Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






У.4. РАСЧЕТ ШПУНТОВЫХ ОГРАЖДЕНИЙ




Шпунтовые ограждения рассчитывают на прочность и устойчивость положения (первая группа предельных состояний). Глубина забив­ки шпунтовых стен в несвязные грунты должна быть проверена по формулам (У.1) на устойчивость грунта против его выпора в кот­лован.

При расчете шпунтовых ограждений необходимо проверять их устойчивость и прочность не только в полностью вырытом кот­ловане, но и в промежуточных .производственных стадиях. Так, рас­чет ограждения, показанного на рис. У.17,необходимо выполнить на следующие случаи:

1) вода удалена ниже крепления / на 0,75—1 м;

2) поставлено крепление /, вода и грунт удалены ниже крепле­ния // на 0,75—1 м;

3) поставлены крепления / и II, грунт и вода удалены ниже крепления /// на 0,75—1 м;

4) поставлены крепления I, II и III, грунт и вода удалены до проектной отметки дна котлована.

Основная нагрузка, действующая на крепления — боковое дав­ление грунта. Так как крепление рассчитывают в предельном со­стоянии, когда оно может иметь достаточно большие перемещения, то давления грунта могут быть найдены исходя из теории Кулона при плоских поверхностях скольжения призм обрушения. На ограж­дающие конструкции грунт развивает два вида давлений — актив­ное и пассивное.

Активное давление возникает, когда ограждение перемещается от грунта. При этом поверхность грунта проседает. Пассивное дав­ление развивается при перемещении ограждения в сторону грунта и сопровождается его выпором.

Боковое давление грунта создается его весом и вертикальной нагрузкой, расположенной на призме обрушения.

При откачке воды из котлована возникает также горизонталь­ное давление воды.

В табл. У.З приведены формулы актив­ного и пассивного давлений для наиболее простых случаев' расчета ограждений.

 

 

— —     2    
      Л    
/„'У7/л: ■■'.".-./Ч!
      Ш    
           
  V/. УА :'7К>;  

Если грунты разнородны, но у, ц> и с раз­личаются не более чем на 20%, то грунт можно считать однородным с характеристи­ками:

где уг, фг, сг- — характеристики 1-го слоя;

кг — МОЩНОСТЬ 1-ГО СЛОЯ.

Рис. У.17. Схема к расче­ту шпунтового крепления с тремя (/—///) распор­ками

1 Более сложные схемы нагрузок приведены в справочнике «Строительство мостов и труб»/Под ред. В. С. Кириллова. М., Транспорт, 1975, с. 110—121.


&т.

Если это условие не соблюдено, то давление на ограждение огь ределяется для каждого слоя грунта отдельно, рассматривая выше расположенные слои как вертикальную нагрузку.



Нагрузка д на призме обрушения от складирования материа­лов, возможной отсыпки грунта и пр. принимается не менее 1 тс/м2. Нагрузку от строительного оборудования', расположен-ного на призме обрушения, условно можно заменить равномерно р астр едел енной интенсивностью

О

где О — вес оборудования;

Р — площадь, ограниченная контуром оборудования в плане.

При расчете распорных креплений, кроме горизонтальных дав­лений, нужно учитывать вертикальные давления от собственного веса креплений и веса расположенного на них оборудования. По­следнее принимается не менее 50 кгс/м2 для верхнего яруса креп­ления .и 25 кгс/м2 для нижних ярусов.

Перечисленные нагрузки учитывают в расчетах с коэффициен­тами перегрузок, приведенными в табл. У.4. Коэффициент пере­грузки для пассивного давления грунта во всех случаях «2=0,8. В основные сочетания входят нагрузки, возникающие после удале­ния грунта и воды до проектной отметки дна котлована. Дополни­тельные сочетания соответствуют промежуточным стадиям работ: установке распорных креплений при разработке котлована и ча­стичной откачке воды, а также удалении креплений в процессе кладки фундамента.

Расчет шпунтовых стенок на устойчивость положения в общем виде производится по формуле

Л*опр < тМуд.

Коэффициент условия работы т зависит от типа ограждения и гидрогеологических условий. Для свободно стоящих стенок во всех случаях т=0,95.

Для стенок с одним и более ярусом креплений, погруженных в несвязные грунты, коэффициент т принимается по графику (рис. У.18) в зависимости от параметров



Игр = —гг или 1*в=-7Г.
И л

При погружении шпунта в несвязные грунты и при частичной откачке воды на глубину не более 0,25 Н в акватории и 0,25 Яв на местности, не покрытой водой, коэффициент т=0,95.

1 Более точно давление на грунт от расположенных на нем строительных ма­шин — см. в справочнике «Строительство мостов и труб»/Под ред. В. С. Кирил­лова. М, Транспорт, 1975, с. 115—116.


Номер расчет­ного случая


Характеристика расчетного случая

Активное давление

Несвязный грунт влажный (V, ?)

Несвязный грунт водонасы-щенный (Увзв. <р)

На глубину А несвязный грунт влажный (V', у'), ниже водо-насыщенный

СУвзв> Ч")

Связный грунт (у, <у, с)

На глубину А несвязный водо-насыщенный грунт (увзв, ?'), ниже связный грунт (V",?", с)


 

\ у* I '

Схема и эпюра давлений

 

  \
; /—  
А  
г  
/  
/  
/  
/__  

 

 

     
  /  
    Рг-
     
_    
     
   
   
   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ш~ Т'Ь     &,
  /   \ *  
•^  
■ -   /  
  р:4  
/  
1+г  
  У  
  / /  
>    
/ /  
/ /  
    . ^ ,

I

X

\ ~*~Рг

Й

р{'


Таблица У.З

Формула давлений на единицу площади ограждения

Рд = дК\ Рг=Угу111

Рд = ЯК< Рг — Увзв^а + гут

Если 0 < г < А, то р = ц\'^, Рг = гу'г К-

Если 0 < г', то р" = (д + у'к)Х^;

Рг' = У™г'^1 + г'Ч™

К —------ —\ Рд — «''•а;

Рг=У{г—кс)1а

Если 0 < г < А, то рд = д^-а»

Рг= Ував^ + гуто.

Если 0 < г', то кс-

у" УК'

рг,= У'(г'-Ьс


Продолжение табл. У.З


Продолжение табл. У.З


 


Номер расчет­ного случая


Характеристика расчетного случая


Схема и эпюра давлений


Формула давлений на единицу площади ограждения


Номер расчет­ного случая


X арактеристика расчетного случая


Схема и эпюра давлений


Формула давлений на единицу площади ограждения


 


                       
   
     
     
       
 
       
 
   
 
 
 


 

На глубину Л связный грунт (V', ?', с), ниже несвязный водо-насыщенный ГРУНТ (увзь, <?")

Несвязный водонасыщен-

НЫЙ ГруНТ (Увзв,

у), сверху слой воды толщиной


 

 

 

 

ч      
■$     N 'РгП
   
  м   {!^-А
/    
    //  
  1  
/ /    


Если 0 < г < й, то Лс =--------------- —;

У УК

Рд = 9К' Р* = V кс) 1'а у'. Если 0 < г', то р"д = (д + Ну') Х^';

Если 0 < г < Л„, то рг —. квут. Если 0 < г', то рх, = упзв-г'Аа +


Пассивное

давление

Несвязный водонасыщен-

НЫЙ грунт (Увзв,

Связный грунт (у, ?, с)


 

>  
«'•■■""I > 5±3  
<] "| Рт.^1  
   
о ? 1/  
Я /  
^1 /  
у /  
Я /  
у /  
  &,

Рг = Увзв-^п + *Уъ

рс=2сУ~кп; рг= гуг1„


 


                       
   
     
       
   
 
   
   
 
 
 



Связный грунт (у, % с), сверху слой во­ды толщиной в


Если 0 < г < Нв, то /7г= Л„уа


Если 0 < г', то кс = -----------------

/V = ЛвУаУда Рг, = У (2' — Нс) 1а


На глубину ки вода, на глуби­ну к несвязный водонасыщен-ный грунт (увзв,

у'), ниже связ­ный грунт (у", Г, с)


Если 0 < г < Ав, то рг= гуш. Если 0 < г' < А, то рг, = увзв -гАп+

+ (-г' +К)У-ш-Если 0 < г", то рс=2с ]/{*";

/V = (Увзв Л + *?» + ЛвУш) О


 


На глубину к несвязный водо-насыщенный грунт (увзв, ?'), ниже связный грунт (у",?", с), сверху слой во­ды толщиной кв


■&УВ


Если 0 < г < Лв, то рг = г-уи,. Если 0 < г' < Л, то

Рг' = У'взв2'К + (ЬВ + 2')Уи,-


Если 0 < г", то Лс =---------------- —;

V у а;

Л? = СувЗВ А + ЛУш + АпУи,) Ха; ■ /^ = \-"(*"-Ас)Х;


Примечания: 1. В пассивном давлении при связном грунте сцепление с учиты­вается полностью только с глубины 1 м от его поверхности.

2. В таблице приняты следующие обозначения: д—равномерно распределенная на­
грузка на призме обрушения, тс/м2; V — нормативный объемный вес грунта, тс/м3; ■увЗВ
то же, взвешенного водой, тс/м3; ф — нормативный угол внутреннего трения грунта, град;
с — нормативное удельное сцепление грунта, тс/м2; Ь& — коэффициент активного давления
Ха =182 (45°—0,5ф); ?ьп— коэффициент пассивного давления ?ьп=1е2 (45°+0,5ф); » —длина

призмы обрушения для глубины г от поверхности грунта 1=г1д (45°—0,5ф).

3. Объемный вес воды Уш~1 тс/м3.


 




 


 


 


Таблица V.'

 

 

  Обозначение коэффициента Коэффициент перегрузки п 1 при сочетаниях нагрузок
Нагрузка основных дополнитель­ных
Давление воды Горизонтальное (активное) давле­ние грунта Вес крепления Нагрузка на креплениях «3 1,0 1,2 1,2 1,3 1,0 1,0 1,2 1,3

Здесь Л4опр — опрокидывающий момент; ■Муд — удерживающий момент; т — коэффициент условия работы; Н — глубина котлована; Ягр — расстояние от дна котлована до поверхности дна акватории; Нв — то же, до уровня грунтовых вод на местности не покрытой водой.

При погружении шпунта в водоупор или в связные грунты т=0,95.

Шпунтовые ограждения на прочность рассчитывают по общим правилам сопротивления материалов с делением расчетных сопро­тивлений на коэффициент надежности к„:

При расчете ограждений на акватории......................................... кн=1,1

щ т 1,1 1,0 0,3 0,8 0,7 0, В 0,5
Рис. \М8. Графики коэффициента т для ограждений: а — на местности, покрытой водой; б — то же, непокрытой водой. Пунктирной ли­нией дана т для стенок с двумя и более ярусами креплений, сплошной — с одним ярусом
5)

 

 

т 1,05 1,00 035          
         
         

При расчете в остальных случаях................................................. кн=1

 

ч ч    
  ^ч. \ ^ ™=/
      ч ч   ч
\       N
Мгр^О^ ч    
ч       О
         
25
0,1 0,4 0,6 0,8 р.$
15 10

30 35 %


Расчетные сопротивления материалов назначают по нормам на временные сооружения.

При расчете шпунтин типа ШК и Ларсен, погруженных в сла­бые грунты, момент сопротивления их поперечных сечений прини­мается: с коэффициентом 0,7 при обвязках, неприкрепленных к шпунтинам, и коэффициентом 0,8 при обвязках, прикрепленных к шпунтинам (этим учитывают возможность смещения шпунтин в замках).

Б расчетном отношении шпунтовые ограждения представляют собой достаточно сложные конструкции. Взаимодействие шпунтов с грунтом, во многом зависящее от схемы ограждения и ряда дру­гих факторов, теоретически изучено еще недостаточно. Поэтому при проектировании фундаментов находят применение различные приближенные методы.

Б транспортном строительстве приняты следующие способы расчета.

В зависимости от конструкции крепления стенки могут быть без креплений, с одним, двумя и более ярусами креплений. Кроме этого, шпунтовое ограждение может быть расположено на сухой местности, например на пойме реки- и на акватории — в русле ре­ки. Весьма часто (см. п. У.9) на дно вырытого котлована уклады­вают водозащитную бетонную подушку — тампонажный слой, из­меняющий условия работы шпунта. Все эти схемы имеют свои осо­бенности расчета.

Расчет шпунтовой стенки без креплений. Стенка без креплений (рис. У.19, а) под действием левых активных сил стремится повер­нуться вокруг точки О, расположенной на расстоянии А) от дна котлована. От вращения стенка удерживается пассивным сопро­тивлением грунта. Величину и определяют из уравнения устойчи­вости на опрокидывание относительно точки О. При этом в расчете условно учитывают только силы, расположенные выше О. Величи­на М находится по формуле

при Е° + 2# = 0, р'и = р„— ра, где Еа — пассивное давление грунта, расположенного ниже точки О;

НЕ — алгебраическая сумма всех горизонтальных сил, расположенных выше

точки О; Рп — разность ординат эпюр пассивного рп и активного ра давлений грун­та на уровне точки О. В приближенных расчетах можно принимать Д^=15-=-20% от г0. Полная глубина I забивки шпунта ниже дна котлована будет

В качестве примера рассмотрим расчет стенки в несвязных грунтах без креплений (см. рис. У.19, а). Имеем: давление воды

е'в= 0,5//^; К = Н^0уш;



.1
Рис. У.19. Схемы к расчету стенки без креплений

 

1------ у         Т
' 1   0     |\
Рп -*1 -^ Ра

активные давления грунта:

Е'а = 0,5 (я- //в)2ухаь е& = (яЕ + г0) (Я- яв) уиЛл;

Еа = 0,5(Яв + *0)2

Е9= ч (Я +.адХая1; пассивное давление грунта

Е„=0,5^увзвХ„Л2

(коэффициенты перегрузки— «1 и п2 — см. табл. У.4). Уравнение устойчивости на опрокидывание

ЬЯВ0 +

(^) + ^ + <(-^ + ».+<о)

» Яв + ^о - Яв + ^о _Л[±<о. д ±

а 2 а 3 д 2 3

где т — коэффициент условия работы.

Это уравнение будет третьей степени относительно ^о, его проще всего решать графически или методом последовательных прибли­жений.


Величину Еп находят из уравнения

Е° + К + К + К + К + К + Еч - Е« = о •

а величину р„ из выражения

р'„ = Рп~ Ра = + V — Яв) + Увзв (Яв + *0)] Хп«2 — Увзв*0Ха"1 ■

При связных грунтах активные и пассивные давления вычисля­ются с учетом сил сцепления с. Расчет ведется по двум схемам:

Схема 1. Стенка сместилась в сторону котлована, и вода про­никла до глубины 0,8(#гр-Ио). В этом случае вместо активного давления связного грунта действует давление воды (см. рис.. У.19, б).

Сх е м а 2. Смещение стенки отсутствует. При вычислении ак­тивного давления связного грунта вышележащий грунт и вода слу­жат вертикальной нагрузкой на его кровлю (рис. У.19, в). В обоих случаях расчет ведется по формулам, аналогичным приведенным выше.

Если при несвязных грунтах на дно котлована уложена тампо-нажная подушка, то нужно рассмотреть две стадии производства работ.

1. Котлован вырыт до низа подушки, и уровень воды в котло­ване понижен, но не более чем на 25% глубины до откачки. Расчет ведется аналогично рассмотренному примеру.

2. Вода из котлована удалена полностью и шпунт стремится повернуться вокруг точки О, расположенной на 0,5 м ниже верха подушки (рис. У.20). В этой стадии расчет ведется следующим образом.

Силы, действующие на стенку:

<= 0,5Н2\ш; Ев = ту^;Е1= 0,5увзвЯ2рХащ; Ё'а = (а + 0,5) ({— а) уп Взв>-а«1;

^3 = 0,5 (^ — *02увзвХаЛ1.;

Е„= ^гр^Увзв^пВД

е; =0,5^3^2

при Упвзв= Уб — Уш>

где у га — объемный вес воды, равный 1;

Упвзв — объемный вес подушки за вычетом гидростатического давления воды; уе — объемный вес бетона подушки.

Уравнение устойчивости на опрокидывание

в 3 + а 3 + а 2 + а 3 ~


а)
& УВ

Из этого уравнения определи*

"У ют величину I.

Изгибающие моменты для расчета прочности шпунтин нахо-дят, рассматривая последователь­но равновесие верхних отсекае­мых частей стенки. Прочность ~: проверяют по наибольшему изги­бающему моменту.

Расчет шпунтовой стенки с од-

_:: ним ярусом креплений. Стенка с

одним ярусом креплений стремит-

Рис. У.20. Схема к расчету стенки СЯ повернуться вокруг ТОЧКИ О

при тампонажной подушке (рис. У.21, а). Заглубление I

шпунта ниже дна котлована на­ходят из уравнения устойчивости относительно точки О. Для несвязного грунта имеем:

Е;=о,5(Я-Яв)2уХащ; Е\ = (Я + Яр - Яв) (Яв + 0 уХ.щ;

<=о,5(яв + о2Увзв^ап1;

Ев = О ,5Я* уш; Е"в = 0,5<Лву.;

Е"п = 0,5*2увЗВХпП2.

(пассивное давление ь'п учитывают в размере не более 60%). Уравнение устойчивости

.)+<(„+*=*)+

/2 я ( 2 — Яр

Е'а — (Я - Яв) + Еа+ —^-в

+ Е1

ЗЯ—Я

Аналогично определяют глубину I забивки шпунта до укладки тампонажной подушки в затопленном котловане. При этом для установки крепления уровень воды в котловане снижают на глу­бину не менее 1 м.

В связных грунтах так же, как 'и в стенке без креплений, рас­сматривают два случая: 1) вода проникла на глубину 0,51 ниже дна котлована; 2) смещение стенки отсутствует.

Изгибающие моменты и усилия в элементах крепления опреде­ляют, рассматривая стенку как однопролетную балку, свободно опертую вверху на крепление, а внизу на условную опору, распо­ложенную на глубине 0,5/ от дна котлована. При тампонажной по­душке нижнюю опору располагают на глубине 0,5 м от верха по-


Рис. У.21. К расчету стенки с креплениями

душки. Расчетными нагрузками в этих расчетах являются только активное давление грунта и воды, причем нагрузки, действующие ниже нижней опоры, не учитываются.

Расчет шпунтовой стенки с многоярусным креплением. Опро­кидывание стенки возможно только тогда, когда распорные креп­ления не способны воспринимать растягивающих усилий и стенка вращается вокруг нижнего яруса креплений (рис. У.21,б). Силы, действующие на стенку:

Е'в = 0,буи, (Я — Яр)2; [Е"в = (Я- Яр) Яру,,;

Ев=0,5И1уш; Е™= Н(уш;

Е'а = гр — Яр) ({ + Яр) увзвХаП1; Е"а = 0,5 (* + Яр)2 увзвХащ.

Е;= 0,6-0,5 (Ягр— Яр)2увзвХпп2; <= 0,5^ув3вхпп2

(пассивное давление грунта Е'п, действующее выше точки О, учи­тывают в размере 60%).

Глубину I забивки шпунта находят из уравнения устойчивости стенки

+ Еп—Нр + Еа- 2

mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2018 год. (0.029 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал