Расчет активного давления подпорных стен
Подпорные стены работают в сложных геологических условиях и воспринимают значительные горизонтальные усилия от давления грунта. Снизить давление возможно путем внедрения в грунт полипропиленовых волокон.
Аналитический метод определения активного давления грунта на подпорную стену производился согласно СП 43.13330.2012 «Сооружения промышленных предприятий». В ходе исследования был также выполнен расчет методом конечных элементов в программном комплексе «PLAXIS-2D».
Расчетная схема подпорной стенки представлена на рисунке 11.
Рисунок 11. Расчетная схема подпорной стенки
При расчетах варьировались такие параметры, как высота подпорной стены (от 3,0 до 12,0м), процентное содержание армирующих полипропиленовых волокон, которые входят в состав обратной засыпки (от 0% до 1,0%). Результаты расчета сформированы в таблицу 4.
Таблица 4
Сравнение результатов расчета подпорных стен
| Название | Аналитический расчет | МКЭ (ПК «Plaxis-2D») | ||||||
| Высота, м | 3,0 | 6,0 | 9,0 | 12,0 | 3,0 | 6,0 | 9,0 | 12,0 |
| Песок | 4,67 | 17,39 | 30,1 | 0,3 | 0,7 | 12,2 | 47,95 | |
| Песок+0,5% фибры | 0,3 | 0,52 | 0,67 | 0,82 | ||||
| Песок +1% фибры | 0,3 | 0,52 | 0,64 | 0,77 |
Для визуализации полученных результатов был построен график, представленный на рисунке 12.
Рисунок 12. График зависимости фиброармирования на величину активного давления.
Использование фиброармированного грунта в конструкциях подпорных стен эффективно, поскольку результаты расчета доказали, что при внедрении в грунт полипропиленовых волокон величина активного давления значительно снижается. Исключением стали подпорные стены высотой 3,0 м. Фибру наиболее целесообразно применять для высоких подпорных стен.
Расхождение между аналитическим расчетом и численным моделированием в среднем составляет 35 %. Это объясняется тем, что в аналитическом расчете не учитываются некоторые факторы, влияющие на величину активного давления: облицовка, трение грунта о поверхность стены и др.
Выводы по работе:
1. Внедрение ПП волокон в грунтовый массив в качестве армирующих элементов положительно влияет на механические свойства грунта. Это достигается за счёт увеличения сдвиговых критериев прочности: удельного сцепления и угла внутреннего трения. При 1,5% армирования отмечено снижение характеристик, что объясняется тем, что фибра комкуется и неравномерно Оптимальный процент армирования – 0,5% по массе. Такого содержания полипропиленовых волокон достаточно для улучшения механических характеристик грунта и повышения рентабельности сооружения.
Внедрение фибры снижает активное давление в обратной засыпке подпорных стен, что позволяет уменьшить расход бетона на сооружение подпорной стены (уменьшить толщину подпорной стены).