Вопрос 11 - Расчет устойчивости подпорных стенок

Ограждающие конструкции предназначены для того, чтобы удерживать от обрушения находящийся за ними грунтовый массив.

Рисунок 27 – Примеры конструкций подпорных стенок:

а) массивной;

б) тонкостенной;

в) то же, заделанной в основание

Характерным примером ограждающей конструкции является подпорная стенка – конструкция, широко применяющаяся в дорожном, промышленном и других областях строительства (Рисунок 27).

Расчет устойчивости подпорных стенок выполняют в плоской постановке. По конструктивному исполнению различают массивные (или гравитационные) и тонкостенные подпорные стенки.

По характеру ограждающие конструкции делят на жесткие и гибкие. К жестким относят конструкции, которые под действием давления грунта практически не сжимаются. Гибкие подпорные стенки выполняют из шпунта, их называют шпунтовыми стенками. При воздействии нагрузки они изгибаются и характер эпюры давлений грунта на стенку зависит от ее деформаций. В дорожном строительстве наибольшее применение получили жесткие подпорные стенки.

Расчет устойчивости подпорных стенок при соответствующих кинематических схемах (активное давление на разного вида поверхности стенок: при равномерно распределенной нагрузке, при местной нагрузке, для случая засыпки связным грунтом; а также пассивное давление на стенку) производят на плоский сдвиг, глубинный сдвиг и опрокидывание. Расчеты производят аналогично изложенным в лекции № 6 при расчете устойчивости фундаментов.

Необходимо иметь в виду, что в этих расчетах активное давление всегда относится к группе сдвигающих воздействий, а пассивное – к группе удерживающих воздействий на подпорную стенку.

Вопрос 12 - Длительная устойчивость откосов, склонов и удерживающих конструкций

Грунты являются реологической средой. Снижение прочности грунтов во времени приводит к постепенному уменьшению устойчивости массивов горных пород и оснований сооружений.

Известно много случаев, когда стоявшие незыблемо откосы и склоны, казалось бы, без видимых причин вдруг переходили в интенсивное движение и теряли устойчивость. История содержит много фактов катастрофических последствий оползней.

Деление склонов на устойчивые и неустойчивые условно. Устойчивый в настоящий момент времени склон может перейти в неустойчивое состояние в течение определенного времени.

Следует отметить, что наблюдаемое медленное движение оползневого склона не обязательно должно заканчиваться полной потерей устойчивости с переходом к катастрофической фазе. Подавляющее большинство склонов и откосов (до 90 %) многие десятилетия могут находиться в фазе глубинной ползучести, не переходя в катастрофическую фазу.

Это не означает, что такие склоны безопасны. Под воздействием медленно движущихся оползневых склонов и откосов деформируются и выходят из строя сооружения, возводимые на склонах: железные и автомобильные дороги, газопроводы, подпорные стены, опоры мостов и т. д. Характерным примером здесь может являться левобережный склон р. Москвы, служащий упором метромоста.

При оценке длительной устойчивости откосов и склонов возникают две проблемы. Первая – оценить устойчивость на заданный период времени, то есть произвести расчет по первой группе предельных состояний с учетом реологических свойств грунтов (длительная прочность и т. д.) и изменения других обстоятельств и ответить на вопрос, когда (или никогда) склон перейдет в неустойчивое состояние. Вторая – прогнозировать скорости и величины оползневых смещений на заданный период времени в соответствии с положениями расчетов по второй группе предельных состояний. Современное состояние науки и экспериментальной практики позволяет теоретически решать указанные выше проблемы.

Крайне важным в этой проблеме является тщательный анализ инженерно-геологической ситуации, опыт наблюдения за динамикой развития оползневых процессов в сходных геологических условиях региона. В ответственных случаях необходимо проводить натурные наблюдения и применять экстренные инженерные мероприятия по предотвращению потери устойчивости.

В качестве ограждающих конструкций на оползневых склонах, территориях набережных часто использовались подпорные стенки гравитационного типа. В последнее время все чаще применяют конструкции из буронабивных свай и столбов, заделанных в коренные породы.

Поскольку подпорные конструкции служат для поддержки в равновесии потенциально неустойчивых откосов грунтов, описанные выше реологические процессы могут проявиться в изменении условий взаимодействия подпорной конструкции и грунтового массива. Взаимодействие грунтов засыпки, медленно движущихся оползневых масс с ограждающими и противооползневыми конструкциями носит сложный пространственно-временной характер.

Известны примеры длительных смещений береговых устоев мостов, подпорных сооружений на авто- и железнодорожных магистралях, на гидротехнических объектах. Скорость смещений может быть разной от 5…6 мм в год в начале развития до 500 мм в год перед разрушением.

Количественная оценка этих процессов может быть выполнена с двух позиций. Первая - оценить длительную устойчивость ограждающей конструкции, взаимодействующей с нагружающим массивом (грунт засыпки, оползневое тело и т. д.), произведя расчет по первому предельному состоянию. Вторая - оценить величины смещений ограждающей конструкции, взаимодействующей с грунтовым массивом, то есть выполнить расчет по второму предельному состоянию.

Решением таких сложных задач занимаются специализированные организации.

Лекция № 8