5. Расчет шпунтовой стенки
Входящие в состав свайных набережных тонкие шпунтовые стенки по схеме своей работы являются заанкерованными тонкими стенками. Особенности их расчета вытекают из наличия сзади забитых в грунт рядов вертикальных и наклонных свай.
Для набережных с передним шпунтом расчет выполняют с учетом экранирования активного давления сваями. В этом случае призма обрушения грунта позади шпунта пересекается свайным рядом и давление на стенку не может достигнуть своей полной величины, так как часть давления воспринимается сваями.
Все расчеты производятся на 1 м. Все построения представлены на рисунке 8.
Расчет и построения выполняются в следующей последовательности:
1. Необходимо ограничить призму обрушения, учитывая наличие свободных промежутков между сваями. Для этого определяется положение экранирующей плоскости. В данной работе при принятом шаге свай 1,05м и поперечном сечении 0,25х0,30 построение производится следующим образом (рис. 8):
В плане проводятся прямые под углом
,касающиеся
контура сечения. Образовавшуюся зубчатую
заднюю границу грунта заменяют прямой
а’-а’, делящей пополам расстояние между
продольной осью свайного ряда и
параллельной ей линией, проходящей
через вершины зубцов.
В результате получаем положение экранирующих плоскостей:
Для вертикальной сваи, первой после шпунтовой стенки:
Экранирующая плоскость а-а’, параллельная
свае и расположенная от переднего
шпунта на расстоянии
.
Для наклонной сваи, второй после шпунтовой стенки:
Экранирующая плоскость в-в’, параллельная
свае и расположенная на расстоянии
.от
экранирующей плоскости вертикальной
сваи.
Таким образом, ограничиваются две зоны грунта:
I зона – между шпунтовой стенкой и экранирующей плоскостью первого свайного ряда
II зона – между первой и второй экранирующими плоскостями.
2. Производится построение эпюры давления, действующего на шпунтовую стенку:
1) Строится эпюра активного давления
грунта I зоны
:
Из точки а пересечения экранирующей
плоскости а-а’ с низом ростверка
проводится под углом
к
вертикали линия обрушения аМ. Линия аМ
пересекает шпунтовую стенку на глубине
d=5,47м (
).Принимается,
что влияние экранирующей плоскости не
сказывается до глубины d,
то есть давления в пределах этой глубины
растет по обычному закону
,
достигая наибольшего значения на глубине
d:
значение на границе сухого и взвешенного грунта (отметка +1.1000):
наибольшее значение, достигаемое на глубине d:
Ниже глубины d давление на стенку перестает расти и остается постоянным до низа стенки. Но при переходе границы грунтов с разными физическими свойствами эпюра имеет скачок:
Максимальные давления вычислены из
предположения, если бы весь грунт был
однородным (по
):
в первом случае - песок, во втором -
супесь. Таким образом, построен скачок
в области границы грунтов.
2) Строится эпюра пассивного давления грунта, действующего от отметки дна.
Грунт основания обладает сцеплением
При этом в пределах 1м от поверхности
дна абсциссы дополнительного пассивного
давления сцепления возрастают от 0 до
постоянной величины, на которую
увеличиваются все следующие абсциссы
давления:
Для построения потребуется значения трех абсцисс пассивного давления:
на отметке -7.650:
;
на отметке -8.650:
,
где
-
коэффициент пассивного давления грунта;
- коэффициент, учитывающий трение грунта
о материал шпунтовых свай, определяется
в зависимости от угла внутреннего
трения: для
определен
интерполяцией.
на отметке -12.900:
3) Эпюры активного и пассивного давления суммируются и в результате получаем эпюру давления грунта на шпунтовую стенку при рассмотрении I зоны.
4) Устанавливается влияние грунта, расположенного за первой экранирующей плоскостью.
Сопоставляем расстояния
и
.
По рекомендациям при соотношении
,
расчет требуется только с учетом грунта,
расположенного в первой зоне. Таким
образом, построение эпюры давления,
действующего на шпунт, окончено.
5) Полученная эпюра разбивается на отдельные элементы для построения силового многоугольника, после чего строится веревочная кривая.
7) Для завершения веревочной кривой проводится замыкающая, уравнивающая три абсциссы: в заделке ростверка, в пролете и в заделке в грунте.
Пересечение замыкающей с нижней
частью веревочного многоугольника
определит точку приложения равнодействующей
обратного отпора
и
основную часть глубины забивки
.
По условиям решения эта же отметка
ограничивает рассчитанную величину
пассивных сил
.На
эпюре давлений лишние силы отбрасываются,
соответствующие изменения внесены и в
силовой многоугольник. Окончательная
эпюра представлена на рисунке 8.
Значения равнодействующей обратного отпора и реакции анкера снимаются с силового многоугольника по средствам параллельного переноса замыкающей в полюсную точку:
;
.
По величине определяется расстояние от низа стенки до точки приложения:
где
,
где
- коэффициент, уменьшающий пассивное
давление грунта, определяется в
зависимости от угла внутреннего трения:
для
определен
интерполяцией.
;
Полная глубина забивки шпунта ниже отметки дна:
Так как глубина забивки шпунта в основание не должна быть менее 3 м, окончательно принимаем глубину забивки:
8) Определяется изгибающий момент от давления грунта, которое воспринимается шпунтовой стенкой:
,
где
- абсцисса веревочного многоугольника
(
);
-
полюсное расстояние, измеренное в
масштабе сил.
3. Подбор продольной арматуры шпунта лицевой стенки
Подбор армирования шпунта производится
исходя из величины максимального
изгибающего момента:
.
Принимается:
класс бетона В25;
класс арматуры А-III,
.
сечение железобетонного шпунта принимаем (bxh)0,50х0,30м.
1) Определяется рабочая высота сечения:
,
где
,
здесь
- величина защитного слоя;
-
предполагаемый диаметр арматуры.
2) Определяется коэффициент
,
где
-
расчетное сопротивление бетона осевому
сжатию
По полученной величине
из таблиц расчетных коэффициентов
получаем значения
-
плечо внутренней пары сил.
3) Определяется требуемая площадь арматуры
принимаем 4 34
A-III,
.
4) Определяем процент армирования:
,
Процент армирования удовлетворяет требуемым нормам.
Арматура равномерно распределяется на обе стороны сечения, поскольку шпунтовая стенка воспринимает знакопеременный момент, то есть сжатая сторона при одном воздействии может оказаться растянутой при другом.
Поперечное сечение шпунта с продольной арматурой представлено на рисунке 8.