Розрахунок шпунтового огорожі котловану

Розрахунок шпунтового огорожі котловану проводиться на стійкість положення шпунтової стінки і міцність за матеріалом конструкції на всіх стадіях роботи огорожі. Крім того, шпунтові огорожі розраховують на невимиваніе грунту основи при відкачці води з котловану, а також на фільтраційний випор грунту котловану (в піщаних і супіщаних грунтах).

Умова забезпечення стійкості стінки проти перекидання:

де Мі - розрахунковий момент перекидальних сил;

Mz - розрахунковий момент утримують сил;

т - коефіцієнт умов роботи, для слабких грунтів що дорівнює 0,7;

γп - коефіцієнт надійності за призначенням, прийнятий для місцевості, покритої водою, що дорівнює 1,1.

Для одноярусного (багатоярусного) кріплення огородження при перевірці стійкості положення стінки за точку повороту приймають місце закріплення розпірки (нижньої розпірки) т. О (т. O1) на рис. 2.11, а.

Глибина забивання шпунта визначається методом спроб з умови забезпечення стійкості стінки проти перекидання.

Мал. 2.11 - Схеми розрахунку шпунтового огорожі опори в незв'язних і малосвязних грунтах: a - епюри тиску грунту на огорожу; б - розрахункова схема стінки при двоярусному огорожі; в - розрахункова схема обв'язки

У розрахунку шпунта на міцність перевіряють стінку, балки обв'язки і розпірки. Стінку розглядають як розрізну (при одноярусному кріпленні, т. Е. Однієї розпірці) або нерозрізну (при двох-і більше ярусном кріпленні) балку на жорстких опорах. Нижня опора шпунта знаходиться посередині розрахункової глибини t занурення шпунта, визначеної з розрахунку на стійкість положення стінки. Навантаження на шпунт нижче умовної опори не враховують (рис. 2.11, б).

Міцність шпунтової стінки перевіряють за формулою

де Мр - момент в перерізі шпунтової стінки від розрахункових навантажень, віднесений до 1 пог. м шпунтової стінки; визначається при розрахунку стінки відповідно до розрахункової схемою (рис. 2.12, б);

Rу - розрахунковий опір матеріалу обв'язки;

Wcm - момент опору 1 пог. м шпунтової стінки; визначається за довідниками для конкретного типу шпунта (табл. 2.2);

т - коефіцієнт умов роботи; приймається рівним 0,8 для слабких грунтів.

Балки обв'язки розраховують як стиснуто-зігнуті (рис. 2.11, в). Обв'язка розраховується як нерозрізна балка, яка спирається на розпірки. Розподілена навантаження на балку q0 чисельно дорівнює опорним тискам R1 і R2. які передаються шпунтової стінкою (рис. 2.11, б), що примикає до обв'язки.

Міцність обв'язки перевіряється за формулою

а стійкість форми - за формулою

де Ант о6в. Абро6в - площа перетину обв'язки відповідно нетто і брутто;

Wнтобв - момент опору обв'язки щодо її вертикальної осі;

φ - коефіцієнт поздовжнього вигину обв'язки, який визначається за нормами проектування;

S0 - стискає зусилля в обв'язки; визначається за формулою

де а - відстань від осі балки обв'язки до сусіднього елемента обв'язки (до протилежної стінки або до поздовжньої балки в складі распорной рами, яка формує обв'язку);

q0 - погонна горизонтальне навантаження на обв'язку; чисельно дорівнює погонной опорної реакції R1 (R2) (рис. 2.12, б).

Распоркірассчітивают по вище приведених формулах.

Вигин виникає від власної ваги розпірок і дії поперечного навантаження (ваги настилу, людей, обладнання, передбаченого технологією виробництва робіт). Розпірка розглядається як балка з прольотом, рівним відстані між шпунтовими стінами. Стискуюче зусилля в розпірці одноярусного кріплення визначається за формулою

де b - відстань між розпірками.

Якщо розпірки є елементами распорного просторового каркаса, то їх розраховують на дію вертикальної поперечної навантаження як елементи плоских ферм. Зусилля, що виникають при цьому в розпірках як поясах ферм, підсумовуються із зусиллями, що передаються обв'язкою. Враховується (в разі внеузлового додатки поперечних навантажень) і місцевий вигин розпірки.

Шпунт циліндричного (в плані) огорожі перевіряється на розрив замків по формулі

де рс - розрахунковий горизонтальне радіальне зусилля в контурі огорожі, кН / м (тс / м); визначається за формулою

Тут т. Γп - коефіцієнт умов роботи (дорівнює 0,7 для слабких грунтів) і коефіцієнт надійності (дорівнює 1,1 для огорож на місцевості, покритої водою) відповідно;

D - діаметр огорожі в плані;

рр - розрахунковий опір розриву при розтягуванні замків шпунтин, прийняте рівним для шпунта ШП-1 (зі сталі СТ 3 одно 1900 кН / м, і 2700 кН / м для шпунта зі сталі СТ 5 і 15ХСНД);

q - інтенсивність горизонтального тиску грунту на внутрішню поверхню кільцевого огорожі на рівні дна водойми.

Найчастіше кільцеве огородження виконується з шпунта ШП.

При використанні шпунта ШК і Ларсен розтягують зусилля повинні сприйматися осяжний сталевими поясами.

Глибина забивання шпунта циліндричного огорожі нижче лінії розмиву повинна призначатися з умов виключення випирання грунту з-під низу шпунта за формулою

де q1 - розрахункове вертикальне тиск від ваги засипки і навантаження на неї на рівні дна річки, кПа (тс / м 2);

γп - питома вага грунту;

φ - кут внутрішнього тертя грунту на дні річки.

При розрахунку шпунта величина горизонтального тиску на шпунтових стінку котловану визначається в залежності від виду грунту. Епюри тисків піщаного і глинистого грунту мають відмінності.

Шпунт занурюється в пісок або супісок

В цьому випадку шпунтова стінка сприймає чинне зовні котловану горизонтальне вплив води, а також вплив грунту, що знаходиться в підвішеному стані.

Для визначення min-ой глибини забивання шпунта t використовується схема, зображена на (рис. 2.12, а) при одному ярусі розпірок і схема на (рис. 2.13, а) - при багатоярусному кріпленні.

У першому випадку в рівнянні

точкою О, щодо якої визначаються утримує Mz і перекидаючий Мі моменти, є рівень розміщення розпірок, у другому - рівень нижньої розпірки кріплення.

Мал. 2.12 - Схеми розрахунку шпунтової стінки в піщаних і супіщаних грунтах при одному ярусі кріплень: a - при визначенні мінімальної глибини забивання шпунта; б - при перевірці міцності стінки, внутрішньої обв'язки і розпірок

Мал. 2.13 - Схеми розрахунку шпунтового огорожі в піщаних грунтах з трьома ярусами кріплень: a - епюри тиску грунту; б - розрахункова схема

Для перевірки міцності шпунтової стінки використовуються схеми рис. 2.12 б і 2.13 б, згідно з якими визначаються згинальні моменти М і поперечні сили Q, в перетинах по довжині стінки як балки на двох або декількох жорстких опорах. В останньому випадку розглядається статично невизначена система, зусилля в якій визначаються методами будівельної механіки, наприклад, методом сил.

У формулах для визначення розрахункових тисків на шпунтових стінку на рис. 2.12 і 2.13:

γвзв - питома вага грунту в підвішеному стані (γвзв = 1тс / м 3);

γf = 1,2 і 0,8 відповідно для активного (λа) і пасивного (λп) тиску ґрунту (див. рис. 2.12 і 2.13):

де φ - кут внутрішнього тертя грунту.

Шпунт занурюється в зв'язні грунти

У разі занурення шпунта в водонепроникний грунт (глину або суглинок) приймається, що тиск на шпунтових стінку викликається тільки гідростатичним тиском води, що потрапляє між стінкою і грунтом на глибину hb. величину якої можна приймати на рівні (рис. 2.14):

а) для огорож, які не мають розпірок (рис. 2.14 а):

де h 1 b - глибина занурення шпунта в водонепроникний грунт;

б) для огорож з одним ярусом кріплень (рис. 2.14, б):

де t - глибина занурення шпунта нижче дна котловану;

в) для огорож з кількома ярусами кріплень (рис. 2.14, в) на 0,5 м нижче рівня грунту в котловані.

Аналогічно до випадку з піщаними грунтами для визначення глибини забивання шпунта t складається рівняння

Завдання вирішується методом підбору величини t до тих пір, поки не буде виконано цю умову.

Мал. 2.14 - Схеми до розрахунку шпунтових стінок, занурених у зв'язні грунти: a - у разі огородження без розпірок; б - з одним ярусом кріплень; в - з кількома ярусами

Міцність стінки огорожі перевіряється розглядом її як балки на двох опорах (при одноярусному кріпленні) або на декількох (при багатоярусному кріпленні).

Розрахункові тиску води і грунту отримують шляхом множення нормативних тисків на коефіцієнти надійності за навантаженням. Їх приймають рівними для активного тиску грунту γf = 1,2, для пасивного γf = 0,8.

Незалежно від результатів розрахунку глибина забивання шпунта t нижче дна котловану приймається для пилуватих і дрібних пісків, текучих глин і суглинків не менше 2 м.

В огорожах з тампонажним шаром бетону глибина забивання не повинна бути менше 1 м нижче нижньої поверхні бетону в будь-яких грунтах. Стійкість положення шпунта в цьому випадку визначається попередньо, якщо в котловані є вода і відсутня тампонажний шар.

Перевірка стійкості положення і міцності стінки проводиться при відкачаної з котловану воді і укладеному тампонажного шарі бетону по розрахунковим схемам, зображеним на рис. 2.15.

Мал. 2.15 - Розрахункові схеми стінки в разі укладання тампонажного шару бетону: а - до укладние підводного бетону; б - після відкачування води з огорожі