Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

1523

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

15.11.2022

Размер:

45.65 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 5253 / 7053 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 > Следующая >>>

Об авторах

Суркова Мария Сергеевна – магистрант кафедры автомобильных дорог и геодезического сопровождения в строительстве, Самарский государственный архитектурно-строительный университет, e-mail: 89371728267@yandex.ru.

Котеленец Мария Владимировна – магистрант кафедры авто-

мобильных дорог и геодезического сопровождения в строительстве, Самарский государственный архитектурно-строительный университет, e-mail: marikov_94@mail.ru.

Тарасова Екатерина Сергеевна – магистрант кафедры авто-

мобильных дорог и геодезического сопровождения в строительстве, Самарский государственный архитектурно-строительный университет, e-mail: katunya_93@mail.ru.

Дормидонтова Татьяна Владимировна – кандидат техниче-

ских наук, профессор РАЕ, почетный доктор International Academy of Natural History (Doctor of Science, Honoris Causa), заведующая кафед-

рой автомобильных дорог и геодезического сопровождения в строительстве, Самарский государственный архитектурно-строительный университет, e-mail: adisk63@yandex.ru.

521

УДК 624.137.5

О.В. Третьякова, Б.С. Юшков

ВОПРОСЫ ОПТИМИЗАЦИИ ФОРМЫ СВАЙ ТОНКИХ ПОДПОРНЫХ СТЕН

Предложены конструкции наклонных свай тонких подпорных стен, обеспечивающие оптимальную работу подпорных сооружений в сезонно-про- мерзающих грунтах. Проведено исследование напряженно-деформированного состояния наклонных железобетонных свай тонкой шпунтовой стены с железобетонными лицевыми элементами таврового профиля, объединенными со сваями продольной балкой для двух конструктивных вариантов: первый – с изменением формы сваи; второй – с применением анкерных элементов в конструкции сваи. В первом случае рассмотрена форма сваи, обеспечивающая рациональное распределение материала сваи по ее длине в соответствии с действующими усилиями. Во втором случае проанализированы различные виды анкерных элементов в свае, сделаны выводы по наиболее рациональному виду.

Ключевые слова: шпунтовая стена, анкерная свая, засыпка, давление грунта, морозное пучение, анкеры.

O.V. Tretyakova, B.S. Yushkov

QUESTIONS OPTIMIZING THE SHAPE OF PILES

OF THIN RETAINING WALLS

Structure inclined piles of thin retaining walls, to ensure optimum performance of retaining structures in seasonally freezing soils, are offered. A study of stress-strain state of the inclined concrete piles of thin sheet piling with concrete face member T-sections, combined with piles longitudinal beam, for two design options are conducted: the first – with a change in the shape of the pile; the second – with the anchoring elements in the construction of the pile. In the first case we consider the form of the pile, ensure the rational distribution of the material pile along its length in accordance with the effort. In the second case, we analyzed different types of anchoring elements in the pile, the conclusions of the most rational mind.

Keywords: sheet pile walls, anchor piles, filling, soil pressure, frost heave, anchors.

522

Вопрос устойчивости откосов является предметом многолетних исследований российских и зарубежных ученых [1, 2]. При наличии несвязных грунтов тонкие подпорные стены являются наиболее оптимальным решением этого вопроса, обеспечивая устойчивость грунтового массива с наклоном к горизонту, превышающим угол естественного откоса [3].

Для повышения устойчивости шпунтовых стен, восприятия и передачи на грунт выдергивающих усилий, обусловленных технологическими факторами и силами морозного пучения грунта, применяются наклонные анкерные сваи. Использование свайных конструкций позволяет механизировать процесс устройства подземных частей сооружений, сократить объемы земляных работ, максимально уменьшить размеры траншей и котлованов [4–6].

Внастоящее время накоплен отечественный и зарубежный опыт закрепления элементов шпунтовых стен различными видами стальных анкеров [7]. Строительная компания «ТПК строй» в г. Санкт-Петер- бурге использует для крепления элементов шпунтовых ограждений стальные грунтовые анкера фирм Manta Ray и Stingray с «якорем». Конструкция эффективна, но, как и другие стальные анкера, подвержена коррозии. Кроме того, «узким местом» подпорного сооружения является конструкция узла прикрепления стальных анкерных элементов к лицевой стенке, где, по опыту эксплуатации, часто наступают аварийные ситуации [8]. В связи с этим на сегодняшний день исследование работы в грунте железобетонных анкерных конструкций является одним из оптимальных направлений. Особенно это касается сооружений на слабых и пучинистых грунтах [9, 10].

Вданной статье рассматриваются наклонные железобетонные анкерные сваи тонкой шпунтовой стены. Шпунтовая стена состоит из железобетонных лицевых элементов таврового профиля, объединенных с наклонными железобетонными анкерными сваями продольной балкой (рис. 1).

Наклонные сваи в подпорных стенах выступают в роли анкер-

ных тяг. Железобетонные анкерные тяги обладают бо́льшими размерами и большей жесткостью, чем металлические. По этой причине подвижки и деформации грунтовой засыпки, вызванные технологическими факторами и силами морозного пучения грунта, оказывают на железобетонные сваи существенное влияние. При недостаточном уплотнении песчаной засыпки происходит провисание наклонных свай

523

и зависание над ними засыпки, что также вызывает дополнительные усилия в сваях. Эти негативные воздействия можно компенсировать

рациональной формой сечения наклонной сваи.

Проведено исследование напряженно-деформированного состояния наклонных железобетонных анкерных свай, входящих в состав подпорного сооружения. Узел сопряжения лицевой стенки и наклонных свай выполняется путем омоноличивания голов свай с продольной балкой. При этом сваи, лицевая стенка и продольная балка образуют рамную систему. Узел принят в расчетной схеме жестким с учетом наклонной заделки сваи в балку с минимальным размером заделки 150 мм. Проектирование жесткого узла сопряжения элементов шпунтовой стены влечет за собой увеличение усилий, однако обеспечивает поперечную жесткость и устойчивость рамной системы. Кроме того, такое конструктивное решение обезопасит от разрушения узел сопряжения как наиболее узкое место подпорной конструкции.

Стена работает в условиях морозного пучения грунта.

Рис. 1. Тонкая шпунтовая стенка с наклонными сваями

Расчет выполнен на следующие загружения:

собственный вес конструкций стенки;

горизонтальное активное и пассивное давление грунта;

вертикальное давление грунта над сваями;

524

силы морозного пучения грунта;

силы, удерживающие сваю от выпучивания вследствие трения

еебоковой поверхности о талый грунт, лежащий ниже расчетной глубины промерзания.

Усилия в сваях определены в расчетном комплексе LIRA 9.13 методом конечных элементов [10].

В верхней части сваи (жестком узле сопряжения сваи с продольной балкой) возникают значительные изгибающие моменты (рис. 2), которые должны быть восприняты соответствующим сечением сваи. В нижней части сваи для восприятия полученных усилий требуется меньшее сечение.

Исходя из указанных выше положений, первым направлением исследования является анкерная свая с переменным сечением по длине

(рис. 3). Форма сваи определена исходя из следующих критериев: 1) распределения усилий по длине сваи; 2) учету влияния засыпки на работу сваи.

								1	1.15			206
								3		33.5
								5
						1	1.154.82			1192		167
						5		57.2		0		167
						8		57.2		9
				1	1.15-4.93			1179		155	122	7
				6		72.7		1		155	122	7
				2		72.7		4				4
				-22.9		1167		144
		1	1.15			1167			113	94.3
		6		54		1			113	94.3
		6		78.6		7				0
		6				7				5
		-50.6								4
				123	97.3	134 . 105			88.2	.
	1.15			123	97.3	134 . 105			88.2	72.9		-
1	1.15			1				5
0		64.2		1				5
7				2
-98.4								.				-
								3
								3				1
1.15		39										.
												3
1		1
7		2
6		4				5
	110		89.1		77.8	5		69.8				6
	110		89.1		77.8		82.9	69.8				6
						9						1
												3
												.
												2
1
2
9				5
				8						-
				.						-
				8						1
				8						1
										.		-
	79.7	72.4		64.6		67.2				2		-
	79.7	72.4		64.6		67.2						3
												.
												9
		6						-
		2						-
		.						9
		5						.
		5						0
								1				-
												6
												2
												.
	66.1	61.9										6
	66.1	61.9			-6.27					6		7
					-6.27					6		7
										-		-
										1		9
										.		.
										1		2
		-6.34e-00										-
		-6.34e-00										6
								-				-
	58.8							5				7
	58.8							9				5
								9				8
								.				.
								3				3-
-5.82e-00												7
-5.82e-00												.
												3
										-
										7
										7
										.
										1-
										7
-6.55e-00										4
										.
										4

1 7 . 9

6 7

6 5

. 3

- 8

0 .

7 7

. 4

- 8 0

7 6

. 7

8 2

7 8

. 3

																										3										19.1
																										5
																										.
																										8
																										-16
																																24.43
																	3							-1.05								1			16.1
																								-1.05
																	4															.
																	-20										8.9						1


											3						1.58								2						20.5				12.1		4
											2														9
											-21.4														.												2
											.														.
											6														6
																																					.
					3													233.2					24.3														9
					3													233.2													15.4
9					.					737.7								28													15.4			8.04
					.					6.35								.
					1													8
					2													3
					-17.4																												.
																																2
																																3
																																7								1
																																								8
	2																																							.
	2																																								7
	.							42.9				2										18.3								10.3
2				5				42.9					31.8									18.3		2						10.3											1
							13.7						.											2
	8												2											2
																								.
																								7													1
																																					7
																																					.
8					2																																8						2
8					.																																						2
					9																																							.
26.5																	2																											5
26.5																	7
																	1				12.2
					36.1				23.8 .								.				12.2								5.13																		.

																																	1
																																	7
2																																							1
4																																							1
.																																							1
3																																								.
										2																			2.49e			-006								8					2
										7																			2.49e			-006													2
										0																																			6
															14													6																		3
																												1																		3
																												.
																											3										1
				27.1				15.9						6.99																		.					1
																																					.
				1																2.29e			-006														3					9
				5																2.29e			-006																			9
				9																																						5
				.																																						.
																			1																								2
																			5
																			.
																			5													1
																																0
														2.02e		-006																9						6
			18.1																																			5
			18.1				7.95																4															.
													1																										7
													4
													.
													6										1
																							0
																							.
						1.79e				-006																											4
																																					5
																																					.
																																					3
		9.03															3
																	9
																	.
																	7
	1.66e			-006																												1
																																5
																																.
																																8

1.87e	-006																						8
																							4
																							.

Рис. 2. Эпюры изгибающих моментов: а – от давления грунта и собственного веса конструкций; б – от сил морозного пучения грунта

525

Рис. 3. Подпорная стена с анкерными сваями с переменным сечением

Вверхней части сваи проектируется сечение с наибольшим вертикальным размером. Таким образом, повышается несущая способность сваи как изгибаемого элемента и достигается снижение действующих усилий за счет уменьшения «зависания» засыпки над сваей.

Внижней части сваи сечение проектируется с наибольшим горизонтальным размером. Таким образом, эффект «зависания» засыпки

внижней, менее напряженной части сваи используется для обеспечения удерживающего эффекта. Более низкие по сравнению с верхним участком сваи усилия позволяют выполнить указанное сечение конструкции без повышения изгибных напряжений в элементе.

Размеры сечений, длины участков сваи, а также характер армирования, определяются индивидуально для каждой конструкции шпунтовой стены в зависимости от комплекса климатических и гидрогеологических условий, назначения и технологических особенностей сооружения.

Предложенная конструкция сваи, максимально отвечающая распределению действующих усилий, позволяет оптимально использовать конструкцию подпорного сооружения, удешевляя строительство.

Нейтрализовать негативное влияние «зависания» засыпки, устранить выдергивающий эффект от сил морозного пучения грунта можно также путем включения в работу свай анкерных креплений.

Согласно этому вторым направлением исследования вопроса оптимизации формы свай, работающих в составе подпорного сооружения, является применение в конструкции сваи анкерных элементов.

526

Наклонные анкерные плиты устраивают за пределами призмы обрушения. Использование наклонных анкерных плит (рис. 4), поддерживающих засыпку, позволяет существенно уменьшить распорное давление грунта на конструкцию и оказывает удерживающее действие при возникновении сил морозного пучения грунта. Это создает условия для снижения материалоемкости монтажных элементов подпорной стенки, уменьшения длины заделки свай в грунте.

Анкерные консоли (рис. 5, 6) оказывают на подпорную стенку разгружающий эффект и повышают ее устойчивость. В роли анкерных консолей может быть также ряд уширений на стержне сваи, работающих по подобной схеме.

Анкеровка сваи в грунте и улучшение ее работы на восприятие сил морозного пучения могут быть достигнуты за счет других видов оптимизации поперечного сечения, в частности путем использования

двухконусных свай [11, 12].

Авторами статьи проведено исследование напряженнодеформированного состояния четырех вариантов конструкции стенки: без анкерного крепления свай в грунте, с анкеровкой свай наклонными плитами (см. рис. 4), с анкеровкой свай консолями (см. рис. 5, 6).

Рис. 4. Сваи с анкерной плитой

527

Рис. 5. Сваи с анкерными консолями

Рис. 6. Сваи с уменьшенными анкерными консолями

Выполнена проверка устойчивости свай шпунтовой стенки,

и определены усилия в сваях согласно четырем расчетным схемам. Усилия в сваях определены на расчетном комплексе LIRA 9.13

методом конечных элементов. Расчет выполнен на следующие загружения:

528

собственный вес конструкций стенки;

горизонтальное давление грунта;

вертикальное давление грунта над сваями;

силы морозного пучения грунта;

силы, удерживающие сваю от выпучивания вследствие трения

еебоковой поверхности о талый грунт, лежащий ниже расчетной глубины промерзания;

удерживающие силы анкерных элементов.

Устойчивость свай, заанкерованных в грунте, на действие сил морозного пучения грунта определена из условия

fh	A	fh	c Frf	Q F,	(1)

			n	a

где fh – значение расчетной удельной касательной силы пучения, кПа, принятое по табл. 41 [13]

fh 70кПа 7,143 т;

Frf – расчетное погонное значение усилия, удерживающего сваю от выпучивания вследствие трения его боковой поверхности о талый грунт, лежащий ниже расчетной глубины промерзания

Frf Rfi P 30 0,96 28,8 кН/м 2,94 т/м;

F – расчетная постоянная нагрузка от массы засыпки, кН, при коэффициенте надежности по нагрузке γn = 0,9;

Afh – площадь поверхности сваи, расположенная в зоне промер-

зания;

Qa – удерживающее усилие в анкерном креплении

Qa γсрFa Ha .

(2)

Удерживающаясилаанкернойплитыпоформуле(2) составляет

Qa срFa Ha 0,0018 2584 595 2768 кг.

Суммарная удерживающая сила анкерных консолей по формуле

(2) составляет

529

Qa срFa Ha 0, 0018 1200 375 485 600 3154 кг.

Суммарная удерживающая сила уменьшенных анкерных консо-

лей по формуле (2) составляет

Qa срFa Ha 0, 0018 900 265 375 485 600 2795 кг.

Проверка устойчивости свай с анкерной плитой на действие сил морозного пучения грунта по формуле (1):

7,143 0,96 1,6 1,1 12,07 т 1,1 2,94 3,64 2,768 1,944 15,4 т, 1,1

где давление от массы зависающего над сваями грунта составляет

F Ab n 1,8 6,0 0,2 0,9 1,944 т.

Проверка устойчивости свай с анкерными консолями на дей-

ствие сил морозного пучения грунта по формуле (1):

7,143 0,96 1,6 1,1 12,07 т 1,1 2,94 3,64 3,154 0,75 14,6 т, 1,1

где давление от массы зависающего над сваями грунта составляет

F Ab n 1,8 2,3 0,2 0,9 0,75 т.

Проверка устойчивости свай с уменьшенными анкерными кон-

солями на действие сил морозного пучения грунта выполняется по формуле (1):

7,143 0,96 1,6 1,1 12,07 т 1,1 2,94 3,64 2,795 0,26 13,76 т, 1,1

где давление от массы зависающего над сваями грунта

F Ab n 1,8 0,8 0,2 0,9 0,26 т.

Результаты расчетов приведены в таблице. Они показали, что применение анкерующих элементов позволило нейтрализовать выдергивающие силы морозного пучения грунта, а также незначительно снизить изгибающий момент и поперечную силу в сваях. Оптимального распределения усилий позволила достигнуть схема с уменьшенны-

530

<<< < Предыдущая 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 5253 / 7053 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
15.11.202238.63 Mб51510.pdf
#
15.11.202239.2 Mб31512.pdf
#
15.11.202242.9 Mб171514.pdf
#
15.11.202243.5 Mб11516.pdf
#
15.11.202245.43 Mб41521.pdf
#
15.11.202245.65 Mб91523.pdf
#
15.11.20226.17 Mб101527.pdf
#
15.11.202252.65 Mб21531.pdf
#
15.11.202253.56 Mб61533.pdf
#
15.11.202255.89 Mб81535.pdf
#
15.11.2022658.72 Кб1158.pdf