Метода порт

на, принимая давление от тыловой ноги равным равномерно распределенному q1 (прикордонной зоны).

Нагрузка на причал от воздействия судов [3].

Нагрузки от воздействия судов на причальные сооружения в процессе их эксплуатации подразделяются на:

1. Нагрузки при стоянке судна

-от навала пришвартованного судна под действием ветра или течения, прижимающего судно к причалу;

-от натяжения швартовов под действием ветра или течения, отжимающего судно от причала (противоположно навалу).

2. Нагрузки при подходе судна к причалу

-от навала (удара) судна в момент контакта судна с сооружением и гашения энергии движения судна при швартовке.

Боковое давление грунта [2].

В настоящем разделе приведены рекомендации по определению бокового давления грунта, находящегося в состоянии предельного равновесия (активное и пассивное давление) и, для частных случаев - допредельного, в том числе реактивного (давление в состоянии покоя, давление на внутренние стены жестких ячеистых конструкций и др.).

Боковое давление грунта принимается действующим на расчетную поверхность (плоскую, ломаную и пр.). За расчетную поверхность принимается поверхность сооружения на контакте с грунтом или условная поверхность, проходящая полностью или частично внутри грунта. Рекомендации по определению положения расчетной поверхности приводятся в указаниях по отдельным видам расчетов.

Если расчетная поверхность проходит в грунте, то следует определять давление при нескольких возможных ее положениях, приняв за расчетное - наиболее невыгодное для рассматриваемого предельного состояния.

При определении бокового давления грунта на расчетную поверхность

внеобходимых случаях следует учитывать:

-внешние нагрузки и воздействия на грунтовый массив, такие как: нагрузка от складируемых материалов, строительных механизмов, транспорта; нагрузка, передаваемая через фундаменты близрасположенных зданий и сооружений, и пр.;

-прочностные характеристики на контакте стена - грунтовый массив (контактные трение φs и сцепление сs);

-деформационные характеристики сооружения и его элементов (анкерных, распорных, разгрузочных);

-последовательность производства работ и способ образования засыпки (историю загружения); возможность перебора грунта в процессе экскавации;

11

-дополнительные давления, вызванные пучением, набуханием грунтов,

атакже проведением работ по нагнетанию в грунт растворов, тампонажу и пр.;

-температурные и динамические (вибрационные) воздействия.

По абсолютной величине угол φs не должен быть больше угла внутреннего трения грунта и 30° и, как правило, в расчетах принимается в пределах

(0,5 – 0,67) φ.

В проектной практике используются три группы методов определения давления грунта. В курсовом проекте рекомендуется использовать упрощённые методы, в которых боковое давление грунта условно разделяют на две части: основное, не зависящее от деформаций, и дополнительное (реактивное), зависящее от деформаций и др. факторов.

К основному давлению грунта относят ту часть бокового давления, которая зависит только от веса и других объёмных сил (фильтрационных, сейсмических), а также от нагрузок на поверхности засыпки. Этим условиям отвечают:

-давление в состоянии покоя, когда расчётная поверхность не смещается относительно грунта в горизонтальном направлении;

-давление грунта внутри жёстких ячеек (силосное);

-предельное давление (активное или пассивное), соответствующее только поступательному перемещению (т.е. без вращения и изменения формы расчетной поверхности) от, или в сторону грунта, при превышении которого давление не изменяется.

Наступление предельного равновесия в грунте с реализацией активного или пассивного давления может произойти при перемещении расчетной поверхности соответственно от грунта или на грунт, превышающем некоторое

критическое значение Sult, называемое предельным перемещением, которое допускается принимать равным 0,001Н для пассивного и 0,0005Н – для активного давления, где Н – высота слоя грунта над рассматриваемой точкой.

Реактивное давление грунта в любой точке расчётной поверхности, как правило, не может превысить пассивного и быть меньше активного.

Определение активного и пассивного давления грунта в условиях плоской задачи.

В частном случае, при плоской поверхности грунта и слоях грунта, параллельных поверхности, горизонтальная рah, вертикальная рav, и нормальная рan составляющие интенсивности активного давления грунта на глубине у на единицу высоты определяются по формулам (рис. 3):

Рис. 3. Определение активного давления грунта при наклонной поверхности грунта и наклонной расчетной поверхности:

1 - расчетная поверхность, 2 – эпюра pah, 3 - эпюра pav, где λahφ и λahс - коэффициенты горизонтальной составляющей активного давления грунта, определяемые по [2]

Врамках КП принимается определение значений λahφ и λahс по таблице приведенной ниже.

Вформулах: γi и yi - соответственно удельный вес грунта (в случае насыщения грунта водой – с учетом взвешивания) и высота i-го слоя грунта,

n - количество слоев грунта в пределах у, рg - вертикальное давление от нагрузки g на глубине у, φ и с - угол внутреннего трения и удельное сцепле-

ние грунта на глубине у, φs - угол трения грунта на контакте с расчетной поверхностью на глубине у, ε - угол наклона расчетной поверхности к вертикали на глубине у, принимаемый со знаком минус при наклоне на грунт; ρ - угол наклона поверхности грунта к горизонтали, принимаемый со знаком плюс при отклонении поверхности вверх.

Вчастном случае, при плоской поверхности грунта, равномерно распределенной нагрузке g и слоях грунта, параллельных поверхности, горизон-

тальная рph, вертикальная рpv и нормальная рpn составляющие интенсивности пассивного давления грунта на глубине y на единицу высоты расчетной

плоскости, если наклон поверхности грунта ׀ρ׀≤φ, и угол наклона расчетной поверхности к вертикали ε<70 , определяются по формулам (рис. 4):

13

Рис. 4. Определение пассивного давления грунта при наклонной поверхности грунта и наклонной расчетной поверхности (ε≤70):

1 - расчетная поверхность, 2 – эпюра рph , 3 - эпюра рpv

ли на глубине у, принимаемый со знаком минус при наклоне от грунта; β - угол, принимаемый равным (2/3)φs.

Если вычисленное значение рpv имеет знак минус, то это означает, что вертикальная составляющая интенсивности пассивного давления грунта направлена вниз.

В таблицах даны некоторые значения коэффициентов активного давления (λahφ= λahс) и пассивного давления λahφ при горизонтальной поверхности грунта.

14

Значения коэффициентов активного давления грунта λahφ при ρ=0, ε=0

Особенности определения активного и пассивного давления грунта на анкерные плиты.

где активное Еah и пассивное Eph давления грунта определяются на всю высоту заглубления плиты t.

При зазоре между анкерными плитами менее 0,2la активное Еah и пассивное Eph значения давления грунта следует определять на длине la , равной

15

ширине плиты. При зазоре между анкерными плитами более 0,2la значение Еah и Eph следует определять как для отдельно стоящих опор.

Определение активного давления грунта на внутренние стены ячеек, параллельные стены и т.п.

При равномерно распределенной нагрузке g на уровне верха ячейки горизонтальная и вертикальная составляющие интенсивности активного давления несвязного грунта на глубине y определяются по формулам (рис. 5):

Рис. 5. К расчету давления грунта на внутренние стены ячеек (оболочек):

1 – ячейка, 2 - грунт засыпки, 3 - грунт основания, где рy - вертикальное давление на глубине у:

где γ - удельный вес грунта внутри ячейки на глубине у, yi - высота i- ого слоя грунта над поверхностью слоя, в пределах которого определяется рah, рyi - вертикальное давление на поверхности слоя, в пределах которого определяется рah (для верхнего первого слоя, при у≤у1 рyi=рy1=g; для второ-

го, при у>у1 вычисляется по формуле, принимая у=у1, и рyi=g, и т.д.); А и u - соответственно площадь и периметр ячейки (для квадратных и круглых ячеек

А/u = d/4, для параллельных стен – А/u=d/2); d - расстояние между стенами ячейки или диаметр круглой ячейки; λahφ - коэффициент горизонтальной составляющей активного давления грунта; φs - угол трения грунта по стене.

Определение давления грунта в состоянии покоя.

Давлением покоя называется напряжение в грунте на контакте с расчетной поверхностью при отсутствии смещения последней в направлении, перпендикулярном к этой поверхности.

При горизонтальной поверхности грунта, равномерно распределенной нагрузке g и горизонтальных слоях грунта горизонтальная рoh составляющая интенсивности давления грунта в состоянии покоя на жесткую, не смещае-

16

мую в горизонтальном направлении вертикальную расчетную поверхность на глубине у определяется по формуле:

где γi, yi, n, φs - те же, что и выше; λoh- коэффициент горизонтальной составляющей давления грунта в состоянии покоя, определяемый: при φs=0

направления действия силы трения по расчетной поверхности. В частности, величина λoh при φs=φ близка по величине λah при φs=0.

Для жестких, нерасширяющихся в горизонтальном направлении ячеек, оболочек большого диаметра, параллельных стен и т.п. расчет бокового давления грунта на внутренние поверхности допускается выполнять на условное значение угла внутреннего трения Μ0 arcsin 1 2v ;

6. Выбор конструкции причального сооружения [9]

Выбор конструкции причального сооружения должен производиться на основании технико-экономического сопоставления вариантов, с учетом наилучшего соответствия архитектурным и экологическим требованиям, скорости возведения, предпочтений заказчика, возможностей подрядчика.

Существенным фактором для выбора конструкции является продолжительность строительства, т.к. более сжатые сроки строительства в некоторых случаях позволяют получить значительный экономический эффект за счёт снижения эксплуатационных издержек или получения прибыли за счёт более раннего ввода сооружения в эксплуатацию.

При выборе вариантов, если грунтовые условия позволяют осуществить погружение шпунта, в первую очередь следует рассматривать шпунтовые конструкции (больверки). Гравитационные набережные следует строить, в основном, на грунтах, затрудняющих или не допускающих погружение шпунта и свай, или при использовании в строительстве крупногабаритных блоков (массивов-гигантов и т.п.), устанавливаемых путем затопления или при помощи кранов большой грузоподъемности.

В сопоставимых условиях набережные из металла на 20 - 50% дешевле бетонных и железобетонных.

Больверки.

Причальные сооружения в виде тонких стенок (рис. 6), называемые часто больверками, являются наиболее экономичными и наименее чувствительными к перегрузкам из всех известных конструкций и применяются для строительства набережных практически любой высоты в тех случаях, когда грунты основания допускают погружение шпунта и свай на необходимую

17

глубину. В общем случае набережная типа больверк включает свайный или шпунтовый ряд, воспринимающий распор грунта и омоноличенный поверху шапочной балкой, анкерные устройства той или иной конструкции, обеспечивающие устойчивость шпунтового ряда, и разгрузочные устройства, уменьшающие горизонтальное давление грунта на шпунтовый ряд.

Больверки обычно разделяют на незаанкерованные (безанкерные) и заанкерованные. Наиболее широко распространены заанкерованные шпунтовые стенки (рис. 6б). При высоте набережной до 10...12 м шпунтовая стенка обычно крепится одним рядом анкерных тяг к анкерным плитам или стенкам. Точку крепления анкерной тяги к шпунту выбирают выше строительного уровня воды, а оптимальная длина консольной части шпунтового ряда h в зависимости от его конструкции может составлять до 0,35 Н. Глубина забивки шпунта t и длина анкерной тяги L зависят от ряда факторов, но обычно принимают Зм < t < 0,5Н и Н < L < 1,5Н.

В стесненных условиях при высоте набережных примерно до 10 м применяются козловые больверки, которые не требуют широких котлованов для устройства анкерных конструкций (рис. 6г). Анкеровка шпунтового ряда в этом случае осуществляется анкерными сваями, забиваемыми с наклоном от 3:1 до 1:1 и омоноличиваемыми со шпунтом в пределах шапочного бруса или монолитной надстройки. При высоте набережных более 12-15 м из-за ограниченной несущей способности шпунта обычно требуется установка двух анкеров шпунтового ряда по высоте. В этом случае возникают также значительные трудности, связанные с забивкой шпунтин длиной до 20..25 м. С целью упрощения технологии производства работ применяют разрезной двуханкерный больверк, отличающийся более четкой расчетной схемой (рис. 6в). Набережная такого типа представляет собой шпунтовый ряд, омоноличенный шапочной балкой и заанкерованный тягами за анкерные плиты, на котором устанавливаются вертикальные элементы надстройки, также омоноличенные поверху и заанкерованные вторым ярусом анкерных тяг за свои плиты.

По материалу шпунтового ряда больверки могут быть деревянными, стальными или железобетонными.

Шпунтовый ряд должен обладать прочностью, долговечностью, грунтонепроницаемостью и достаточной водопроницаемостью. Наибольшее распространение в портостроении имеет стальной шпунт, отличающийся индустриальностью изготовления и простотой производства строительных работ. Известно большое число разнообразных прокатных и сварных профилей стального шпунта, разрабатываемых с целью наиболее рационального использования материала.

В настоящее время используются стальные шпунтовые сваи как отечественного, так и иностранного производства. При этом, несмотря на развитие промышленности и высокий спрос, по-прежнему единственным горячекатаным профилем шпунтовых свай отечественного производства является шпунт Л5-УМ. Наряду с этим в последнее время распространение получили

18

гнутосварные профили и панели, а также трубошпунт различных вариантов исполнения отечественного производства. Большинство эффективных горячекатаных профилей шпунтовых свай в настоящее время производятся в Европе.

Рис.6. Виды больверков:

а – безанкерные; б – заанкеренные; в – козловый; г – с высоким экранирующим ростверком; д – двуханкерный разрезной; 1 – шпунтовый ряд; 2 – шапочный брус или надстройка; 3 – обратная засыпка; 4 – распределительный пояс; 5 – анкерная тяга; 6 – анкерная плита (свайный ряд); 7 – вертикальный элемент; 8 – промежуточная шапочная

балка.

В приложении 2 представлен сортамент наиболее распространенных профилей шпунтовых свай отечественного и иностранного производства. Представленные шпунтовые сваи, как правило, производятся из сталей С235, С345, S270GP, S355GP с пределом текучести 245-355МПа. В иностранной практике также большое распространение получили комбинированные шпунтовые стены, состоящие из элементов различной прочности (жесткости) и глубины погружения в грунт основания.

19

Большой сортамент стальных шпунтовых свай, как по профилю, так и по несущей способности, позволяет обеспечивать высокие техникоэкономические показатели строительства причальных сооружений.

Выбор типа шпунтовых свай необходимо производить на основе комплексного сравнения по:

стоимости различных шпунтовых свай требуемой несущей способности с учетом доставки до площадки строительства;

стоимости работ по погружению различных профилей шпунтовых свай, с учетом обеспечения требуемого качества шпунтового ряда;

стоимости мероприятий по обеспечению расчетного срока службы сооружения, как правило, антикоррозионной защиты шпунтовых свай или увеличения их металлоемкости в запас на коррозию.

Кроме шпунтового ряда к числу основных элементов заанкерованных

больверков относятся анкерные устройства, обеспечивающие крепление верха шпунта и общую устойчивость всей набережной. В общем случае анкерная система включает анкерные тяги; анкерные плиты, стенки или сваи; распределительные пояса на лицевой и анкерной стенках; узлы крепления тяг.

Для высоких набережных или при больших нагрузках на кордоне в ряде случаев предусматривают различные разгрузочные устройства, снижающие давление засыпки на шпунтовый ряд.

Вариант стенки из стального заанкерованного шпунта показан на рис.7.

Рис. 7. Причальная набережная в виде заанкерованного больверка:

1 – лицевой шпунтовый ряд, 2 – анкерный шпунтовый ряд, 3 – ж/б оголовок, 4 – анкерныя тяга, 5 – талреп, 6 – распределительный пояс, 7 – покрытие территории, 8 – ко-

лесоотбойный брус

20