794

Задание № 3. Расчет свободно стоящего металлического шпунтового крепления стен котлована

Исходные данные

Котлован глубиной Hк расположен на местности, не покрытой водой. Высота грунтовой воды над уровнем дна котлована hw (табл. 3.1).Выше дна котлована залегают несвязные грунты, ниже дна – связные, являющиеся водоупором (табл.3.2). На поверхности действует распределенная нагрузка q (табл.3.1). Схема котлована и грунтовая колонка показаны на рис. 3.1.

Таблица 3.1

Данные о глубине котлована, высоте воды и действующей нагрузке

14

п tg2(450 I0 ). 2

Для связных грунтов активное давление снижается на величину

pac cI (1 aI )/ tg I ,

а пассивное сопротивление грунта повышается на величину pпc cI ( п 1)/ tg I .

В однородном связном грунте при Рас>Рац ограждение в пределах ho не испытывает давление грунта.

Величина h0=( Рас – Рац)/(гI ла).

Наибольшее значение давления воды вычисляется как

рw whw,

где w – удельный вес воды, 9,81 кН/м3; hw – разность уровней воды вне и внутри ограждения.

При наличии в основании связного водонепроницаемого грунта расчет шпунта выполняют по двум расчетным схемам:

I схема – ниже кровли связного грунта с наружной стороны ограждения учитывается активное давление грунта и не учитывается давление воды. Давление воды на кровле водоупора принимают равным

whw' (hw' – высота воды над водоупором);

IIсхема – ниже кровли водоупора с наружной стороны ограждения учитывается давление воды в пределах глубины образования зазора hп = (0,5…0,6) h, активное давление грунта водоупора не учитывается.

После определения давлений строят их эпюры.

Минимальную глубину h забивки шпунта (считая от дна котлована) по условию обеспечения устойчивости стенки против опрокидывания определяют исходя из равенства

Ma m0Mn ,

где Ма – момент всех активных (опрокидывающих) сил; Мп – момент пассивных (удерживающих) сил; m0 – коэффициент условий работы, m0 = 0,8.

Из двух значений h, установленных по обеим схемам, принимают наибольшее.

Полную глубину погружения шпунта принимают на 20 % больше минимальной h'=1,2h.

Расчет шпунта на прочность производят на максимальный изгибающий момент в стенке Mmax в сечении с Qz=0.

Профиль стального шпунта, обеспечивающий прочность ограждения, подбирают по моменту сопротивления 1м стенки в плане (табл. П.8)

W Mmax /Ry ,

16

где Ry – расчетное сопротивление стали, Ry=205 мПа.

Пример

Исходные данные

1. Расчет коэффициентов активного и пассивного давлений грунта:

q=10 кПа

H=2,5 м

W

=30

=20 кН/м

h =16

=15 кПа

Рис. 3.2. Схема котлована и грунтовая колонка

2. Определение давления грунта на шпунтовую стенку:

активное давление:

1) на уровне поверхности грунта

p1 g a1 10 0,31 3,1 (кПа);

2)на уровне поверхности грунтовой воды с учетом характеристик грунта I слоя в сухом состоянии

17

p2 g I1(Hк hw) а1 10 18,5(4 2,5) 0,31 11,7(кПа);

3)на уровне поверхности грунтовой воды с учетом характеристик грунта I слоя в водонасыщенном состоянии

p3 g I1(Hк hw) /а1 10 18,5 1,5 0,33 12,46 (кПа); 4) на уровне дна котлована с учетом характеристик грунта I слоя p4 g I1(Hк hw) Iвз1hw /а1

10 18,5 1,5 10,5 2,5 0,33 21,12 кПа ;

5)на уровне дна котлована с учетом характеристик грунта II слоя

3.Определение давления воды на шпунтовую стенку:

1)на уровне дна котлована

pw1 w hw 9,81 2,5 24,53кПа;

2) на глубине hП ниже дна котлована примем hП =0,5h.

pw2 рw1 9,81hП 24,53 9,81 0,5h 24,53 4,91h(кПа).

4. Построение эпюр давлений на шпунтовую стенку.

18

5.Определение глубины забивки шпунта ниже дна котлована. Сумма моментов всех сил относительно точки поворота О:

Мо Ма mMn 0, mо=0,8.

I схема:

19

0,8 0,5 35,2h h h 0, 3

2,79h3 8,91h2 83,74h 107,97 0,

h 4,78м.

II схема:

0,8 39,76h h 0,8 0,5 35,2h h h 0,

h 4,48м.

Полную глубину погружения шпунта определяем по схеме I, т.к. h(I) >h(II).

h/=1,2∙h=1,2∙4,78=5,74 м .

6. Определение положения опасного сечения в шпунтовой стенке.

Qz=0.

Положение опасного сечения определяем по I схеме

Qz= 3,1∙1,5+0,5(11,7-3,1)1,5+12,46∙2,5+0,5(21,12-12,46)2,5+0,5∙24,53∙2,5+ +13,99z+0,5∙11,4z∙z–0,8∙39,76∙z–0,8∙0,5∙35,2z2=0, 8,38z2+17,818z–83,7375=0,

z=2,27м.

7.Расчет максимального изгибающего момента в шпунтовой стенке.

Ммах = –2,79∙2,273–8,91∙2,272+83,74∙2,27+107,97=219,513 кН.

8.Определение момента сопротивления 1м шпунтовой стенки.

20

Wx 219,513 106 1070,8см3. 205000

По табл. П.8 принимаем шпунт зетовый ШД–5 с моментом сопротивления Wx=1256 см.3

Задание № 4. Выбор оборудования для погружения забивных свай

Забивка свай молотом

Исходные данные

Свая сплошного сечения массой mc и стороной сечения dc погружается в глинистые грунты трубчатым дизель-молотом (табл.4.1). Там же приведены значения несущей способности сваи Fd, расчетной вертикальной нагрузки на сваю N и контрольного остаточного отказа Sa. Масса наголовника для всех свай принята mc = 0,5 т.

Требуется: подобрать марку молота, необходимого для погружения сваи до проектной отметки.

Методические указания

Подбор молота для забивки свай осуществляется по четырем условиям

(приложение 5 СНиП 3.02.01 - 87).

Условие первое. Энергия удара молота Еh, кДж, необходимая для достижения проектной расчетной вертикальной нагрузки на сваю N, кН, должна быть не менее

При забивке наклонных свай Еh определяют с учетом повышающего коэффициента, значения которого принимают равными 1,1; 1,15 и 1,25; для свай с наклонами − соответственно 5:1; 4:1 и 3:1.

Условие второе. Выбираемый тип молота должен удовлетворять

где К – коэффициент применимости молота, принимаемый по табл. П.10; m1, m2, m3 – соответственно масса молота, сваи с наголовником и подбабка (если он применяется), т; Еd – расчетная (паспортная) энергия удара молота, кДж (см. табл. П. 9).

Таблица 4.1

21

Данные о погружаемой свае, действующих нагрузках и контрольном отказе

Условие третье. Для избежания применения подмыва или бурения лидерных скважин значение необходимой энергии удара молота, обеспечивающей погружение свай до проектной отметки без дополнительных мероприятий, следует определять по формуле

где Fi – несущая способность сваи в пределах i-го слоя грунта, кН.

Для последнего слоя несущую способность принимают как за счет сил трения по боковой поверхности сваи, так и по сопротивлению грунта под ее подошвой;

hi – толщина i-го слоя грунта, м;

B – число ударов молота, уд./мин, для трубчатых молотов всех типов (табл. П.9) можно принять B = 42 уд./мин;

t – чистое время, затраченное на погружение сваи.

По СНиП 3.02.01 - 87 произведение B∙t, т.е. общее число ударов, необходимое для погружения сваи, рекомендуется принимать не более 500. При этом t = 500 : 42 = 12 мин. Практически это справедливо для маломощных свай сечением до 400 x 400 мм. Для более мощных свай, например диаметром 800 мм, чистое время забивки будет в несколько раз больше. В первом приближении его можно принять до 30 мин;

n – параметр, принимаемый 5,5 для трубчатых и 4,5 для штанговых дизель - молотов;

т4 – масса ударной части молота, т.

22

Условие четвертое. В зависимости от расчетной энергии удара Еd выбранного молота и несущей способности сваи Fd значение контрольного остаточного отказа Sa от одного удара при последнем (контрольном) залоге в 10 ударов при добивке железобетонных и стальных свай длиной не более 25 м должно удовлетворять условию

где з – коэффициент материала сваи, принимаемый для железобетонных свай с наголовником, равным 1500 кН/м2; деревянных – 1000 кН/м2; стальных – 5000 кН/м2; А – площадь поперечного сечения сваи, м2, ограниченная наружным контуром независимо от наличия или отсутствия у сваи полости и остриг.

Удовлетворяющий всем четырем условиям принятый тип молота и высота падения его ударной части должны быть дополнительно проверены на максимальные сжимающиеся напряжения, появляющиеся в свае при ее забивке.

Пример

Исходные данные

Свая сплошного сечения квадратная: масса сваи mc = 10,0 т; размер стороны сечения dc = 0,4 м;

масса наголовника mН = 0,5 т;

несущая способность сваи Fd = 2500 кН;

расчетная вертикальная нагрузка на сваю N = 1350 кН; контрольный остаточный отказ сваи Sa = 0,001 м.

1.По условию первому определяем требуемую энергию удара молота

Eh = 0,045, N = 0,045 · 1350 = 60,75 кДж.

По табл. П.9 выбираем молот С-1047А с энергией удара Еd 61,8 кДж.

2.По условию второму проверяем выбранный молот:

масса молота m1 = 5,8 т;

масса сваи с наголовником m2 = 10+0,5=10,5 т; масса подбабка m3 = 0.

m1 m2 m3 5,8 10,5 0,26. Ed 61,8

По табл. П.10 определяем коэффициент применимости молота K : K = 0,6 т/кДж – для трубчатых дизель-молотов при материале сваи – железобетон.

23