Шпунтовая стенка воспринимающая давление грунта засыпки (случай с опускным колодцем).
Стальной шпунт следует применять преимущественно в виде цилиндрического ограждения из плоского стального шпунта типа ШП (рис. 3.14).
Р
ис.
3.14
ширина бермы,
м.
высота грунтовой засыпки, м
угол внутреннего
трения грунта засыпки в насыщенном
водой состоянии
диаметр островка,
м
глубина забивки шпунта, м
Глубину забивки шпунта цилиндрического ограждения ниже линии размыва назначается из условия исключения выпирания грунта из-под низа шпунта:
расчетное
давление от веса засыпки и нагрузки на
ней в уровне дна реки, тс/м2
вес секции
опускного колодца
объемный вес
грунта засыпки во взвешенном состоянии
коэффициент
надежности по нагрузке
угол внутреннего
трения грунта основания ниже уровня
размыва
Шпунт цилиндрического ограждения проверяется на разрыв по формуле:
расчетное горизонтальное (окружное) усилие в контуре ограждения, т
интенсивность
горизонтального давления грунта на
внутреннюю поверхность ограждения на
уровне дна водоема с учетом возможного
размыва и нагрузки на поверхность
островка:
коэффициент условий работы
коэффициент надежности по назначению
расчетное
сопротивление разрыву при растяжении
замков шпунтовых свая принятого профиля,
т/пм:
коэффициент
надежности по материалу
разрывное усилие
замка, т/пм, определяемое для плоских
профилей по таблице 3.1.
Таблица 3.1
Марка стали |
Разрывное усилие , тс/пм |
|
ШП1 |
ШП2 |
|
Ст.3 |
130 |
250 |
15ХСНД |
165 |
350 |
При применении шпунта типа ШК и Ларсен. Растягивающие усилия должны восприниматься объемлющими стальными поясами.
4. Определение толщины тампонажного слоя бетона.
Тампонажный слой должен предотвращать приток воды в котлован через его дно, а следовательно, воспринимать гидростатическое давление, возникающее на уровне низа этого слоя. При этом толщина тампонажного слоя должна быть не менее 1м.
Для массивных фундаментов высота тампонажного слоя бетона определяется по формуле:
тс/м3
объемный вес воды
общая глубина котлована, м
коэффициент
перегрузки
тс/м3
объемный вес бетона тампонажного слоя
Сцепление тампонажного бетона со стенками коглована из металлического инвентарного шпунта нужно предотвращать. Силу сцепления с деревянным шпунтом учесть трудно, и в расчетах ее обычно не учитывают.
Для свайных фундаментов высоту тампонажного слоя бетона определяют с учетом сцепления свай с бетоном по формуле:
площадь котлована,
м2
коэффициент условия работы
общее количество свай в фундаменте
периметр сечения
сваи, м2
тс/м2
удельное сцепление тампонажного слоя
бетона со сваями
5. Примеры расчеты шпунтового ограждения. Пример 1 Расчет шпунтового ограждения, погружаемого в связный грунт.
Необходимо определить глубину погружения шпунта ниже дна котлована и марку применяемого шпунта.
Характеристики грунта:
глина консистенции
;удельный вес
тс/м3
(19.0 кН/м3);удельное сцепление
кгс/м2
(5 т/м2,
50 Н/м2);угол внутреннего трения
.
Характеристики котлована:
глубина воды
м;удельный вес воды
тс/м3
(10.0 кН/м3);глубина котлована
м.
Принимаем к расчету шпунтовую стенку без распорного крепления.
При устройстве ограждения без тампонажного подушки (для связных грунтов она ненужна) минимальную глубину забивки шпунта ниже дна котлована определяют по формуле
Глубину определяем из условия обеспечения устойчивости стенки против опрокидывания, считая ось поворота стенки расположенной на этой глубине
(относительно точки «О»)
При этом шпунт рассчитывается на горизонтальные нагрузки, соответствующие двум схемам (схема 1 и 2).
СХЕМА 1: принимают, что ниже поверхности водонепроницаемого грунта происходит отлипание шпунтовой стенки. Горизонтальное давление на шпунтовую стенку действует только гидростатическим давлением воды, проникающей между стенкой и грунтом на глубину . (рис. 5.1, А).
Условная глубина отлипания шпунта в связном грунте составляет
Интенсивность
гидростатического давления воды на
глубине
составит
Интенсивность пассивного давления грунта на глубине составит
Коэффициент пассивного давления составляет
Интенсивность сцепления грунта со шпунтом, для пассивного давления составит
Уравнение устойчивости:
(относительно точки «О»)
момент опрокидывающих сил относительно точки «О»
момент удерживающих сил относительно точки «О»
коэффициент
условия работы,
коэффициент
надежности по назначению,
Рассматриваем устойчивость стенки против опрокидывания поворотом стенки относительно оси, расположенной на глубине ниже дна котлована (точка «О» на рис. 5.1, А).
Опрокидывающая
сила:
,
принимается с коэффициентом надежности
по нагрузке
.
Равнодействующая гидростатического давления , действующая на стенку составляет:
Момент от действия опрокидывающей силы относительно точки «О»:
Удерживающая
сила:
,
принимается с коэффициентом надежности
по нагрузке
.
равнодействующая пассивного давления грунта с учетом сцепления со стороны котлована, действующего на стенку.
В связи со сложной формой эпюры пассивного давления, разбиваем её на простые фигуры (треугольники и прямоугольник), у которых просто определять площадь и центр приложения равнодействующих сил. Получаем
равнодействующая
пассивного давления для треугольника
высотой
и основанием равным
.
Получаем
равнодействующая
пассивного давления для треугольника
высотой 1 м и основанием равным
.
Получаем
равнодействующая пассивного давления для прямоугольника высотой м и основанием равным . Получаем
Момент от действия удерживающей силы относительно точки «О»:
После подстановки величин моментов удерживающих и опрокидывающих сил в уравнение устойчивости, получаем неравенство:
Неравенство
выполняется при
м.
Дополнительную глубину погружения шпунта определяем по формуле
,
где
Равнодействующая
пассивного давления грунта
с внешней стороны котлована (обратного
отпора), определяется из уравнения
равновесия
тс
Интенсивность
пассивного давления грунта
,
действующего на стенку с внешней стороны
котлована, определили на глубине
тс/м
Получаем
м
Минимальная глубина погружения шпунта ниже дна котлована по схеме 1 составляет
м
СХЕМА 2: принимают, что отлипание грунта от стенки отсутствует. Учитывается сцепление шпунта с грунтом. (рис. 5.1, В).
Интенсивность гидростатического давления воды на глубине (в уровне дна реки) составит
Интенсивность гидростатического давления воды в грунте с учетом сцепления составит
Коэффициент активного давления составляет
Интенсивность
активного давления грунта на глубине
составит
Интенсивность сцепления грунта со шпунтом, для активного давления составляет
Значения для пассивного давления грунта берутся из расчета по схеме 1.
Уравнение устойчивости:
(относительно точки «О»)
момент опрокидывающих сил относительно точки «О»
момент удерживающих сил относительно точки «О»
коэффициент условия работы,
коэффициент надежности по назначению,
Рассматриваем устойчивость стенки против опрокидывания поворотом стенки относительно оси, расположенной на глубине ниже дна котлована (точка «О» на рис. 5.1, В).
Опрокидывающие
силы:
,
,
принимается с коэффициентом надежности
по нагрузке
и
.
Равнодействующие гидростатического давления и , действующие на стенку составляют:
Равнодействующая активного давления грунта с учетом сцепления с внешней стороны, действующего на стенку определяется как совокупность сил
Равнодействующая
активного давления грунта
составит
Равнодействующая
сцепления шпунта с грунтом с внешней
стороны
составит
Момент от действия опрокидывающих сил , , относительно точки «О»:
Удерживающая сила: , принимается с коэффициентом надежности по нагрузке .
Значения удерживающей силы и момента удерживающих сил берутся из расчета по схеме 1.
После подстановки величин моментов удерживающих и опрокидывающих сил в уравнение устойчивости, получаем неравенство:
Неравенство
выполняется при
м.
В соответствии с
рекомендациями СТП 136-99, примем минимальную
глубину погружения шпунта
м (для рассматриваемого расчетного
случая шпунта и грунтов основания).
Рассматривая результаты расчета на устойчивость по двум расчетным схемам, принимаем максимальную величину .
Получаем
м
Расчет на прочность проведем для схемы 1. Это обусловлено большей величиной глубины погружения шпунта.
Уравнение прочности:
В расчете рассматривается 1 пог.м. поперечного сечения шпунта. Расчет выполняется по максимальному моменту, действующему в шпунте на 1 пог.м.
момент сопротивления 1 пог.м. поперечного сечения шпунтовой стенки
расчетное сопротивление металла изгибу по пределу текучести (по СНиП 2.05.03-84*).
При марке стали
15ХСНД расчетное сопротивление изгибу
кгс/см2.
Рассматриваем консольный стержень с жесткой заделкой на глубине в точке «О» (рис. 5.1, Б) с учетом всех сил, действующих на шпунтовую стенку. Максимальный действующий на стенку момент определим методом сечений.
Получаем, что 
тсм.
Находим требуемый момент сопротивления пог.м. стенки
см3
По требуемому моменту сопротивления выбираем по сортаменту тип шпунта с ближайшим большим моментом сопротивления:
шпунт Ларсен
Л-IV
с
см3
Проверка выполняется.
Таким образом,
шпунтовое ограждение рекомендовано устраивать с без крепления из шпунта Ларсен Л-IV, забиваемого на глубину 1.5 м
