Строительные технологии

Устройство котлованов и водопонижение

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Шпунтовые стенки рассчитываются на давление обрушающегося нескального грунта, гидростатическое и гидродинамическое давление грунтовых вод, а также на  реактивные усилия, как, например, отпор грунта, усилия от устанавливаемых

анкеров и распорок в котлованах.

Статическая расчетная система. При расчетах шпунтовых стенок

необходимо различать статические расчетные схемы:

консольная шпунтовая стенка без дополнительных опор;

консольная шпунтовая стенка с одной опорой по высоте;

шпунтовая стенка, свободно расположенная в грунте и имеющая

одну опору по высоте;

шпунтовая стенка, свободно расположенная в грунте и имеющая

несколько опор по высоте.

Первая из перечисленных расчетных статических систем требует

надежного закрепления шпунта в грунте и в связи с этим относительно

глубокого погружения. Применение этой схемы возможно лишь в 

неглубоких котлованах при наличии свободного пространства, не 

загроможденного различными дополнительными внутренними распорками

и наличии достаточно крепких и устойчивых грунтов на отметках ниже

дна сооружаемого котлована.

В случае осуществления варианта, имеющего одну дополнительную

точку опирания по высоте в статической схеме расчета, в зависимости

от глубины забивки различают случаи полного, частичного защемления

в грунте или случай свободного расположения в грунте без защемления-

При одинаковой глубине сооружаемого котлована и одинаковой 

нагрузке необходимая длина шпунта в случае защемления в грунте должна

быть больше, чем при расположении в грунте без защемления, но 

величина изгибающего момента, действующего на шпунт, будет несколько

меньше, что позволяет использовать более тонкий профиль, т.е. 

получить некоторую экономию металла.

Шпунтовые стенки, защемленные в грунте и имеющие несколько

точек опирания по высоте, в первом приближении могут 

рассчитываться как равномерно нагруженные балки, при этом учитьшается глубина

их погружения в грунт. При свободном расположении шпунта в грунте

на длине погружения действующее на нее усилке равно или меньше 

активного сопротивления грунта. При расположении шпунта в 

открытой воде или при наличии фильтрационных потоков в грунте во многих

случаях основными нагрузками являются нагрузки от фильтрационного

потока.

Распределение давления грунта. Основной нагрузкой при расчете

шпунтовых стенок является давление грунта. Основная проблема при

этом состоит не столько в вычислении самой величины давления 

грунта, сколько в определении его распределения по высоте в соответствии

с местными грунтовыми условиями.

Шпунтовая стенка, не имеющая дополнительных опор по высоте, может рассматриваться как частный случай конструкции, свободно вращающейся вокруг точки, расположенной у ее подошвы. Давление грунта на шпунт в этом случае может рассматриваться в соответствии с классической теорией Кулона.

При определении нагрузок на шпунтовые стенки, имеющие одну или

несколько промежуточных опор (равно как и для случая заанкеренных

стенок), необходимо учитывать, что между точками опирания 

происходит прогиб шпунта. Это приводит к тому, что стенка остается 

неподвижной лишь в точках ее опирания. Вследствие этого в грунте, 

прилегающем к стенке, появляются силы внутреннего трения. В соответствии

с характеристиками и свойствами грунта величина этих сил и определит

давление на стенку на участках между точками опирания шпунта и 

вместе с тем приведет к возрастанию нагрузок в точках опирания. Таким 

образом имеет место некоторое перераспределение нагрузок. Полная 

величина давления грунта на стенку остается без изменения. Характер 

перераспределения нагрузки при этом существенно зависит также от конст-

рукции стенки и ее материала.

Дальнейшее перераспределение давления грунта может произойти

в процессе забизки шпунта в зависимости от технологии разработки

грунта и заполнения образующихся за шпунтовой стенкой пустот. Таким

образом изменения давления грунта на стенку зависят от убывающих

и возрастающих нагрузок на них, перемещений горизонтальных усилий

от распорок или алкеров. При этом деформации стенки не вызывают

в грунте усилий, превосходящих предела прочности на срез

а усилие, передаваемое на шпунт, может оказаться больше, чем

величина активного давления грунта. В последующем, особенно при

связных грунтах, могут возникнуть изменяющиеся по величине 

нагрузки.

При выемке грунта до уровня первой распорки или анкера верхняя

часть шпунта изгибается в сторону котлована. По мере дальнейшей 

разработки грунта верхняя часть шпунта (вследствие прогиба ниже первой

точки опирания в сторону котлована) начинает изгибаться в сторону

грунта, плотно прижимаясь к нему. Наступает перераспределение 

давления грунта на шпунт, что приводит к уменьшению действующего 

момента в пролете шпунта или стенки, но одновременно возрастает усилие в

точке опирания анкера, При заполнении пространства,

образовавшегося за свободно стоящим шпунтовым элементом с одной

промежуточной опорой по высоте они прогибаются в 

сторону котлована, вследствие чего происходит проворачивание точки

опоры. Последующее заполнение пространства, образующегося за 

верхней частью стенки, приводит (особенно при сильном уплотнении грунта)

к существенному перераспределению давления грунта.

Вследствие изменения нагрузки от транспорта по краю котлована,

действия анкеров и распорок, смещений и прогибов и других, 

воздействий наступают дальнейшие изменения в распределении давления грунта

на стенку. Для учета этих изменений принимается среднее значение 

давления в каждой точке по высоте шпунта, определяемое по рекоменда-

ям, приведенным в работе. По аналогичным причинам усилия 

анкеров или распорок в расчетах принимаются несколько большими,

причем принимаемый коэффициент увеличения этих нагрузок зависит

от жесткости шпунта и характеристик грунта.

Изменения в распределении давления грунта, которые приводят к

изменению момента в точке закрепления анкера и увеличению усилия

в самих анкерах, но одновременно уменьшают величину изгибающего

момента в середине пролета шпунта, определяют с учетом следующих

обстоятельств:

применение жестких малодеформируемых распорок или анкеров,

предварительное напряжение анкеров или натяжение распорок,

применение относительно гибких шпунтовых элементов или стоек.

Давление грунтовых вод. Избыточное давление грунтовых вод 

существенным образом влияет на устойчивость шпунтовых стенок, особенно

в тех случаях, когда отметка дна сооружаемого котлована располагается

существенно ниже уровня грунтовых вод. При расчете стенок должно

учитываться возникающее при этом давление грунтовых вод со 

свободной поверхностью.

Энюра избьпочного давления грунтовых вод проходит от отметки

свободной водной поверхности под углом 45 до точки наибольшего

давления грунтовых вод, расположенной на отметке наинизшего уровня

воды, и далее по линии, которая проводится параллельно до отметки

подошвы стенки. Этот прием используется только в том случае, если подошва шпунтовой стенки входит в водонепроницаемый слой грунта. Кроме того, при водонепроницаемых

стенках учитьшается возможность повышения уровня грунтовых вод

до отметки верха стенки и перелива через нее. В этих случаях давление

воды определяется от уровня возможного повышения воды.

При устройстве стенки в водопроницаемых грунтах большой 

толщины под подошвой шпунтовой стенки может появиться поток 

грунтовых вод. В этом случае давление воды может превысить полное 

давление (т.е. сумму давлений от грунта и грунтовых вод в их статическом

положении) и определяется по сетке гидродинамического давления,

По точкам пересечения потенциальных линий движения потока со стенкой котлована 

получают двусторошше плоскости давления и затем, путем их переноса,

определяют избыточное давление воды со стороны грунта. Эта линия

имеет криволинейную форму» значение которой равно нулю на отметке

свободной поверхности грунтовых вод, максимальное и нулевое 

значения на уровне подошвы шпунтовой стенки определяются построением.

В реальных условиях на уровне подошвы стенки сохраняется 

небольшое давление, которое соответствует значению перепада при обтекании

ее грунтовым потоком.

При точном определении избыточного давления по линиям 

потенциального движения необходимо учесть, с одной стороны, увеличение

давления грунта вследствие направленного вниз потока напорных 

грунтовых вод по формуле и, с другой стороны, давление со стороны грунта в котловане, 

оказывающего сопротивление движению грунтового потока, направленное

вверх. В экстремальном случае гидравлический перепад давления за

шпунтовой стенкой при движении воды вверх определяется градиентом 1

что может привести к возникновению гидравлического обрушения грунта.

 Шпунтовые ограждения. Шпунтовые сваи

 Устройство фундаментов из забивных свай и шпунтов. Машины ...

 Сваи. Свайные работы