Расчет шпунтового ограждения, погружаемого в связный грунт.

Необходимо определить глубину погружения шпунта ниже дна котлована и марку применяемого шпунта.

Характеристики грунта:

· глина консистенции ;

· удельный вес ¾ тс/м³ (19.0 кН/м³);

· удельное сцепление ¾ кгс/м² (5 т/м², 50 Н/м²);

· угол внутреннего трения ¾ .

Характеристики котлована:

· глубина воды ¾ м;

· удельный вес воды ¾ тс/м³ (10.0 кН/м³);

· глубина котлована ¾ м.

Принимаем к расчету шпунтовую стенку без распорного крепления.

При устройстве ограждения без тампонажного подушки (для связных грунтов она ненужна) минимальную глубину забивки шпунта ниже дна котлована определяют по формуле

Глубину определяем из условия обеспечения устойчивости стенки против опрокидывания, считая ось поворота стенки расположенной на этой глубине

(относительно точки «О»)

При этом шпунт рассчитывается на горизонтальные нагрузки, соответствующие двум схемам (схема 1 и 2).

СХЕМА 1: принимают, что ниже поверхности водонепроницаемого грунта происходит отлипание шпунтовой стенки. Горизонтальное давление на шпунтовую стенку действует только гидростатическим давлением воды, проникающей между стенкой и грунтом на глубину . (рис. 5.1, А).

Условная глубина отлипания шпунта в связном грунте составляет

Интенсивность гидростатического давления воды на глубине составит

Интенсивность пассивного давления грунта на глубине составит

Коэффициент пассивного давления составляет

Интенсивность сцепления грунта со шпунтом, для пассивного давления составит

Уравнение устойчивости:

(относительно точки «О»)

¾ момент опрокидывающих сил относительно точки «О»

¾ момент удерживающих сил относительно точки «О»

¾ коэффициент условия работы,

¾ коэффициент надежности по назначению,

Рассматриваем устойчивость стенки против опрокидывания поворотом стенки относительно оси, расположенной на глубине ниже дна котлована (точка «О» на рис. 5.1, А).

Опрокидывающая сила: , принимается с коэффициентом надежности по нагрузке .

Равнодействующая гидростатического давления , действующая на стенку составляет:

Момент от действия опрокидывающей силы относительно точки «О»:

Удерживающая сила: , принимается с коэффициентом надежности по нагрузке .

¾ равнодействующая пассивного давления грунта с учетом сцепления со стороны котлована, действующего на стенку.

В связи со сложной формой эпюры пассивного давления, разбиваем её на простые фигуры (треугольники и прямоугольник), у которых просто определять площадь и центр приложения равнодействующих сил. Получаем

¾ равнодействующая пассивного давления для треугольника высотой и основанием равным . Получаем

¾ равнодействующая пассивного давления для треугольника высотой 1 м и основанием равным . Получаем

¾ равнодействующая пассивного давления для прямоугольника высотой м и основанием равным . Получаем

Момент от действия удерживающей силы относительно точки «О»:

После подстановки величин моментов удерживающих и опрокидывающих сил в уравнение устойчивости, получаем неравенство:

Неравенство выполняется при м.

Дополнительную глубину погружения шпунта определяем по формуле

, где

Равнодействующая пассивного давления грунта с внешней стороны котлована (обратного отпора), определяется из уравнения равновесия

тс

Интенсивность пассивного давления грунта , действующего на стенку с внешней стороны котлована, определили на глубине

тс/м

Получаем

м

Минимальная глубина погружения шпунта ниже дна котлована по схеме 1 составляет

м

СХЕМА 2: принимают, что отлипание грунта от стенки отсутствует. Учитывается сцепление шпунта с грунтом. (рис. 5.1, В).

Интенсивность гидростатического давления воды на глубине (в уровне дна реки) составит

Интенсивность гидростатического давления воды в грунте с учетом сцепления составит

Коэффициент активного давления составляет

Интенсивность активного давления грунта на глубине составит

Интенсивность сцепления грунта со шпунтом, для активного давления составляет

Значения для пассивного давления грунта берутся из расчета по схеме 1.

Уравнение устойчивости:

(относительно точки «О»)

¾ момент опрокидывающих сил относительно точки «О»

¾ момент удерживающих сил относительно точки «О»

¾ коэффициент условия работы,

¾ коэффициент надежности по назначению,

Рассматриваем устойчивость стенки против опрокидывания поворотом стенки относительно оси, расположенной на глубине ниже дна котлована (точка «О» на рис. 5.1, В).

Опрокидывающие силы: , , принимается с коэффициентом надежности по нагрузке и .

Равнодействующие гидростатического давления и , действующие на стенку составляют:

Равнодействующая активного давления грунта с учетом сцепления с внешней стороны, действующего на стенку определяется как совокупность сил

Равнодействующая активного давления грунта составит

Равнодействующая сцепления шпунта с грунтом с внешней стороны составит

Момент от действия опрокидывающих сил , , относительно точки «О»:

Удерживающая сила: , принимается с коэффициентом надежности по нагрузке .

Значения удерживающей силы и момента удерживающих сил берутся из расчета по схеме 1.

После подстановки величин моментов удерживающих и опрокидывающих сил в уравнение устойчивости, получаем неравенство:

Неравенство выполняется при м.

В соответствии с рекомендациями СТП 136-99, примем минимальную глубину погружения шпунта м (для рассматриваемого расчетного случая шпунта и грунтов основания).

Рассматривая результаты расчета на устойчивость по двум расчетным схемам, принимаем максимальную величину .

Получаем

м

Расчет на прочность проведем для схемы 1. Это обусловлено большей величиной глубины погружения шпунта.

Уравнение прочности:

В расчете рассматривается 1 пог.м. поперечного сечения шпунта. Расчет выполняется по максимальному моменту, действующему в шпунте на 1 пог.м.

¾ момент сопротивления 1 пог.м. поперечного сечения шпунтовой стенки

¾ расчетное сопротивление металла изгибу по пределу текучести (по СНиП 2.05.03-84*).

При марке стали 15ХСНД расчетное сопротивление изгибу кгс/см².

Рассматриваем консольный стержень с жесткой заделкой на глубине в точке «О» (рис. 5.1, Б) с учетом всех сил, действующих на шпунтовую стенку. Максимальный действующий на стенку момент определим методом сечений.

Получаем, что тсм.

Находим требуемый момент сопротивления пог.м. стенки

см³

По требуемому моменту сопротивления выбираем по сортаменту тип шпунта с ближайшим большим моментом сопротивления:

шпунт Ларсен Л-IV с см³

Проверка выполняется.

Таким образом,

· шпунтовое ограждение рекомендовано устраивать с без крепления из шпунта Ларсен Л-IV, забиваемого на глубину 1.5 м

Пример 2