ПГС МУ по практическим 2011

Задание 9. Для представленной на рисунке 9.2, защемленной в грунте тонкой стенки определить давление давлений h и равнодействующие усилий F и Fh через каждый метр по ее глубине. Варианты заданий принимаются по списку в такой последовательности: 10, 11, 12, …, 19, 20, 21, …, 29, 30, 31, …, 39, 40… Первая цифра здесь соответствует варианту параметров стенки, вторая – грунтовых условий (таблица 9.1).

Рисунок 9.2 – Схема защемления в грунте тонкой стенки

Пример выполнения соответствующих расчетов для варианта №9 приведен в таблице 9.2. Размеры стенки и нагрузки на поверхности взяты по варианту 0, а грунтовые условия по варианту 9. Вычисления сводим в таблицу 9.2. В масштабе вычерчиваются эпюры активных и пассивных

p давлений на стенку и равнодействующие этих давлений Fa и Fp.

Таблица 9.1 – Исходные данные для задания 9

41

Таблица 9.2 – Пример выполнения расчетов по заданию 9

10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ФУНДАМЕНТОВ НА СДВИГ И ОПРОКИДЫВАНИЕ

У фундаментных конструкций типа подпорных стен, испытывающих горизонтальные усилия, должна проверяться устойчивость их положения на сдвиг и опрокидывание. При этом сдвиг может быть плоским и глубинным. Для стен сдвиг можно рассчитывать по ломаным поверхностям скольжения.

Устойчивость стены против сдвига на нескальных грунтах (рис.10.1) определяется по формуле:

Fs

Устойчивость на опрокидывание относительно точки O проверяется по формуле:

Ms

где Fs , Ms - сумма горизонтальных составляющих сдвигающих сил и опрокидывающих моментов относительно точки O;

Fsr , Msr - сумма горизонтальных составляющих удерживающих сил и

Необходимые для расчетов формулы будут приведены по ходу выполнения приводимых ниже вычислений.

За д а н и е 10. Проверить устойчивость уголковой стенки на сдвиг

иопрокидывание. Характеристики грунтов взять из табл.9.1, параметры стенки – из табл.10.1 по вариантам, аналогично заданию 9.

Последовательность расчетов покажем на примерах для уголковой подпорной стенки консольного типа, имеющей размеры в соответствии с вариантом 0 представленных в табл.10.1 исходных данных и грунта по варианту 9, согласно табл.9.1.

Таблица 10.1

F4 ·1,1=13,8·1,1=152,0 кН Общий вес грунта Fv =10,8+152,0=162,8 кН

44

Собственный вес стены с коэффициентом надежности по нагрузке

f =0,9 и b =25 кН/м3

Fbv F2 0,9 F3 0,9 54,0 0,9 42 0,9 86,4 кН Коэффициент горизонтальной составляющей активного давления грунта с

cos( ) cos( )

Горизонтальная и вертикальная составляющие активного давления грунта на глубине h=6 м с коэффициентом надежности по нагрузке f 1,1:

v h tg( ) 43,8 tg(320 260 ) 70,1 кН/м2

Горизонтальная и вертикальная составляющие усилия от активного давления грунта

F h 0,5 h h 1м 1/2 4,38 6 1 131,4 кН F v 0,5 v h 1м 1/2 70,1 6 1 210,3 кН

Горизонтальная и вертикальная составляющие давления грунта от нагрузки q с коэффициентом надежности по нагрузке f =1,2:

qh 1,2 q 1,2 30 0,39 14 кН/м2

qv qr tg( ) 14,0tg(320 260 ) 22,4 кН/м2

Горизонтальная и вертикальная составляющие усилия от нагрузки q

Fqh qh h 1м 14,0 6,0 1 84 кН Fqv qv h 1м 22,4 6,0 1 134,4 кН

Расчет устойчивости подпорной стенки против сдвига производим для трех значений угла ( 1 0; 2 0,5 1; 3 1)

1-й с л у ч а й ( 0) Сдвигающую силу определяем по формуле

Fs F h Fqh =131,4+84,0=215,4 кН

Пассивное давление грунта по передней стенке высотой h2 h h1 =6- 4,5=1,5 м определяем при p =1,0 и коэффициенте надежности по нагрузке

f =0,9 по формуле:

Fsr Fv tg( 1 ) b c1 Fph 580 tg(290 0) 17,2 335,2 кН Проверяем условие (10.1)

45

Fsr 335,2 1,56>1,2 (условие удовлетворяется)

Fs 215,4

2-й с л у ч а й ( 0,5 1 14,30) Fs =215,4 кН

Коэффициент пассивного давления при 1 =290

p tg2 (450 14030 ) 2,88

Пассивное давление определяем с коэффициентом надежности по нагрузке

f =0,9 и 1=18 кН/м3

Fp 1/2 18 2,512 2,88 1,09 147 кН

Сумма вертикальных сил с учетом веса грунта в контуре «def» с коэффициентом надежности по нагрузке f =0,9 и 1=18 кН/м3.

Fv 580кН 1,01 3,9 0,5 18 1 0,9 612кН Удерживающая сила при 1 =290

Fsr 612 tg(290 14030 ) 147 305,5 кН Проверяем условие (10.1)

Fsr Fp =310 кН

Fsr 310 1,43>1,2 (условие удовлетворяется)

Fs 215,4

При расчете устойчивости подпорной стенки на опрокидывание относительно точки 0 используем ранее вычисленные величины усилий.

Опрокидывающий момент создают Fgh =84 кН и F h =131,4 кН

Ms Fgh h/ 2 F h h/3 84 3,0 131,4 2,0 514,8кН м

Удерживающий момент создают силы F1 =10,8 кН, F4 =152,0 кН, F2 =47,6 кН, F3 =37,8 кН, Fph =17,2 кН, Fqv =134,4 кН, Fb =210,3 кН

Msr 10,8 0,3 152,0 1,95 47,6 0,9 37,8 1,95 17,2 0,5 134,4 2,2210,3 1,45 3,24 296,4 42,84 73,71 8,6 295,68 304,94 1025,4кН

Мsr 1025,4 1,99>1,2 (условие удовлетворяется).

Ms 514,8

46

11. РАСЧЕТ ОГРАЖДАЮЩИХ СТЕН КОТЛОВАНОВ

При разработке глубоких строительных котлованов используются ограждения из тонких траншейных и свайных стен или шпунта. При отсутствии подземных вод стены предназначаются для восприятия бокового давления грунта, располагаемого выше дна котлована, а в водонасыщенных грунтах и на территории, покрытой водой, - для крепления котлована и защиты его от затопления водой.

Глубины погружения ограждающих стен и шпунтов определяются грунтовыми условиями. При неглубоком залегании водоупора стены погружают в этот слой, чтобы обеспечить защиту котлована от притока воды через его дно. При глубоком залегании водоупора величину погружения стен ниже дна котлована t, при которой песчаный грунт не будет выноситься в котлован при осушении; определяют по формуле:

где Нb - напор на дне котлована, м;

sb - удельный вес взвешенного грунта, кН/м3;

т- коэффициент, равный для гравелистых и крупных песков и супесей

-0,7, для песков средней крупности и мелких - 0,5, для пылеватых - 0,4;

w - удельный вес воды, равный 10 кН/м3.

В пылеватых и мелких песках, текучих и текучепластичных глинистых грунтах для предупреждения выпора грунта в котлован стену погружают ниже дна котлована на глубину:

где h1 - глубина котлована, м;

, - удельный вес выше и ниже дна котлована, кН/м3. Пригрузка q принимается не менее 10 кН/м2.

Ограждающие стены рассчитываются на прочность и устойчивость положения, т.е. по первой группе предельных состояний. На стены действует боковое давление от собственного веса грунта и пригрузке на его поверхности, а также гидростатическое давление воды при ее откачке из котлована.

При разнородных напластованиях и отличии значений , и с грунтов не более чем на 20% допускается принимать основание однородным со средневзвешенными характеристиками по глубине стенки. Если это условие не выполняется, то давление на ограждение определяется от каждого слоя грунта отдельно, принимая выше расположенные слои как вертикальную нагрузку.

47

Устойчивость положения ограждающих и шпунтовых свободностоящих и заанкеренных стенок проверяется из условия:

где Ms - опрокидывающий момент, кН·м;

с - коэффициент условий работы;

n - коэффициент надежности.

Прочность конструкций ограждения рассчитывают по общим правилам сопротивления материалов, рассматривая их как временные сооружения. Момент сопротивления поперечных сечений шпунта принимают с коэффициентом 0,7 при отсутствии крепления обвязочных поясов к шпунту и 0,8, если они взаимно скреплены.

При составлении расчетной схемы ограждающей стенки учитывают следующее: без анкерного крепления стальным шпунтом ограждают котлованы глубиной до 5м, при одноанкерном креплении - до 6-8м. Длина шпунта не должна превышать 22м. Обычно забивку свободностоящего шпунта производят ниже дна котлована на его глубину t h1 , а при одноанкерном креплении на 0,5 h1 . Анкеры целесообразно располагать от верха стенки на 0,3-0,4 h1 , что позволит получить наименьшее значение изгибающего момента (рисунок 10).

Расчет ограждающих cтенок ведут в следующей последовательности. Вначале составляют расчетную схему стенки, на которую наносят проектные отметки дна котлована, низа стенки, действующие временные нагрузки, показывают напластования грунтов и их характеристики, уровень подземной воды. Затем вычисляют строят эпюры давлений грунта, воды и временных нагрузок. Из-за сложности точного аналитического расчета ограждающих стенок при их проектировании используют различные приближенные способы.

Стенка без креплений (рисунок 10.а) под действием сил стремится повернуться вокруг точки 0, расположенной на глубине t0 от дна котлована. От опрокидывания удерживается пассивным сопротивлением грунта. Величину t0 определяют из уравнения устойчивости на опрокидывание относительно точки 0. При этом в расчете условно учитывают только силы выше точки 0. Приближенно принимают t =0,15-0,20t0 , тогда полная глубина t t0 t . Величину t0 определяют методом последовательных приближений из уравнения устойчивости на опрокидывание.

В случае стенки с одним ярусом креплений (рисунок 10.б) принимается условие несмещаемости анкерного пояса в горизонтальном направлении и возможность поворота стенки на этом уровне. Для нахождения требуемой глубины заделки стенки ниже дна котлована t и анкерного усилия на ее погонный метр Fb к условию (10.3) добавляется дополнительное:

48

а – свободностоящей, б – заанкеренной в одном уровне

Рисунок 11 – Расчетные схемы ограждающих тонких стенок

З а д а н и е 11. Для принятой в задании 9 защемленной в грунте стенки определить необходимую ее заделку t ниже дна котлована при отсутствии анкерного крепления, а также требуемую заделку t и анкерную реакцию Fb при наличии одного яруса крепления. Анкерный пояс принять на глубине h =1,0 м от верха уровня поверхности грунта за стеной.

Пример расчета приведен в таблице 11.1. Исходные данные принять по таблице 9.2. Путем последовательного увеличения через 1м глубин h и t добиваемся соблюдения условий (11.3) и (11.4). В случае свободностоящей стенки для удобства вычислений значения tо соответствуют величинам t у заанкеренных стенок.

Таблица 11.1 – Пример расчета тонкой подпорной стенки

Таким образом, для свободностоящей стенки требуется t 1,2 t0 7 м. У заанкеренной стенки t 2,0 м, F =58 кН на погонный метр.

12. ИНЪЕКЦИОННЫЕ АНКЕРЫ И ИХ РАСЧЕТ

Для обеспечения устойчивости опрокидываемых или отрываемых от грунта сооружений при воздействии моментных, вырывающих, взешивающих и подъемных сил используются анкерные крепления. Наиболее эффективными из них являются инъекционные анкеры.

Инъекционный анкер (рисунок 12.1) - напрягаемая конструкция, состоящая из корня, тяги и головы, обеспечивающая связь между сооружением и грунтом. При этом тяга анкера работает на растяжение, его корень - на вырывание из массива грунта за счет сил сопротивления сдвигу по его боковой и вдавливанию по лобовой поверхностям, а оголовок фиксирует преднапряжение тяги и закрепляет анкер на сооружении с передачей последнему прижимного усилия.

У инъекционного анкера различают длины – общую l, свободной части las, корня lak; диаметры - скважины d , корня D; толщину слоя грунта над серединой корня hk , угол наклона к горизонту w.

При креплении подпорных стен корень должен располагаться на расстоянии 1,5-2,0м за пределами потенциальной призмы обрушения, а в случае анкерования других конструкций относительная глубина заделки корня las/D должна быть больше 10. Различают временные и постоянные анкеры. Первые имеют срок службы 2-3 года, вторые - 50 и более лет.

Несущая способность инъекционного анкера по грунту Fbh, кН определяется в соответствии с пособием П18-04 к СНБ 5.01.01-99 по формуле

где Di – диаметр заделки анкера в зоне нагнетания смеси, м; d – диаметр скважины, м;

50