Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

При этом аварийные случаи при сооружении глубоких котлованов возникают не только из-за неграмотного производства строительно-монтажных работ, но и проектировании такого рода сооружений.

Рис. 1.1 Аварийные случаи обрушения котлована в Дубае и Хорватии

Таким образом, расчет различных конструктивных решений стен глубоких котлованов требует огромной ответственности.

При этом в нашей стране в практике проектирования подпорных стенок и ограждений глубоких котлованов, в частности, весьма распространенных стенок из металлического и железобетонного шпунта, до настоящего времени широко используются методы определения распора и отпора грунта, базирующиеся на классической теории давлениях. При этом сами стенки рассматриваются как вертикальные балки, находящиеся под воздействием активного и пассивного давления грунта, определяемого по Кулону (методы Э. Якоби, Блюма — Ломейера и др.). Однако получаемые при этом коэффициенты запаса оказываются значительно завышенными, а конструктивные решения неэкономичными.

Уточнение существующих методов расчета заанкеренных стенок и стенок с подкосной и распорной системой в части определения бокового давления грунта и продольных усилий в анкерах и подкосно-распорных системах представляет собой весьма сложную задачу. Такие, например, вопросы, как точный учет активного давления грунта, оптимальная глубина погружения шпунта, форма упругой линии, перераспределение давления грунта по высоте стенки, условия «заделки» шпунта, взаимодействие стенки с грунтом засыпки в условиях допредельного и предельного состояний и другие, до настоящего времени остались не выясненными, а существующие теории и научные предположения, основанные в большинстве случаев на лабораторных опытах, к сожалению еще недостаточно отражают действительную работу конструкций.

Вопросы исследования давления грунта на подпорные стенки и выявления особенностей их работы отражены в трудах многих известных авторов.

Анализ имеющихся статей и публикаций современников по этой теме также показывает, что результатов по исследованию различных конструктивных решений крепления стен глубоких котлованов недостаточно.

2 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДИК РАСЧЕТОВ КРЕПЛЕНИЯ ОТКОСОВ ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ.

Расчет конструкций усиления откосов котлованов зданий и сооружений выполняется различными методами, в частности:

• Метод касательных сил

• Метод горизонтальных сил

• Метод Р.Р. Чугаева

• Метод Н.Н. Маслова

• Метод Ю.И. Соловьева

• Метод Л.П. Ясюнас

• Метод блока и призм

• Графостатический метод Л.Л. Перковского

• Определение давления от призмы обрушения по теории Кулона

• Аналитический метод Г.М. Шахунянца

• Графоаналитический метод упругой линии (метод Блюма-Ломейера)

• Метод круглоцилиндрической поверхности скольжения

Данные методы расчета конструкций усиления откосов котлованов зданий и сооружений будут рассмотрены и проанализированы для дальнейшего проектирования и разработки рабочего проекта по укреплению котлована под строительство торгового центра с подземной автостоянкой в центральном районе г. Хабаровска.

Устойчивость откосов и склонов определяется коэффициентом устойчивости , который принимается равным не менее 1,25 для конструкций укрепления откосов глубоких котлованов. Коэффициент устойчивости является наиболее важным критерием при выборе конструктивно-технологических решений по укреплению откосов котлованов.

2.1 Анализ методик теоретических расчетов крепления стен котлованов с помощью грунтовых анкеров

Этапы расчетов анкерного крепления.

Для всех видов сооружений и строительных конструкций принят единый принцип расчета по предельным состояниям двух групп: по несущей способности; по деформациям.

Для подпорных стен и шпунтовых ограждений (в том числе с анкерами) 1-я группа предельных состояний (по непригодности к эксплуатации) включает расчеты общей прочности и устойчивости на сдвиг, опрокидывание, поворот вокруг некоторой оси вращения, а также расчеты прочности и устойчивости отдельных элементов сооружения.

Во 2-ю группу предельных состояний (по непригодности к нормальной эксплуатации) входят расчеты перемещений, деформаций, трещинообразования и т.д.

По опыту обрушений котлованов [24], основной причиной аварий является разрушение крепления и обрушение прилегающего грунтового массива, т.е. потеря устойчивости крепления. Таким образом, основная задача расчета при проектировании котлована заключается в оценке устойчивости ограждения на действующие нагрузки, то есть рассчитать устойчивость системы «ограждение-анкер-грунт».

Обеспечение устойчивости стен котлована зависит от всех элементов рассматриваемой системы:

- ограждающая конструкция должна обладать соответствующей прочностью, жесткостью, водонепроницаемостью, иметь соответствующее заглубление в грунт;

- анкер должен иметь необходимую несущую способность по заделке в грунтовом массиве, прочность и жесткость тяги, начальное натяжение;

- у грунта должна быть сохранена природная прочность в виде внутреннего трения и сцепления и не нарушена структура (плотность, влажность, обводненность).

Каждый из указанных факторов влияет на устойчивость системы и их прочностной расчет также относится к 1-группе предельных состояний.

При проектировании грунтовых анкеров должны быть обеспечены следующие условия [10]: достижение достаточной несущей способности анкеров для восприятия усилий, действующих на анкеруемое сооружение; расположение зоны заделки анкера за пределами возможной призмы обрушения грунта при реализации кулоновской схемы; тщательная защита анкера от воздействия коррозии; надежный контакт между конструкцией анкера и окружающим грунтом в зоне заделки.

Итак, расчет крепления с анкерами содержит следующие этапы:

1. расчет прочности конструкции;

2. расчет устойчивости системы «ограждение-анкер-грунт»;

3. проверка соответствия несущей способности одиночного анкера по грунту и материалу тяги расчетной нагрузке.

Расчет прочности конструкции производят по схеме Блюма-Ломейра и схеме Якоби. Схема Блюма-Ломейра применяется при большом заглублении и защемлении стенки в грунтовом массиве, а схема Якоби исключает защемление стенки и исходит только из условий статического равновесия против выпора при максимально возможном сопротивлении грунта.

Cовременные методы расчета устойчивости крепления котлованов

Метод Кранца

В последнее время получила признание схема потери устойчивости стенки котлована с анкерным креплением, предложенная Кранцем (см. [10]). В этом методе используется понятие «глубокой линии сдвига», идущей от низа стенки к воздушной поверхности грунтового массива и перерезывающей заделку грунтового анкера посередине (рис. 2.1.1).

Рис. 2.1 Расчетная схема по Кранцу

Построенный из условия равновесия заштрихованной призмы силовой многоугольник abce включает в себя вес грунта G, равнодействующую активного давления Eа на анкеруемое сооружение, силу реакции Rs, несущую способность анкера Ра и равнодействующую активного давления грунта E′а на фиктивную анкерную стенку. Решение силового многоугольника позволяет определить горизонтальную проекцию Рах несущей способности анкера, которая приводит заштрихованную призму в состояние предельной устойчивости.

Коэффициент устойчивости Кy системы "стена-грунт-анкер" на опрокидывание определяют из отношения:

KyPax/Pwx (2.1)

Метод круглоцилиндрической поверхности скольжения (КЦПС)

Данная методика состоит в предположении сдвига однородного массива грунта с прочностными характеристиками φ и с по круглоциллиндрической поверхности скольжения (см. [10]). Расчетная схема представлена на рис. 2.2.

Неизвестными в данной схеме являются положение поверхности скольжения, суммарная сила трения R грунтового основания, распределение напряжений по дуге, описывающей поверхность скольжения. Проверка устойчивости выполняется сравнением моментов удерживающих и сдвигающих сил с учетом коэффициента запаса.

Положение поверхности скольжения предлагается определять, используя график [26].

Рис. 2.2 Расчетная схема по КЦПС

Метод круглоцилиндрической поверхности скольжения целесообразно применять, когда откос сложен однородными грунтами. Метод предполагает, что сползание грунта может произойти лишь в результате вращения оползающего массива вокруг центра О (рис.2.2). Следовательно, поверхность скольжения ВВ в данном случае будет представлена дугой некоторого круга с радиусом R, очерченного из центра О. Оползающий массив рассматривается при этом как некоторый твердый блок, всеми своими точками участвующий в одном общем движении.

Степень устойчивости откоса оценивается различными методами («метод площадей», «метод круга трения» и т.д.). Принципиально наиболее простым из них и одновременно наиболее распространенным в нашей стране является так называемый метод моментов, сущность которого заключается в следующем.

Оползающий массив находится под воздействием двух моментов: момента (Mвр), вращающего массив, и момента (Mуд), удерживающего массив. Коэффициент устойчивости склона Kу определяется отношением этих моментов, т.е:

Kу = Mуд/Mвр. (2.2)

Теория предельного равновесия

Все раннее рассмотренные методы расчетов устойчивости подпорных стенок, ограждений котлованов с анкерами, откосов грунтовых массивов основывались на эмпирических или полуэмпирических приемах на использовании отдельных теоретических предпосылок.

Общая теория, охватывающая все основные случаи силового взаимодействия грунтов и инженерных сооружений и базирующаяся на основополагающих законах теории сплошной среды, строительной механики и механики грунтов, создана В.В. Соколовским (1942, 1954, 1960) [29].

По Соколовскому условие прочности, обеспечивающее отсутствие на любой площадке грунта соскальзывания, имеет вид:

_n (_n H)tg_{, (2.3)}

где H=c*ctgφ – предел прочности равномерному всестороннему сжатию.

На основе преобразованной системы уравнений равновесия грунтовой среды Соколовский разработал обще численное приближенное решение по методу конечных разностей, составил рекуррентные формулы и указал пути решения основных краевых задач, охватывающих все многообразие проблемы сопротивляемости грунтов сдвигу при их взаимодействии с сооружениями:

• несущей способности и устойчивости оснований;

• несущей способности и устойчивости откосов;

• давления грунтов (активное и пассивное) на подпорные стенки;

• устойчивости подпорных стенок.

_{}dy  dx tg(  )

(2.4)_dy  dx tg(  ).

^{d  2 tg  d   (dy  tgdx)}



_d  2 tg  d   (dy  tgdx) . (2.5)

Во всех случаях форма граничной линии скольжения определяется без каких-либо дополнительных условий, но расчеты разностным методом для приемлемой точности требуют достаточно густой сетки линий скольжения. Решения с таким объемом могут эффективно использоваться только с применением ЭВМ.

В то же время, решения Соколовского имеют ограничения: невозможно строго учесть действие сосредоточенных сил, ступенчатую нагрузку, сложный с переломами контур поверхности массива и поверхностей сооружений, сложное взаимодействие упругих и предельных зон и ряд других условий натурных задач.

Итак, теория предельного равновесия создает основу для задач, требующих определения активного и пассивного давлений грунта на ограждение котлованов. Но существующие ограничения затрудняют ее применение в чистом виде без дополнительных допущений, сводящих расчеты к приближенным методам, описанным выше.

1. Выбор приближенного метода определения геометрических параметров анкерного крепления

Как правило, зная геологические, гидрогеологические и градостроительные условия опытный проектировщик может сразу назначить начальные геометрические параметры ограждения и анкерного крепления для расчетов в первом приближении. Основными принципами при задании этих параметров являются [37] (см. рис. 2.3):

• длина шпунта – 1,5h÷2h, где h – глубина котлована;

• при разработке котлована ниже подошв фундаментов окружающих зданий для предотвращения суффозии ограждение должно пересечь водонепроницаемые слои грунта и заглубиться в слой относительного водоупора не менее чем на 1 м;

• угол наклона грунтового анкера к горизонту - 20÷35°;

• угол наклона глубокой плоскости скольжения_k (около 20°);

• глубина залегания центра заделки анкера не менее 4м;

• центр заделки анкера должен лежать в глубокой плоскости скольжения;

После определения геометрических характеристик ограждения и анкерного крепления необходимо произвести приближенный расчет устойчивости графическим методом (Кранца или КЦПС). При положительном результате приближенного расчета можно переходить к линейному или нелинейному расчетам.

Рис. 2.3 Предельные геометрические параметры расположения грунтового анкера

2.2 Сравнительный анализ коэффициентов устойчивости откосов котлована, рассчитанных по различным методикам

2.2.1 Расчет коэффициента устойчивости откоса котлована методом касательных сил

Характеристика грунтов

Характеристики

Список файлов ВКР