6. Расчет шпунтовых ограждений котлованов

6.1. Общие указания

Расчет шпунтовых ограждений котлованов заключается в определении необходимой глубины забивки шпунта ниже дна котлована, а также в подборе сечений шпунта и элементов распорного крепления (распорки, обвязки). Расчеты на устойчивость и прочность шпунтового ограждения выполняют на стадии полного удаления грунта и воды из котлована, в процессе разработки котлована и установки распорных креплений, а также на стадии обратной засыпки грунта и снятия креплений.

В данном пособии рассмотрены случаи расчета шпунтового ограждения котлованов, расположенных на местности покрытой водой, при горизонтально расположенной поверхности грунта и отсутствии на призме обрушения дополнительной нагрузки в виде материалов, оборудования и транспортных средств.

В шпунтовых ограждениях, заглубленных в пески или супеси, кроме приведенных ниже расчетов, необходимо проверить глубину забивки шпунта ниже дна котлована или отметки размыва по условию исключения наплыва грунта в котлован при откачке из него воды без устройства тампонажной подушки.

• Независимо от результата расчета глубину забивки шпунта ниже дна котлована или отметки размыва следует принимать в случаях текучих и текучепластичных глин, суглинков и супесей, водонасыщенных илов, пылеватых и мелких песков не менее 2 м, а в остальных случаях – менее 1 м. В ограждениях с тампонажной подушкой глубина забивки должна быть не менее 1 м в любых грунтах кроме скальных.

Минимальную глубину забивки шпунта ниже дна котлована по условию исключения опасности наплыва грунта при откачке воды следует определять в соответствии с указаниями подразд. 6.5.

Минимальную глубину забивки шпунта (считая от дна котлована или отметки размыва) по условию обеспечения устойчивости стенок против опрокидывания, определяют на основе равенства (3.1).

• Расчетные давления воды и грунта (активного и пассивного) получают умножением нормативных давлений на коэффициенты надежности по нагрузке (перегрузки п), принимаемые по табл. 4.13. При этом для активного давления грунта принимают коэффициент перегрузки п_а = 1,2, а для пассивного – п_п = 0,8.

Не учитываемое влияние фильтрационного потока при откачке воды из котлованов, разрабатываемых в песчаных грунтах, отражено в подразд. 6.2.

При устройстве ограждения в водопроницаемых грунтах с подводной водозащитной подушкой в расчете шпунтовой стенки в стадии ее работы до бетонирования подушки учитывают гидростатическое давление, соответствующее откачке воды из котлована на глубину, необходимую для постановки яруса креплений, но не менее 1,5 м.

• Шпунтовое ограждение в водонепроницаемых грунтах (суглинок или глины), расположенных ниже горизонта воды, следует рассчитывать на горизонтальные нагрузки, соответствующие двум схемам (рис. 6.1):

в первой схеме принимают, что ниже поверхности водонепроницаемого грунта горизонтальное давление на шпунтовую стенку обусловлено только гидростатическим давлением воды, проникающей между стенкой и грунтом на глубину ;

а

б

в

Рис. 6.1. Схемы определения глубины проникания воды между шпунтовой стенкой и водонепроницаемым грунтом: а – при ограждениях, не имеющих распорных креплений; б – при ограждениях с одним ярусом креплений; в – при ограждениях с несколькими ярусами креплений

во второй схеме не предусматривают возможность проникновения воды между стенкой и водонепроницаемым грунтом и принимают, что этот грунт оказывает горизонтальное давление на стенку, будучи пригруженным сверху гидростатическим давлением, а при наличии над водонепроницаемым грунтом водопроницаемого и весом последнего; вес слоя водопроницаемого грунта, расположенного ниже горизонта воды, определяют с учетом взвешивания в воде.

В обеих схемах выше поверхности водонепроницаемого грунта учитывают горизонтальную нагрузку на стенку от гидростатического давления и, в необходимых случаях от давления водопроницаемого грунта (рис. 6.1).

Глубину проникновения воды между стенкой и водонепроницаемым грунтом (считая от его поверхности) принимают:

а) для ограждений, не имеющих распорных креплений (рис. 6.1, а)

= 0,7 h, (6.1)

где h – глубина погружения шпунта в водонепроницаемый грунт;

б) для ограждений с одним ярусом креплений (рис. 6.1, б)

= h – , (6.2)

где t – глубина погружения шпунта ниже котлована;

в) для ограждения с несколькими ярусами креплений (рис. 6.1, в) – на 0,5 м ниже уровня грунта в котловане при установке верхнего яруса креплений, расположенного в пределах водонепроницаемого грунта.

Гидростатическое давление воды в случаях, указанных на рис. 6.1

е_в = (h_в + ), (6.3)

где – объемный вес воды.

• Конструкции креплений должны рассчитываться на совместное действие горизонтальной нагрузки, передаваемой шпунтовыми стенками, и вертикальной нагрузки от веса обустройства и конструкций.

При расчетах шпунтовых ограждений на прочность значения расчетных сопротивлений шпунта и элементов крепления должны приниматься согласно подразд. 3.3 и 3.4 с делением их на коэффициент надежности, принимаемый равным:

1,1 – для шпунтовых ограждений на местности, покрытой водой;

1,0 – во всех остальных случаях.

Момент сопротивления W_x поперечного сечения погонного метра стенки (прил. 4) из шпунта типа Ларсен следует принимать со следующими коэффициентами, учитывающими возможность относительных смещений шпунтин в замках:

0,7 – в случае слабых грунтов и отсутствии обвязок, прикрепленных к шпунту;

0,8 – в случаях тех же грунтов и наличии обвязок, прикрепленных к шпунту;

1,0 – в остальных случаях.

При расчете прочности шпунтовых стенок (но не креплений) должны вводиться коэффициенты условий работы, равные:

1,15 – для стенок кольцевых в плане ограждений;

1,10 – для стенок длиной менее 5 м, замкнутых в плане ограждений прямоугольной формы с промежуточными ярусами распорных креплений.