Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Тоннели и метрополитены arrow Методические рекомендации по проектированию свайной крепи котловановметрополитенов  
22.01.2018
    
Методические рекомендации по проектированию свайной крепи котловановметрополитенов

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

УТВЕРЖДАЮ

Зам. директора института

Н. Б. СОКОЛОВ

30 сентября 1985 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СВАЙНОЙ КРЕПИ
КОТЛОВАНОВ МЕТРОПОЛИТЕНОВ

Одобрены Главтранспроектом и
Главтоннельметростроем

Москва 1986

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие Методические рекомендации составлены в развитие глав СНиП II-40-80 «Метрополитены» и СНиП III-44-77 «Тоннели железнодорожные, автодорожные и гидротехнические. Метрополитены» и содержат конструктивные требования к свайной крепи котлованов метрополитенов, методику расчета и предложения по ее совершенствованию.

Методические рекомендации разработаны на основании обобщения отечественной и зарубежной практики проектирования и возведения свайной крепи котлованов метрополитенов, а также результатов исследований, выполненных Новосибирским филиалам ЦНИИСа (СибЦНИИСом) при участии Метрогипротранса, Ленметрогипротранса, Новосибметропроекта и Новосибирскметростроя.

Работа подготовлена кандидатами техн. наук Б.В. Корякиным, Э.А. Аблогиным, А.Е. Якуниным, инженерами П.С. Пинчуком, Н.Ж. Стунжа, А.В. Чаруковским (СибЦНИИС), канд. техн. наук И.В. Маковским, инженерами В.Н. Соловьевым (Метрогипротранс), И.В. Андросовым (Ленметрогипротранс), Б.Г. Калининым (Новосибметропроект), В.В. Щипииыным (Новосибирскметрострой).

Замечания и предложения просим направлять по адресу: 630056, Новосибирск, ул. Софийская, 18, СибЦНИИС.

Директор СибЦНИИС                                                                                   П.Ф. Стафеев

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Методические рекомендации предназначены для использования при проектировании свайной крепи котлованов станций, перегонных тоннелей и других сооружений метрополитена, возводимых открытым способом, когда по инженерно-геологическим и градостроительным условиям исключается разработка котлованов с естественными откосами [1, 2].

1.2. Проектирование свайной крепи котлованов следует производить при составлении технического (технорабочего) проекта и рабочих чертежей в разделе «Организация строительства».

Проект свайной крепи котлована должен содержать:

варианты конструктивных решений свайной крепи котлована в увязке с проектом организации строительства, выполненные в объеме, достаточном для выявления технико-экономических показателей;

обоснование конструктивных решений;

технико-экономическое сопоставление конструктивных решений и обоснование выбранного варианта.

Проект производства работ по возведению свайной крепи котлована должен содержать:

технологическую схему сооружения крепи, составленную в развитие проекта организации строительства;

детальные чертежи конструкций крепи;

чертежи вспомогательных сооружений и устройств;

указания по технике безопасности.

1.3. В качестве свайной крепи вертикальных и наклонных стен котлованов рекомендуется использовать:

забивные сваи из металлических двутавровых балок, в том числе широкополочных, или металлический шпунт;

буронабивные железобетонные сваи, как правило, с ориентированным армированием;

бурообсадные сваи из металлических труб.

1.4. Забивные сваи из металлических двутавров рекомендуются для применения в широком диапазоне инженерно-геологических и градостроительных условий. Исключение составляют следующие случаи:

расположение котлована в водоносных грунтах плывунного типа при неэффективности применения водопонижения или искусственного закрепления грунтов;

расположение котлована в несвязных грунтах, когда применение забивной опережающей крепи или других мероприятий при устройстве затяжки (забирки) между сваями не эффективно в технико-экономическом отношении или не обеспечивает устойчивости грунтового массив;

расположение на поверхности в пределах призмы обрушения или вблизи ее зданий, сооружений, в том числе подземных, транспортных магистралей и других устройств, для которых неравномерные деформации основания недопустимы;

наличие градостроительных условий, в которых уровни шума и вибрации, создаваемые забивкой и извлечением свай, превышают санитарные нормы или специальные требования, указанные в задании на проектирование.

1.5. Металлический шпунт рекомендуется применять в водоносных грунтах плывунного типа при неэффективности использования водопонижения или искусственного закрепления грунтов, а также при устройстве крепи в несвязных грунтах, если другие типы крепи в них неэффективны,

1.6. Буронабивные или буроопускные сваи рекомендуются для применения при расположении на поверхности призмы обрушения или в непосредственной близости от нее зданий и других сооружений, не рассчитанных на восприятие неравномерной осадки, а также в тех градостроительных условиях, когда шум и вибрация, вызываемые забивкой свай, недопустимы. Кроме того, такие сваи рекомендуются для применения в качестве элемента постоянной крепи метрополитена.

1.7. Выбор типа буровых свай в зависимости от гидрогеологических условий, вида грунтов, принятой организации строительства и имеющейся производственной базы рекомендуется производить согласно требованиям нормативных документов по основаниям и фундаментам на проектирование и производство работ [3-5].

1.8. Допускается применять другие виды свай при соответствующих технико-экономических обоснованиях.

1.9. В качестве вспомогательной свайной крепи котлованов, предназначенной для снижения и выравнивания деформаций поверхности над призмой обрушения и вблизи ее, рекомендуется установка дополнительного ряда или рядов свай в грунтовый массив за пределами контура выработки [6]; целесообразность этих работ должна быть подтверждена соответствующими технико-экономическими обоснованиями. Выбор конструкции свай, следует производить по рекомендациям пп. 1.3.-1.8. Допускается применение для этой цели так называемых микросвай [6].

1.10. В настоящей работе содержатся рекомендации по расчету свайной крепи, приводятся примеры расчета крепи применительно к сваям, изготовленным из прокатных двутавров, так как такая крепь наиболее распространена в отечественном метростроении.

При расчете шпунтовой крепи рекомендуется использовать программу РО1 «Расчет шпунтового ограждения», составленную Ленметропроектом на языке Фортран-1У (ДОС, версия 2.1) для ЭВМ серии ЕС [7].

1.11. В грунтах с включениями валунов, прослоек твердых грунтов и других помех, препятствующих забивке, устройство свай следует осуществлять в предварительно пробуренных скважинах с последующей заделкой свай цементным раствором или бетоном.

1.12. При необходимости обеспечения точного расположения забивных свай, например, в случае применения для затяжки железобетонных панелей или щитов, движущихся по сваям, как по направляющим, рекомендуется предварительное бурение лидирующих скважин. При этом диаметр лидирующей скважины не должен превышать высоту сечения двутавров; кроме того, лидирующие скважины не следует опускать ниже дна котлована, на эту глубину сваи нужно добивать.

1.13. В проекте организации строительства следует предусмотреть демонтаж расстрелов и поясов в процессе обратной засыпки котлованов, а также извлечение забивных свай для их повторного использования.

1.14. В соответствующих градостроительных и инженерно-геологических условиях рекомендуется устройство котлованов с естественным откосом с одной стороны котлована и свайной крепью с анкерами с другой стороны.

1.15. Конструкции и технология устройства грунтовых анкеров в настоящей работе не рассматриваются. Проектирование анкерной крепи котлованов метрополитенов следует производить в соответствии с «Руководством по проектированию и технологии устройства анкеров подземных сооружений» [8], а также «Руководством по применению грунтовых анкеров с использованием пневмопробойников при проектировании и строительстве Новосибирского метрополитена» [9].

2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

2.1. Конструкция свайной крепи котлованов состоит из собственно свай того или иного типа, устанавливаемых до раскрытия котлована на определенном расстоянии друг от друга, и затяжки (забирки) между сваями, которая воспринимает нагрузку от грунтового массива и передает ее на сваи. При сооружении глубоких котлованов между рядами ограждающих котлован свай устанавливают один или несколько рядов расстрелов или заанкеривают сваи в грунт посредством установки грунтовых анкеров, для чего на сваи в уровне установки расстрелов (анкеров) навешивают пояса, которые укладывают на специальные кронштейны, привариваемые к лицевой полке сваи.

2.2. Для изготовления забивных свай рекомендуется использовать двутавровые балки (ГОСТ 8239-72х), в том числе широкополочные двутавры (ТУ 14-2-24-72). Если длина свай превышает длину двутавровых балок, то сваи разрешается наращивать, приваривая накладки по полкам и стенке балки, при этом стык должен быть равнопрочным сечению сваи.

2.3. Стены котлована в промежутках между полками крепят затяжкой из досок или брусьев, которые устанавливают по мере обнажения стен с расклинкой и тщательным забучиванием грунтом. Величина заходки должна быть определена проектом производства работ. В несвязных грунтах следует применять опережающую крепь, а при необходимости и заделку щелей между досками.

При соответствующем технико-экономическом обосновании допускается применение для затяжки других видов крепи: железобетонных плит, торкрета, набрызг-бетона, в том числе в сочетании с короткими анкерами, нетканых синтетических материалов и др.

2.4. Расстрелы рекомендуется проектировать из стальных труб (ГОСТ 10704-76х, СТ СЭВ 490-77) или из прокатной стали составными коробчатого сечения.

2.5. Конструкция узла крепления расстрела к поясу и свае должна обеспечивать центрированную передачу усилий на расстрел, не допускающую появления в расстреле дополнительных моментов от внецентренного приложения нагрузки. Кроме того, в конструкции узла следует предусмотреть возможность ликвидации зазоров при установке расстрела с помощью дополнительных металлических пластин и клиньев или других устройств. Рекомендуемая схема узла крепления приведена на рис. 1.

2.6. Для изготовления поясов крепи котлованов рекомендуется применять: при креплении расстрелами - двутавровые балки (ГОСТ 8239-72), при креплении грунтовыми анкерами - спаренные швеллеры (ГОСТ 8240-72).

2.7. Пояса, как правило, выполняют неразрезными по длине котлована. Стыки поясов следует выполнять на опоре, т.е. на ближайшей свае.

2.8. В местах опирания расстрелов пояс рекомендуется усилить ребрами жесткости, размеры которых назначают по расчету, но не менее 10 мм по толщине для предотвращения местной потери устойчивости стенок и полок.

2.9. Составные расстрелы рекомендуется выполнять из четырех уголков, объединенных накладками по каждой стороне расстрела, обеспечивающими их совместную работу. Шаг накладок следует назначать не более 40 минимальных радиусов инерции уголка.

Рис. 1. Схема узла крепления расстрела к поясу:

1 - свая; 2 - пояс; 3 - центрирующая прокладка; 4 - расклинивающая прокладка; 5 - расстрел; 6 - заглушка; 7 - монтажная подставка; 8 - кронштейн

2.10. Для обеспечения геометрической неизменяемости поперечных сечений составных расстрелов устанавливаются диафрагмы по длине расстрела с шагом не более 3 м.

2.11. Диафрагмы и накладки рекомендуется выполнять из стального листа толщиной 6-10 мм в зависимости от размеров поперечного сечения расстрела. Ширину накладок принимают равной 100-150 мм, длину - в зависимости от высоты (ширины) расстрела.

2.12. Ширина составного расстрела определяется расчетом в зависимости от нагрузки на расстрел, высота расстрела с учетом его веса и возможных временных нагрузок назначается на 20-25 % более его ширины.

2.13. Опорные части составных расстрелов рекомендуется проектировать с плитой на торцевой части расстрела толщиной не менее 20 мм и двумя дополнительными накладками по каждой стороне расстрела на расстоянии 40-50 см от торца с целью распределения местных концентраций напряжений в торцевой части расстрела, обусловленных неравномерной передачей давления от сваи на расстрел.

2.14. Расстрелы следует опирать на пояс в створе со сваями, шаг расстрелов должен быть кратным шагу свай.

Грунтовые анкеры располагают в пролете между сваями, как правило, с шагом, равным шагу свай.

2.15. Для уменьшения расстояния между расстрелами и снижения расхода металла на пояса рекомендуется при проектировании крепи применять подкосы к расстрелам, устанавливаемые горизонтально в плоскости пояса. Эффективным приемом повышения устойчивости расстрелов за счет уменьшения их свободной длины является устройство подкосов и в вертикальной плоскости.

2.16. При многоярусном креплении расстрелы следует располагать, как правило, в одной плоскости по вертикали, при этом для каждого яруса рекомендуется использовать расстрелы с разной несущей способность, определяемой величиной нагрузки на соответствующий ярус.

Допускается установка расстрелов на менее загруженный ярус (например, верхним по сравнению с нижним) с большим шагом, кратным шагу наиболее загруженных расстрелов. При этом для уменьшения пролета опорного пояса рекомендуется использовать подкосы на пояс от расстрела.

2.17. Количество ярусов расстрелов и их расположение следует выбирать, исходя из минимально возможного количества перекреплений при монтаже конструкций станции.

2.18. При ширине котлованов более 25 м рекомендуется, как правило, проектировать выработку либо с откосами, либо с применением грунтовых анкеров.

В случаях, когда градостроительные или инженерно-геологические условия не позволяют выполнить это требование, для повышения продольной устойчивости расстрелов применяют забивку промежуточного ряда (или рядов) свай с жестким раскреплением расстрелов на эти ряды свай, препятствующие их продольному изгибу.

2.19. Для уменьшения глубины забивки свай рекомендуется увеличивать ширину полок двутавров на длине свай, расположенной ниже дна котлована, путем наваривания пластин. Размеры пластин следует назначать в соответствии с расчетом.

2.20. При проектировании крепи в числе других рекомендуется рассматривать вариант без заглубления свай ниже дна котлована, когда используется бетон монолитного или сборно-монолитного лотка в качестве нижней распорки. При этом устанавливают временные расстрелы и демонтируют их после достижения бетоном лотка-распорки необходимой прочности.

2.21. При соответствующих технико-экономических обоснованиях рекомендуется устройство верхнего ряда анкеров взамен расстрелов в виде тяжей, расположенных в траншеях и заанкеренных за пределами призмы обрушения [10].

2.22. В процессе разработки котлована допускается использование боковых уступов (с горизонтальной или наклонной бермой) для обеспечения устойчивости свайной крепи на период до установки соответствующего ряда расстрелов или анкеров [11]. Размеры боковых уступов и глубина заходки при разработке котлована должны быть проверены расчетом.

2.23. Толщину досок затяжки следует назначать в соответствии с расчетом, но не менее 40 мм.

3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА

3.1. Расчет свайной крепи котлованов метрополитена следует производить по первой группе предельных состояний - по устойчивости и прочности материалов конструкций.

Расчет по второй группе предельных состояний (по деформации) следует производить в том случае, если заданием на проектирование установлены предельно допустимые величины деформаций крепи.

Расчет конструкций свайной крепи следует производить в соответствии с требованиями строительных норм и правил по проектированию метрополитенов, металлических и деревянных конструкций, в необходимых случаях по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, свайных фундаментов с учетом дополнений, изложенных в настоящих Методических рекомендациях.

3.2. При расчете конструкций свайной крепи котлованов станций перегонов и других сооружений метрополитена следует учитывать возможные неблагоприятные сочетания (для всей конструкции или ее элементов) нагрузок и воздействий, а также все этапы сооружения крепи и раскрытия котлована.

3.3. Расчет свайной крепи по устойчивости и прочности грунта производят на действие расчетных нагрузок, а по деформациям - на действие нормативных нагрузок.

3.4. Сваи крепи котлована при их расчете рассматриваются как балки, нижняя часть которых заделана в грунтовое основание с линейно изменяющимся коэффициентом постели по глубине, а верхняя часть - либо свободно стоящая консоль, либо консоль, опирающаяся на опоры в виде анкеров или расстрелов.

3.5. Расчет ограждающей стенки из свайной крепи на устойчивость следует производить, как правило, методами построения круглоцилиндрических поверхностей скольжения в соответствии с требованиями строительных норм и правил по проектированию оснований зданий и сооружений. При этом отношение момента удерживающих (препятствующих сдвигу) сил к моменту сдвигающих сил должно быть не менее 1,2:

.                                                         (1)

Положение центра поворота и радиус наиболее опасной окружности следует находить путем подбора. При этом для консольных стен следует рассматривать вариант потери устойчивости при вращении стены вокруг некоторой условной точки, положение которой определяется из рассмотрения действующих на крепь активных и пассивных сил, а для стен, закрепленных анкерами или расстрелами, - вариант, когда центры вращения совпадают с точками опирания стены на анкеры или расстрелы.

Применительно к расчету свайной крепи котлованов метрополитенов условие (1) принимает следующий вид:

,                                                          (2)

где s - интенсивность давления сваи на грунт на глубине , Па (см. п. 3.6);

t - глубина забивки сваи ниже дна котлована;

m - коэффициент условий работы, равный 0,95;

snp - предельная величина интенсивности давления сваи на грунт, Па;

.                                                       (3)

Здесь Кпр - коэффициент, учитывающий пространственную работу свай (см. п. 3.9);

Рп - расчетная интенсивность пассивного отпора грунта, Па (см. п. 3.10).

3.6. Интенсивность давления сваи на грунт s, Па, определяется по формуле

,                                            (4)

где

;                         ;                                      (5)

К - коэффициент пропорциональности, Н/м4, величину которого при отсутствии опытных данных допускается принимать в зависимости от вида грунта, окружающего сваю, по справочному приложению 1;

z - глубина расположения сечения, отсчитываемая от дна котлована, м;

u(ε) - прогибы сваи ниже дна котлована, м (см. п. 3.7);

функция безразмерной координаты ε;

в, J - соответственно ширина полки и момент инерции сваи, м, м4;

Е - расчетный модуль упругости материала сваи, Па;

a - коэффициент деформации, 1/м.

3.7. Прогибы сваи u(ε), м, находят по формуле

                               (6)

где

                                 (7)

                               (8)

Q0 - сумма всех горизонтальных сил Еj, действующих на свайную крепь выше дна котлована, Н;

М0 - сумма моментов всех сил, действующих выше дна котлована, относительно сечения сваи с координатой z = 0, Нּм.

Величины Q0 и М0 положительны, если направлены соответственно вправо и по часовой стрелке (рис. 2).

Численные значения функций f1(ε), f2(ε), f3(ε), f4(ε) и их первые, вторые и третьи производные, обозначенные соответственно штрихами, даны в справочном приложении 2.

3.8. Проверкой правильности вычисления коэффициентов С1, С2, С3 и С4 является выполнение условия

,                                (9)

где

  (10)

Рис. 2. К определению величин Q0 и М0:

а - закладное крепление без анкеров (расстрелов);

; ;

б - закладное крепление с анкерами (расстрелами);

.

3.9. Коэффициент Кпр, учитывающий пространственную работу свай, вычисляется по формуле

,                                         (11)

где в - ширина сваи, м;

l - шаг свай, м;

tnp - глубина, в пределах которой грунт находится в предельном состоянии, м; определяется в зависимости от расчетной схемы.

3.10. Интенсивность расчетного пассивного отпора грунта определяется согласно теории Кулона по формуле

,                                               (12)

где n2 - коэффициент условий работ, принимаемый равным 0,8;

γ - удельный вес грунта, Н/м3;

С - расчетное сцепление грунта, Н/м2; для поверхностного слоя его принимают уменьшающимся от полной величины на глубине 1,0 м до нуля у поверхности грунта;

λn - коэффициент пассивного отпора;

                                      (13)

Здесь φ - расчетный угол внутреннего трения грунта, град.,

δ - угол трения грунта по свае, град.

Как правило, принимают δ = 0, при этом формула (13) упрощается и принимает вид

                                              (14)

В случаях, когда превышение hIв уровня грунтовых вод над дном котлована составляет не более 2 м и не более трети глубины котлована, угол трения грунта по стенке при расчете свайной крепи с одним ярусом анкеров (расстрелов) принимается равным:

δ = φ/3 при hIв>0;                                                     (15)

δ = φ/2 при hIв = 0.

3.11. Нормативные и расчетные характеристики грунта (удельный вес, угол внутреннего трения, а для связных грунтов и сцепление) следует устанавливать по результатам инженерно-геологических изысканий с учетом возможных изменений в процессе строительства, в том числе с учетом сезонных колебаний влажности.

Разнородные грунты, различающиеся значениями каждой из этих характеристик не более чем на 20 %, допускается рассматривать как однородный грунт со средневзвешенными значениями характеристик:

                                                      (16)

где γi, φi и сi - значения соответственно удельного веса, угла внутреннего трения и сцепления i-го слоя грунта толщиной hi.

3.12. Прочность элементов конструкции на изгиб рассчитывается из условия

,                                                           (17)

где М - расчетный изгибающий момент, Нּм;

W - момент сопротивления сечения элемента, м3;

R - расчетное сопротивление материала, Н/м2.

Изгибающие моменты и перерезывающие силы, действующие на сваю ниже дна котлована, находят по формулам:

;                  (18)

,

а выше дна котлована - по известным правилам строительной механики.

Расчет прочности элементов конструкции на сжатие и растяжение осуществляется по условию

,                                                          (19)

где N - расчетная нагрузка, Н;

F - расчетная площадь сечения элемента, м;

ψ - коэффициент продольного изгиба.

3.13. Расчет свайной крепи по деформациям производится с целью проверки условия

,                                                          (20)

где Δmax - максимальная величина горизонтального или вертикального перемещения свайной крепи, м, определяемая расчетом;

Δпр - предельно допустимая величина горизонтального или вертикального перемещения свайной крепи, м, устанавливаемая заданием на проектирование.

Формулы для определений Δmax даны при рассмотрении конкретных расчетных схем свайной крепи.

3.14. Свайная крепь котлованов может быть запроектирована в двух вариантах:

без учета защемления свай ниже дна котлована, когда деформации заделанного в грунт ниже дна котлована конца сваи не ограничиваются;

с учетом защемления свай, когда глубина их заделки ниже дна котлована должна быть такой, чтобы угол поворота конца сваи был равен нулю.

3.15. Учет защемления свай позволяет снизить величину изгибающего момента, действующего на сваю, и усилий в расстрелах или анкерах, однако, как правило, приводит к увеличению глубины забивки (обшей длины) свай, что может в ряде случаев увеличить трудоемкость сооружений и стоимость крепи или привести к глубине забивки свай, неприемлемой по инженерно-геологическим или технологическим условиям. Поэтому рациональное проектирование крепи состоит в сопоставлении вариантов крепи для конкретных условий строительства с учетом и без учета защемления и выбора варианта.

3.16. Полный расчет свайной крепи котлованов метрополитенов с целью назначения ее оптимальных параметров надлежит производить в такой последовательности:

определение нагрузок;

вычисление действующего на свайную крепь расчетного активного давления грунта;

предварительное назначение подлежащих расчету параметров свайной крепи - шага свай, сечения свай, шага анкеров или расстрелов, количества анкеров или расстрелов и их расположение по высоте котлована, усилия в анкерах (расстрелах);

определение глубины забивки свай как без учета, так и с учетом защемления свай в грунте;

расчет каждого из вариантов свайной крепи по устойчивости и прочности материалов конструкций;

корректировка подлежащих расчету параметров по результатам предыдущего пункта;

выполнение итерационных расчетов каждого варианта при скорректированных расчетных параметрах;

выбор оптимального варианта;

расчет свайной крепи по деформациям;

определение допустимой глубины первого яруса разработки без анкеров (расстрелов);

определение допустимой глубины последующих ярусов разработки котлована с одним или несколькими рядами анкеров (расстрелов).

4. НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ

4.1. Расчетные нагрузки определяют как произведение нормативных нагрузок на коэффициент перегрузки, который следует принимать в соответствии с данными табл. 1.

Коэффициенты перегрузки для прочих нагрузок, возникающих в процессе строительства, принимают в соответствии с требованиями строительных норм и правил по нагрузкам и воздействиям.

Таблица 1

№ п/п

Нормативные нагрузки и воздействия

Коэффициенты перегрузки n

1

Собственный вес строительных конструкций

1,2 (0,8)

2

Вертикальное давление от веса грунта

1,2 (0,9)

3

Горизонтальное давление грунта

1,2 (0,7)

4

Гидростатическое давление воды

1,1 (0,9)

5

Вес грузоподъемного оборудования и транспортных средств

1,1 (0,9)

6

Вес людей, инструмента, мелкого оборудования

1,3 (0,7)

7

Инерционные нагрузки от кранов, автомашин и т.д.

1,1 (1,0)

Примечание. Коэффициент перегрузки следует принимать, учитывая возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную сторону при рассматриваемом предельном состоянии.

4.2. Нормативные временные вертикальные нагрузки Р на призму обрушения следует принимать:

а) от веса материалов и возможной отсыпки грунта в виде равномерно распределенной нагрузки интенсивностью, соответствующей предполагаемым проектным объемом материалов и отсыпки, но не менее 10 кН/м2 (1 тс/м2);

б) от строительного оборудования, кранов, копров и транспортных средств, перемещающихся по рельсам, - по паспортным данным, каталогам и справочникам (с учетом загружения, наиболее неблагоприятного для рассчитываемой конструкции);

в) от автотранспорта (рис. 3), проходящего по дороге, расположенной вдоль котлована, - в виде полосовой нагрузки (ширина полосы 3 м для каждого ряда машин):

при расстоянии между краем котлована и бровкой дороги, равном 2-3 м, и весе машин до 250 кН (25 тс) Ра  = 20 кН/м2 (2 тс/м2);

при расстоянии 1-2 м Ра  = 30 кН/м2 (3 тс/м2), а при меньшем расстоянии Ра  = 40 кН/м2 (4 тс/м2);

при расстоянии между дорогой и котлованом больше 3 м Ра  = 10 кН/м2 (1 тс/м2);

при весе машин до 300 кН (30 тс) значения Ра увеличиваются в 1,2 раза, при весе до 450 кН (45 тс) - в 1,9 раза и весе 600 кН (60 тс) - в 2,5 раза.

Рис. 3. Вертикальная нагрузка на призме обрушения от автотранспорта

4.3. Если поверхность грунта ограничена плоскостью и на ней расположена равномерно распределенная нагрузка интенсивностью q , Н/м2 (рис. 4), то силу Еa, H, активного давления несвязного грунта на свайную крепь от поверхности грунта до глубины Нк вычисляют по формуле

,                                                       (21)

где λа - коэффициент активного давления грунта

.                                              (22)

Здесь b - угол между плоскостью, ограничивающей поверхность грунта, и горизонтальной плоскостью; правило знаков показано на рис. 4.

Рис. 4. К определению активного давления несвязного грунта на свайную крепь в случае, если поверхность грунта ограничена плоскостью и на ней равномерно распределена нагрузка

При горизонтальной поверхности грунта (β = 0)

.                                               (23)

Сила Ea является равнодействующей давлений, распределенных по линейному закону (см. рис. 4) с ординатой Р1, Н/м2, верхней точке 1

,                                                            (24)

и с ординатой Р2, Н/м2, на глубине Нк от этой точки

.                                              (25)

Сила Еа приложена на расстоянии h, м, от нижнего конца рассматриваемого участка

.                                            (26)

При q = 0

; Р1 = 0; Р2 = γНкλа и .                         (27)

4.4. В случаях, не охваченных п. 4.3, силу Еа активного давления несвязного грунта на свайную крепь определяют как наибольшее из значений Еi, Н, подсчитанных по формуле

,                                                (28)

где Gi - сумма равнодействующих веса Gгр предполагаемой призмы обрушения АВСi и расположенной на ней нагрузки (рис. 5, а), Н;

θi - угол между предполагаемой плоскостью обрушения и горизонтальной плоскостью, град.

Значение θi, которому соответствует наибольшее значение Еi, определенное по формуле (28), принимают за угол θ между плоскостью обрушения и горизонтальной плоскостью.

Силу Еa, Н, рассматривают как сумму сил Егр, Н, от веса призмы обрушения и Еq, Н, от каждой из нагрузок на призме обрушения.

Рис. 5. К определению активного давления связного грунта на свайную крепь при произвольном очертании поверхности грунта и расположении на ней нагрузки:

а - определение Q; б - построение эпюры активного давления

Силу Егр определяют по формуле

,                                            (29)

принимая, что Егр является равнодействующей давлений, эпюра которых имеет вид треугольника (см. рис. 5, б) с ординатой Р2, Н/м2, на глубине Нк от дневной поверхности

; Рt = 0.                                              (30)

Расстояние hгр от точки приложения этой силы до нижнего конца (точки А) рассматриваемого участка свайной крепи вычисляют по формуле

                                                            (31)

Силу Еq от нагрузки q, расположенной на призме обрушения и распределенной по ширине a, м, (см. рис. 5, б) определяют по формуле

.                                          (32)

Принимают, что сила Еq является равнодействующей давления, равномерно распределенного между точками А1 и А2 на пересечении со стенкой прямых, проведенных параллельно следу плоскости обрушения от начала и конца участка, в пределах которого действует нагрузка q (см. рис. 5, б). Если плоскость обрушения пересекает участок, на котором расположена нагрузка q, то за конец участка следует принимать след пересечения плоскости обрушения с поверхностью грунта.

Расстояния от точки А до точек А1, А2 и точки приложения силы Еq, м, и ординаты Pq вычисляют по формулам:

                                        (33)

где х - расстояние между внешней стороной сечения сваи и осью полосы нагрузки (шириной а), м;

Н0 - разность отметок уровня поверхности грунта под центром полосы шириной а и точкой В (см. рис. 5, б), м.

4.5. Если поверхность грунта ограничена плоскостью и на ней равномерно распределена нагрузка интенсивностью q, то активное давление несвязного грунта из нескольких слоев в пределах каждого (i-го) слоя принимают изменяющимся прямолинейно от давления Pi на уровне кровли этого слоя до давления Pi' на уровне его подошвы (рис. 6):

                        (34)

где hi - толщина i-го - слоя грунта с удельным весом γi и углом внутреннего трения φi;

λai - коэффициент активного давления грунта i-го слоя, определяемый по формуле (22).

Рис. 6. К определению активного давления грунта из нескольких слоев песка или супеси на стенку ограждения

4.6. Активное давление связного грунта допускается определять, учитывая сцепление грунта С, путем уменьшения ординат эпюры, построенной как для несвязного грунта по удельному весу γ и углу внутреннего трения φ связного грунта, на величину, которая при плоской поверхности грунта, наклоненной к горизонту под углом β, определяется выражением

.                                         (35)

В пределах участка, на котором величина рс превышает ординаты активного давления, вычисленные как для несвязного грунта, активное давление связного грунта не учитывают. Высота участка hc вычисляется по формуле

                                   (36)

При горизонтальной поверхности грунта (β = 0) и отсутствии на ней нагрузки (q = 0) формула (36) примет вид

                                                         (37)

Построение эпюры активного давления однородного связного грунта показано на рис. 7.

В случае разнородного грунта уменьшение активного давления за счет сцепления следует учитывать в пределах каждого слоя связного грунта, определяя величину рс согласно формуле (35) по характеристикам φ и с соответствующего слоя.

При горизонтальной поверхности связного грунта (β = 0) формула (35) может быть представлена в виде

                                     (38)

Рис. 7. К определению активного давления связного грунта

Равнодействующая Еа активного давления связного грунта на метр свайной крепи определяется как площадь эпюры давлений грунта.

5. РАСЧЕТ СВАЙНОЙ КРЕПИ, НЕ ИМЕЮЩЕЙ РАССТРЕЛОВ (АНКЕРОВ)

5.1. Расчет свайной крепи без анкеров или расстрелов рекомендуется производить:

при проектировании неглубоких котлованов, когда свайная крепь без расстрелов или анкеров обеспечивает устойчивость котлована;

при назначении величины допустимой глубины разработки грунта глубоких котлованов до стадии установки первого яруса расстрелов.

Расчет свайной крепи с закладными элементами без анкеров (расстрелов) производится в соответствии с расчетной схемой, изображенной на рис. 8.

Рис. 8. Расчетная схема свайной крепи без анкеров (расстрелов)

5.2. При расчете свайной крепи в случае неглубоких котлованов основными параметрами, подлежащими определению, являются:

глубина забивки свай t, м;

расстояние между сваями (шаг свай) l, м;

сечения свай и закладных элементов.

5.3. Расчет свайной крепи без анкеров (расстрелов) рекомендуется выполнять в такой последовательности:

определяется действующее на свайную крепь расчетное активное давление грунта в соответствии с рекомендациями разд. 4;

предварительно назначаются шаг свай и ее конструкция;

определяется глубина забивки свай;

проверяется сечение сваи;

при чрезмерных запасах прочности или невыполнении условия по прочности производится корректировка параметров и проверяются расчеты.

5.4. Предварительное назначение шага свай l, м, и момента сопротивления сечения свай W, м3, рекомендуется производить по формулам:

                                                (39)

где l1 - наибольший пролет закладного крепления, м;

М0 - момент всех сил, действующих выше дна котлована, относительно сечения с координатой z = 0, Нּм (см. рис. 2, а), определяемый согласно п. 3.7;

R - расчетное сопротивление материала сваи на изгиб, Па [12].

.                                                   (40)

Здесь βq - толщина доски или бруса закладного крепления, м, принимаемая не менее 0,04 м;

Ru - расчетное сопротивление древесины на изгиб, Па [13];

Pa - максимальная ордината расчетного активного давления грунта, Па (для однородного грунта Pa = P2).

При предварительном назначении конструкции сваи следует иметь в виду, что, как правило, наиболее экономичной оказывается конструкция крепи со сваями из наиболее мощных или широкополочных двутавров. Величина l изменяется от 1,5 до 2, 5 м.

5.5. Глубина забивки свай t ниже дна котлована определяется путем решения следующего уравнения при , получаемого из условия (2)

                                                           (41)

В случае решения уравнения (41) методом подбора начальную величину глубины забивки свай рекомендуется принимать равной глубине котлована, т.е. t = Hk.

При нахождении t величины Q0 и М0 определяют согласно п. 3.7 и подставляют в формулы (8) со своими знаками. Глубина tпр для определения коэффициента Knp по формуле (11) принимается равной .

5.6. При найденной глубине забивки t проверяется условие (2), величины z и tnp соответственно принимаются равными t.

Если условие (2) не выполняется, то рекомендуется увеличить ширину полки сваи путем, например, применения широкополочных двутавров или уширения полки навариванием дополнительных пластин.

5.7. Проверка прочности сечения сваи на изгиб осуществляется из условия (17).

Значение максимального изгибающего момента определяется по формуле

                   (42)

здесь величина εmax находится путем решения уравнения

                              (43)

5.8. Определение допустимой глубины первой заходки с консольными сваями при глубоком котловане при заданных шаге, сечении сваи и глубине забивки (общей длине сваи) рекомендуется производить методом подбора в такой последовательности:

а) предварительно назначается глубина котлована Нк. В случае, если поверхность грунта ограничена плоскостью и по ней равномерно распределена нагрузка интенсивностью q, глубина заходки определяется по формуле (44), в остальных случаях принимается Нк - 4÷5 м.

,                                             (44)

'>

Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное: