ОиФ.Методичка практ. занятия

y= y0 H =1,8 12 = 21,6м.

Схема к расчету представлена на рисунке 2.5.3. При этом длина дуги скольжения L=30,3м, радиус дуги – R=22,3м.

Сдвигающий момент Мсдв для блоков 1 и 2 принимается отрицательным, так как они находятся на восходящей ветви кривой скольжения.

Выделяем для расчета 10 отсеков шириной не более 3,0 м каждый и далее расчет ведем в табличной форме (табл.2.5.1).

Рис.2.5.3. Схема к расчету устойчивости откоса методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Таблица 2.5.1

41

Так как коэффициент устойчивости откоса Ку=0,95 < 1,2, грунтовый откос является неустойчивым.

2.6. Задача №6. Расчет и проектирование шпунтового ограждения

При устройстве фундаментов часто производят отрывку котлованов. Связный грунт может держать откос в пределах некоторой глубины. В таких грунтах иногда можно отрывать траншеи и котлованы с вертикальными стенками без крепления. При дополнительном увлажнении такого грунта дождевыми водами сцепление в нем существенно уменьшается, и тогда вертикальный откос может обрушиться. По этой причине стенки котлованов часто делают с откосами или поддерживают креплениями. Одно из таких поддерживающих креплений – шпунтовые стенки. Они применяются при разработке глубоких котлованов ниже уровня подземных вод, на стесненных площадках (около существующих зданий, сооружений, дорог и т.д.).

Шпунтовые стенки обычно выполняют из металла или дерева. Деревянный шпунт из деревянных досок применяют при неглубоких котлованах (до 5 м), а при более глубоких используют металлические шпунтовые стенки, которые могут быть плоскими или корытного профиля.

Устройство свободностоящих шпунтовых стенок нерационально. В неглубоких котлованах применяют стенки с одной верхней опорой. При расчете шпунтовой стенки необходимо сначала определить глубину забивки стенки, и затем по прочности подобрать толщину стенки. Имеются различные способы расчета шпунтовых стенок. Обычно используется приближенный приём, предложенный профессором Э.К.Якоби – способ "маятника", по которому рассматривают только одну часть стенки. По методу "маятника" предполагается, что стенка может вращаться у верхней опоры под действием активного давления грунта. Этому давлению препятствует отпор грунта снаружи, действующий на забитую часть шпунта.

Пример расчета

Дано: Н = 3 м, s = 4м, γ = 18,0 кН/м3, φ = 30о, расчетные сопротивления древесины на сжатие и на изгиб: Rсж = 10000 кПа; Rизг= 20000 кПа

42

A

Ea

Eр

Решение Для того, чтобы стена находилась в равновесии и не опрокидывалась,

Здесь Еа – активное давление грунта на 1 п.м. шпунтовой стенки, определяемое как равнодействующая эпюры активного давления грунта:

Приравнивая опрокидывающие моменты от пассивного и активного давления грунта и перенося в левую часть нашего равенства все H и h получим соотношение:

Пользуясь левой частью соотношения, вычисляем значение k:

43

Окончательно принимаем h = 1,2 м. Тогда при h = 1,2 м:

Усилие в распорке на 1 п.м. шпунтовой стенки находим из условия равновесия проекций всех сил на горизонтальную ось:

∑X = 0 → Ep + Na – Ea = 0→ Na = Ea – Ep

Na = Ea − Eр = 53−39 =14 кН п.м.

Поскольку по условию задачи распорки установлены с шагом s = 4 м, то итоговое усилие в распорке будет равно:

Na, расп = Na · s = 14 · 4 = 56 кН.

Тогда сечение распорки определим по формуле:

Определим расчетное сечение шпунтовой стенки, соответствующее наибольшему изгибающему моменту в ней от активного давления грунта и реакции в распорке, исходя из того, что максимальный момент по высоте стенки будет находиться на расстоянии y от поверхности земли в точке, где перерезывающая сила Q = 0:

44

Тогда максимальный изгибающий момент относительно этого сечения определяется по формуле:

Здесь b = 1 п.м. – ширина стенки.

2.7. Задача №7. Расчет и проектирование опускного колодца

Опускной колодец - это замкнутая в плане, открытая сверху и снизу оболочка, под защитой которой грунт разрабатывают и выдают наверх. Они применяются в случае, когда:

-с поверхности залегает слабый слой;

-грунт водонасыщенный или даже покрытый водой (опоры мостов);

-в гидротехнических сооружениях (насосные станции, водозаборы);

-при строительстве подземных резервуаров и хранилищ;

-в промышленности при больших горизонтальных нагрузках;

-в естественных условиях, например, при строительстве подземных складов, гаражей.

Основная идея опускного колодца заключается в том, что на поверхности грунта сначала устраивают кладку колодца на некоторую высоту. Затем разрабатывают грунт изнутри, извлекая его на поверхность и подкапывая под стенки. Под собственным весом колодец опускается, его наращивают и продолжают погружение.

На колодцы, опускаемые под собственным весом, расходуется большое количество бетона. Поэтому инженером Озеровым в 1945 г. был предложен способ опускания в тиксотропной рубашке. Он состоит в том, что к наружной поверхности стенки колодца подается глинистый раствор. Обычно применяют бентонитовые глины. Применение этого способа позволяет резко снизить трение по боковой поверхности, а следовательно, и толщину стенки.

45

По форме в плане опускные колодцы могут быть круглые, овальные, квадратные, прямоугольные. По высоте они могут быть цилиндрической, конической и ступенчатой формы.

Материал: кирпичная и бутовая кладка, дерево, монолитный бетон, монолитный и сборный железобетон. В настоящее время используются почти исключительно последние два вида.

При сооружении опускных колодцев обычно применяют следующую последовательность работ:

1.Если грунт неводонасыщенный, откапывают неглубокий котлован h = 2–5м, устраивают в нем песчаное уплотненное основание, на котором возводят секцию колодца. Если грунт водонасыщенный или местность покрыта водой, то секция устраивается на намытом островке или опускается с понтонов.

2.Разрабатывается и извлекается грунт изнутри. Если грунт связный, или песчаный плотный, или с включениями галечника, разработка ведется грейфером. Несвязные грунты разрабатывают гидроэлеваторами, эрлифтами.

3.Наращивается новая секция колодца, разрабатывается грунт с подкопкой под стены и т.д. В тех случаях, когда колодец под собственным весом не опускается, на нем делают временное перекрытие и симметрично погружают. После опускания снимают груз, разбирают перекрытие и продолжают разработку грунта. Такой способ возможен при небольших диаметрах колодцев, когда его легко перекрыть.

При легких колодцах опускание возможно с применением вибропогружателей.

4.После опускания на проектную глубину колодец заделывают кладкой. В том случае, когда площади боковой поверхности колодца достаточно для восприятия нагрузки, его заполняют песком с уплотнением. Если же колодец устраивают в водонасыщенном грунте, то сначала бетонируют дно подводным способом, затем откачивают воду, а потом насухо кладут бутовую кладку или заполняют бутобетоном или песком.

46

Рассмотрим случай, когда вводятся внутренние стенки. Предположим, что толщина стенки будет 1,5 м (наружная) и 1,2 м

(внутренняя).

570 Тогда δвн 0,7 м, b2 =3,75м.

F1 =102 −5,62 = 68,64 м2 ,

F2 =102 − 4 3,752 = 43,75м2.

Превышение объема бетона

V =15(68,64 − 43,75)=373,35м3.

Проверка на опускание колодца

Q'>u E f ,

Q'= ho F2 γб =15 43,75 22 =14437,5 кН ,

48

Q'= 22 15[3,14(52 − 4,92 )]=1025,8 кН

Q'<u E f

Опускание колодца под действием собственного веса не обеспечено, необходимо увеличить толщину стенки.

Принимаем δ = 0,5м.

Q'= 22 15[3,14(52 − 4,52 )]= 4921,95 кН

4922 кН > 4380,3 кН

Погружение обеспечено.

2.8. Расчет и проектирование фундаментов 2.8.1. Задача №8. Расчет фундамента мелкого заложения (ФМЗ)

Определение основных размеров фундамента мелкого заложения состоит из следующих этапов:

- определение высоты фундамента; - определение размеров подошвы фундамента.

49

Определение высоты фундамента

Высота фундамента принимается, исходя из условий:

-жесткой заделки колонны в фундамент;

-глубины заложения фундамента.

Глубина заложения фундамента исчисляется от уровня планировки до подошвы фундамента и определяется с учетом:

а) назначения и конструктивных особенностей здания (наличие подвала, подземных коммуникаций и т.д.).

Для бесподвальных зданий глубина заложения фундамента зависит от его высоты. Минимальная высота железобетонного фундамента под железобетонные колонны для одноэтажных и многоэтажных зданий принята из условий надежного защемления фундамента в грунте и равна Hf = 1,5 м, а глубина заложения d = 1,65 м;

б) геологических и гидрогеологических условий площадки строитель-

ства.

Учитывается сжимаемость грунтов, характер напластования слоев, положение уровня грунтовых вод.

При выборе глубины заложения фундаментов в качестве несущего слоя используются грунты с модулем деформации не менее 10..20МПа для зданий с нагрузками на отдельные фундаменты 2000-4000кН, с модулем деформации не менее 5-10МПа – для зданий с меньшими нагрузками;

в) влияния глубины сезонного промерзания грунтов.

Глубина заложения подошвы фундамента d принимается с учетом расчетной глубины промерзания грунта df и глубины расположения уровня подземных вод dw согласно табл. 2 [6], или табл. 4.1 приложения 4 пособия.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле

где kn – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания, принимается по таблицы 1 [6];

dfn – нормативная глубина промерзания грунта, определяется по карте

[1].

Исходя из условий жесткой заделки колонны в фундаменте, определя-

50