Оценка состава и состояния грунтов при строительстве инженерных сооружений

2)тяжелые – γб = 18–25 кН/м3 (средняя плотность 1800–2500 кг/м3), в качестве заполнителей используют песок, гравий, щебень из естественного камня или гравия, отвальные, доменные и металлургические шлаки;

3)легкие – γб = 5–18 кН/м3 (средняя плотность 500–1800 кг/м3), готовят на искусственных и естественных пористых заполнителях, применяют для изготовления конструктивных, конструктивно-изоляционных элементов зданий

исооружений;

4)особо легкие – γб менее 5 кН/м3 (средняя плотность менее 500 кг/м3), предназначены для теплоизоляций зданий и сооружений.

5.4. К удерживающим силам относят силы трения и сцепления, развивающиеся на уровне подошвы.

Определяют силы трения, возникающие под сооружением в плоскости основания, из выражения

TPtg 240tg12 51кН.

5.5.Определяют площадь основания из расчета на 1 м длины стенки:

2Ba 2 1 2 м2.

5.6. Определяют силы сцепления грунта по контактной площади по подошве сооружения:

С с 2 20 40 кН.

5.7. Определяют общее сопротивление сооружения из выражения

R T C 51 40 91 кН.

Подставив значения S и R в выражение (7.2), получают коэффициент устойчивости подпорной стенки:

Устойчивость подпорной стенки регламентирована следующими условиями: Kу ≥ 1,0 – стенка будет обладать устойчивостью;

Kу < 1,0 – стенка не обладает необходимой устойчивостью и будет разрушена при эксплуатации, требуется ее переустройство.

Заключение. Выполнен расчет активных и пассивных давлений на подпорную стенку. Определены точки приложения полных активных и пассивных давлений на 1 м длины подпорной стенки. Вычислено значение коэффициента устойчивости, которое свидетельствует о том, что подпорная

116

стенка находится в неустойчивом (устойчивом) положении и требует изменения конструкции.

7.2.Определение устойчивости подпорной стенки при песчаной засыпке

идополнительной равномерно распределенной нагрузке

Задание

1.Представить краткое описание подпорной стенки как геотехнического сооружения, изложить варианты возможного сдвига и дать оценку устойчивости сооружения на плоский сдвиг.

2.Определить активное и пассивное давление подпорной стенки при песчаной засыпке и наличии равномерно распределенной нагрузки.

3.Определить полное активное и пассивное давление песчаного грунта на

1м длины подпорной стенки.

4.Построить эпюры активного и пассивного давлений.

5.Определить коэффициент запаса устойчивости.

Порядок расчета

1.Характеризуют подпорную стенку как геотехническое сооружение, излагают варианты возможного сдвига конструкции, представляют общую схему расчета устойчивости, используя материал введения и рекомендуемой литературы.

2.Определяют активное и пассивное давление подпорной стенки при песчаной засыпке и наличии равномерно распределенной нагрузки.

2.1.Определяют давление приведенного столба грунта из выражения (7.1):

h P0 150 7,5 м . w 20

117

2.2. Определяют активное давление от песчаной засыпки с учетом наличия равномерно распределенной нагрузки на поверхности засыпки:

2.3. Определяют пассивное давление от песчаного грунта на фундамент подпорной стенки:

3.Определяют полное активное и пассивное давление песчаного грунта на

1м длины подпорной стенки.

3.1.Определяют полное активное давление песчаного грунта с учетом наличия равномерно распределенной нагрузки на 1 м длины подпорной стенки:

3.2. Определяют точку приложения активного давления:

3.3. Определяют полное пассивное давление песчаного грунта на 1 м длины фундамента подпорной стенки:

3.4. Определяют точку приложения пассивного давления:

4. Строят эпюры активного и пассивного давлений со стороны грунта на подпорную стенку.

4.1. На миллиметровой бумаге формата А4 (210 297 мм) в масштабе 1:100 вычерчивают профиль подпорной стенки (см. рис. 7.2) с учетом ее габаритных размеров, приведенных в исходных данных. Подпорную стенку размещают по оси симметрии листа миллиметровой бумаги (рис. 7.5).

118

Размер подпорной стенки по верху равен половине размера этой же стенки по низу.

Ширину нижней полки подпорной стенки принимают из условия, что она должна быть меньше ширины верхней полки (примерно равна 1/2 В).

4.2. Строят эпюры активного и пассивного давлений на подпорную стенку. Эти эпюры носят прямолинейный характер.

Для построения эпюры активного давления от верхней кромки подпорной стенки в плоскости засыпки откладывают вверх отрезок, равный длине h = 7,5 м (в масштабе 1:100). Получают точку А.

В плоскости подошвы подпорной стенки проводят горизонтальную линию. Выбирают масштаб в зависимости от свободного пространства между подпорной стенкой и краем листа. Откладывают величину Ра и получают точку Б. Соединяют точки А и Б прямой линией. Заштриховывают эпюру активного давления, как это сделано на рис. 7.5.

Обозначение полного активного и пассивного давлений, а также построение эпюры пассивного давления выполняют по тем же правилам, как в подразделе 7.1 п. 4.2.

5. Определяют коэффициент запаса устойчивости.

5.1. Определяют активные сдвигающие силы из выражения

S Еа Eп 827 77 750 кН/м,

где Eа – полное активное давление грунта на подпорную стенку, действующее со стороны засыпки (7.5);

Eп – полное пассивное давление грунта на фундамент подпорной стенки, удерживающее стенку от плоского сдвига (7.6).

5.2. Определяют объем бетона подпорной стенки из расчета на 1 м длины:

V H 2Ba 6 2 1 12 м3.

5.3. Определяют вес подпорной стенки:

Р V б 12 20 240 кН 240000 кг 240 т ,

где γб – удельный вес бетона, принимают равным 20 кН/м3.

Удельный вес бетона принимают в соответствии с данными п. 5.3 подраздела 7.1.

5.4. Определяют силы трения, возникающие под сооружением в плоскости основания:

TPtg 240tg12 51 кН.

5.5.Определяют площадь основания из расчета на 1 м длины стенки:

2ba 2 1 2 м2.

120

5.6. Определяют силы сцепления грунта по контактной площади по подошве сооружения:

С с 2 20 40 кН .

5.7. Определяют общее сопротивление сооружения из выражения

R T C 51 40 91кН.

Подставив значения S и R в выражение (7.2), получают коэффициент устойчивости подпорной стенки

Устойчивость подпорной стенки регламентирована следующими условиями: Kу ≥ 1,0 – стенка будет обладать устойчивостью;

Kу < 1,0 – стенка не обладает необходимой устойчивостью и будет разрушена при эксплуатации, требуется ее переустройство.

Заключение. Выполнен расчет активных и пассивных давлений на подпорную стенку с учетом дополнительной равномерно распределенной нагрузки. Определены точки приложения полных активных и пассивных давлений на 1 м длины подпорной стенки. Вычислено значение коэффициента устойчивости, которое свидетельствует о том, что подпорная стенка находится в неустойчивом (устойчивом) положении и требует изменения конструкции.

7.3. Определение устойчивости подпорной стенки при глинистой засыпке

Введение

Если устойчивость откосов насыпей, выемок или склонов не обеспечивается простейшими способами, то необходимо устраивать подпорные стенки. Расчет подпорной стенки сводится к определению ее устойчивости против сдвига по основанию и опрокидывания при повороте вокруг внешнего ребра подошвы. Давление грунтов на подпорные стенки зависит не только от свойств грунтовой засыпки, но и от размеров самой стенки.

Грунты, обладающие как трением, так и сцеплением, причем каждый член уравнения имеет существенное значение, характеризуются законом Кулона для связных грунтов:

tg с ,

где τ – касательное напряжение в грунтах;

121

σ – нормальное напряжение в грунтах; φ – угол внутреннего трения грунта;

tg φ – коэффициент внутреннего трения грунта; с – сцепление грунта.

Закон Кулона формулируется следующим образом: предельное

сопротивление связных грунтов сдвигу при завершенной их консолидации, есть функция первой степени от сжимающего напряжения.

К этой группе грунтов относятся все супеси, жесткие и скрытопластичные глины и пылеватые пески.

При действии на грунт усилия он сжимается в направлении большего из действующих напряжений и расширяется в перпендикулярном ему направлении. Величина бокового давления характеризуется коэффициентом бокового давления ξ, который представляет собой отношение бокового давления σ2 к сжи-мающему усилию σ1. Коэффициент бокового давления отвечает состоянию предельного равновесия для связных грунтов. Для этого состояния между главными напряжениями σ1 и σ2 справедливо соотношение Ранкина–Мора:

где С – сцепление связного грунта, кН/м2.

После преобразований можно получить формулы для определения полного активного Еа и полного пассивного Еп давления на стенку высотой Н при учете сил сцепления в грунте С:

где γw – удельный вес грунта, кН/м3.

Сопоставляя эти выражения с зависимостями, полученными для сыпучего грунта, можно сделать следующее заключение. В грунтах, обладающих сцеплением и углом внутреннего трения, величина полного бокового давления уменьшается на величину давления Рс, определяемого из выражения

Pс tgC .

122

Это давление можно заменить эквивалентным слоем грунта, в котором благодаря наличию сил сцепления давление будет равно нулю:

C

h wtg .

Следовательно, при глинистой засыпке величина полного бокового давления уменьшается, а величина полного пассивного давления увеличивается. Эпюра вместо треугольной конфигурации принимает трапециевидную форму.

Задание

1.Представить краткое описание подпорной стенки как геотехнического сооружения, изложить варианты возможного сдвига и дать оценку устойчивости сооружения на плоский сдвиг.

2.Определить активное давление на уровне подошвы подпорной стенки при глинистой засыпке.

3.Определить пассивное давление на уровне нижнего горизонта грунта и на уровне подошвы фундамента подпорной стенки при глинистой засыпке.

4.Определить полное активное и пассивное давление глинистого грунта на

1м длины подпорной стенки.

5.Построить эпюры активного и пассивного давлений при глинистой засыпке.

6.Определить коэффициент запаса устойчивости подпорной стенки.

Порядок расчета

1. Характеризуют подпорную стенку как геотехническое сооружение, излагают варианты возможного сдвига конструкции, представляют общую схему расчета устойчивости по материалу введения и рекомендуемой литературы.

123

2. Определяют активное давление на уровне подошвы подпорной стенки при глинистой засыпке.

2.1. Определяют активное давление грунта на подпорную стенку с учетом сцепления Сw:

Поскольку глинистый грунт обладает сцеплением, которое связывает частицы в массиве, то активное давление на подпорную стенку на уровне ее подошвы меньше, чем в варианте засыпки песчаным грунтом.

2.2. Определяют активное давление грунта без учета сцепления:

2.3. Определяют глубину hc, на которой активное давление равно нулю, поскольку наличие сцепления уменьшает боковое давление грунта на стенку:

2.4. Определяют высоту подпорной стенки, на которую действует активное давление:

Hc H hc 6 2,5 3,5 м.

3. Определяют пассивное давление на уровне нижнего горизонта грунта и на уровне подошвы фундамента подпорной стенки при глинистой засыпке.

3.1. Определяют пассивное давление на поверхности фундамента подпорной стенки (при hзагл = 0):

3.2. Определяют пассивное давление грунта на подпорную стенку на уровне подошвы фундамента с учетом сцепления

124

4.Определить полное активное и пассивное давление глинистого грунта на

1м длины подпорной стенки.

4.1.Определяют полное активное давление связного грунта на 1 м длины подпорной стенки:

4.2. Определяют точку приложения полного активного давления:

H 3,5

a3 3 1,2 м .

4.3.Определяют полное пассивное давление связного грунта на 1 м длины фундамента подпорной стенки: с

4.4. Определяют точку приложения полного пассивного давления:

где а – нижнее основание трапеции, равное величине пассивного давления на

5. Производят построение эпюры активного и пассивного давлений при глинистой засыпке (рис. 7.6).

125