ТЕХНОЛОГИЯ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ

Возведение подземных сооружений методом «стена в грунте»

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Все нагрузки, действующие на сооружения, подразделяются на постоянные и временные. Последние, в свою очередь, подразделяются на длительно действующие, кратковременные и особые.

При расчете заглубленных сооружений по предельным состояниям возможные отклонения нагрузок от нормативных значений учитываются соответствующими нормативными коэффициентами перегрузок.

Расчеты выполняются на наиболее невыгодные сочетания нагрузок и воздействий для отдельных элементов, сечений или всей конструкции в целом, которые могут возникать при эксплуатации сооружений и в процессе строительства.

При расчете конструкций на основные сочетания нагрузок, включающие одну кратковременную нагрузку, значение последней учитывалось без снижения, а при расчете на основные сочетания нагрузок, включающие две или более кратковременные нагрузки, расчетные значения этих нагрузок или соответствующих им усилий умножались на коэффициент сочетаний пс =0,9.

При расчете конструкций и оснований на особые сочетания нагрузок расчетные значения кратковременных нагрузок или соответствующих им усилий умножались на коэффициент сочетаний пс =0,8, если в нормах проектирования конструкций и оснований не приводились иные значения.

Из общего числа возведенных заглубленных сооружений примерно 70% относятся к водопроводно-канализационным заглубленным сооружениям: насосным станциям, водозаборам, емкостным сооружениям. При расчете водопроводно-канали-зационных сооружений рассматривают следующие случаи:

-          строительный (один или несколько) — возведены стены, грунт извлечен полностью или частично;

-          эксплуатационный (один или несколько) — сооружение не заполнено водой или сооружение заполнено водой полностью или частично, а его конструктивные элементы подвержены неравномерному нагреву.

Нагрузки и воздействия, возникающие в условиях эксплуатации сооружения

Они рассчитываются так же, как и нагрузки для условий строительного периода. При этом нормативное значение массы строительных конструкций сооружения определяют исходя из нормативной массы всех конструкций надземной части сооружения, опирающихся на подземную часть.

При расчете нормативного значения гидростатического давления грунтовых вод принимается прогнозируемый повышенный средний уровень грунтовых вод соответствующей обеспеченности в зависимости от класса сооружения. При определении нормативного значения дополнительного давления грунта на сооружение, вызываемого нагрузками от массы вблизи расположенных зданий и сооружений, а также стационарного оборудования, вертикальная нагрузка прикладывается по подошве их фундаментов.

Расчет несущих конструкций заглубленных сооружений производится по первой и второй группам предельных состояний. При этом стены рассчитываются по прочности, устойчивости, деформациям и раскрытию трещин, а основания — по устойчивости и деформациям.

Помимо этого, учитывая, что сооружения, возводимые методом "стена в грунте", строятся преимущественно в водонасыщенных грунтах, производится проверка устойчивости их на всплытие и на общую устойчивость при сдвиге по основанию.

Расчет железобетонных конструкций, выполняемых методом "стена в грунте", по несущей способности производится на воздействие расчетных нагрузок (с учетом коэффициентов перегрузки), а по деформациям и по раскрытию трещин — на воздействие нормативных нагрузок. Расчеты сооружений производятся на наиболее невыгодные сочетания нагрузок:

-          в строительный период — по расчетным схемам, учитывающим условия производства работ;

-          в условиях эксплуатации — по расчетным схемам, учитывающим наличие днища, внутренних конструкций стен, перекрытий, колонн и т.д., включая нагрузки от всего расположенного внутри сооружения оборудования, технологических жидкостей, от опирающегося на подземную часть надземного здания, а также с учетом рядом расположенных сооружений.

В сборных железобетонных сооружениях проверяют также прочность железобетонных стеновых панелей в условиях изготовления, транспортирования и монтажа. При этом в качестве нагрузки принимают собственную массу панели (с учетом коэффициентов перегрузки), а размещение опор — в зависимости от принятой схемы строповки и опирания панелей на подкладки.

Расчетные схемы сооружений. Расчетная схема сооружения определяется его конструкцией, технологией производства, а также технологией возведения подземной части здания и сооружения. В настоящее время разработано и применяется в проектной практике значительное количество расчетных схем заглубленных сооружений. Анализ их показывает, что все они могут быть сведены к трем схемам:

1)         круглое в плане сооружение без опорных поясов, рам и распорок, устойчивость которого обеспечивается за счет работы оболочки;

2)         круглое, прямоугольное, многоугольное в плане сооружение, устойчивость которого обеспечивается при помощи опорных рам, поясов, распорок, анкеров;

3) сооружение типа подпорной стены, устойчивость которой обеспечивается за счет защемления в грунт нижней части стены.

Расчет круглых в плане сооружений без опор. В настоящее время круглые в плане сооружения без промежуточных опор выполняют как из сборного, так и монолитного железобетона, причем при устройстве сооружений из сборного железобетона стены выполняют как с жесткими, так и с шарнирными стыками между сборными стеновыми панелями, а в монолитных сооружениях стыки между отдельными блоками шарнирные. Сооружения из сборного железобетона в плане представляют собой многоугольник, приближающийся к форме круга. Однако применение плоских панелей значительно упрощает их изготовление.

Расчет круглых и прямоугольных сооружений в плане с опорами. Круглые и прямоугольные сооружения в плане с опорами в виде колец, рам, распорок и анкеров получили наибольшее распространение в практике проектирования и строительства Украины. В частности, по такой схеме рассчитаны насосные станции Южного и Северного горнообогатительных комбинатов, Ново-Днепровского водопровода, Черкасского ПО "Азот" и другие сооружения. Они рассчитывались в условиях плоской задачи.

Первый этап — грунт отрыт до отметки, позволяющей установить опору верхнего яруса. Стены сооружения в этом случае рассчитываются как тонкая подпорная безанкерная (консольная) стена.

Второй этап — грунт отрыт до отметки, позволяющей установить опору второго (нижнего) яруса. Опора верхнего яруса воспринимает полную нагрузку. Стены сооружения в этом случае представляют собой одноанкерную тонкую подпорную стену и рассчитываются любым из известных точным или приближенным методами.

Третий этап — грунт отрыт до отметки основания днища. Опоры верхнего и нижнего ярусов воспринимают полную нагрузку. Стены сооружения в этом случае рассчитываются как неразрезные балки на двух или более опорах, загруженные трапецеидальной нагрузкой.

Расчет консольных стен (первый этап). Устойчивость незаанкеренных тонких стен обеспечивается только сопротивлением грунта, в котором они защемлены. Один из самых простых методов расчета свободно стоящей тонкой стенки основан на допущении, что она, не деформируясь, поворачивается в грунте вокруг некоторой точки С. Эта точка находится на глубине zc=0,8h2 от поверхности грунта. Глубина заделки стены в грунт определяется из условий равновесия активного и пассивного давления грунта.

Расчет стены с одной опорой (второй этап). Стена с опорой рассчитана как шарнирно опертая в точке опоры. При этом с наружной стороны сооружения учитывается активное действие, а с внутренней — пассивное сопротивление.

В зависимости от глубины заделки стены в грунте возможны две основные расчетные схемы, когда глубина заделки определяется только условием статистического равновесия против выпора (схема Э.К. Якоби) и когда она принимается по критерию получения минимальных величин изгибающих моментов (схема Блюма — Ломейера). Как правило, в практических расчетах проверка устойчивости стены выполняется по первой схеме. В этом случае для определения необходимойя глубины защемления сила активного давления Q1 должна уравновешиваться силой пассивного сопротивления Q2 с учетом коэффициента условий работы т.

Расчет стены с двумя или несколькими опорами (третий этап). При устройстве стен с двумя или несколькими опорами возможны две принципиально различные схемы — с защемлением нижней части стены в грунте и без устройства защемления. Опыт проектирования и строительства показывает, что преимущественно распространена вторая схема, то есть устройство стены без защемления ее нижней части в грунт. Поэтому стены заглубляют ниже основания днища обычно на 0,5— 1,2 м. В этом случае нижняя часть стены (до устройства днища) работает как консоль неразрезной балки, опорами которой являются пояса или анкеры, а сама стеновая панель рассчитывается как неразрезная балка на жестких опорах, нагруженная давлением грунта и грунтовых вод.

Расчет поясов и колец жесткости. Пояса и кольца жесткости представляют собой горизонтальные рамы прямоугольной или круглой формы в плане. Эти конструкции воспринимают опорные реакции стен. Пояс жесткости проверяется также на устойчивость в горизонтальной плоскости. В прямоугольных сооружениях пояса жесткости рассчитываются как прямоугольные рамы.

Расчет днища сооружения. Днища сооружений рассчитываются на прочность как пластинка, загруженная равнораспределенной нагрузкой, с краями, шарнирно опертыми на стены. В качестве нагрузки принимают сумму сопротивления грунта и гидростатического давления грунтовых вод, если величина постоянных вертикальных нагрузок больше сил всплывания; гидростатическое давление грунтовых вод, если величина всех постоянных вертикальных нагрузок сооружения меньшей силы всплывания (когда сооружение заанкерено в прилегающем грунтовом массиве). Расчет прочности днища на отпор грунта производят как расчет пластины, лежащей на упругом основании, а расчет днища сооружения на гидростатическую нагрузку — как расчет пластины с шарнирными опорами, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой. В том случае, если в сооружении устраивают внутренние стены и перегородки, днище проверяют как многопролетную пластину.

Расчет сооружения на всплытие. Сооружения, погруженные ниже уровня грунтовых вод, рассчитываются на всплытие, за исключением случая, когда днище сооружения находится ниже поверхности водоупора и под ним устроен постоянно действующий дренаж. Расчет сооружения на всплытие выполняется, как правило, в условиях строительства по формуле

В том случае, если пригрузка сооружения не предусматривается, то Qnp = 0. Если условие не выполняется, сооружение может быть затоплено водой, временно понижен уровень грунтовых вод и выполнены другие мероприятия, обеспечивающие устойчивость его на всплытие, до устройства надземной части сооружения.