Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Водозаборные и очистные сооружения

Расчет шпунтового ограждения


Расчет шпунтового ограждения

При устройстве глубоких котлованов с целью определения поперечного сечения шпунта (профиля), а также глубины его погружения в грунт необходимо вычислить давление грунта, величины изгибающих моментов и реакций. Порядок расчета для металлического, железобетонного, деревянного шпунтов одинаков, отличие заключается лишь в подборе сечения.

Ограждение с анкерным креплением состоит из стенки, анкерных тяг и анкерной опорной конструкции. Тяги, как правило, применяются гибкие и преимущественно из стали круглого профиля диаметром от 40 до 120 мм. Расстояние между анкерами обычно колеблется от 1,5 до 4 м. Анкерными опорами могут служить вертикальные сваи, железобетонные плиты, металлический шпунт и козловые сваи.

При составлении расчетной схемы шпунтовой стенки надо руководствоваться следующими соображениями:
1) ограждение котлованов из стального шпунта существующих профилей можно возводить без анкерного крепления до глубины 2-3 м, а при одноанкерном закреплении — до глубины 6-8 м от поверхности земли;
2) принимаемая в конструкциях длина шпунта должна отвечать сортаменту и не превышать 22 м; в табл. 12 приведены сведения о выпускаемых в СССР типах стального шпунта;
3) глубина забивки шпунта ниже дна котлована предварительно принимается равной не менее 0,5 Н при анкерном креплении и до Н — при свободно стоящей стенке (Я — глубина котлована);
4) наиболее целесообразным креплением анкерных тяг нужно считать расположение их на (0,34-0,4) Н ниже от верха стенки; при этом получается наименьшее значение изгибающего момента, но увеличивается натяжение анкера.

Рассмотрим последовательность расчета шпунтового ограждения. Вначале строят расчетную схему (рис. 1, а) шпунтовой стенки, нанося на нее проектные отметки дна траншеи или котлована и отметки нижнего конца шпунта, действующие временные нагрузки, напластования грунтов и их характеристики. Затем вычисляют ординаты от всех временных нагрузок (крана-экскаватора и др.) и от них строят эпюру давления (рис. 1, в),

Результативная эпюра (рис. 2, а) отражает полное активное и пассивное давления грунта на шпунтовую стенку. Эпюра ниже дна котлована получается как разность ординат пассивного и активного давлений грунта. Эпюра нагрузок делится на отдельные произвольной высоты (обычно 1 м) элементы. Затем подсчитываются сосредоточенные силы, приложенные в центре тяжести этих элементов. В результате получается расчетная схема нагрузок (рис. 25, б), составленная для 1 м длины стенки.



Рис. 2. Расчетные схемы шпунтового ограждения
а — расчетная схема; б — эпюра давления от собственной массы; в -эпюра давления от временной нагрузки


Центр тяжести трапеции без особых погрешностей принимают на половине высоты элемента. Затем выбирают в произвольном масштабе полюс О и строят многоугольник сил (рис. 2, г). В выбранном масштабе откладывают по порядку силы, сначала активные, а затем из конца последней активной силы в обратном направлении — пассивные. Для удобства построения полюс для пассивных сил по вертикали переносят несколько вниз, не изменяя полюсного расстояния (в масштабе сил т)= 150 кН).

С помощью многоугольника сил строят веревочный многоугольник или эпюру моментов (рис. 2, в). Для этого каждый луч многоугольника сил, начиная с нулевого, параллельно переносят до пересечения с линией действия соответствующей силы. Так, нулевой луч проводят до линии действия силы 1, луч 1-до линии действия силы 2 и т. д. до пересечения веревочной кривой с линией низа шпунтовой стенки. Нанося на эту кривую замыкающую прямую, получают величину отрезков между замыкающей и веревочной кривыми (измеряется в масштабе длин). Замыкающую прямую проводят от точки пересечения нулевого луча веревочной кривой с горизонтальной линией, фиксирующей положение анкера, так, чтобы расчетный момент в пролете был на 10% больше, чем момент в заделке. Умножением отрезков веревочного многоугольника на полюсное расстояние определяют величины изгибающих моментов в пролете, в заделке и на опоре (анкера).



Рис. 2. Расчетные схемы шпунтового ограждения
а — результативная эпюра нагрузок; б — расчетная схема нагрузок; в - веревочный многоугольник; г — многоугольник сил


Перенеся параллельно замыкающую прямую на многоугольник сил и проведя ее из полюса О до линии активных сил, определяют величину усилия в анкере Ra (эта сила заключена между нулевым лучом и лучом, параллельным замыкающей). Величину равнодействующей обратного отпора E'v находят из многоугольника сил, проведя луч параллельно замыкающей из полюса О. Точка пересечения замыкающей с веревочной кривой определяет положение силы Е, причем совпадение нижней границы эпюры с уровнем указанной точки достигается рядом последовательных приближений. Если провести замыкающую так, чтобы эпюра моментов имела один знак (положение АС), то можно получить наименьшую допустимую глубину забивки шпунта /мин, при которой изгибающий момент в стенке имеет наибольшее значение.

Проводя замыкающую между указанными на веревочном многоугольнике положениями, можно получить глубины забивки и соответствующие им изгибающие моменты в стенке.

В качестве примера приводим расчет 1 м длины шпунтовой стенки ограждения траншей для укладки трубопроводов. Исходные данные (рис. 1, а) следующие: глубина котлована 6 м, глубина забивки шпунта ниже дна котлована 4 = 4,5 м; временная поверхностная нагрузка q = 60 кН/м2 (удельное давление гусениц экскаватора) приложена в 1 м от стенки; стенка должна иметь анкерное крепление на глубине 1 м от поверхности земли; работы в траншее производятся с водоотливом.

Для подбора сечения шпунта, определения его длины и размеров элементов анкерных креплений производят графоаналитический расчет шпунтовой стенки в указанной последовательности, вычисляя ординаты давления грунта на стенку. Затем определяют ординаты эпюры нагрузок в характерных точках по высоте стенки.

Определив ординаты напряжений от активного и пассивного давлений грунта, строят суммарную эпюру от собственной массы грунта и временной нагрузки, а также ординаты от пассивного и суммарные ординаты от активного давлений. Затем стенку длиной 1 м (рис. 2, б) делят на полоски высотой 1 м и вычисляют горизонтальные силы, приложенные в центре тяжести каждой полоски площадью 1 м2.

Из построения многоугольника сил и веревочного многоугольника путем проведения замыкающей линии из условия

примерного равенства изгибающих моментов в пролете и в заделке определяют следующие величины:

Таким образом, в данном случае реакция в анкере увеличивается и уменьшается глубина забивки шпунта. Этот метод расчета дает возможность подобрать целесообразные глубину забивки и изгибающий момент шпунта.

Расчет анкерных конструкций. В состав анкерных креплений входят анкерные опоры и тяги. Первые могут быть в виде непрерывных или одиночных плит. При расчете одиночных плит (расположенных с промежутками) силы отпора грунта определяются с учетом сопротивления грунта между плитами. Ниже приведен расчет плит — определение их устойчивости и прочности.

В плотных грунтах нижний конец шпунта считают полностью заделанным. Отметка заделки совпадает с уровнем дна котлована. Для размокающих грунтов место заделки принимают ниже дна котлована на 0,2-0,3 м. В случае залегания грунтов, оказывающих слабое сопротивление боковому смещению, и при применении водоотлива в расчетной схеме предполагают свободное опнрание конца шпунта. При этом точка опоры располагается на 0,5 м ниже дна котлована. Погружение шпунта на 2 м и ниже в условиях залегания слабых грунтов в расчетной схеме учитывается путем введения полной заделки конца с отметкой, равной (0,3-0,5)t, но не более 1 м.

Другим видом ограждения временных выемок, особенно крупных котлованов, от проникновения грунтовой воды является водонепроницаемая ледяная стенка из смерзшихся цилиндров замороженного грунта. Способ этот известен свыше ста лет, но замораживание, кроме большой его стоимости, требовало весьма продолжительного срока, и лишь достижения последнего времени содействовали его технико-экономической эффективности.

Эффективность метода замораживания достигается:
1) при использовании двухступенчатого холодильного оборудования, снижающего длительность замораживания в два раза;
2) при уменьшении расстояния между замораживающими колонками в 1,5 раза, когда сокращаются сроки замораживания в 2,25 раза;
3) применением гидравлического погружения замораживающих колонок, осуществляемых в четыре-пять раз быстрее, чем устройство тех же колонок бурением станком КА-2М-300;
4) использованием тонкостенных труб, поскольку на замораживаемую трубу передается давление не более 0,3-0,4 МПа;
5) заменой труб диаметром 114 мм трубами диаметром 88,5 мм, что позволяет сблизить колонки, не увеличивая их общей массы без ухудшения съема тепла с грунта;
6) выпуском высококачественных холодильных машин отечественными заводами;
7) подготовкой кадров, хорошо освоивших технологию замораживания.

Указанные соображения, а также разработанный метод расчета замораживающих устройств привели к достаточно широкому внедрению замораживания на строительстве опускных колодцев.



Похожие статьи:
Устранение фильтрации в бетонных колодцах

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Водозаборные и очистные сооружения

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум