3. Статический расчет экранированного больвер-ка с учетом деформаций

3.1. Боковое давление с неоднородными элементами в грунте

Одиночные вертикальные или наклонные сваи прорезают призму обрушения грунта за стенкой и воспринимают на себя часть бокового давления грунта (экранируют), уменьшая тем самым давление грунта на лицевую стенку.

Считается, что между сваями продольного ряда за счет трения грунта о сваи образуются в плане грунтовые своды. Они для упрощения заменены зубчатой поверхностью (рис. 3.1б). Эти своды воспринимают боковое давление грунта, расположенного позади сводов, и передают его на сваи. На шпунтовую стенку действует в полной мере только давление грунта, находящегося между самой стенкой и грунтовыми сводами продольного ряда свай. Для расчетов сводчатая поверхность заменяется условной вертикальной экранирующей плоскостью DE (рис. 3.1а). Положение экранирующей плоскости определяется, как правило, с помощью графических построений (рис. 3.1а и б).

Если сечения свай известны, то экранирующая плоскость DE проводится позади свай на расстоянии b/2 от их передней грани, где b – высота зубцов, условно заменяющих грунтовые своды. Линии этих зубцов проводятся так, чтобы они касались контуров сечений свай и составляли угол φ грунта с нормалями к оси свайного ряда.

Если известен только шаг свай, то боковые стороны зубцов проводятся через центры сечений свай. Экранирующая плоскость принимается на расстоянии с/3 от оси продольного свайного ряда, где с – высота зубцов в данном случае. Эпюра давления грунта засыпки на шпунтовую стенку строится с учетом положения экранирующей плоскости.

Грунт засыпки между шпунтовой стенкой и экранирующей плоскостью находится в условиях, аналогичных состоянию сыпучего тела в плоском силосе.

Рис. 3.1. Схемы построения эпюр силосного давления грунта на лицевую стенку (а) и (б) и дополнительного экранирующего давления от нагрузки за свайным рядом (в).

В графическом расчете силосного давления из точки D пересечения экранирующей плоскости с ростверком проводится (под углом 45° – 05 φ к вертикали) линия обрушения грунта DB до пересечения с расчетной плоскостью стенки (рис. 3.1а). Давление грунта на участке АВ стенки нарастает по линейному закону. Ордината эпюры давления в точке В

σ_а1 = γ h₁ λ_а.

Ниже точки В интенсивность давления грунта остается постоянной σ_а1.

При учете деформации стенки λ_а заменяется l(d).

σ_сил = γh l(d), 0 < h < h₁; σ_сил = const, h ≥ h₁ = ltg(45°– 0.5φ°) (3.1)

Боковое давление на шпунт складывается из силосного давления σ_сил (3.1) в зоне 1 и дополнительного давления от экранирующего свайного ряда σ_эк. Оно равно разности внешнего давления от зоны 2 и обратного силосного давления на экранирующую плоскость грунта в зоне 1с учетом множителя К_р (рис. 3.1).

σ_шп = σ_сил + σ_эк (3.2)

Давление на шпунт от зоны 2 находится с учетом влияния шага свай

σ_эк = К_р σ_р = (n – d)/n)(2l₁ /l)σ_р, (3.3)

где σ_р = (σ – σ_сил ) – результирующее давление в плоскости, проходящей через экранирующие сваи; σ = (q + γh)l_а – боковое давление на свайный ряд (рис. 3.1в); n – шаг свай; l = b +2с·tgφ – зона распределения результирующей нагрузки между сваями участка b на шпунтовую стенку; l₁ = с·tg φ – зона частичного распределения результирующей нагрузки за сваями на шпунтовую стенку, (рис. 3.1); d– диаметр экранирующей сваи.

Боковое давление на свайный ряд есть разность давлений, рис. 3.3

σ_р = (σ – σ_сил ),

где σ_сил – силосное давление, действующее на шпунт и на свайный ряд.

Разгрузочное влияние выступающей плиты на свайном ряде определя-ется двумя прямыми. Первая прямая под углом φ к горизонтали опреде-ляет максимальное значение разгрузочного влияния (рис. 3.2, а и в). Вторая прямая под углом а = 45⁰ – 0,5φ к вертикали соответствует прекращение разгрузочного влияния, поэтому боковое давление считается от поверхности грунта с нагрузкой.

Влияние шага свайного ряда. При n → а, b = 0 множитель К_р→0 давление полностью воспринимается свайным рядом, поэтому σ_эк = 0; при а → 0 множитель К_р→1 силосное давление отсутствует σ_сил = 0, поэтому σ_шп = σ;

Влияние расстояния свайного ряда от стенки. При расстоянии с → 0 силосное давление отсутствует, поэтому имеем σ¹_шп → σ, где σ¹_шп – шпунтовая стенка повышенной жесткости. При с → ∞ соответственно l→ ∞, имеем так же σ_эк→ 0;