3. Указания по выполнению разделов курсовой работы

Во введении должны быть отражены задачи в области градостроительства и отмечена роль городских инженерных сооружений, в частности подпорных стен, при благоустройстве городских территорий. Следует указать на широкий диапазон применения подпорных стен.

Подпорные стены применяются для удержания от обрушения грунтов на откосах и склонах; они широко используются при устройстве подземных переходов, в автодорожном строительстве, в качестве берегоукрепительных сооружений.

В разделе «Выбор исходных данных» помимо сведений, составляющих задание, необходимо поместить материалы, которые также относятся к исходным данным, но принимаются студентом самостоятельно.

Бетон рекомендуется применять классов В 25, В 30 или В 35.

Выбор коэффициентов надежности по нагрузке производится с учетом данных табл. 4. При этом значения коэффициентов, указанных в скобках, принимаются при расчете конструкций на устойчивость в том случае, когда уменьшение постоянной нагрузки может ухудшить условия работы конструкций.

Таблица 4

Значения коэффициентов надежности по нагрузке

№ п/п	Нагрузка	Коэффициент надежности по нагрузке γf
1	Собственный вес конструкции	1,1(0,9)
2	Вес грунта в природном залегании	1,1(0,9)
3	Вес уплотненного грунта засыпки	1,1(0,9)
4	Равномерно распределенная нагрузка (пригрузка)	1,2

В разделе «Расчет устойчивости подпорной стены против сдвига» прежде всего, необходимо определить геометрию принятой конструкции. Для уголковой консольной подпорной стены высота лицевой панели h принимается с учетом карнизного блока в зависимости от заданной величины подпора Н по приложению 1. Ширина фундаментной плиты В выбирается также по приложению 1, но с использованием приближенной формулы:

В = 0,5 (h + 2,2), (1)

где h – высота лицевой панели в м.

В скомпонованном виде подпорная стена приводится на рис. 1 и служит основой для расчетов.

Давление грунта для уголковых подпорных стен следует определять исходя из условия образования за стеной клиновидной симметричной (а для короткой задней консоли - несимметричной) призмы обрушения (рис. 2). Давление грунта принимается действующим на наклонную (расчетную) плоскость, проведенную под углом ε = θ, при δ = φ' ( – угол наклона расчетной плоскости к вертикали;  – угол наклона плоскости скольжения к вертикали; δ – угол трения грунта на контакте со стенкой).

_θ = 45º – φ'_{I/2 (2)}

_где φ'_I – расчетное значение угла внутреннего трения грунта засыпки в градусах при расчете по I группе предельных состояний (по прочности и устойчивости). При расчете основания по деформациям в формулу (2) подставляют значение φ'_II.

В зависимости от величины угла θ, высоты стены и длины задней консоли фундаментной плиты очертание контура грунта под призмой обрушения может быть треугольным или трапециевидным. В любом случае основание полученной фигуры допускается принимать горизонтальным с учетом средней толщины фундаментной плиты.

Наибольшая величина активного давления грунта при наличии на горизонтальной поверхности засыпки равномерно распределенной нагрузки q определяется при расположении этой нагрузки в пределах всей призмы обрушения, если нагрузка не имеет фиксированного положения.

Расчет устойчивости положения стены против сдвига производится из условия:

F_sa≤ γ_с F_sr/ γ_n (3)

где: F_sa - сдвигающая сила, равная сумме проекции всех сдвигающих сил на горизонтальную плоскость; F_sr - удерживающая сила, равная сумме проекций всех удерживающих сил на горизонтальную плоскость; γ_с - коэффициент условий работы грунта основания: для песков, кроме пылеватых - 1;для пылеватых песков, а также пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии - 0,9; для пылевато-глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии - 0,85; для скальных, невыветрелых и слабовыветрелых грунтов - 1; выветрелых - 0,9; сильновыветрелых - 0,8; γ_n - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2, 1,15 и 1,1 соответственно для зданий и сооружений I, II, III класса сложности.

Сдвигающая сила F_sa определяются по формуле :

F_sa= E_ah+ E_qh (4)

Удерживающая сила Fsr для нескального основания определяется по формуле:

F_sr =F_v tg(φ_I – β) + Вc₁ + E_p, (5)

где Е_ah и E_qh – равнодействующие горизонтального давления грунта засыпки и давления грунта от нагрузки q на поверхности; В – ширина подошвы подпорной стены; с_I – удельное сцепление грунта; E_p – равнодействующая пассивного давления грунта; β – угол наклона поверхности скольжения подошвы стены к горизонту; Е_р – равнодействующая пассивного давления вычисляется для слоя грунта h_pi, соответствующего значению угла β_i (см. рис. 5); F_v – сумма проекций всех сил на вертикаль:

F_v = G_w + ΣG_g + E_av + E_qv; (6)

где G_w – собственный вес стены; ΣG_g – собственный вес грунта над передней и задней консолью в уголковых стенах; E_av и E_qv – равнодействующие вертикального давления грунта засыпки и давления грунта от нагрузки q на поверхности.

. E_p = γ'_I h²_p _p / 2 + c_I h_p (_p - 1) / tg_I, (7)

где _p - коэффициент пассивного сопротивления грунта:

_p = tg²(45° + _I/2), (8)

h_p – высота призмы выпора грунта

h_p = d + B tg. (9)

Расчет устойчивости подпорных стен против сдвига должен про­изводиться по формуле (3) для трех значений угла  ( = 0,  = _I/2 и  = _I) (рис. 5).

При сдвиге по подошве ( = 0) следует учитывать следующие ограничения: с_I  5 кПа, _I  30°, _p = 1.

Равнодействующие горизонтального Е_ah и вертикального E_av давлений грунта для стен высотой h_c определяются как площади соответствующих треугольных эпюр давлений (рис. 5) по формулам:

E_ah = σ_ah h_c /2; (10)

E_av = σ_av h_c /2. (11)

В случае свободной от нагрузки наклонной поверхности засыпки и наклонной тыловой грани стены горизонтальная σ_ah и вертикальная σ_av составляющие активного давления грунта на глубине h_c (рис.) с коэффициентом надежности по нагрузке γ_f = 1,1 определяются по формулам [3]

σ_ah = γ_f γ'_I h_c λ_a; (12)

σ_av = σ_ah tg(ε + δ), (13)

где γ – расчетное значение удельного веса грунта; ε – угол наклона расчетной плоскости к вертикали или плоскости обрушения; δ – угол трения грунта на контакте со стенкой, принимаемый для стен с повышенной шероховатостью равным φ, для мелкозернистых водонасыщенных песков и при наличии на поверхности вибрационных нагрузок равным 0, в остальных случаях равным 0,5φ (здесь φ – расчетное значение угла внутреннего трения грунта); λ_a – коэффициент активного давления грунта:

• Для определения λ_a принимаются:

1. При расчете устойчивости стены – φ'_{I, δ =} φ'_I, ε = θ, θ = 45º – φ'_I/2

_{2. При расчете деформаций основания} – φ'_{II, δ =} φ'_II, ε = θ, θ = 45º – φ'_II/2

Равнодействующие горизонтального E_qh и вертикального E_qv давлений грунта от нагрузки q на поверхности определяются:

E_qh = σ_qh h_c (15)

E_qv= σ_qv h_c (16)

Горизонтальную σ_qh вертикальную σ_qv составляющие активного давления грунта от равномерно распределенной нагрузки q^н на поверхности с коэффициентом надежности по нагрузке γ_f = 1,2 определяем по формулам:

σ_qh = γ_f q^н λ_a; (17)

σ_qv = σ_qh tg(ε + δ). (18)

Собственный вес грунта над передней и задней консолью в уголковых стенах определяется:

ΣG_g = q₁ + q₄

^{Вес грунта над передней консолью (контур «mruno» с площадью А}₁^{) находят с коэффициентом надежности по нагрузке γ}_f ^{= 0,9 (рис. 2):}

q₁ = γ_f A₁ γ'_{I (19)}

^Вес грунта над задней консолью (контур «aicj» с площадью А₄) ^{определяют с коэффициентом надежности по нагрузке γ}_f ^{= 1,1:}

q₄ = γ_f A₄ γ'_{I (20)}

Вес лицевой и фундаментной плит G_w находят с коэффициентом надежности по нагрузке γf = 0,9, используя данные приложения 2:

G_w =q₂ +q₃ = γ_f P_л + γ_f Р_ф (21)

Для найденных сил должны быть определены координаты точек приложения L_i и z_i (рис. 5) относительно осей, проходящих через центр тяжести подошвы фундаментной плиты, который делит ширину подошвы B на две равные части.

В разделе «Расчет основания по деформациям» необходимо определить расчетное сопротивление грунта основания по формуле (5.7) СП 22.13330.2011. «Основания зданий и сооружений»:

R = [M_γ k_z В γ_II+ M_q d γ´_II + M_cc_II] (22)

^где М_γ, М_q, М_c – коэффициенты принимаемые по п.2.41 СНиП 2.02.01–83*; k = 1; ^k_z ^{= 1;} В – ширина подошвы фундаментной плиты; d – глубина заложения фундамента; γ_II – удельный вес грунта ниже подошвы фундамента; γ'_II – удельный вес грунта засыпки; ^{γс1 и γс2 – коэффициенты условий работы, принимаются равными соответственно 1,25 и 1.}

Расчет основания по деформациям производится только для нескальных грунтов. При отсутствии специальных технологических требований расчет деформации основания считается удовлетворительным, если среднее давление на грунт p_cp под подошвой фундамента от нормативной нагрузки не превышает расчетного сопротивления грунта основания R, а краевые - 1,2 R:

p_cp ≤ R,

p_max ≤ 1,2 R (23)

При этом эпюру напряжений допускается принимать трапециевидной или треугольной (рис. 4).

Краевые давления на грунт под подошвой стены и р_max при эксцентри­ситете приложения равнодействующей всех вертикальных сил относительно центра тяжести подошвы е  B/6 определяются по формуле (24), а при е > B/6 – по формуле (25):

(24 )

(25 )

где F_v – сумма проекций всех сил на вертикальную плоскость, определяемая по формуле (5); е – эксцентриситет приложения равнодействующей всех сил относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы стены, определяемый по формуле:

e = M₀ / F_v, (26)

где M₀ – сумма моментов всех вертикальных и горизонтальных сил относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы.

3t – длина эпюры по подошве фундамента:

t = 0,5В - е. (27)

Горизонтальные и вертикальные составляющие активного давления от веса грунта и равномерно распределенной нагрузки (пригрузки) находят с коэффициентом надежности по нагрузке γ_f = 1 по формулам:

σ_ah = γ_f γ'_II h_c λ_a;

σ_av = σ_ah tg(ε + δ),

σ_qh = γ_f q^н λ_a;

σ_qv = σ_qh tg(ε + δ).

Коэффициент горизонтальной составляющей активного давления ^{грунта λa рассчитывают по формуле (3) с подстановкой значений} – φ = , δ = , ε = θ при θ = 45°– /2.

Равнодействующие горизонтальных и вертикальных составляющих активного давления от веса грунта E_ah, E_av и равномерно распределенной нагрузки (пригрузки) E_qh, E_qv находят по формулам (10,11,15,16).

Вес грунта над передней и задней консолями фундаментной плиты соответственно q₁ и q₄ находят по формулам (19) и (20), но с коэффициентом надежности по нагрузке γ_f = 1.

Вес лицевой и фундаментной плит соответственно q₂ и q₃ определяются по формуле (19) , подставляя значение коэффициента надежности по нагрузке γ_f = 1.

Сумма моментов всех вертикальных и горизонтальных сил относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы, определяется:

M₀ = ΣM_vi + ΣM_hi

ΣM_vi = q₁ L₁ + q₂ L₂ + q₃ L₃ + q₄ L₄ + E_av L_B + E_qv L₅

ΣM_hi = E_ah z₁ + E_qh z₂

В разделе «Конструктивные мероприятия» необходимо предусмотреть и отразить на чертежах:

- температурно-осадочные швы через каждые 30 м шириной 30 мм;

- дренажные отверстия диаметром 50 мм через каждые 3 м;

- пристенный дренажный коллектор треугольного сечения высотой 400-500 мм из гравия крупностью 20-30 мм с продольным уклоном 0,04;

- гидроизоляцию поверхностей стены, контактирующих с грунтом, в виде обмазки горячим битумом за два раза;

- температурно-усадочные швы решают конструктивно путем установки просмоленной доски.