Опорная рама из двутавра для котлована

Способы ограждения котлована

— совмещенные. (Общественно-бытовые комплексы, объединенные с объектами транспортной инфраструктуры).

Подземные сооружения по способу возведения делят:

— возводимые закрытым способом (Строительство глубоких линейных сооружений, например, тоннели, коллекторы. Закрытую проходку выполняют штольным, комбайновым, щитовым методом или методом продавливания. В настоящее время разработан большой ассортимент оборудования и технологий для выполнения закрытых подземных работ);

— открытым способом (Заглубленные фундаменты зданий и линейных сооружений. Строительство осуществляется в котлованах без крепления или в котлованах с ограждающими конструкциями);

Котлован с откосами (а) и с ограждением (б).

Рис. 1. Котлован с откосами (а) и с ограждением (б).

Котлованы с откосами наиболее просты и экономичны, но следует учитыватьба встречает множество ограничений (требуемая глубина котлована, подземные воды, плотность застройки).

При строительстве котлована способом опускного колодца, стены в нижней части колодца снабжены режущим краем – ножом, который при извлечении грунта внутри котлована погружается в грунт, а стены колодца наращиваются по необходимости. Этот способ используют редко, т.к. большая вероятность развития осадок существующих зданий.

Котлован выполняется способом опускного колодца

Рис. 2. Котлован выполняется способом опускного колодца.

Возведение котлована глубиной до 10 м выполняют с ограждением из вертикальных стальных элементов по контуру котлована с устройством забирки из досок или стального листа. Ограждения водопроницаемы и требуется водопонижение в водонасыщенных грунтах.

Схема ограждения котлована из стальных элементов с забиркой

Рис. 3. Схема ограждения котлована из стальных элементов с забиркой.

Строительство котлована с ограждением из стальных элементов с забиркой

Рис. 4. Строительство котлована с ограждением из стальных элементов с забиркой.

Шпунтовые ограждения котлованов

Шпунтовые ограждения котлованов применяют в слабых водонасыщенных грунтов и высоком уровне подземных вод. Шпунт воспринимает давление грунта и гидростатическое давление грунтовых вод. Шпунтовые элементы выполняют из стальных профилей с замковыми захватами по краям. Шпунтовые элементы имеют большую жесткость и могут воспринимать большие изгибающие моменты от давления грунта. Большое распространение получили шпунтовые ограждения типа «Ларсен».

Шпунтовые элементы

Рис. 5. Шпунтовые элементы

Вдавливание шпунтовых элементов в грунт выполняют вибропогружением, которое возможно при гравелистых, скальных и полускальных пород грунта. Следует учитывать, что в условиях плотной застройки, использование шпунта при наличии прочных грунтов, может привести к появлению осадок соседних зданий.

Рис. 6. Шпунтовое ограждение котлована.

Возведение котлована методом «Стена в грунте»

Суть способа «стена в грунте»: возведение в грунте узкой траншеи до заданной глубины, стенки которой укрепляются тиксотропными растворами из бентонитовых глин.

Траншеи разрабатываются захватками длинной 2-3 м, затем в траншею погружается бетонолитная труба и подается бетонная смесь, которая бентонитовый раствор. Таким образом бетонирование осуществляется снизу-вверх в процессе подъема бетонолитной трубы. После твердения бетона, переходят к соседней захватке.

Схема возведения котлована методом «Стена в грунте»

Рис. 7 Схема возведения котлована методом «Стена в грунте»

Схема возведения котлована методом «Стена в грунте»

Рис. 8 Схема возведения котлована методом «Стена в грунте»

Выдержит ли рама из двутавровых балок

Здравствуйте!, проектируем надземную часть углубленной насосной станции, нижней этаж остаётся без изменений, а верхний меняем, дело в том что площадь подземного этажа больше чем наш типовой железнобетонный блок. Поэтому ставятся фундаментные опорные двутавровые балки. Масса полного нашего блока около 13-15 тонн. Вопрос — выдержат ли эти двутавровые балки.
Заранее очень благодарен!

Насосная ЭП4.pdf (121.5 Кб, 206 просмотров)

Насосная ЭП5.pdf (80.4 Кб, 216 просмотров)

последнее для ЭП-Model.pdf (80.8 Кб, 143 просмотров)

Просмотров: 7388
Регистрация: 06.06.2013
Сообщений: 4
Здравствуйте. Я думаю, что выдержат.
Регистрация: 29.04.2013
Сообщений: 757

Если тема еще в силе (как никак 4-ый день), то вечерком гляну на всякий случай, чтоб подтвердить предыдущее мнение. А вообще не надо искать кого-нибудь, кто скажет «ДА» или «НЕТ», делайте расчет — а то боком может выйти.

Регистрация: 04.07.2012
Сообщений: 1,983
Сообщение от Даир
Вопрос — выдержат ли эти двутавровые балки.

Не совсем понятно.
У Вас есть типовой монолитный жб блок.
А зачем Вам полную раму то городить?
Вам двух коротких балок мало?
равномерное Опирание блока по всей длине длинных балок Вам обеспечить все равно не получится..

Регистрация: 29.04.2013
Сообщений: 757
Сообщение от Tvorec

Если тема еще в силе (как никак 4-ый день), то вечерком гляну на всякий случай, чтоб подтвердить предыдущее мнение.

Ну вот и вечерок настал, дай думаю гляну. Итак.
Насколько я понял, имеется почти что ж/б яма немалой глубины — 3 м, в бетонные стенки которой (поперек) заделывается двутавр №24 (т.е. жестко), а потом на них устанавливается (у самой заделки двутавра) еще два двутавра №24 (уже вдоль). Ну-с, вроде все правильно понял, сейчас поглядим.
Ну, в общем, после прикидочного (правда грубого) подсчета из предположения, что вес всего блока (13-15т) распределяется равномерно по балке (а slava217 уже сказал, что это навряд ли), коэффициент запаса для ж/б=1,1 , балка длинной 5,78м шарнирно опирается на два двутавра, учитывая снеговую нагрузку (взял 125 кг/м2 и сбор на балку с ширины 1,5м, т.к. ничего не сказано) и получилось следующее: равномерно распределенная нагрузка на балку q=1.36т/м (если блоквесит 15т, то 1.48т/м), момент в середине балки М=5,12тм, опорная реакция на одной опоре Q=3.78т. Балка №24 имеет Wx=289cм3, при Ry=2.45т/см2, требуется Wтр=209см3, т.е процент использования по моменту 72,3% (если блок весит 15 т, то 78.7%).
Заделывать двутавр длинной 6 м в бетонную стену не самая лучшая идея, так как заделки хорошей все равно не получится, а ограничивать перемещения она все же будет, из-за чего возникнет момент в балке как в заделке, в итоге вырвет просто кусок бетона (ну или потрескает, т.к. «подъем» конца балки от прогиба в пролете будет около 2-5 мм). В середине балки прогиб составит f=20мм. Процент использования стенки двутавра под балкой по прочности 52,6%.
А теперь самое интересное. При пролете 5.78м шарнирно опертая балка с равномерно-распределенной нагрузкой, без закреплений сжатого пояса по длине имеет коэффициент при изгибе фи_b=0.417, в результате чего процент использования по общей устойчивости балки будет M/(Wx*фи_b*Ry)*100=5.12*100/(289*0.417*2.45)*100=173.4% — НЕ ПРОХОДИТ.
Правда, есть слабая надежда, что блок на самом деле встанет на самые края балки, так как блок все-таки не жидкий, и не будет следовать за прогибом балки (а он составляет 20мм).
Я мог бы посчитать для случая приложения всей нагрузки в четвертях балки (как следствия неполного опирания блока на балку — чисто с потолка взятое предположение), но пока ответа никакого нет — то мне лень.

Последний раз редактировалось Tvorec, 10.06.2013 в 14:49 .
Регистрация: 05.06.2013
Сообщений: 8
Сообщение от slava217

Здравствуйте!, спасибо что ответили, т.е. вы хотите сказать , что нет необходимости в длинных балках, достаточно к рассмотрению короткие балки?

Регистрация: 04.07.2012
Сообщений: 1,983
Сообщение от Даир
вы хотите сказать , что нет необходимости в длинных балках

Я хотел сказать, что есть явно лишние элементы. Однако, я не знаю конструкции вашего монолита.
Может быть, стоит поставить еще одну короткую балку в середине.

Регистрация: 05.06.2013
Сообщений: 8
Сообщение от Tvorec

Большое спасибо за развернутые расчеты, дело в том , что я не строитель (энергетик). так вышло , что надо побыть в роли конструктора. буду разбираться в ваших расчетах, может быть у вас есть какие-нибудь идеи?, был очень рад услышать.спасибо!

Сообщение от slava217

к сожалению в центр не получится(насосы будут поднимать). может тогда швеллерам усилить?или какое-нибудь другое дополнительно усиление применить?,спасибо

Последний раз редактировалось Кулик Алексей aka kpblc, 10.06.2013 в 18:19 .
Регистрация: 29.04.2013
Сообщений: 757
Сообщение от Tvorec

Ну, в общем, после прикидочного (правда грубого) подсчета из предположения, что вес всего блока (13-15т) распределяется равномерно по балке (а slava217 уже сказал, что это навряд ли), коэффициент запаса для ж/б=1,1 , балка длинной 5,78м шарнирно опирается на два двутавра, учитывая

Сообщение от slava217
У Вас есть типовой монолитный жб блок.

А блок будет монолитится по месту или он уже каким-то образом готовый (сам в шоке от такого вопроса). Просто если блок монолитится и он будет опираться также и на поперечные балки, нагрузка на продольные будет меньше. А для того чтобы обеспечить устойчивость из плоскости, которая не проходит, достаточно как-то закрепить балку в горизонтальной плоскости от боковых смещений — ну там в бетонную стену замонолитить уголок, который потом приварить к верхнему поясу балки — вот только что делать с прогибом 20мм — уголок-то за балкой потянет.
А вообще давай откинем предыдущий расчет — он был сделан мной только с одной целью — показать пропуски и белые пятна принятой схемы, такие как заделка 6м двутавра в стену, когда не обеспечивается надежность заделки.

Сообщение от slava217
Вам двух коротких балок мало?

Полностью согласен с slava217. Только у меня к тебе вопрос, Даир, вы сможете замонолитить плиту на весу (вдоль 6м), тк если мы не ставим 6м двутавров, то там и опираться неначто? Вот в чем вопрос. Так-то двутавр 3м выдержит, будучи заделанным с обоих сторон (но при этом надо оставить его на той же высоте, на которой он стоит — для заделки), в заделке момент М=2.14тм, фи_b=1, прогиб 1 мм в пролете, процент использования 30,2%— в общем отлично держит.
Так же хорошо держит и шарнирно опертым, М=3,2тм, прогиб 5мм, фи_b=0.813, процент использования 55,6%.
Думаю, так бетонировать будет вам проблемой, поэтому сразу предложу поменять местами короткий двутавр с длинным (по высоте двутавры махни местами) — пусть длинный будет заделан и находится снизу , а короткий (3м) таким образом тоже заделается (24см бетона, держащие в стене будет норм), но при этом сделай, чтобы двутавры не соприкасались (не опирались друг на друга). Тогда все норм, при периметре 5,5*2+3*2=17 м, нагрузке блока 14*1.1=15.4т (взял в среднем 14 т), снеге 125кг/м2 с площади 6,5х4,5м — короче равномерно распределенная q=1,1 т/м для всех балок, у длинного (6м) двутавра момент в заделке М=3.14, фи_b=0.814, прогиб 4,5мм, процент использования 55%, у короткого М=0.847, фи_b=1, прогиб 0.5мм, процент 12%.
Кстати, советую под и над опиранием двутавров в бетоне положить сеточку для армировки (я имею ввиду не 40-ую арматуру, а легкую, проволочную, мелкую) для обеспечения прочности бетона от смятия и раскалывания. Что конкретно положить не скажу, давно бетоном не занимался.
Я сейчас перечитал свой пост и самому забавно. Даир, что может быть проще- если не тянет какой-то двутавр или большие прогибы, просто сделай дополнительную опору — у тебя же стенка монолитная — так отреж кусок того же двутавра и вмонолить в стену, будет маленькая консоль из стены сантиметров 12 — 20 см , достаточная лишь чтобы опереть твой двутавр, и ничему не мешает — проблема решена. Оставь только свои 3-х метровые двутавры по краям, а в середине их пролета вмонолить кусок двутавра, которая будет третьей опорой, и всё. Если же будешь ставить также и 6м двутавры, также поставь по консоли в середине пролета.
И еще (из спортивного интереса ) — что за стыковое соединение на сварке там у тебя на чертеже в третьем рисунке, я так и не понял. (может ты имел ввиду что когда балки друг на друга поставят, то сваркой их сварить чтоб не ходили ходуном? — ну тогда это не стыковое соединение, а нахлёсточное (я имею ввиду сам тип шва) ).

Последний раз редактировалось Tvorec, 11.06.2013 в 12:38 .
Регистрация: 05.06.2013
Сообщений: 8
Сообщение от Tvorec

Большое спасибо за совет, обмозговываю. получается, что вы предлагаете *вмонолитить* горизонтально небольшой кусок двутавра, для опоры под длинный двутавр?, я прикину чертеж для подтверждения), просто если вы уверены что так выдержит и все будет окей, то будем делать так))). По поводу стыкового соединения. — это вариант сварщиков был, разделать двутавр и встык приварить) и рама получилось бы.Спасибо! что помогаете.

Последний раз редактировалось Даир, 11.06.2013 в 15:38 .
Регистрация: 29.04.2013
Сообщений: 757

Даир, так и осталось непонятным, можно ли вам оставить опирание только по коротким сторонам длиной 3м. (учитывая, что бетонировать вам как-то всё же придется, и бетонная стена блока будет навесу в пролете 6м, наверно там арматурки вниз стенки придется добавить по расчету, чтоб не потрескалось).
Если да, то кидайте свои 3-х метровые балки с замоноличиванием в стенку на полную длину, при этом посредине балки сделайте консольки, как я говорил, замоноличенные наверно также на всю длину в стенку (для надежности). Чтоб ты понял, насколько это надежно, я приведу расчет — М=0.6тм как в заделках, так и над консолькой, опорные реакции 2,4т на заделках, 4.8т на консольку, прогиба нет (он равен 0.05мм), процент использования 8,5%. (процент использования стенки по касательным напряжениям 30% — ну это не страшно, и все же я бы вварил ребра с обоих сторон двутавра в месте опирания балки на консольки — так надежней)

Регистрация: 05.06.2013
Сообщений: 8
Сообщение от Tvorec

Спасибо, сейчас с работы убегаю, дома обмозгую, вот прикинул чертеж, так вы имели ввиду консоли?, спасибо

Насосная будка.pdf (54.7 Кб, 74 просмотров)

Насосная будка2.pdf (55.4 Кб, 55 просмотров)

Ограждающие конструкции котлованов, методы строительства подземных и заглубленных сооружений

В. П. Петрухин, И. В. Колыбин, Д. Е. Разводовский (НИИОСП)

В наши дни освоение подземного пространства может, по-праву, считаться в мировом масштабе одним из важнейших и динамично развиваемых направлений в гражданском и промышленном строительстве. Значительную роль подземное строительство играет и в России. Наиболее широко строительство подземных и заглубленных сооружений ведется на территориях крупных городов и мегаполисов. Основными факторами, способствующими необходимости использования подземного пространства городов, являются как нехватка свободных территорий в условиях исторически сформировавшейся застройки, так и требования развития городской инфраструктуры. Сегодня подземное пространство городов используется не только для размещения инженерных коммуникаций и объектов транспортного строительства, но также для строительства комплексов общественно– бытового назначения, многоэтажных подземных гаражей и стоянок, предприятий торговли, помещений заглубленных частей жилых и офисных зданий.

Объекты городского подземного строительства подразделяются на протяженные (линейные), компактные и совмещенные. К линейным сооружениям относятся: транспортные тоннели, сооружения метрополитена, пешеходные тоннели, коллекторы инженерных коммуникаций, гидротехнические коллекторы. Компактные объекты подземного строительства имеют соотношение размеров в плане менее 5 и включают: подземные части зданий, гаражи-стоянки, общественно-бытовые комплексы, сооружения гражданской обороны, камеры инженерных коммуникаций, подземные резервуары, очистные сооружения и пр. Общественно-бытовые комплексы, размещаемые в городском подземном пространстве и объединяемые с объектами транспортной инфраструктуры, могут быть отнесены к совмещенному типу.

Конструктивные решения подземных и заглубленных сооружений, а также способы их устройства зависят от объемно-планировочных решений, их назначения, глубины заложения, инженерно-геологических условий, климатических и сейсмических условий строительства, нагрузок на поверхности, наличия близрасположенных зданий и сооружений. По способу строительства подземные сооружения подразделяются на устраиваемые закрытым, открытым и полузакрытым способами. Закрытым способом строятся преимущественно линейные сооружения глубокого заложения, такие как тоннели и коллекторы различного назначения, наклонные ходы метрополитена. Закрытая проходка может осуществляться штольней, комбайновым способом, способом так называемой «новоавстрийской технологии», щитовым оборудованием, микротоннелированием, методом продавливания. В распоряжении строителей в настоящее время имеется значительный ассортимент специального оборудования и технологий для выполнения закрытых подземных работ практически на любых глубинах и в любых инженерно-геологических условиях.

Подавляющее большинство подземных и заглубленных городских объектов гражданского назначения компактных в плане, а также линейных сооружений малых глубин заложения устраивается открытым или полузакрытым способом в котлованах. При этом ежегодный объем таких объектов подземного строительства в России и за рубежом неуклонно растет, возрастает и масштаб реализуемых объектов строительства. Современная тенденция роста габаритов строящихся подземных и заглубленных сооружений, устраиваемых в котлованах, позволяет сделать вывод о том, что, несмотря на увеличение в среднем количества подземных этажей и глубины заложения, эти показатели за последние годы не стремятся побить свои рекорды. Технические возможности для роста глубины проектируемых котлованов и увеличения количества подземных этажей в настоящее время, безусловно, существуют. Однако эти показатели сдерживаются такими факторами как: экономическая целесообразность, комфортность пребывания в подземных помещениях, влияние на окружающую застройку и гидрогеологические условия. В наши дни максимальная глубина котлованов, проектируемых в городских условиях, обычно не превышает 25-30 м, а количество подземных этажей – пяти-шести. В Москве наиболее глубокие котлованы выполнены на территории строящегося Международного делового центра «Москва-Сити» (рис. 1), их максимальная глубина составляет до 26 м. В настоящее время в Москве проектируется котлован глубиной до 30 м для строительства многофункционального комплекса на площади Павелецкого вокзала, включающего шесть подземных уровней.

Рис. 1. Котлован Центрального ядра Международного центра «Москва-Сити» (1999)

Строительство подземных сооружений открытым способом может осуществляться как в котлованах без крепления, борта которых сформированы под углом естественного откоса грунта, так и в котлованах, подкрепленных ограждающими конструкциями (рис. 2). Устройство котлованов в откосах является наиболее простым и, как правило, экономичным решением, однако применение этого способа встречает множество ограничений, особенно в условиях стесненной городской застройки. Ограничением, в первую очередь, является требуемая глубина котлована. При увеличении глубины заложения следует делать более пологие откосы, занимаемая площадь и объемы вынутого из котлована грунта существенно возрастают, что делает этот способ нецелесообразным или невозможным в силу ограниченности площадки. Существенно осложняют применение этого метода подземные воды, так как становится необходимым использование строительного водопонижения. Поэтому котлованы в откосах обычно устраиваются в условиях отсутствия застройки при глубоком залегании уровня подземных вод.

Рис. 2. Схема строительства в котловане с откосами (а) и с ограждением (б).

Другой технологией устройства подземных сооружений в котлованах является строительство способом опускного колодца. Данный метод строительства предполагает устройство на поверхности или в пионерном котловане конструкции колодца, открытого сверху и снизу. Стены в нижней части колодца оборудуют режущим краем – ножом. При извлечении грунта внутри колодца конструкция погружается в грунт под действием собственного веса или дополнительной нагрузки. По мере погружения стены колодца могут наращиваться. После погружения колодца до проектной глубины устраивается днище, гидроизоляция и выполняются конструкции внутри колодца. Колодцы устраиваются, как правило, круглыми в плане (рис. 3), хотя возможна и иная их форма. Конструкция опускных колодцев выполняется из монолитного, сборного или сборно-монолитного железобетона. Диаметр опускных колодцев может изменяться от нескольких метров до нескольких десятков метров. Самое большое сооружение в мире, построенное способом опускного колодца, находится в России – Главная насосная станция в поселке Ольгино имеет диаметр 66 м и глубину погружения 70 м. Способ нашел свое применение преимущественно для строительства инженерных сооружений: стволов шахт, подземных камер, резервуаров и насосных станций. В городских условиях вблизи застройки погружение колодцев в настоящее время выполняют крайне редко ввиду возможности развития осадок существующих зданий при встрече в процессе работ крупных включений в грунтах, наличии слабых и водонасыщенных грунтов.

Рис. 3. Погружение сборно-монолитного опускного колодца.

Строительство подземных сооружений в условиях города, когда строительная площадка стеснена и ограничена зданиями и сооружениями, подземными коммуникациями, дорогами и объектами благоустройства, должно выполняться не только с учетом требований строительных норм и правил к надежности строящихся объектов, но также с учетом требований минимизации влияния на существующие строения и геологическую среду. В стесненных условиях в подавляющем большинстве случаев котлованы проектируются с использованием ограждающих конструкций, позволяющих достигать указанные цели.

Наиболее простой в исполнении и, соответственно, экономичной является конструкция ограждения котлована, устраиваемая из вертикальных стальных элементов, погружаемых в грунт по контуру котлована. По мере разработки грунта в котлована между металлическими элементами устанавливается забирка из деревянных досок или стального листа, препятствующая осыпанию грунта в котлован. В качестве несущих стальных элементов, как правило, используют трубы или двутавры (рис. 4), которые погружают в пробуренные лидерные скважины или задавливают. При использовании в составе ограждения труб для их погружения возможно также применение технологии завинчивания. Данный тип ограждения не является водонепроницаемым, поэтому в случае его использования в водонасыщенных грунтах требуется водопонижение. По сравнению с прочими типами ограждения котлованов конструкция с забиркой обладает большей деформативностью и меньшей прочностью. Диапазон его применения ограничивается, как правило, глубинами котлована до 10 м, его применение не рекомендуется при наличии в основании водонасыщенных структурно-неустойчивых грунтов.

Рис. 4. Ограждение котлована из стальных элементов с забиркой.

Шпунтовые ограждения котлованов широко используются в гидротехническом строительстве в условиях слабых водонасыщенных грунтов при высоких отметках уровня подземных вод. Такие конструкции способны воспринимать не только давление грунта, но и гидростатическое давление, являясь одновременно противофильтрационной завесой. Шпунтовые элементы стен представляют собой стальные профили U– , Z-образного поперечного сечения или плоские (рис. 5.а), снабженные замковыми захватами по краям, позволяющими фиксировать один элемент относительно другого в вертикальном положении. Наибольшее распространение получили U-образные шпунты типа «Ларсен». Установка шпунта в грунт осуществляется обычно вибропогружением. Шпунтовые стены, устроенные в замок, обладают достаточно высокой жесткостью и способны воспринимать изгибающие моменты, значительно превышающие предельные значения для ограждений с забиркой (рис. 5.б). Ограничением для использования шпунта является сложность или невозможность его погружения в гравелистых, скальных и полускальных грунтах. Другим его недостатком является достаточно высокая стоимость. В условиях города при наличии застройки использование шпунта может быть рекомендовано только при отсутствии в геологическом разрезе прочных грунтов, так как в ином случае погружение шпунта может привести к развитию значительных осадок близрасположенных зданий, а также к дискомфорту из-за шума для их жителей.

Рис. 5. Шпунтовое ограждение котлована.

Ограждение котлована в идеальном случае должно сочетать в себе следующие основные функции: воспринимать боковое давление грунта, являться противофильтрационной завесой и воспринимать гидростатическое давление подземных вод, при необходимости воспринимать вертикальные нагрузки, минимизировать влияние котлована на окружающую застройку. Наиболее полно сочетанию всех этих функций отвечают конструкции, устраиваемые способом «стена в грунте». Строительство ограждений котлованов и фундаментов зданий способом «стена в грунте» предполагает устройство в грунте с помощью специального оборудования узкой траншеи требуемой глубины, устойчивость стенок которой обеспечивается специальными тиксотропными растворами из бентонитовых глин. Траншеи разрабатываются отдельными захватками, длина которых в плане соответствует размерам навесного оборудования и составляет обычно от 2.2 до 3 м. Захватки отделяются друг от друга инвентарными ограничителями, извлекаемыми до начала бетонирования примыкающей захватки. Наибольшее распространение получили трубчатые или фасонные металлические разделительные элементы ограничителей, позволяющие устраивать полукруглые стыки захваток или устанавливать между захватками гидроизолирующие вставки. После того как экскавация захватки доводится до проектной отметки, в нее погружается пространственный арматурный каркас. Далее в траншею погружается бетонолитная труба, в которую подается бетонная смесь, вытесняющая на поверхность находившийся в захватке бентонитовый раствор. Таким образом бетонирование осуществляется снизу-вверх в процессе подъема бетонолитной трубы. После набора необходимой прочности бетона начинается устройство соседней захватки. Последовательность работ по устройству «стены в грунте» показана на рис. 6.а. В результате, после замыкания контура в основании создается железобетонная стена, служащая надежным ограждением котлована (рис. 6.б).

Рис. 6. Последовательность устройства «стены в грунте» (а). Монолитная «стена в грунте» Турецкого торгового центра в Замоскворечьи (б).

Помимо описанной технологии устройства монолитных железобетонных «стен в грунте», применяют также сборные и сборно-монолитные стены, для устройства которых в траншею погружают элементы заводского изготовления. При строительстве подземных объектов достаточно широкое применение нашли сборно-монолитные «стены в грунте» с листовой арматурой. Эти конструкции состоят из несущих железобетонных блоков заводского изготовления с полуцилиндрическими боковыми поверхностями, снабженных со стороны подземного сооружения листовой арматурой, и монолитных неармированных участков между ними. В настоящее время разрабатываются конструкции сборной «стены в грунте» с предварительным напряжением арматуры.

«Стена в грунте» в современных условиях является наиболее универсальной конструкцией, используемой в подземном строительстве для устройства ограждения котлованов и защиты от подземных вод. Оборудование ведущих мировых производителей способно устраивать траншейные стены глубиной до 70 м и шириной от 400 до 1200 мм. Для проходки траншеи в мягких, легко разрабатываемых грунтах применяют плоские ковшовые грейферы (рис. 7.а), для устройства траншей при наличии скальных и полускальных грунтов применяют навесное оборудование непрерывного роторного действия – гидрофрезы (рис. 7.б). Современные механизмы для устройства «стены в грунте» позволяют работать даже при весьма ограниченном высотном габарите, например под пролетами мостов.

Устройство траншейных «стен в грунте» в городских условиях все же имеет ряд ограничений, связанных в первую очередь с возможностью ухода бентонитового раствора в полости в техногенных отложениях и макропористых грунтах. Опасным является также проникновение глинистой суспензии в инженерные коммуникации при их близком расположении. Недостатком «стены в грунте» является ее высокая стоимость.

Рис. 7. Навесное оборудование для устройства «стены в грунте».

В условиях, когда потери бентонитового раствора в грунтах возможны, а также при сложной форме конфигурации подземного сооружения в плане все более широкое применение в России находит устройство ограждений котлована из буросекущихся свай. Если уровень подземных вод расположен ниже дна котлована или предполагается строительное водопонижение, ограждающая котлован конструкция может быть также выполнена из отдельно стоящих или касательных буровых свай. Применяемые на практике варианты планового расположения свай в составе ограждений котлованов приведены на рис. 8.а, где номерами показана последовательность устройства свай. Для устройства тела свай применяются различные технологии, наиболее распространенной из которых является бурение грунта под защитой инвентарной обсадной трубы, бетонирование скважины с помощью поднимаемой бетонолитной трубы, погружение в несхватившийся бетон арматурного каркаса (рис. 8.б). Для устройства ограждений котлованов, как правило, применяют секущиеся сваи диаметром от 0.6 до 1.2 м, при отсутствии подземных вод применяют отдельные сваи меньших диаметров. Достаточно высокая прочность и жесткость свай позволяет разрабатывать под их защитой котлованы глубиной до 20-25 м (рис. 8.в). К недостаткам таких подпорных стен можно отнести худшую гидроизоляцию, чем у траншейных «стен в грунте», а также достаточно высокую стоимость. При некачественном выполнении свай в неустойчивых водонасыщенных грунтах следует опасаться возможных прорывов грунтовой массы в котлован через дефектные стыки.

Рис. 8. Устройство ограждений из буровых свай.

Все шире в последние годы при устройстве котлованов в России стала применяться струйная технология (jet-grouting). Суть этой технологии заключается в перемешивании грунта с цементным раствором или в полном замещении грунта раствором с помощью высоконапорной струи. Для этого в лидерные скважины малого диаметра погружается гидромонитор, имеющий боковое сопло для создания водяной струи высокого давления и торцевое отверстие для подачи твердеющего заполнителя. При подъеме буровой штанги включается вращающийся гидромонитор, осуществляющий под давлением до 50 МПа размыв грунта в скважине и одновременную подачу цементного раствора. В результате в грунте образуется столб из грунтоцемента диаметром 0.8-1.5 м. При последовательном формировании соседних грунтоцементных элементов струйная технология применяется для устройства вертикальных экранов из jet-свай, которые, работая в составе ограждений котлованов, должны армироваться металлическими или железобетонными сердечниками (рис. 9.а). Стенки из jet-свай имеют рельефную шероховатую поверхность (рис. 9.б), поэтому при необходимости дополнительного крепления ограждения котлована следует проводить их выравнивание. Многорядные jet-сваи используют также для усиления оснований зданий, находящихся на бровке котлованов, совместно с созданием массивных подпорных стен. Пример подобного технического решения устройства ограждения котлована, реализованного на практике, приведен на рис. 10.

За рубежом для создания ограждений котлованов в последние годы стала применяться буросмесительная технология. Для устройства подпорных стен из грунтоцементных материалов используют специальные буровые механизмы с расположенными в ряд несколькими шнековыми органами, оснащенными устройствами, подающими в грунт цементный раствор или сухой порошок. Вращением шнековых органов подаваемое в основание вяжущее перемешивается с грунтом и, вступая с ним в химическую реакцию, твердеет. При этом создается ряд пересекающихся грунтоцементных столбов. Смесительная технология применяется для устройства ограждений котлованов преимущественно в слабых глинистых грунтах высокой степени влажности.

Рис. 9. Ограждение котлованов, выполненное с применением струйной технологии.

Рис. 10. Ограждение котлована, совмещающее функции усиления фундаментов.

Современные технологии предоставляют проектировщикам и строителям широкий выбор способов устройства ограждающих конструкций котлованов. Каждый из них, как было показано, обладает своим рядом преимуществ и недостатков. Эффективность применения того или иного типа ограждения определяется грунтовыми и гидрогеологическими условиями, глубиной и размерами котлована, наличием окружающих зданий, сооружений и коммуникаций. Сопоставление обобщенных технико-экономических показателей рассмотренных типов ограждающих конструкций котлованов представлено на рис. 11.

Консольные, то есть ничем не подкрепленные (рис. 2.б), ограждения котлованов работают в невыгодных условиях, так как их устойчивость обеспечивается только заделкой в грунт нижнего конца стены. В таких конструкциях в гиперболической зависимости от глубины котлована растут величины внутренних усилий и горизонтальных перемещений. В условиях города консольные подпорные стены применяют при глубинах котлована, как правило, не превышающих 5 м. При устройстве более глубоких котлованов применяют различные способы их крепления, позволяющие снизить усилия в ограждении и его деформации. На современных способах и технологиях крепления ограждений котлованов следует остановиться подробнее.

Рис. 11. Сопоставление технико-экономических показателей типов ограждения котлованов

Наиболее предпочтительным с точки зрения удобства экскавации грунта и организации работ в котловане является крепление ограждающей конструкции грунтовыми анкерами. Анкерами называются устройства, позволяющие передавать на грунтовый массив выдергивающие усилия. По способу устройства анкеры подразделяются на буровые, завинчиваемые, задавливаемые, забивные и комбинированные. Для крепления ограждений котлованов в городских условиях в большинстве случаев используются буровые анкеры. Конструкция бурового инъекционного грунтового анкера изображена на рис. 12.а и состоит из оголовка, тяги в оболочке и рабочей части, защемленной в грунте. Тяга передает выдергивающее усилие от оголовка, закрепленного на внутренней стороне ограждения котлована, на рабочую часть (корень) анкера, препятствующую выдергиванию. По способу сопротивления выдергиванию их конструкции классифицируются на анкеры трения, анкеры лобового сопротивления и анкеры смешанного типа (рис. 12.б). По конструкции анкерной тяги различают стержневые, прядевые и трубчатые анкеры. Как правило, анкеры подвергаются предварительному натяжению, что позволяет снизить горизонтальные перемещения ограждения котлована и изгибающие моменты в нем.

Выдергивающее усилие, которое возможно передать на анкер, определяется несущей способностью анкера по грунту, равно как и прочностью самой конструкции тяги анкера. В слабых грунтах повысить несущую способность анкера по грунту можно путем увеличения длины корня анкера или его диаметра, применения многоразовых инъекций и правильного выбора технологии нагнетания. Несущая способность грунтовых анкеров в обязательном порядке должна быть подтверждена пробными испытаниями. Величины усилий, воспринимаемых на практике одиночным анкером в дисперсных грунтах, как правило, находятся в диапазоне от 0.1 до 0.5 МН, а в полускальных и скальных породах – до 1 МН. Анкеры устанавливаются по периметру котлована с шагом по горизонтали, обычно, 0.8-2.5 м под углом наклона к горизонту до 30-40. Для более равномерной передачи усилий от анкеров на ограждение котлована устраивают распределительные пояса.

Рис. 12. Конструкция инъекционного грунтового анкера (а) и типы анкеров (б).

В глубоких котлованах анкеры устанавливаются в несколько ярусов по высоте. Чем глубже котлован – тем большее количество ярусов требуется, и тем меньше принимается шаг между анкерами по глубине. Корни анкеров должны располагаться вне треугольной призмы активного давления грунта на подпорную конструкцию, поэтому длина анкеров в нижних ярусах обычно меньше чем в верхних. Одним из наиболее глубоких котлованов в Москве с многоярусным анкерным креплением, является котлован Океанариума на ул. Братьев Фонченко рядом с Поклонной горой (рис. 13). Максимальная глубина котлована составляет до 20 м, количество ярусов анкеров – от 3 до 5, длина верхних анкеров превышает 30 м.

По времени эксплуатации грунтовые анкеры подразделяются на временные и постоянные. Срок службы временных анкеров не должен превышать два года, они используются только на стадии экскавации котлована. Постоянные анкеры являются составной частью конструкции заглубленного сооружения в течение всего срока его эксплуатации. Для постоянных анкеров должна быть предусмотрена антикоррозионная защита.

Рис. 13. Схема анкерного крепления (а) и котлован (б) московского Океанариума на Поклонной горе.

К преимуществам анкерного крепления относится удобство организации работ, возможность несимметричной экскавации котлована, экономичность для котлованов значительной площади. Есть, однако, ограничения и недостатки. К ним можно отнести необходимость выполнения инженерно-геологических изысканий вне границ площадки застройки, что не всегда возможно. При расположении оголовков анкеров ниже уровня подземных вод сложно обеспечить их гидроизоляцию. Применение анкеров нецелесообразно в слабых грунтах. Устройство анкеров не всегда возможно из-за близкого расположения инженерных коммуникаций и фундаментов соседних зданий. Выполнение анкеров под существующими фундаментами вызывает их дополнительные деформации. В мировой практике в условиях плотной застройки находят все более широкое применение извлекаемые анкеры, свободная тяга которых демонтируется после возведения каркаса подземной части здания. В связи с запретом в некоторых городах размещать анкеры вне границ участков застройки, в особенности под проезжими частями улиц и дворовыми проездами, российские фирмы также начали применять извлекаемые анкерные конструкции.

Нагельное крепление ограждений котлованов по схеме работы близко к анкерному. Нагели обычно представляют собой стержневые или трубчатые элементы, погружаемые в грунт по мере разработки котлована, армирующие грунтовый массив и воспринимающие выдергивающие усилия. Отличием нагелей от грунтовых анкеров является их более простая конструкция и отсутствие предварительного натяжения. Пример нагельного крепления котлована приведен на рис. 10. Нагели устанавливают с меньшим, чем анкеры шагом по высоте и в плане. Нагельные крепления в комбинации с торкретированием стенок котлована, как правило, применяют в условиях глубокого залегания подземных вод и в грунтах с хорошими физико-механическими свойствами.

Наиболее распространенным в настоящее время в России способом крепления ограждений котлованов при строительстве открытым способом является устройство временной распорной системы из металлических элементов (рис. 14). В качестве распорных элементов обычно используют стальные трубы или прокатные профили. В глубоких котлованах распорные системы устанавливаются в несколько ярусов. Отметки установки ярусов распорок выбираются из статического расчета конструкции с учетом удобства их последующего демонтажа. Для этого распорки располагают несколько выше постоянных перекрытий в подземной части проектируемого сооружения. Шаг установки распорных элементов в плане, как правило, находится в диапазоне от 4 до 8 м. Так как распорки передают на ограждение значительные сосредоточенные нагрузки, устройство металлических или железобетонных распределительных поясов в уровне установки распорок является обязательным. При необходимости устройства распорных элементов более 20 м обычно выполняют временные промежуточные опоры-стойки, снижающие свободную длину распорок.

Ограничением целесообразности распорного метода крепления служат плановые размеры и глубина котлована, так как разработка грунта при устройстве трех и более ярусов распорок или при наличии значительного количества промежуточных опор является технологически затруднительной. При значительном объеме одноразово используемого металла демонтируемых элементов распорной системы этот способ строительства становится неэкономичным. Среди технологических новинок, используемых за рубежом, но которые не нашли еще широкого применения в нашей стране, можно отметить системы сборных металлических распорных элементов многократного применения с заменяемыми концевыми частями (рис. 15.а). Эти системы получили распространение в странах восточной Азии. Часто они включают в себя ряд преднапрягаемых элементов (рис. 15.б), позволяющих снижать перемещения ограждения котлована и контролировать величины усилий в распорках. Преднапряжение в подобных системах достигается путем использования компактных горизонтальных домкратов, вмонтированных в распорные металлические элементы многоразового использования.

Рис. 14. Многоярусное распорное крепление котлована.

Другим новшеством, получившим распространение за рубежом, являются распорные системы в виде ферм. Конструкции горизонтальных железобетонных ферм, имеющих промежуточные стойки, используются в Китае (рис. 16.а) для экскавации котлованов значительных размеров в плане. После завершения разработки котлована такие конструкции могут быть включены в состав ребристых перекрытий подземных этажей сооружения. Вертикальные распорные фермы из металлических элементов используются в США (рис. 16.б) для перекрытия больших пролетов и обеспечения возможности расположить на распорной системе строительное и технологическое оборудование, а также складировать материалы в процессе возведения подземной части здания.

Рис. 15. Распорное крепление из инвентарных элементов (а) и конструкция преднапрягающего домкрата (б).

Рис. 16. Распорное крепление котлованов с помощью горизонтальных (а) и вертикальных (б) ферм.

На практике также часто используются различные комбинированные удерживающие системы ограждений котлованов, включающие в себя как элементы анкерного, так и распорного крепления. Для котлованов сложной и неправильной конфигурации в плане применяют комбинацию этих типов крепления на разных участках периметра (рис. 17.а). На участках сужения котлована или угловых участках более рациональным бывает использование распорных систем, в то время как в местах максимальной ширины котлована преимущество отдается анкерному креплению. Комбинации анкеров и распорок по высоте ограждения (рис. 17.б) встречаются, когда нижний ярус крепления необходимо разместить ниже уровня подземных вод и при этом обеспечить гидроизоляцию подпорной конструкции

Рис. 17. Комбинированные удерживающие системы.

При больших в плане размерах подземного сооружения возможно использовать так называемый «островной» метод строительства. Для этого экскавация котлована выполняется в две стадии. На первой стадии до проектной отметки разрабатывается центральная часть котлована, по периметру оставляются грунтовые целики – бермы, удерживающие подпорную конструкцию. В центральной части котлована возводятся фундаментные конструкции, возможно совместно с каркасом подземной части. На втором этапе осуществляется разработка грунтовых берм с устройством наклонных подкосов в фундаментную конструкцию (рис. 18.а) или распорок, упираемых в перекрытия каркаса центральной части сооружения (рис. 18.б).

Рис. 18. «Островной» метод строительства под защитой берм.

Строительство подземных и заглубленных сооружений в стесненных городских условиях часто ведется с помощью полузакрытого способа устройства котлована по технологии «top-down» (сверху-вниз), позволяющего минимизировать влияние строительства на природное напряженно-деформированное состояние грунтового массива. Данный способ предполагает устройство с поверхности земли или с промежуточных отметок в котловане временных или постоянных опор внутри контура сооружения, поддерживающих перекрытия подземной части здания, бетонируемых по грунту и воспринимающих распор от ограждения котлована. Экскавация грунта в котловане производится из-под перекрытий через технологические проемы (рис. 19.а). Нижележащие перекрытия бетонируются последовательно по мере удаления грунта. В случае применения временных опор, поддерживающих перекрытия, они демонтируются после возведения фундаментной плиты и постоянных колонн или несущих стен, бетонируемых снизу-вверх. В качестве ограждения котлована при строительстве по технологии «top-down» обычно используют «стену в грунте», способную воспринять вертикальные нагрузки от веса подземных перекрытий.

При строительстве подземных сооружений полузакрытым способом достаточно значительные затраты требуются на устройство буровым способом или способом «стена в грунте» опор-колонн, поддерживающих перекрытия в процессе экскавации грунта. Российская разработка, защищенная патентом, направлена на сокращение этих затрат и предусматривает схему крепления ограждения котлована, при которой в верхнем ярусе монтируются инвентарные металлические конструкции ферм. Фермы опираются на «стену в грунте», а бетонируемые поэтапно по мере разработки грунта подземные перекрытия подвешиваются к конструкциям этих ферм (рис. 19.а). После бетонирования снизу-вверх вертикальных элементов каркаса временные конструкции подвески и ферм демонтируются.

При значительных размерах котлованов в плане используют комбинированный метод разработки грунта (semy-top-down), в котором возведение конструкций подземной части по периметру котлована выполняется способом «top-down», а в центральной части – по классической схеме снизу-вверх. При этом крепление ограждения котлована осуществляется за счет пространственной работы периметральных фрагментов дисков подземных перекрытий. Возможны две схемы выполнения работ комбинированным методом. Для первой схемы характерно, что устройство участков дисков перекрытий по периметру осуществляется в процессе поэтапной экскавации котлована (рис. 20.а). Вторая схема

предполагает сохранение грунтовой призмы по контуру котлована, строительство центральной части сооружения снизу-вверх, поэтапную экскавацию грунта в контурной зоне котлована с одновременным объединением центральных фрагментов перекрытий с периметральными, устраиваемыми поэтапно на поверхности грунтовой призмы (рис. 20.б).

Рис. 19. Строительство подземного сооружения по технологии «top-down».

Рис. 20. Комбинированный способ строительства «semy-top-down».

При строительстве подземных и заглубленных сооружений в котлованах в ряде случаев возникает необходимость устройства дополнительных конструкций, облегчающих выполнение подземных работ. Например, в условиях высокого уровня подземных вод и глубокого залегания водоупорных слоев грунта строительное водопонижение бывает недопустимо или экономически неоправданно. Для сокращения глубины устройства «стены в грунте» в таких случаях может быть выполнена противофильтрационная завеса (ПФЗ). С помощью применения струйной технологии можно устраивать горизонтальные противофильтрационные завесы в днище котлована (рис. 21.а). При этом ПФЗ из грунтоцемента является также дополнительным распорным диском, позволяющим еще более снизить требуемое заглубление ограждения котлована. Другим вариантом защиты котлована от подземных вод может являться вертикальная ПФЗ, размещаемая по периметру. Такая противофильтрационная завеса также выполняется с помощью струйного монитора, погружаемого до водоупора через оставляемые в «стене в грунте» полые трубки (рис. 21.б). Выбор типа противофильтрационной завесы осуществляется на основе сопоставления их экономических показателей.

Рис. 21. Схемы создания противофильтрационных завес при устройстве котлованов.

Еще одним заслуживающим внимания примером использования в мировой практике дополнительных мероприятий является устройство так называемых Т-образных подпорных стен, или ограждений с контрфорсами. Такие конструкции используют при значительных глубинах и площадях котлованов. Контрфорсы могут устраиваться как способом «стена в грунте», так и из монолитного железобетона в пионерном котловане. Примером применения последней технологии является строительство комплекса культурного назначения в Сингапуре. Конструктивная схема ограждения котлована комплекса показана на рис. 22.а. Котлован имел глубину 10 м и ширину более 180 м. Строительство подземной части было начато с устройства «стены в грунте» по периметру и временного шпунтового ограждения на расстоянии 17 м от нее внутри контура сооружения. До начала земляных работ между стеной и шпунтом с поверхности были выполнены буровые сваи, бетонируемые до отметки дна котлована. Далее проводилась разработка пионерного котлована между постоянной и временной стенами под защитой двух ярусов распорок. После завершения экскавации были устроены фундаментная плита и контрфорсы, позволяющие далее удерживать давление грунта без помощи дополнительного крепления «стены в грунте». Завершались работы демонтажем временной шпунтовой стены и экскавацией основного котлована. В качестве еще одного примера эффективного использования дополнительных конструкций можно привести устройство котлована культурно-выставочного центра в Монако глубиной 25 под защитой «стены в грунте» с контрфорсами (рис. 22.б). В России подобный способ подземного строительства еще не нашел должного широкого применения.

Рис. 22. Устройство ограждающих конструкций котлованов с контрфорсами.

Возможности современных технологий и оборудования предоставляют инженерам и строителям огромный выбор доступных способов устройства подземных и заглубленных сооружений. Широкий спектр технических решений по устройству ограждений котлованов и вариантов их крепления охватывает практически весь диапазон инженерно-геологических и гидрогеологических условий, требуемых глубин и плановых размеров сооружений. Выбор конструктивной схемы подземного сооружения, типа ограждения котлованов, способа его крепления и технологической последовательности работ в котловане должен быть продуман и взаимно увязан. В сложных условиях этот выбор следует выполнять, как правило, на основании технико-экономического сопоставления вариантов.

Литература

МГСН 2.07-01. Основания, фундаменты и подземные сооружения. – М.: Москомархитектура, 2003 – 108 с.
Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика. – М.: Стройиздат, 1985 – 478 с.
Драновский А.Н., Фадеев А.Б. Подземные сооружения в промышленном и гражданском строительстве. – Издательство Казанского университета, 1993 – 355 с.
Колыбин И.В. Подземные сооружения и котлованы в городских условиях – опыт последнего десятилетия. – М.: Российская геотехника – шаг в ХХI век. Труды юбилейной конференции, посвященной 50-тилетию РОМГГиФ, 2007, на CD диске – 34 с.
Конюхов Д.С. Строительство городских подземных сооружений мелкого заложения. – М.: Архитектура, 2005 – 298 с.
Смородинов М.И., Федоров Б.С. Устройство фундаментов и конструкций способом «стена в грунте». – М.: Стройиздат, 1986 – 216 с.
Chang-Yu Ou. Deep Excavations. Theory and Practice. – London, Taylor & Francis, 2006 – 532 p.

Если вы являетесь правообладателем данной статьи, и не желаете её нахождения в свободном доступе, вы можете сообщить о свох правах и потребовать её удаления. Для этого вам неоходимо написать письмо по одному из адресов: root@elima.ru, root.elima.ru@gmail.com.

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.

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].

1.9. 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 8239-72 х ), 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 10704-76 х , 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.

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:

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;

s _np — предельная величина интенсивности давления сваи на грунт, Па;

Здесь К_пр — коэффициент, учитывающий пространственную работу свай (см. п. 3.9);

Р_п — расчетная интенсивность пассивного отпора грунта, Па (см. п. 3.10).

; ; (5)

К — коэффициент пропорциональности, Н/м 4 , 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, м 4 ;

Е — расчетный модуль упругости материала сваи, Па;

a — коэффициент деформации, 1/м.

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

Q ₀ — сумма всех горизонтальных сил Е _j , 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 Q ₀ и М₀ положительны, если направлены соответственно вправо и по часовой стрелке (рис. 2).

Численные значения функций f ₁ (ε), f ₂ (ε), f ₃ (ε), f ₄ (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

Рис. 2. К определению величин Q ₀ и М₀:

а — закладное крепление без анкеров (расстрелов);

; ;

б — закладное крепление с анкерами (расстрелами);

где в — ширина сваи, м;

l — шаг свай, м;

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

где n ₂ — коэффициент условий работ, принимаемый равным 0,8;

γ — удельный вес грунта, Н/м 3 ;

С — расчетное сцепление грунта, Н/м 2 ; для поверхностного слоя его принимают уменьшающимся от полной величины на глубине 1,0 м до нуля у поверхности грунта;

λ_n — коэффициент пассивного отпора;

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

В случаях, когда превышение h I _в 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 h I _в >0; (15)

δ = φ/2 при h I _в = 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 γ _i , φ _i и с _i — значения соответственно удельного веса, угла внутреннего трения и сцепления i-го слоя грунта толщиной h_i.

3.12. Прочность элементов конструкции на изгиб рассчитывается из условия

где М — расчетный изгибающий момент, Нּм;

W — момент сопротивления сечения элемента, м 3 ;

R — расчетное сопротивление материала, Н/м 2 .

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

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

где Δ _max — максимальная величина горизонтального или вертикального перемещения свайной крепи, м, определяемая расчетом;

Δ _пр — предельно допустимая величина горизонтального или вертикального перемещения свайной крепи, м, устанавливаемая заданием на проектирование.

Формулы для определений Δ _max 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.

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

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.

Нормативные нагрузки и воздействия

Коэффициенты перегрузки n

Собственный вес строительных конструкций

Вертикальное давление от веса грунта

Горизонтальное давление грунта

Гидростатическое давление воды

Вес грузоподъемного оборудования и транспортных средств

Вес людей, инструмента, мелкого оборудования

Инерционные нагрузки от кранов, автомашин и т.д.

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/м 2 (1 тс/м 2 );

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) Р_а = 20 кН/м 2 (2 тс/м 2 );

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

при расстоянии между дорогой и котлованом больше 3 м Р_а = 10 кН/м 2 (1 тс/м 2 );

при весе машин до 300 кН (30 тс) значения Р_а 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/м 2 (рис. 4 ), то силу Е _a , H, активного давления несвязного грунта на свайную крепь от поверхности грунта до глубины Н_к вычисляют по формуле

, (21)

где λ_а — коэффициент активного давления грунта

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)

Сила E_a является равнодействующей давлений, распределенных по линейному закону (см. рис. 4) с ординатой Р₁, Н/м 2 , верхней точке 1

и с ординатой Р₂, Н/м 2 , на глубине Н_к от этой точки

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

. (26)

; Р₁ = 0; Р₂ = γН_кλ_а и . (27)

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

где G_i — сумма равнодействующих веса G _гр предполагаемой призмы обрушения АВС _i и расположенной на ней нагрузки (рис. 5, а), Н;

θ _i — угол между предполагаемой плоскостью обрушения и горизонтальной плоскостью, град.

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

Силу Е _a , Н, рассматривают как сумму сил Е_гр, Н, от веса призмы обрушения и Е _q , 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 Е_гр определяют по формуле

, (29)

принимая, что Е_гр является равнодействующей давлений, эпюра которых имеет вид треугольника (см. рис. 5, б) с ординатой Р₂, Н/м 2 , на глубине Н_к от дневной поверхности

; Р _t = 0. (30)

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

(31)

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

. (32)

Принимают, что сила Е _q 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 Е _q , м, и ординаты P_q 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 P _i на уровне кровли этого слоя до давления P _i ‘ на уровне его подошвы (рис. 6):

где h_i — толщина i -го — слоя грунта с удельным весом γ _i и углом внутреннего трения φ _i ;

λ _ai — 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

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

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

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 р_с согласно формуле (35) по характеристикам φ и с соответствующего слоя.

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

Рис. 7. К определению активного давления связного грунта

Равнодействующая Е_а 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 , м 3 , рекомендуется производить по формулам:

где l ₁ — 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].

Здесь β _q — толщина доски или бруса закладного крепления, м, принимаемая не менее 0,04 м;

R_u — расчетное сопротивление древесины на изгиб, Па [13];

P_a — максимальная ордината расчетного активного давления грунта, Па (для однородного грунта P_a = P ₂ ).

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)

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

При нахождении t величины Q ₀ и М₀ определяют согласно п. 3.7 и подставляют в формулы (8) со своими знаками. Глубина t _пр для определения коэффициента K_np по формуле (11) принимается равной .

5.6. При найденной глубине забивки t проверяется условие (2), величины z и t_np 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.

Значение максимального изгибающего момента определяется по формуле

(42)

здесь величина ε _max 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 Н_к. 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 Н_к — 4÷5 м.

где р_а — максимальная ордината расчетного активного давления грунта, Па (для однородного грунта Р_а = Р₂);

q _в — интенсивность равномерно распределенной на поверхности грунта нагрузки, Н/м 2 ;

n ₁ — коэффициент перегрузки, принимаемый по табл. 1.

, (45)

где δ _g — толщина доски закладного крепления, м;

R_u — расчетное сопротивление древесины на изгиб, Па [13];

в — ширина полки сваи, м;

б) производится проверка прочности сечения сваи согласно п. 5.7. Глубина забивки свай t при определении коэффициентов С₁, С₂, С₃ и С₄ принимается равной

, (46)

где L — полная длина сваи, м;

в) по результатам расчета на прочность глубина котлована Н_к корректируется.

5.9. Свайная крепь по деформациям рассчитывается из условия (20).

Горизонтальные перемещения свайной крепи (прогибы сваи) выше дна котлована Δ, м, вычисляются по формуле

, (47)

; ; (48)

— соответственно горизонтальное перемещение и прогиб сваи в уровне дна котлована, м;

Δ₁ — прогиб сваи, определяемый как для консольной балки, заделанной на уровне дна котлована, от нормативных нагрузок выше дна котлована;

С₁, С₂ — коэффициенты, определяемые по формулам (8) от нормативных нагрузок при ранее установленной глубине забивки t ;

α — коэффициент деформации, определяемый по формуле (5), м -1 .

5.10. Пример расчета свайной крепи без анкеров (расстрелов) приведен в справочном приложении 3.

6. РАСЧЕТ СВАЙНОЙ КРЕПИ С ОДНИМ ЯРУСОМ АНКЕРОВ (РАССТРЕЛОВ) БЕЗ УЧЕТА ЗАЩЕМЛЕНИЯ СВАЙ

6.1. Расчет крепи с одним ярусом анкеров (расстрелов) без учета защемления свай в грунте рекомендуется производить в соответствии со схемами, приведенными на рис. 9.

6.2. Основными параметрами, подлежащими определению, являются:

глубина забивки свай t, м;

расстояние между сваями и анкерами (расстрелами), м;

сечения свай, анкеров (расстрелов) и поясов крепления;

высота расположения пояса над дном котлована.

6.3. Расчет свайной крепи с одним ярусом анкеров (расстрелов) без защемления свай в грунте рекомендуется выполнять в такой последовательности:

а) определяется действующее на свайную крепь расчетное активное давление грунта;

б) предварительно назначаются шаг свай l , момент сопротивления сваи W , давление Р на пояс крепления и глубина положения пояса Н _k ;

в) определяется глубина забивки свай;

Рис. 9. Расчетные схемы свайной крепи с закладными элементами без защемления свай в грунте при одном ярусе анкеров (расстрелов):

а, б — соответственно в связных и несвязных грунтах

г) проверяется прочность сечения сваи на изгиб, подбирается сечение анкеров (расстрелов), пояса крепления;

д) производится расчет деформаций свайной крепи.

А. Для однородных грунтов (рис. 10, а):

а) на уровне верха P₁ и дна P ₂ котлована в случае, когда поверхность грунта ограничена плоскостью и на ней равномерно распределена нагрузка интенсивностью q по формулам (24) и (25), в остальных случаях — по формуле (30);

б) на уровне расстрелов (анкеров) в точке К по формуле

; (49)

в) на высоте от дна котлована в точке М по формуле

; (50)

где n — коэффициент перегрузки, принимаемый по табл. 1;

С _a — коэффициент бокового давления грунта, определяемый выражением

Здесь λ _a — коэффициент активного давления грунта, вычисляется по формуле (22) в случае, когда поверхность грунта ограничена плоскостью и на ней равномерно распределена нагрузка интенсивностью q , в остальных случаях по формуле.

Рис. 10. Эпюры активного давления несвязного грунта с учетом распределения давления по высоте стенки:

а, б — соответственно однородного и неоднородного грунта (изменение давления грунта между характерными точками 1, К, М, 2 и границами слоев грунта допускается принимать по линейному закону)

η — коэффициент, определяемый по табл. 2