3.4. Расчеты опускных сооружений на нагрузки возникающие в стадии строительства

Расчетная схема и напряжено – деформированное состояние опускных сооружений в стадии строительства значительно отличаются от стадии эксплуатации. При этом в отдельных элементах конструкции могут меняться не только величины, но и знаки усилий.

В стадии строительства производят расчеты погружаемых сооружений исходя из обеспечения следующих условий:

- погружение колодцев;

- устойчивость колодцев против всплытия;

- прочность стен колодцев.

Погружение колодцев происходит в результате преодоления сил трения стен по грунту - силой собственного веса сооружения - (иногда с пригрузкой - ). Расчет производят на момент, когда колодец опущен до проектной отметки, а грунт под ножом выбран. Тогда возможность опускания колодца проверяется по формуле:

(3.1)

При погружении колодца ярусами проверку на погружение проводят для каждого яруса.

Для колодцев погружаемых в обводненных грунтах без водоотлива с подводной разработкой грунта, собственный вес колодца принимается с учетом взвешивающего действия воды.

Погружение колодцев в тиксотропной рубашке рассчитывают по формуле:

(3.2)

где G_Т – вес тиксотропной рубашки;

Т_Н – сила трения грунта по ножу колодца;

Т_У – сила трения грунта в зоне тиксотропной рубашки (согласно [13], принимается равной нулю, Т_н = 0).

Усилие трения ножа колодца по грунту – Т_н при погружении определяют по формуле:

(3.3)

где U- наружный периметр колодце на уровне ножа;

Н_н – высота ножа;

- удельное сопротивление грунта по боковой поверхности ножевой части погружаемого колодца, определяемое по табл. 3.1 данного пособия.

Усилие трения уплотнителя по грунту Т_У при погружение колодца определяют по формуле:

(3.4)

где Н_У – высота уплотнителя;

- удельное сопротивление грунта на боковой поверхности уплотнителя (конструкцию уплотнителя см. п. 3.2) погружаемого колодца, согласно [13] принимают 2т/м² .

При вибропогружении круглых колодцев расчет их погружения ведут по формуле:

(3.5)

где -статическая нагрузка от веса вибраторов;

-динамическая нагрузка вибраторов, определяемая из выражения:

= n 0,1012 (3.6)

где n- количество вибраторов;

- угловая скорость;

-момент эксцентриков вибраторов.

Значение удельной силы трения грунтов на боковой поверхности ножевой части колодца, погружаемого в тиксотропной рубашке при различной глубине опускания ножа

Таблица 3.1

Нормативное сопротивление трения грунта на боковой поверхности стены

заглубленного здания кН/м²

Глубина от отметки планировки то рассмат- риваемой точки, м	Пески						Глинистые
	гравелистые, крупные и средней крупности			мелкие и пылеватые			суглинки и глины твердые, полутвер- дые и тугопластич- ные	супеси твердые и пластич- ные, суглинки туго – и мягко-пластичные, глины мягкоплас- тичные	супеси текучие, суглинки и глины текуче- пластичные или текучие
	плотные	средней плотности	рыхлые		плотные и средней плотности	рыхлые
10	6,0	5,3	4,7			4,3	4,7	3,3	2,0
15	7,1	6,3	5,6			5,1	6,0	4,4	2,5
20	8,2	7,3	6,5			5,9	7,3	5,5	3,0
25	9,3	8,3	7,4			6,7	8,6	6,6	3,5
30	10,4	9,3	8,3			7,5	9,9	7,7	4,0
35	11,5	10,3	9,2			8,3	11,2	8,8	4,5
40	12,6	11,3	10,1			9,1	12,5	9,9	5,0

Примечание:

Для промежуточных глубин значения определяют интерполяцией.

При применении антифрикционных износостойких покрытий (на основе лака этиноль или инденкумароновой смолы) по ножевой части колодца, сила трения уменьшается на 20-30 %, в зависимости от вида грунтов и глубины нагружения основания ножа.Выше ножа используют самосмазывающиеся покрытия на основе отходов химического производства(КО СЖК),которые снижают силу трения в зависимости от вида грунта и глубины погружения уступа выше ножа.

Общую силу трения грунтов по боковой поверхности опускных сооружений с вышеприведенными антифрикционными покрытиями определяют как сумму трения по ножевой части и выше уступа над ножом. При этом степень уменьшения силы трения с помощью покрытия по ножевой части учитывается коэффициентом ,а удельная сила трения по ножу без покрытия определяется по данным табл.3.1.Тогда сила трения по ножу с антифрикционным покрытием:

, (3.7)

(обозначения см. выше).

Выше уступа степень уменьшения силы трения путем применения покрытия учитывается коэффициентом ,а удельная сила трения по этой части боковой поверхности без покрытия ( ) по графикам института фундамент-проект (рис.3.19).

а

б

Рис.3.19.Зависимость удельной силы трения грунтов по боковой поверхности колодцев , погружаемых без снижения сил трения (гравитационных) ( ) в зависимости

от глубины опускания (H):

а - для песчаных грунтов: 1 – пески гравелистые, крупные и средние при е<0,55; 2 – то же, при 0,55<е<0,7; 3 - пески гравелистые, крупные и средние при е>0,7; пески мелкие при 0,6< е<0,75; пески пылеватые при 0,6< е<0,8; 4 – пески мелкие при е>0,75;

пески пылеватые при е>0,8

б – для глинистых грунтов: 1 – глины при JL<0,5 и суглинки при J_L <0,25; 2 – супеси, суглинки при 0,25< J_L <0,75 и глины при J_L>0,5; 3 – илы, суглинки при J_L>0,75.

Выражение для определения силы трения выше уступа:

, (3.8)

(обозначения см.выше).

Значения коэффициентов уменьшения силы трения с помощью антифрикционных покрытий и приведены в таб.3.2.

Коэффициенты уменьшения силы трения различных грунтов с помощью антифрикционных покрытий по ножевой части - и выше ножа - при погружении колодцев, в числителе К₁, в знаменателе К₂ (в т/м²).

В связи с тем что большинство опускных колодцев погружаются ниже уровня грунтовых вод, возникает необходимость обеспечения их от всплытия после устройства днища.

Таблица 3.2

Коэффициент уменьшения силы трения различных грунтов с помощью

антифрикционных покрытий при погружении колодцев

К₁- по ножевой части колодца (числитель);

К₂- выше уступа (знаменатель).

Глубина погружения основания ножа, м	Пески				Глинистые грунты
	гравелистые, крупные и средней крупности		мелкие и пылеватые		суглинки и глины твердые и полу- твердые, а также тугопла- стичные глины	супеси твердые и пластичные, суглинки туго- и мяг- копластич- ные, глины мягкопла- стичные	супеси текучие, суглинки и глины текучие и текучепла- стичные и илы текучие
	плотные	средней плотности	рыхлые плотные и средней плотности	рыхлые
1	2	3	4	5	6	7	8
10	0,8/0,8	0,75/0,75	0,7/0,72	0,68/0,7	0,72/0,54	0,67/0,46	0,67/0,43
15	0,8/0,8	0,7/0,75	0,7/0,72	0,68/0,73	0,72/0,6	0,67/0,53	0,67/0,5
20	0,8/0,8	0,75/0,75	0,7/0,75	0,68/0,75	0,72/0,66	0,67/0,6	0,67/0,56
25	0,8/0,8	0,7/0,75	0,7/0,78	0,68/0,78	0,72/0,72	0,67/0,64	0,67/0,62
30	0,8/0,8	0,75/0,75	0,7/0,8	0,68/0,8	0,72/0,8	0,67/0,73	0,67/0,69
35	0,8/0,8	0,75/0,75	0,72/0,82	0,7/0,82	0,72/0,82	0,67/0,8	0,67/0,76
40	0,8/0,8	0,75/0,75	0,72/0,82	0,7/0,82	0,72/0,85	0,67/0,85	0,67/0,8

Расчет сооружения на всплытие производят с учетом наиболее высокого уровня грунтовых вод над основанием днища колодца по формуле:

, (3.9)

где , , , - см.выше ;

- площадь днища ;

-удельный вес воды ;

Для тонкостенных колодцев ,погружаемых в тиксотропной рубашке, после опускания производят тампонаж щели рубашки цементно-песчаным раствором ,поэтому в расчетах учитывают собственный вес тампонажного слоя и силы трения на контакте грунта с материалом тампонажа, которая составляет 2т/ .Мероприятия по удержанию сооружений от всплытия рассмотрены в § 3.5.