп = пп 0,5gвзв (hгр + t) t lп – пассивноедавление грунта; ץвзв – объемный вес грунта во взвешенном в воде состоянии;

па = 1,2; пп = 0,8 – коэффициенты перегрузки (надежности по нагрузке) (табл. 4.13) активного и пассивного давления грунта.

На стадии работы шпунтовой стенки после бетонирования тампонажной подушки глубину t погружения шпунтовой стенки ниже дна котлована определяют из условия обеспечения ее устойчивости против поворота вокруг оси, расположенной на 0,5 м ниже верха водозащитной подушки (точка «о» на рис. 6.4). При этом в формуле (3.1) принимают Мсп равным моментуактивного давления взвешенного в воде грунта и гидростатического давления, действующих на стенку выше оси ее поворота, относительно этой оси, а Муд – момент пассивного давления взвешенного в воде грунта, действующего на стенку ниже оси ее поворота, относительно этой оси.

Условие устойчивости стенки (3.1) kн Моп = т Муд запишется так

kн [Ев + Еа ] = m Еn (t + 0,5),

где kн = 1,0и m = 0,95 – коэффициенты надежности и условий работы.

Для определения глубины t решают указанное уравнение методом последовательных попыток – задаются глубиной t , а затем ее уточняют.

Для подбора сечения шпунта величину наибольшего изгибающего момента следует определить в точке «О» – Ммах = Моп.

Прочность материала шпунта проверяют в соответствии с рекомендациями подразд. 6.3 по условию (6.11).

В случае недостаточной прочности шпунтовой стенки по материалу применяют более мощный шпунт или применяют распорное крепление с тем, чтобы перераспределить и снизить изгибающие моменты в шпунтовой стенке.

6.5. Расчет шпунтовых ограждений с одним ярусом распорных креплений (без водозащитной подушки)

Расчет шпунтового ограждения с распорными креплениями без тампонажной подушки заключается в определении глубины погружения шпунта ниже дна котлована, назначении типа шпунта по требуемому моменту сопротивления шпунтовой стенки и в назначении, и расчете крепления шпунта (обвязки и распорок).

В несвязных водопроницаемых грунтах (пески и супеси) шпунтовую стенку рассчитывают по схеме однопролетной балки, верхней опорой которой является ярус креплений, а нижней – грунт в предположении свободного на него опирания (рис. 6.5). Нижний конец балки несколько смещается относительно начального положения на величину, необходимую для реализации отпора. В результате такого расчета глубина погружения шпунта получается минимальной, но с большим значением изгибающего момента в стенке. Уменьшение изгибающего момента достигается путем погружения шпунта на большую глубину для защемления нижней его части в грунте.

а б

Рис. 6.5. Схемы расчета шпунтовых ограждений с одним ярусом распорных креплений: а – для определения минимальной глубины забивки шпунта; б – для определения изгибающих моментов в его поперечных сечениях

· Минимальную глубину t погружения стенки ниже дна котлована определяют из условия обеспечения ее устойчивости против поворота вокруг оси опирания стенки на крепление (точки «О» на рис. 6.5). В соответствии с этим равенство (3.1) принимает вид уравнения моментов относительно яруса крепления:

kн SМоп – т SМуд = 0, (6.12)

где SМоп и SМуд – соответственно суммы моментов опрокидывающих и удерживающих сил относительно яруса крепления; kн и т – коэффициенты надежности и условий работы (см. табл. 3.1).

В курсовых проектах допускается принимать kн = 1,0; т = 0,85. Для связных грунтов т = 0,95.

(для более точных расчетов и при реальном проектировании kн принимают по табл. 3.1, а т – от 0,5 до 1,1 по справочной литературе [1] в зависимости от глубины котлована, глубины воды в водотоке и котловане, в зависимости от вида, коэффициента пористости и угла внутреннего трения песчаных грунтов).

Действующие на стенку силы (рис. 6.5, а).

а) опрокидывающие:

1) давление воды ев = gв Н; = 0,5 gв h3; = gв Ht;

2) активное давление грунта еа = па gвзв (hгр + t)lа; Еа = па 0,5 gвзв (hгр + t)2 lа.

б) удерживающие:

пассивное давление грунта еп = пп gвзв t lп; Еп = пп 0,5gвзв t2 lп..

gв – объемный вес воды;

gвзв – объемный вес грунта во взвешенном в воде состоянии;

па = 1,2; пп = 0,8 – коэффициенты перегрузки (надежности по нагрузке) (табл. 4.13) активного и пассивного давления грунта;

lа = tq2(45° – 0,5 j) – коэффициент горизонтального (активного) давления грунта;

lп = tq2(45° + 0,5 j) – коэффициент горизонтального (пассивного) давления грунта.

Уравнение опрокидывающих и удерживающего моментов (6.12) относительно точки «О» запишется так:

kн{ Н + (Н + 0,5 t) + Еа [ (hгр + t) + hв]} – т Еп ( t + Н) = 0.

Из этого уравнения методом последовательных попыток, задаваясь глубиной t , уточняют ее.

Кроме того, дополнительную глубину Δt определяют по формуле (6.9) и общую глубину забивки шпунта уточняют согласно подразд. 6.2.

· Для подбора сечения шпунта изгибающие моменты, действующие в поперечных сечениях шпунтовой стенки, определяют по схеме балки, свободно лежащей на двух опорах, одну из которой принимают на уровне оси опирания стенки на распорное крепление (точка «О» на рис. 6.5, б), а другую на глубине 0,5 t от дна котлована. Расчетный пролет l = H = 0,5 t. При этом активное и пассивное давления грунта, а также гидростатическое давление, действующие на стенку ниже глубины 0,5 t , не учитывают.

Величины нагрузок:

1) гидростатическое давление воды ев = gв Н;

2) активное давление грунта еа = па gвзв (hгр + 0,5 t)lа.

Расчетный изгибающий момент в шпунтовой стенке (балка на двух опорах шириной 1,0 м) допускается принимать равным

М = Мв + 0,75 Мгр, (6.13)

где Мв – изгибающий момент в шпунтовой стенке от гидростатического давления воды, определенный по указанной выше схеме (рис. 6.5, б); Мгр – то же от давления грунта; 0,75 – коэффициент, учитывающий перераспределение давления грунта.

В общем случае (при реальном проектировании) максимальный изгибающий момент в балке на двух опорах от неравномерно распределенной нагрузки определяют методами строительной механики.

Для упрощения определения Мтах в шпунтовой стенке неравномерно распределенную нагрузку, действующую на эту стенку, заменяют соответствующей нагрузкой в виде отдельных сосредоточенных сил N (рис. 6.6, в).

а б в г

Рис. 6.6. Схема определения изгибающих моментов в шпунтовой стенке: а – суммарная эпюра нагрузок; б – расчетная схема шпунтовой стенки; в – эпюра нагрузок в виде сосредоточенных сил; г – эпюра моментов

Для этого площадь суммарной эпюры нагрузок (рис. 6.6, б) разбивают на прямоугольники, суммарная площадь которых равна суммарной площади ранее образующим эпюру фигурам с шагом, одинаковым по высоте шпунтовой стенки (рис. 6.6, в). Равнодействующая каждой из элементарных площадей, на которые разбита площадь эпюры нагрузки, будет проходить через центр тяжести каждого элементарного прямоугольника. Зная ординаты эпюры нагрузки, определяют величины каждой равнодействующей, по которым определяют и строят эпюру моментов (рис. 6.6, г), находят величину Мтах, а также определяют реакцию шпунтовой стенки g1 в точке постановки верхнего распорного крепления стенки.

Прочность материала шпунта проверяют в соответствии с рекомендациями подразд. 6.3 по условию (6.11).

· В случае недостаточной прочности шпунтовой стенки по материалу применяют более мощный шпунт или конструктивными мероприятиями снижают величины изгибающих моментов в поперечных сечениях стенки. Для этого изменяют положение распорного крепления по высоте, предусматривают второй ярус креплений или увеличивают глубину погружения шпунта в грунт с тем, чтобы за счет повышенной жесткости заделки нижней части стенки перераспределить и снизить изгибающие моменты в шпунтовой стенке. Снижение изгибающих моментов может быть достигнуто также устройством тампонажной бетонной подушки, укладываемой подводным способом.

· В случае устройства водозащитной подушки расчет шпунтовой стенки выполняют в два этапа. Расчет, отражающий стадию работы шпунтовой стенки до бетонирования подушки, выполняют согласно подразд. 6.5 без учета откачки воды из котлована. На стадии работы стенки после бетонирования подушки и полной откачки воды из котлована проверяют прочность стенки и распорного крепления. При этом стенку по-прежнему рассчитывают по схеме балки, свободно лежащей на двух опорах, но расположение нижней опоры принимают на 0,5 м ниже верха бетонной подушки.

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Расчет шпунтового ограждения, погружаемого в связный грунт при наличии

Слоя несвязного грунта.

Необходимо определить глубину погружения шпунта ниже дна котлована и марку применяемого шпунта. Сооружение шпунтового ограждения производится в русле реки. В основании фундамента находится два слоя грунта. Котлован под ростверк заглублен в связный грунт.

Характеристики грунта:

1 слой ¾ несвязный грунт

· песок мелкий;

· толщина пласта ¾ м;

· удельный вес ¾ тс/м3;

· коэффициент пористости ¾ ;

· угол внутреннего трения ¾ .

2 слой ¾ связный грунт

· суглинок консистенции ;

· коэффициент пористости ¾ ;

· удельный вес ¾ тс/м3;

· удельное сцепление ¾ кгс/см2 (2.8 тс/м2);

· угол внутреннего трения ¾ .

Характеристики котлована:

· глубина воды ¾ м;

· удельный вес воды ¾ тс/м3;

· глубина котлована ¾ м.

СХЕМА 1: принимаем к расчету шпунтовую стенку без распорного крепления. Учитываем сцепление шпунта с грунтом (рис. 5.2, А).

При устройстве ограждения без тампонажного подушки (для связных грунтов она ненужна) минимальную глубину забивки шпунта ниже дна котлована определяют по формуле

Глубину определяем из условия обеспечения устойчивости стенки против опрокидывания, считая ось поворота стенки расположенной на этой глубине.

Удельный вес несвязного грунта во взвешенном состоянии составляет

тс/м3

Интенсивность гидростатического давления воды на глубине составит

Интенсивность гидростатического давления в связном грунте с учетом сцепления составит

Коэффициент активного давления связного грунта (второй слой) составляет

Интенсивность активного давления несвязного грунта на глубине составит

Коэффициент активного давления несвязного грунта (первый слой) составляет

Интенсивность активного давления несвязного грунта в связном грунте на глубине составит

Интенсивность активного давления связного грунта на глубине составит

Интенсивность сцепления грунта со шпунтом, для активного давления, составляет

Интенсивность пассивного давления грунта на глубине составит

Коэффициент пассивного давления составляет

Интенсивность сцепления грунта со шпунтом, для пассивного давления составит

Уравнение устойчивости:

(относительно точки «О»)

¾ момент опрокидывающих сил относительно точки «О»

¾ момент удерживающих сил относительно точки «О»

¾ коэффициент условия работы,

¾ коэффициент надежности по назначению,

Рассматриваем устойчивость стенки против опрокидывания поворотом стенки относительно оси, расположенной на глубине ниже дна котлована (точка «О» на рис. 5.2, А).

Опрокидывающие силы: , , , , принимается с коэффициентом надежности по нагрузке и .

Равнодействующие гидростатического давления и , действующие на стенку составляют:

тс

Равнодействующие активного давления несвязного грунта , , действующие на стенку составляют

тс

Равнодействующая активного давления грунта с учетом сцепления с внешней стороны, действующего на стенку определяется как совокупность сил

Равнодействующая активного давления грунта составит

Равнодействующая сцепления шпунта с грунтом с внешней стороны составит

Момент от действия опрокидывающих сил , , , , относительно точки «О»:

Удерживающая сила: , принимается с коэффициентом надежности по нагрузке .

¾ равнодействующая пассивного давления грунта с учетом сцепления со стороны котлована, действующего на стенку.

В связи со сложной формой эпюрой пассивного давления, разбиваем её на простые фигуры (треугольники и прямоугольник), у которых просто определять площадь и центр приложения равнодействующих сил. Получаем

¾ равнодействующая пассивного давления для треугольника высотой и основанием равным . Получаем

¾ равнодействующая пассивного давления для треугольника высотой 1 м и основанием равным . Получаем

¾ равнодействующая пассивного давления для прямоугольника высотой м и основанием равным . Получаем

Момент от действия удерживающей силы относительно точки «О»:

После подстановки величин моментов удерживающих и опрокидывающих сил в уравнение устойчивости, получаем неравенство:

Неравенство выполняется при м.

В рассмотренном случае, при глубине котлована 6.5 м, требуется заглубление стенки не менее 5.3 м. Рассмотрим возможность сократить величину погружения шпунта ¾ постановкой распорки внутри шпунтового ограждения.

Условия сооружения шпунтового ограждения прежние.

Распорку установим на глубине м от РУВ.

СХЕМА 2: принимаем к расчету шпунтовую стенку с одним ярусом крепления. Учитываем сцепление шпунта с грунтом (рис. 5.2, Б и В).

Значения действующих опрокидывающих и удерживающих сил будем принимать равными из схемы 1 (рис. 5.2, А).

Уравнение устойчивости:

(относительно точки «О»)

¾ момент опрокидывающих сил относительно точки «О»

¾ момент удерживающих сил относительно точки «О»

¾ коэффициент условия работы,

¾ коэффициент надежности по назначению,

Рассматриваем устойчивость стенки против опрокидывания поворотом стенки относительно оси, расположенной в месте установки распорки (точка «О» на рис. 5.2, Б).

Момент от действия опрокидывающих сил , , , , относительно точки «О»:

Момент от действия удерживающей силы относительно точки «О»:

Неравенство выполняется при м.

Минимальная глубина погружения шпунта с одним ярусом крепления по схеме 2 составляет 1.1 м.

Таким образом, постановкой распорки можно уменьшить глубину погружения шпунта.

Расчет на прочность по схеме 2 (рис. 5.2, В).

Расчет на прочность стенки с распорным креплением.

Уравнение прочности:

В расчете рассматривается 1 пог.м. поперечного сечения шпунта. Расчет выполняется по максимальному моменту, действующему в шпунте на 1 пог.м.

¾ момент сопротивления 1 пог.м. поперечного сечения шпунтовой стенки.

¾ расчетное сопротивление металла изгибу по пределу текучести (по СНиП 2.05.03-84*).

При марке стали 15ХСНД расчетное сопротивление изгибу кгс/см2.

Рассматриваем балку на двух опорах с расчетным пролетом (рис. 5.2, В): опоры поставлены в месте установки распорки крепления (точка «О») и на половине глубины погружения шпунта (точка «В»). Длина расчетного пролета составляет

Давление воды и грунта, действующие на стенку ниже глубины , не учитывают. Изгибающий момент в сечении стенки, расположенном в пролете, допускается принимать равным:

0.75 ¾ коэффициент, учитывающий перераспределение давления грунта

Опорные реакции и определены от действующих сил (рис. 5.2, В).

тс тс

Максимальный действующий на стенку момент определим методом сечений.

тсм тсм тсм

Максимальный момент получен в точке 1:

тсм.

Находим требуемый момент сопротивления пог.м. стенки

см3

По требуемому моменту сопротивления выбираем по сортаменту тип шпунта с ближайшим большим моментом сопротивления:

шпунт ШК-2 с см3

Проверка выполняется.

Расчет распорки. Расчет распорки в точке О.

Давление стенки на распорку определяем по формуле

¾ интенсивность давления грунта на стенку.

Поскольку при расчетах распорки на устойчивость принимается 1 пог.м. ширины стенки, интенсивность давления определяется по формуле

тс/п.м.

, ¾ пролеты обвязки слева и справа от рассматриваемой распорки.

Примем м, тогда

тс.

В качестве распорки принимаем бревно Æ22 см ( см2) и м.

Имеем уравнение прочности

¾ коэффициент, учитывающий понижение расчетного сопротивления для древесины сосны 2го сорта,

¾ расчетное сопротивление изгибу элементов из бревен естественной коничности, кгс/см2

¾ коэффициент продольного изгиба.

Для определения вычисляем гибкость

Коэффициент продольного изгиба

Получаем

Проверка выполняется.

Таким образом,

· шпунтовое ограждение рекомендовано устраивать с одним ярусом крепления из шпунта ШК-2, забиваемого на глубину 1.1 м

· распорки из бревна Æ 22 см рекомендовано устанавливать на глубине 1.5 м от РУВ с шагом между ними 2.5 м.

Пример 3

Расчет шпунтового ограждения котлована пример