Расчет шпунтового ограждения, погружаемого в несвязный грунт с устройством тампонажного слоя

Необходимо определить глубину погружения шпунта ниже дна котлована и марку применяемого шпунта. Сооружение шпунтового ограждения производится в русле реки, для сооружения свайного фундамента с ростверком.

Характеристики грунта (несвязный грунт):

· песок средней крупности;

· удельный вес ¾ тс/м³;

· коэффициент пористости ¾ ;

· угол внутреннего трения ¾ .

Характеристики котлована:

· глубина воды ¾ м;

· удельный вес воды ¾ тс/м³;

· отметка низа ростверка ¾ ниже РУВ на 8.5 м.

Удельный вес несвязного грунта во взвешенном состоянии составляет

тс/м³

В связи с сооружением фундамента в несвязном грунте и большой высоте воды необходимо устраивать тампонажную подушку.

Определение высоты тампонажного слоя бетона.

Высота тампонажного слоя определена, с учетом конструкции свайного фундамента, по формуле:

СХЕМА 1: принимаем к расчету шпунтовую стенку без распорного крепления с тампонажным слоем (рис. 5.3).

Минимальную глубину погружения стенки ниже дна котлована определяем из условия обеспечения устойчивости стенки против опрокидывания.

При устройстве тампонажной подушки необходимо рассмотреть две стадии работы шпунтового ограждения.

СТАДИЯ I: принимаем, что котлован вырыт до низа тампонажной подушки на глубину ; уровень воды в котловане понижен понижен на 0.25Н (на 25% полной глубины котлована, но не менее 1.5 м); тампонажный слой бетона не уложен (рис. 5.3, А и Б).

Интенсивность гидростатического давления воды на глубине составит

Интенсивность активного давления грунта на глубине составит

Коэффициент активного давления составляет

Интенсивность пассивного давления грунта на глубине составит

Коэффициент пассивного давления составляет

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. 5.3, А).

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

Равнодействующие гидростатического давления и , действующие на стенку составляют:

тс

тс

Равнодействующая активного давления грунта , действующая на стенку, составляет

тс

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

Удерживающая сила: , принимается с коэффициентом надежности по нагрузке .

Равнодействующая пассивного давления грунта , действующая на стенку, составит

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 стадии I составляет

м

Уравнение прочности:

В расчете рассматривается 1 пог.м. поперечного сечения шпунта. Расчет выполняется по максимальному моменту, действующего 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. 5.3, 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

Среди используемых типов шпунта, имеем шпунт Ларсен Л-V с максимально возможным моментом сопротивления см³. Шпунта с требуемым моментом сопротивления не имеется. Поэтому необходимо постановка распорки.

Расчеты по стадии II в схеме 1 проводить нецелесообразно в связи с невыполнением проверки по прочности.

Устанавливаем распорку на расстоянии от расчетного уровня воды (РУВ):

м

Условия сооружения шпунтового ограждения прежние.

СХЕМА 2: принимаем к расчету шпунтовую стенку с одним ярусом крепления с тампонажным слоем (рис. 5.4).

Минимальную глубину погружения стенки ниже дна котлована определяем из условия обеспечения устойчивости стенки против опрокидывания.

При устройстве тампонажной подушки необходимо рассмотреть две стадии работы шпунтового ограждения.

СТАДИЯ I: расчет производится на нагрузки, действующие на ограждения до укладки тампонажного слоя бетона (подводного бетона). Принимаем, что котлован вырыт до низа тампонажной подушки на глубину ; уровень воды в котловане понижен понижен на 0.25Н (на 25% полной глубины котлована, но не менее 1.5 м); тампонажный слой бетона не уложен (рис. 5.4, А и Б).

Значения действующих опрокидывающих и удерживающих сил будем принимать равными из схемы 1 стадия I (рис. 5.3, А).

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 в месте установки распорки (точка «О» на рис. 5.4, А).

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

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.

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 балку на двух опорах с расчетным пролетом (рис. 5.4, Б): опоры поставлены в месте установки распорки крепления (точка «О») и на половине глубины погружения шпунта (точка «В»). Длина расчетного пролета составляет

м

Давление воды и грунта, действующие на стенку ниже глубины , не учитывают.

Опорные реакции и определены от действующих сил (рис. 5.4, Б).

тс тс

Максимальный действующий на стенку момент определим методом сечений.

тсм тсм

Максимальный момент получен в точке 1: 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.

СТАДИЯ II: принимаем, что вода из котлована откачена полностью после укладки тампонажного слоя (рис. 5.4, В).

При расчете на устойчивость шпунтовой стенки в этой стадии имеется неопределенность в работе и выборе расчетной схемы. Производится только расчет на прочность. Значения действующих опрокидывающих сил , (участвующих в расчете на прочность) будем принимать равными из схемы 1 стадия II (рис. 5.3, В).

Интенсивность гидростатического давления на глубине составит

Интенсивность активного давления грунта , действующая с внешней стороны котлована, составит

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

Равнодействующая гидростатического давления , действующая на стенку составляет:

тс

Равнодействующая активного давления грунта , действующая на стенку с внешней стороны, составит

тс

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 балку на двух опорах с расчетным пролетом (рис. 5.4, Б): опоры поставлены в месте установки распорки крепления (точка «О») и на 0.5 м ниже верха тампонажного слоя (точка «В»). Длина расчетного пролета составляет

м

Давление воды и грунта, действующие на стенку ниже точки «В», не учитывают.

Опорные реакции и определены от действующих сил (рис. 5.4, В).

тс тс

Максимальный действующий на стенку момент определим методом сечений.

тсм тсм

Максимальный момент получен в точке 1:

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.

Расчет распорки. Расчет распорки в точке О.

Давление стенки на распорку определяем по формуле

¾ интенсивность давления грунта на стенку.

Поскольку при расчетах распорки на устойчивость принимается 1 пог.м. ширины стенки, интенсивность давления определяется по формуле

Усилие в распорке выбираем максимальным из расчета на прочность по двум стадиям. Получаем максимальное усилие в стадии II: тс

Интенсивность давления равна:

тс/п.м.

, ¾ пролеты обвязки слева и справа от рассматриваемой распорки.

Примем м, тогда

тс.

В качестве распорки принимаем бревно Æ26 см ( см²) и м.

Имеем уравнение прочности

¾ коэффициент, учитывающий понижение расчетного сопротивления для древесины сосны 2^го сорта,

¾ расчетное сопротивление изгибу элементов из бревен, кгс/см²

¾ коэффициент продольного изгиба.

Для определения вычисляем гибкость

Коэффициент продольного изгиба

Получаем

Проверка выполняется.

Таким образом,

· шпунтовое ограждение рекомендовано устраивать с одним ярусом крепления из шпунта Ларсен Л-IV, забиваемого на глубину 2.6 м

· распорку из бревна Æ 26 см рекомендовано устанавливать на глубине 2.5 м от РУВ с шагом между ними 2.0 м.

Приложение 1

Нормативные значения объемных весов (тс/м³), удельных сцеплений (тс/м²),

углов внутреннего трения

а) Песчаных грунтов

Виды песков	Характеристика грунтов	Характеристика грунтов при коэффициенте пористости
0.45	0.55	0.65	0.75
Гравелистые и крупные		0.2	0.1	-	-
				-
	2.05	1.95	1.90	-
Средней крупности		0.3	0.2	0.1	-
				-
	2.05	1.95	1.9	-
Мелкие		0.6	0.4	0.2	-
	1.95	1.95	1.90	1.90
Пылеватые		0.8	0.6	0.4	0.2
	1.95	1.95	1.90	1.90

Примечание: для насыпных грунтов принимается на 5^О ниже, а ¾ на 10% меньше.

Характеристика грунтов при коэффициенте e	1.05	-	-	-	-	-	-	1.5		1.75	-	-	-	1.2		1.75
0.95	-	-	-	-	-	-	1.9		1.80	1.5		1.80	1.4		1.80
0.85	-	-	-	-	-	-	2.2		1.85	1.8		1.85	1.6		1.85
0.75	-	-	-	0.3		1.90	2.5		1.90	2.3		1.90	2.0		1.90
0.65	0.8		1.95	0.6		1.95	3.1		1.95	2.8		1.95	2.5		1.95
0.55	1.1		2.00	0.9		2.00	3.7		2.00	3.4		2.00	-	-	-
0.45	1.5		2.10	1.3		2.10	4.7		2.10	3.9		2.10	-	-	-
Характеристика грунтов	с	j	g	с	j	g	с	j	g	с	j	g	с	j	g
Наименование грунтов и консистенции IL	Супесь полутвердая 0 £ IL £ 0.25	Супесь туго- и мягкопластичная 0.25 < IL £ 0.75	Суглинок полутвёрдый 0 £ IL £ 0.25	Суглинок тугопластичный 0.25 < IL £ 0.5	Суглинок мягкопластичный 0.5 < IL £ 0.75

Характеристика грунтов при коэффициенте e	1.05	3.6		1.75	3.2		1.75	2.9		1.75
0.95	4.1		1.80	3.7		1.80	3.3		1.80
0.85	4.7		1.85	4.3		1.85	3.6		1.85
0.75	5.4		1.90	5.0		1.90	4.1		1.90
0.65	6.8		1.95	5.7		1.95	4.5		1.95
0.55	8.1		2.00	-	-	-	-	-	-
0.45	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Характеристика грунтов	с	j	g	с	j	g	с	j	g
Наименование грунтов и консистенции IL	Глина полутвёрдая 0 £ IL £ 0.25	Глина тугопластичная 0.25 < IL £ 0.5	Глина мягкопластичная 0.5 £ IL £ 0.75

Приложение 2