Давление на подпорные сооружения. Активное и пассивное давление. Коэффициенты активного и пассивного давления.

Ограждающие конструкции предназначены для того, чтобы удерживать от обрушения находящийся за ними грунтовый массив. Характерным примером ограждающей конструкции является подпорная стенка — конструкция, широко применяющаяся в промышленном, гражданском, дорожном, гидротехническом и других областях строительства.

По конструктивному исполнению различаются массивные (или гравитационные) и тонкостенные подпорные стенки. Устойчивость массивных стенок на сдвиг и опрокидывание обеспечивается прежде всего их собственным весом. Устойчивость тонкостенных конструкций — собственным весом стенки и грунта, вовлеченного в совместную работу, либо защемлением нижней части стенки в основание. К ограждающим конструкциям следует отнести также стены подвалов и заглубленных частей зданий, стены подземных сооружений и т. п.

По характеру работы ограждающие конструкции подразделяются на жесткие и гибкие. К жестким относится конструкция, которая под действием давления грунта изгибается очень незначительно или практически не изгибается, поэтому ее собственные деформации не изменяют характер давления на нее грунта. Жесткие подпорные стенки изготовляются обычно из железобетона, монолитного бетона, каменной кладки, деревянных или железобетонных ряжей или ящиков, заполненных грунтом, и т. п. Гибкие подпорные стенки выполняются главным образом из деревянного, железобетонного или металлического шпунта и часто называются шпунтовыми стенками. При воздействии нагрузки они изгибаются и характер эпюры давлений грунта на стенку зависит от ее деформаций.

Под действием давления грунта возможно также смещение стенки в сторону от засыпки, принятое здесь со знаком минус. Когда это смещение достигает некоторой величины u _а, в грунте засыпки формируется область обрушения грунта, граница которой называется поверхностью скольжения, а сама область — призмой обрушения. Давление, передаваемое призмой обрушения на грань стенки, носит название активного давления, а его результирующую обозначают Еа.

Наконец, если под действием каких-либо сил подпорная стенка смещается в сторону грунта, в засыпке также образуются поверхности скольжения и при некоторой величине перемещения + u _П формируется призма выпирания грунта. При этом реакция грунта достигает максимального значения и соответствует пассивному давлению (отпору) грунта, результирующую которого обозначают Е_П.

Определение активного и пассивного давления методами теории предельного равновесия. Эти решения получены В. В. Соколовским путем численного интегрирования дифференциальных уравнений теории предельного равновесия для случая горизонтальной поверхности засыпки однородным сыпучим грунтом. Учитываются также угол наклона и шероховатость задней грани стенки.

Ординаты эпюры активного давления вычисляются по формуле

пассивного по формуле

где q — интенсивность пригрузки на поверхности засыпки; и — безразмерные коэффициенты, определяемые по таблицам в зависимости от значений угла внутреннего трения грунта ϕ, угла наклона грани стенки к вертикали ε и угла трения грунта о стенку ω (рис. 1).

Рис. 1. Схема действия сил на стенку

с шероховатой наклонной

гранью (а) и треугольник

равнодействующих сил (б).

Вопрос. Кессоны. Условия применения, конструктивная схема. Погружение кессонов, меры предосторожности Форсированная посадка кессонов. Основы расчета кессона на строительные и эксплуатационные нагрузки.

В сильно обводненных грунтах, содержащих прослойки скальных пород или твердых включений (валуны, погребенную древесину и т.д.) погружение опускных колодцев по схеме «насухо» требует больших затрат на водоотлив, а разработка грунта под водой невозможна из-за наличия в грунте твердых включений.

В этом случае используется кессонный метод устройства фундаментов глубокого заложения, который был предложен во Франции в середине 19 века.

Кессон схематически представляет собой опрокинутый вверх днищем ящик, образующий рабочую камеру, в которую под давлением нагнетается сжатый воздух, уравновешивающий давление грунтовой воды на данной глубине, что не позволяет ей проникать в рабочую камеру, благодаря чему разработка грунта ведется насухо без водоотлива.

Рис.13.9. Схема устройства кессона:

а – для заглубленного помещения;

б – для глубокого фундамента;

1 – кессонная камера; 2 – гидроизоляция;

3 – надкессонное строение;

4 – шлюзовой аппарат; 5 – шахтная труба.

Метод является более дорогостоящим и сложным, поскольку требует специального оборудования. Кроме того, этот способ связан с пребыванием людей в зоне повышенного давления воздуха, что значительно сокращает продолжительность рабочих смен (до 2 часов при 350…400 кПа (max)) при максимальной глубине 35-40 м.

В связи с вышесказанным кессоны применяют значительно реже других типов фундаментов глубокого заложения.

Кессонная камера, высота которой по санитарным нормам принимается не менее 2,2 м, выполняется из ж/б и состоит из потолка и стен, называемых консолями.

Способ погружения кессона аналогичен опускному колодцу. Глубину погружения кессона и его внешние размеры определяют так же, как и для опускных колодцев.

Шлюзовой аппарат, соединенный с кессонной камерой шахтными трубами, предназначен для шлюзования людей и грузов при их спуске в кессонную камеру и при подъеме из нее.

Рабочий процесс. Рабочий входит в прикамерок шлюза, где давление постепенно повышается до имеющегося в рабочей камере. На этот процесс затрачивается от 5 до 15 мин., что необходимо для адаптации организма человека, после чего по шахтной трубе рабочий опускается в рабочую камеру кессона. Выход из рабочей камеры кессона осуществляется в обратной последовательности, но при этом на снижение давления воздуха в прикамерке шлюза до уровня атмосферного давления требуется 3-3,5 раза больше времени, чем вначале, т.к. быстрый переход от повышенного давления к атмосферному может быть причиной начала кессонной болезни.

Сжатый воздух в кессонную камеру начинают подавать не сразу, а как только ее нижняя часть при погружении достигнет уровня подземных вод. Давление воздуха, обеспечивающее отжим воды из камеры кессона, определяется из условия:

где - избыточное (сверх атмосферного) давление воздуха, кПа; - гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м; - удельный вес воды, .

После опускания кессона на проектную глубину все специальное оборудование демонтируется, а рабочая камера заполняется бетоном.

Грунт в камере кессона разрабатывается или ручным или гидромеханическим способом.

Имеется опыт разработки грунта в кессонной камере вообще без присутствия в ней рабочих, когда все управление гидромеханизмами выносится за ее пределы. Такой способ опускания кессона называется слепым.

Расчет кессонов производится аналогично расчету опускных колодцев, но с учетом специфики их погружения и конструктивных особенностей. Так, при расчете кессонов на погружение к нагрузкам, действующим на обыкновенный опускной колодец, добавляется давление сжатого воздуха на потолок кессонной камеры, а расчет прочности кессона сводится в основном к расчету конструкции его кессонной камеры, на которую в процессе ее изготовления и погружения действуют следующие нагрузки: собственный вес кессонной камеры; горизонтальное давление грунта и воды снаружи; силы трения о грунт; реактивное давление грунта на ножевую часть консоли; вес надкессонной кладки; давление сжатого воздуха на потолок и консоли кессонной камеры.

По полученным в результате расчета усилиям проверяют прочность и трещиностойкость кессона как железобетонной конструкциисостояния. При пластично мерзлых грунтах, как правило, в проектах необходимо предусматривать мероприятия по понижению температуры грунта до расчетных значений.

Принцип II применяется при наличии в основании скальных или других грунтов, деформации которых при оттаивании не превышают предельно допустимых значений для проектируемого сооружения. В зонах островного распространения вечномерзлых высокотемпературных грунтов применение принципа II может оказаться неизбежным. В пределах застраиваемой территории, как правило, необходимо предусматривать один принцип использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований. Применение двух принципов допускается как исключение на обособленных по рельефу и другим природным условиям участках или в других случаях, если проектом будут обоснованы специальные меры по обеспечению расчетного температурного режима грунтов в основании сооружений, возводимых по принципу 1.

Для сохранения мерзлого состояния грунтов основания и обеспечения их расчетного температурного режима в проектах сооружений разрабатывают различные мероприятия. К ним относятся: 1) устройство холодных (вентилируемых) подполий или холодных первых этажей зданий (рис. 13.13, о. б); 2) укладка в основании сооружения охлаждающих труб, каналов или применение вентилируемых фундаментов (рис. 13.13, в); 3) установка сезоннодействующих охлаждающих устройств жидкостного или парожидкостного типов (рис. 13.13, г, д); 4) устройство подсыпок (в качестве оснований) из дренирующих материалов в (рис. 13.13, ж); 5) укладка теплоизоляционных материалов под полом здания (рис. 13.13, е).

Применяются и другие способы по устранению или уменьшению теплового воздействия сооружения на мерзлые грунты основания. Выбор одного или сочетание указанных выше мероприятий (рис. 13.13, з, и) должны производиться на основании теплотехнических расчетов с учетом конструктивных и технологических особенностей сооружения, опыта местного строительства и экономической целесообразности. Фундаменты всех типов, кроме свайных, заглубляются в вечномерзлый грунт не менее чем на 1 м, сваи - не менее чем на 2 м. Расчетная глубина сезонного оттаивания определяется расчетом.

При использовании грунтов основания по принципу II применяются два метода устройства оснований и фундаментов: постепенного оттаивания грунтов в процессе эксплуатации сооружений и предварительного искусственного оттаивания вечномерзлых грунтов (при необходимости с уплотнением, закреплением или заменой оттаявших грунтов) до возведения сооружений. Возможно и сочетание указанных методов. При этом могут допускаться мероприятия:

· по уменьшению деформаций оснований;

· по приспособлению конструкций сооружений к восприятию неравномерных деформаций оснований.

При любом принципе использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований сооружений в проекте должны быть предусмотрены мероприятия по инженерной подготовке территории строительства с целью обеспечения расчетного температурного режима грунтов, предотвращения эрозии, развития термокарста, сохранения природных условий окружающей среды.

Дата добавления: 2015-07-16