Методическое пособие 775

варительной подкаткой до соответствующей плотности. Уплотнение производилось гладковальцовым катком 1 (рис. 1) с радиусом R = 17,5 см и шириной В = 33 см. С помощью съемных металлических грузов 2 регулировалось линейное давление таким образом, чтобы критерий силового воздействия q/R изменялся в пределах от 0,01 до 0,1 МПа. Участок уплотняемой полосы разбивался на две половины, одна из которых подвергалась вакуумированию после каждого прохода вальца с помощью вакуумной камеры 3. Разрежение в последней составляло 5…10 кПа. Каждый опыт проводился при постоянном значении параметра q/R. Количество проходов по одному месту было равно 8.

Рис. 2. Общий вид лабораторной установки

В результате исследований определялись рациональные значения параметра q/R, дальнейшее увеличение которого приводило к незначительному росту деформации, фиксируемой датчиками деформации слоя. Рациональные значения параметра q/R в зависимости от начальной плотности уплотняемого слоя асфальтобетонной смеси представлены в виде графиков на рис. 3а.

Следует отметить, что при малой начальной плотности и высокой температуре уплотняемого слоя использование больших значений параметра q/R было невозможно вследствие разрушения слоя, что сопровождалось сильным выдавливанием смеси из-под вальца.

Зная время воздействия вальца на уплотняемый слой и величину необратимой деформации слоя, которые определялись из осциллограмм, и приняв треугольный закон нагружения и соответствующий ему закон развития необратимой деформации, а также используя данные реологических характеристик слоев асфальтобетонной смеси, методом подбора на ЭВМ с применением специального алгоритма расчетов [14] определялись контактные давления под вальцом катка, соответствующие оптимальным значениям параметра q/R.

На рис. 3б приведены значения оптимальных контактных давлений в относительных единицах в зависимости от начальной плотности.

Предел прочности слоя асфальтобетонной смеси р определяется из [12].

Как видно из рис. 3б, рациональные значения относительных контактных давлений при уплотнении вакуумированных слоев асфальтобетонных смесей в 1,5…2,0 раза ниже, чем при

101

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

уплотнении невакуумированных слоев. Данное обстоятельство объясняется, во-первых, повышенным пределом прочности вакуумированных слоев асфальтобетонной смеси по сравнению с невакуумированными [12] в зависимости от текущей плотности, температуры и толщины слоя, что обусловливается улучшением структурных показателей [4], а во-вторых, снижением внутренних остаточных напряжений в уплотняемом слое [5], а следовательно, и модуля деформации слоя при его вакуумировании, что требует меньших контактных нагрузок со стороны рабочих органов уплотняющих машин.

Рис. 3. Рациональные значения параметра q/R (а) и контактных давлений (б) в зависимости от начальной плотности слоя асфальтобетонной смеси:

1 — невакуумированный слой асфальтобетонной смеси;

2 — вакуумированный слой асфальтобетонной смеси

Математическая обработка экспериментальных данных позволила с учетом (1) получить следующие аналитические выражения:

для невакуумированных смесей:

где k — коэффициент превышения контактных давлений для невакуумированных смесей относительно контактных давлений для вакуумированных смесей.

2. Проверка экспериментальных данных. Для проверки экспериментальных данных, полученных в лабораторных условиях, были проведены исследования по оценке рациональных значений параметра q/R при уплотнении с вакуумированием в производственных условиях с применением дорожных катков ДУ-54 и ДУ-47А [20], а также экспериментального катка с вакуумным устройством (ВУ) массой 4 т [7].

Выбор средств уплотнения осуществлялся таким образом, чтобы основной параметр катков — линейное давление — изменялся в пределах от 7 до 35 кН/м. Такие значения линейного давления катков q могут быть использованы при работе на температурах уплотнения смеси 100…140 оС и характерны для катков легкого и среднего типа. Комплексный параметр

102

используемых средств уплотнения изменялся в интервале 23…58 кН/м2. Исследования проводились при устройстве верхнего слоя участка автодороги Стрельна — Кипень — Гатчина из песчаной смеси.

Температура смеси в процессе экспериментальных работ изменялась незначительно и составляла 120… 125 °С. Толщина уплотняемого слоя была равна 5 см. Число проходов катка по одному следу изменялось от 4 до 8, а разрежение в вакуумной камере составляло 5…10 кПа. Результаты исследований, полученные укаткой с вакуумированием, сравнивались с результатами уплотнения без вакуумирования.

Влияние параметра q/R оценивалось по достигнутым оценочным показателям — коэффициенту уплотнения и показателю водонасыщения. Результаты исследований представлены на рис. 4 и в таблице [20].

а)

б)

Рис. 4. Зависимости изменения коэффициента уплотнения (1) и водонасыщения (2) от параметра q/R статических гладковадьцовых катков:

а) число проходов n = 4; б) число проходов n = 8;

— уплотнение с вакуумированием; — уплотнение без вакуумирования

103

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

Примечание: *числитель — уплотнение дорожными катками с ВУ; знаменатель — уплотнение статическими дорожными катками; Ку — коэффициент уплотнения; W — водонасыщение.

С ростом значения параметра q/R увеличивается плотность и снижается водонасыщение для сравниваемых вариантов уплотнения. Однако в случае уплотнения с вакуумированием достигаются более высокие показатели коэффициента уплотнения и более низкие показатели водонасыщения.

Интенсивное изменение их происходит при увеличении параметра q/R от 0,02 МПа до 0,03 МПа. Дальнейшее увеличение параметра не ведет к изменению оценочных показателей. На рис. 4а при n = 4 смещение границы происходит в сторону больших значений q/R.

Выводы

1.Анализ полученных результатов показывает, что рациональные значения параметра q/R при уплотнении с вакуумированием при температуре 125…120 °С и начальном коэффициенте уплотнения 0,91 составляет 0,03…0,035 МПа при числе проходов n = 8.

2.Расхождение между результатами производственных испытаний и результатами лабораторных исследований не превышает 10 %, что является вполне удовлетворительным.

3.Представленные результаты исследований позволяют определять рациональные контактные давления под вальцами катков и выводить технологические параметры выбираемых катков на оптимальные режимы работы, включая скорость движения, параметры вибрации и число проходов, с обеспечением максимального эффекта уплотнения асфальтобетонных смесей и высокого качества асфальтобетонов.

Библиографический список

1.Бадалов, В. В. Исследование катков при уплотнении асфальтобетонных дорожных покрытий: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.05.04: защищена 28.03.1974 / Владимир Вачаганович Бадалов. — Л., 1974. —

17 с.

2.Зубков, А. Ф. Сопоставление параметров вибрационных и статических катков для уплотнения асфальтобетонных смесей / А. Ф. Зубков, Н. Я. Хархута // Исследование современных способов и средств уплотнения грунтов и конструктивных слоев дорожных одежд: Труды СоюздорНИИ. — 1975. — Вып. 84. —

С. 124—132.

3.Зубков, А. Ф. Исследование параметров вибрационных катков при уплотнении асфальтобетонных покрытий: автореф. дис…. канд. техн. наук / А. Ф. Зубков. — Л., 1974. —16 с.

4.Иванченко, С. Н. Исследование влияния вакуумирования на структуру дорожно-строительных материалов при их уплотнении / С. Н. Иванченко, С. В. Носов // Исследование рабочих процессов и динамики вибрационных машин с регулируемыми параметрами. — Ярославль: ЯПИ, 1984. — С. 21—23.

5.Иванченко, С. Н. Напряженно-деформированное состояние материала при уплотнении катком с вакуумным устройством / С. Н. Иванченко, А. А. Шестопалов // Исследование и испытание строительных машин и оборудования. — Хабаровск: Изд-во Хабаровск. гос. техн. ун-та, 1993. — С. 58—64.

6.Коваленко, Ю. Я. Исследование самоходных вибрационных катков для уплотнения асфальтобетонных смесей: автореф. дис… канд. техн. наук / Ю. Я. Коваленко. — Л., 1979. — 23 с.

104

7.Ложечко, В. П. Исследование рабочего процесса гладковальцового катка с вакуумным балластным устройством: автореф. дис. … канд. техн. наук / В. П. Ложечко. — Л., 1981. — 19 с.

8.Носов, С. В. Влияние технологических параметров дорожных катков на уплотнение асфальтобетонной смеси / С. В. Носов // Строительные и дорожные машины. — 2001. — № 7. — С. 5—7.

9.Носов, С. В. Выбор параметров и режима работы вибрационного катка с вакуумным устройством для уплотнения асфальтобетонных дорожных покрытий: автореф. дис…. канд. техн. наук: 05.05.04: защищена 2.11.1989 / Сергей Владимирович Носов. — Л., 1989. — 16 с.

10.Носов, С. В. Динамическая модель вибрационного катка с вакуумным устройством / С. В. Носов, В. В. Носов // Известия вузов. Строительство и архитектура. — 1991. — № 7. — С. 101—107.

11.Носов, С. В. К вопросу по определению модуля деформации уплотняемых слоев дорожностроительных материалов / С. В. Носов, В. В. Носов // Известия вузов. Строительство. — 1991. — № 10. — С. 104—108.

12.Носов, С. В. Определение прочностных характеристик вакуумированных асфальтобетонных смесей для устройства дорожных покрытий / С. В. Носов //Оптимальные вибрационные рабочие процессы в строительстве. — Ярославль: ЯПИ, 1989. — С. 33—38.

13.Носов, С. В. Особенности технологии уплотнения дорожных покрытий катками при использовании на них вакуумных устройств / С. В. Носов // Строительные и дорожные машины. — 1999. — № 9. — С. 6—9.

14.Носов, С. В. Разработка технологий уплотнения дорожных асфальтобетонных смесей и грунтов на основе развития их реологии: автореф. дис. … д-ра техн. наук / С. В. Носов. — Воронеж, 2013. — 34 с.

15.Носов, С. В. Технологические режимы работы уплотняющих машин и закономерности уплотнения дорожно-строительных материалов на основе развития их реологии / С. В. Носов // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2011. — № 3 (23). — С. 87—98.

16.Носов, С. В. Технология уплотнения горячих асфальтобетонных смесей с применением вибрационных катков с вакуумным устройством / С. В. Носов // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2012. — № 4 (24). — С. 53—63.

17.Носов, С. В. Уплотнение асфальтобетонных смесей с вакуумированием / С. В. Носов // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2010. — № 3. — С. 36—39.

18.Подольский, Вл. П. Развитие реологии дорожно-строительных материалов на пути совершенствования технологий их уплотнения / Вл. П. Подольский, О. В. Рябова, С. В. Носов // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2011. — № 3 (23). — С. 99—108.

19.Хархута, Н. Я. Выбор типа и режима работы катков при уплотнении асфальтобетонных смесей / Н. Я. Хархута, А. А. Шестопалов // Автомобильные дороги. — 1983. — № 3. — С. 24—25.

20.Шестопалов, А. А. Влияние параметров катков и температуры на уплотняемость асфальтобетонных смесей укаткой с вакуумированием / А. А. Шестопалов, С. Н. Иванченко, С. В. Носов // Рабочие процессы и динамика машин и механизмов для разработки, уплотнения грунтов и вибрационного формования изделий. — Ярославль: ЯПИ, 1986. — С. 57—61.

References

1.Badalov, V. V. Issledovanie katkov pri uplotnenii asfal'tobetonnykh dorozhnykh pokrytii: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk: 05.05.04: zashchishchena 28.03.1974 / Vladimir Vachaganovich Badalov. — L., 1974. — 17 s.

2.Zubkov, A. F. Sopostavlenie parametrov vibratsionnykh i staticheskikh katkov dlya uplotneniya asfal'tobetonnykh smesei / A. F. Zubkov, N. Ya. Kharkhuta // Issledovanie sovremennykh sposobov i sredstv uplotneniya gruntov

ikonstruktivnykh sloev dorozhnykh odezhd: Trudy SoyuzdorNII. — 1975. — Vyp. 84. — S. 124—132.

3.Zubkov, A. F. Issledovanie parametrov vibratsionnykh katkov pri uplotnenii asfal'tobetonnykh pokrytii: avtoref. dis…. kand. tekhn. nauk / A. F. Zubkov. — L., 1974. — 16 s.

4.Ivanchenko, S. N. Issledovanie vliyaniya vakuumirovaniya na strukturu dorozhno-stroitel'nykh materialov pri ikh uplotnenii / S. N. Ivanchenko, S. V. Nosov // Issledovanie rabochikh protsessov i dinamiki vibratsionnykh mashin s reguliruemymi parametrami. — Yaroslavl': YaPI, 1984. — S. 21—23.

5.Ivanchenko, S. N. Napryazhenno-deformirovannoe sostoyanie materiala pri uplotnenii katkom s vakuumnym ustroistvom / S. N. Ivanchenko, A. A. Shestopalov // Issledovanie i ispytanie stroitel'nykh mashin i oborudovaniya. — Khabarovsk: Izd-vo Khabarovsk. gos. tekhn. un-ta, 1993. — S. 58—64.

6.Kovalenko, Yu. Ya. Issledovanie samokhodnykh vibratsionnykh katkov dlya uplotneniya asfal'tobetonnykh smesei: avtoref. dis… kand. tekhn. nauk / Yu. Ya. Kovalenko. — L., 1979. — 23 s.

7.Lozhechko, V. P. Issledovanie rabochego protsessa gladkoval'tsovogo katka s vakuumnym ballastnym ustroistvom: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk / V. P. Lozhechko. — L., 1981. — 19 s.

8.Nosov, S. V. Vliyanie tekhnologicheskikh parametrov dorozhnykh katkov na uplotnenie asfal'tobetonnoi smesi / S. V. Nosov // Stroitel'nye i dorozhnye mashiny. — 2001. — № 7. — S. 5—7.

9.Nosov, S. V. Vybor parametrov i rezhima raboty vibratsionnogo katka s vakuumnym ustroistvom dlya uplotneniya asfal'tobetonnykh dorozhnykh pokrytii: avtoref. dis…. kand. tekhn. nauk: 05.05.04: zashchishchena 2.11.1989 / Sergei Vladimirovich Nosov. — L., 1989. — 16 s.

105

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

10. Nosov, S. V. Dinamicheskaya model' vibratsionnogo katka s vakuumnym ustroistvom / S. V. Nosov,

V.V. Nosov // Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 1991. — № 7. — S. 101—107.

11.Nosov, S. V. K voprosu po opredeleniyu modulya deformatsii uplotnyaemykh sloev dorozhno-stroitel'nykh materialov / S. V. Nosov, V. V. Nosov // Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo. — 1991. — № 10. — S. 104—108.

12.Nosov, S. V. Opredelenie prochnostnykh kharakteristik vakuumirovannykh asfal'tobetonnykh smesei dlya ustroistva dorozhnykh pokrytii / S. V. Nosov //Optimal'nye vibratsionnye rabochie protsessy v stroitel'stve. — Yaroslavl': YaPI, 1989. — S. 33—38.

13.Nosov, S. V. Osobennosti tekhnologii uplotneniya dorozhnykh pokrytii katkami pri ispol'zovanii na nikh vakuumnykh ustroistv / S. V. Nosov // Stroitel'nye i dorozhnye mashiny. — 1999. — № 9. — S. 6—9.

14.Nosov, S. V. Razrabotka tekhnologii uplotneniya dorozhnykh asfal'tobetonnykh smesei i gruntov na osnove razvitiya ikh reologii: avtoref. dis. … d-ra tekhn. nauk / S. V. Nosov. — Voronezh, 2013. — 34 s.

15.Nosov, S. V. Tekhnologicheskie rezhimy raboty uplotnyayushchikh mashin i zakonomernosti uplotneniya dorozhno-stroitel'nykh materialov na osnove razvitiya ikh reologii / S. V. Nosov // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2011. — № 3 (23). — S. 87—98.

16.Nosov, S. V. Tekhnologiya uplotneniya goryachikh asfal'tobetonnykh smesei s primeneniem vibratsionnykh katkov s vakuumnym ustroistvom / S. V. Nosov // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2012. — № 4 (24). — S. 53—63.

17.Nosov, S. V. Uplotnenie asfal'tobetonnykh smesei s vakuumirovaniem / S. V. Nosov // Nauka i tekhnika v dorozhnoi otrasli. — 2010. — № 3. — S. 36—39.

18.Podol'skii, Vl. P. Razvitie reologii dorozhno-stroitel'nykh materialov na puti sovershenstvovaniya tekhnologii ikh uplotneniya / Vl. P. Podol'skii, O. V. Ryabova, S. V. Nosov // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2011. — № 3 (23). — S. 99—108.

19.Kharkhuta, N. Ya. Vybor tipa i rezhima raboty katkov pri uplotnenii asfal'tobetonnykh smesei / N. Ya. Kharkhuta, A. A. Shestopalov // Avtomobil'nye dorogi. — 1983. — № 3. — S. 24—25.

20.Shestopalov, A. A. Vliyanie parametrov katkov i temperatury na uplotnyaemost' asfal'tobetonnykh smesei ukatkoi s vakuumirovaniem / A. A. Shestopalov, S. N. Ivanchenko, S. V. Nosov // Rabochie protsessy i dinamika mashin i mekhanizmov dlya razrabotki, uplotneniya gruntov i vibratsionnogo formovaniya izdelii. — Yaroslavl': YaPI, 1986. — S. 57—61.

DETERMINATION OF RATIONAL CONTACT PRESSURE UNDER A ROLLER WHEN COMPACTING ASPHALT CONCRETE MIXES

S. V. Nosov

Lipetsk State technical University

Russia, Lipetsk, tel.: (4742)55-59-84, e-mаil: nosovsergej@mail.ru

S. V. Nosov, D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Building Materials and Road Technologies

Statement of the problem. Determining the applicability of rollers of different weight, type and mode of operation when compacting various asphalt mixes should be carried out on the basis of the rheological approach. This allows one you to take into account the exposure time of the seal on the compacted layer of the mixture, as well as the rate of change in operating contact stress under the roller rink. It should be understood that the modulus of deformation and tensile strength of asphalt mixture layer are also a function of these factors expressed implicitly. If there is insufficient contact pressure under the roller rink, sealing effect is reduced. At excessively large contact pressures the structure is destroyed forming mixture during compacting. In this regard, there is a task to develop a method of definition of rational contact pressures under seals rollers when compacting asphalt mixes based on the development of their rheology. Results. On the basis of experimental and theoretical studies using simulation compaction of asphalt mixes process on a computer obtained regularities that determine the nature of the changes required under the existing roller contact pressure rollers. Thus in addition to the known technologies seal asphalt mixtures are the recommendations of the contact pressure to ensure a roller rink in the application of new advanced compression technology of asphalt mixes with evacuation.

Conclusions. The investigation results allow one to deduce process variables selected by rollers on the optimum operating modes to ensure maximum effect sealing asphalt-tobetonnyh mixtures and highquality asphalt.

Keywords: road rollers, contact pressures, rheological approach.

106

УДК 624.014.27 : 624.046

ТЕОРИЯ И РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ ДОРОЖНЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ ИЗ ТРУБОШПУНТА

Д. М. Шапиро, А. П. Тютин, В. А. Родионов

Воронежский государственный технический университет

Россия, г. Воронеж, тел.: +7-910-344-73-34, e-mail: davshap@mail.ru

Д. М. Шапиро, д-р техн. наук, проф. кафедры строительной механики

ООО «Центр-Дорсервис»

Россия, г. Воронеж, e-mail: cds@cds.vrn.ru

А. П. Тютин, канд. техн. наук, ведущий инженер В. А. Родионов, ведущий инженер

Постановка задачи. Конструкции трубчатого сварного шпунта являются новой конкурентоспособной разновидностью подпорных стенок, применяемых в современном строительстве. Актуальна разработка метода расчета для проектирования и исследования таких систем.

Результаты. В статье приводится описание и алгоритмизация разработанного авторами инженерного метода расчета конструкций из трубошпунта в составе дорожных инженерных сооружений. Изложены теоретические основы, приводятся решения прикладных задач, описание расчетных схем, последовательность выполнения расчета методом конечных элементов, комплекс проверок по предельным состояниям. Приводится пример расчета.

Выводы. Получены решения прикладных задач и алгоритмизация расчета трубошпунтовых систем в составе дорожных инженерных сооружений. Результаты выполненного исследования пригодны для расчетов других конструкций изгибаемых подпорных стенок шпунтового типа.

Ключевые слова: шпунт трубчатый сварной, расчет, проектирование, дорожные подпорные стенки, мостовые устои.

Введение. В последние десятилетия в области строительства линейных инженерных сооружений получило развитие новое направление — возведение ограждающих систем в виде подпорных стенок из трубчатого сварного шпунта (ШТС) [1—4, 6, 9, 10, 12, 17, 20]. Конструкции ШТС состоят из стальной трубы и приваренных к ней замковых соединений (рис. 1). Внутренняя полость трубы заполняется песчано-цементной смесью (в соотношении 5:1), монолитным железобетоном или грунтовым ядром, оставляемым на части длины в пределах заделки в основание.

Достоинствами конструкций ШТС являются высокий уровень заводской готовности, прочность и простота стыковых соединений, пригодность к скоростному строительству и производству работ в стесненных и суровых климатических условиях. Эти качества придают им привлекательность для применения в строительстве объектов различных назн а- чений, в том числе объектов дорожной отрасли: устоев (крайних опор) мостовых соор у- жений, подпорных стенок земляного полотна, рамповых участков тоннелей, других видов ограждающих систем.

В нормативно-справочной и научной литературе [5, 8, 16—19] содержатся теоретические основы и общие положения расчетов подпорных стенок шпунтового типа, требующие конкретизации и дополнения для использования в проектной практике. Настоящая статья посвящена описанию решений прикладных задач и алгоритмизации разработанного авторами инженерного метода расчета для проектирования и исследований дорожных инженерных сооружений с применением ШТС.

© Шапиро Д. М., Тютин А. П., Родионов В. А., 2016

107

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

Рис. 1. Конструкции трубчатого сварного шпунта:

а) схема элементов ШТС; б) примеры высокоэффективных замковых соединений 1 [10]; 2 — труба

1. Теоретические основы и описание расчетных схем. Расчеты ШТС в составе до-

рожных инженерных сооружений выполняются по предельным состояниям (ПС) двух групп в соответствии с ГОСТ 27751-2014: по ПС первой группы (по прочности и несущей способности) с использованием расчетных значений нагрузок и прочностных характеристик грунтов, по ПС второй группы (по перемещениям) с нормативными значениями нагрузок и прочностных характеристик грунтов.

Расчеты выполняются в соответствии с условиями плоской задачи (плоская деформация). Расчетная область (рис. 2) представляет собой фрагмент проектируемого сооружения шириной 1 м, ограниченный боковыми вертикальными гранями. На расчетных схемах трубошпунтовые подпорные стенки 1 заменяются плоскими стержнями конечной жесткости 2 с расчетной шириной 1 м, состоящими из двух участков: надземного АВ и заглубленного в основание ВС.

Участок АВ воспринимает активное давление грунта со стороны задней грани шпунтовой подпорной стенки, нагрузки Р, Н, М, приложенные к оголовку устоя (рис. 2а), и собственный вес конструкций подпорной стенки.

Рис. 2. Расчетные схемы дорожных инженерных сооружений из ШТС: а) устоя мостового сооружения; б) дорожной подпорной стенки;

1 — устой (подпорная стенка); 2 — плоский стержень; 3 — засыпка за устоем, земляное полотно дороги; 4 — переходная плита; 5 — эпюра активного давления грунта; 6 — временная дорожная вертикальная нагрузка;

7 — распределение коэффициента постели Сz = KzО в однородном и слоистом основаниях; 8 — границы геологических слоев

108

Заглубленная нижняя часть стенки ВС является рабочим участком, взаимодействующим с основанием, передающим на него горизонтальную и моментную нагрузку. Для описания силового взаимодействия грунта и заглубленной части ШТС используется расчетная схема, сочетающая теорию метода местных упругих деформаций с треугольной формой распределения коэффициента постели и предельного напряженного состояния грунта.

Геометрические характеристики сечения: площадь А, см2/м, момент инерции I, см4/м, момент сопротивления W, см3/м, в пересчете на 1 п. м. трубошпунтовой стенки определяются в зависимости от аналогичных параметров сечений труб.

При заполнении труб песчано-цементной смесью или грунтовым ядром

где АD, ID, WD — геометрические характеристики сечений полых труб с толщиной стенок δ с учетом потерь от коррозии; D и a — размеры, мм (рис. 3а).

Рис. 3. Схемы сечений трубошпунтовых стенок:

а) конструкция ШТС с трубой, заполненной песчано-цементной смесью или грунтовым ядром; б) конструкция ШТС с трубой, заполненной железобетоном;

1 — конструкция ШТС; 2 — песчано-цементная смесь (грунтовое ядро); 3 — монолитный железобетон; 4 — арматурный каркас

При заполнении труб монолитным бетоном или железобетоном

где Аred, Ired — приведенные к стали площадь и момент инерции сечений труб, определяемые по следующим формулам:

nsb = Еs/Eb — отношение модулей упругости стали и бетона; Atot — площадь сечения рабочей арматуры железобетона заполнения; r — радиус арматурного каркаса (рис. 3б).

Расчет заглубленной части подпорной стенки основывается на следующих положениях. 1. Заглубленный стержень конечной жесткости, заменяющий на расчетной схеме подпорную стенку, разделяется на две части: верхнюю, в пределах которой контактное взаимодействие определяется предельным сопротивлением рпред основания, и нижнюю — защемленную, изгибаемую в соответствии с решением контактной задачи по методу местных уп-

ругих деформаций.

109

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

Расчет выполняется методом последовательных приближений с пошаговым смещением границы между указанными выше частями шпунтовой подпорной стенки. Устанавливается требование о том, чтобы в конце расчета по прочности (ПС первой группы) высота защемленной части была не менее ⅓ общей высоты заглубленной части шпунтовой сваи и не менее 5 м, а в конце расчета по перемещениям (ПС второй группы) не менее ½ общей высоты заглубленной части шпунтовой сваи.

2. Предполагается, что силовое взаимодействие защемленной части стержня с грунтовой средой описывается функцией коэффициента постели Cz в соответствии с уравнением

где K — коэффициент пропорциональности с размерностью кН/м4, принимаемый в зависимости от вида грунта в соответствии с указаниями приложения В СП 24.13330.2011 в размере 1/3 значений табл. В.1; zО — координата длины стенки, отсчитываемая от поверхности основания.

Коэффициент постели выражает отношение контактных давлений рz и совместных горизонтальных перемещений уz сваи и грунтового основания:

Коэффициент пропорциональности может менять свои значения на границах геологических слоев в основании (рис. 2). При расстоянии в свету между трубами а > 1,0 м коэффициент K умножается на коэффициент условий работы:

где D и а сохраняют свои прежние значения, но выражаются в метрах.

Горизонтальная нагрузка Рz на 1 пог. м ширины подпорной стенки определяется по соотношению

3. Контактные давления pz и погонная нагрузка Рz ограничиваются соответствующими предельными значениями рпред, Рпред, которые способно воспринять основание:

Предельное сопротивление грунта в основании со стороны передней грани шпунтовой подпорной стенки определяется как разность пассивного давления рп со стороны передней грани и активного давления ра со стороны задней грани подпорной стенки:

Предельная погонная горизонтальная нагрузка на основание:

4. Давления рп и ра определяются на основании условия прочности грунта в соответствии с уравнением Мора-Кулона:

12 1 – 2 – 12 1 2 sin – c cos 0,

где ζ1,2 — главные напряжения в точках (элементарных объемах) грунта на контактных (вертикальных) гранях трубошпунтовой подпорной стенки.

Трение на контактных гранях не учитывается. Напряжения, действующие на этих гранях, являются главными.

110