3.2.2. Расчет и конструирование днища сооружения и анкерных (распорных) элементов

Железобетонное днище прямоугольного подземного сооружения рассчитывают как балочную плиту пролетом равным ширине здания – В и опирающуюся на продольные ограждающие стены. Плита днища нагружается гидростатическим давлением грунта - , которое обусловлено подъемом уровня грунтовой воды до глубины от дневной поверхности h₁/2 (согласно заданию). При расчетах принимают расчетную ширину плиты - 1,0 м, класс бетона В15, класс арматуры А400.

Гидростатическое давление на днище определяют по формуле (19). Расчетная схема балочной плиты днища и эпюры усилий (M и Q) приведены на рис. 3.

Максимальный изгибающий момент в балочной плите днища вычисляют по формуле (20).

Конструктивный расчет балочной плиты производят как изгибаемого железобетонного элемента на действие установленного изгибающего максимального момента, с учетом требований СНиП [3] и [4] и “Пособия по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101-2003)” [4].

Верхняя опора ограждающей несущей стены подземного сооружения, согласно задания, выполняется в виде распорного устройства (при В<15,0м) или в виде анкерного крепления (при В > 15,0 м).

Распорное устройство рассчитывают на центральное сжатие от опорных реакций в верхней опоре (с двух сторон).

Порядок расчета распорных элементов:

- назначают шаг распорных элементов вдоль здания с учетом технологии разработки грунта в ядре сооружения;

- определяют сжимающие усилия в распорном элементе;

- выполняют конструктивный расчет распорных элементов с учетом способа крепления распорки к ограждающей стене и её гибкости [СНиП II-23-81 «Стальные конструкции»].

В качестве распорок применяют стальные трубы, прокатные профили, замкнутые сварные элементы и т. д.

Анкерные крепления в верхней опоре при ширине подземного сооружения В>15,0 м устраивают в виде бурового грунтового анкера. Вид грунтового анкера назначают в зависимости от вида и состояния грунта. В плотных грунтах (не поддающихся инъецированию) применяют два вида буровых анкеров: цилиндрический и с уширением в нижней части анкера.

В песчаных и макропористых лессовых грунтах устраивают инъекционные анкеры.

Выбирая длину анкеров исходят из следующих условий:

- рабочую часть анкера (корень) располагают за призмой обрушения массива грунта;

- расчетное усилие анкера должно быть обеспечено его несущей способностью.

Несущую способность буровых анкеров определяют приближенным способом, исходя из условия:

, (21)

где - расчетная нагрузка на анкер определяемая как опорная реакция в верхней опоре, при расчете ограждающей стены;

- несущая способность анкера.

Расчетные схемы трех видов грунтовых анкеров приведены на рис. 5.

Рис. 5. Расчетные схемы грунтовых анкеров: а – бурового цилиндрического анкера; б – бурового анкера с уширением; в – инъекционного анкера

Несущая способность бурового цилиндрического анкера (рис. 5, а) определяется расчетным сопротивлением грунта на боковой поверхности - , которая определяется по формуле:

, (22)

где k - коэффициент однородности грунта, равный 0,6; m - коэффициент условной работы, принимаемый по приложению 5; - периметр рабочей части анкера или инъекционной зоны, определяемый по диаметру D₀ (см. рис. 5); - нормативное сопротивление грунта по боковой поверхности, принимаемое в соответствии со СНиП 2.02.03-85, приведенное в приложении; - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью рабочей части анкера.

Несущую способность бурового анкера с уширением (рис. 5, б) определяется суммой расчетных сопротивлений грунта по боковой (Р_б) и лобовой (Р_лоб) поверхностям:

Несущая способность грунта основания по лобовой поверхности анкера определяется по формуле:

(23)

где и - см. выше; А, В - безразмерные коэффициенты, принимаемые в зависимости от нормативного значения угла внутреннего трения грунта в рабочей части (прилегающего к лобовой поверхности уширения); приведены в приложении 6; сⁿ - нормативное значение удельного сцепления грунта в рабочей зоне анкера (согласно заданию); - объёмная масса грунта; h - глубина заложения центра уширения от дневной поверхности (от планировочной отметки); F - рабочая площадь уширения, за вычетом площади сечения тяги.

Несущая способность инъекционного анкера (рис. 5, в) определяется суммой расчётных сопротивлений грунта по боковой и лобовой ( ) поверхностям. При этом длина рабочей части анкера задаётся, а расчётный радиус рабочей части определяется по формуле:

(24)

где V - объём закачанного раствора; ε - коэффициент пористости грунта;

L - длина рабочей зоны.

Установив радиус рабочей части R по формулам (22) и (23) определяют несущую способность инъекционного анкера, просуммировав

.