Подземные и заглублнные сооружения, подпорные стены

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 11Следующая ⇒

7.1 Противофильтрационные диафрагмы представляют собою стенки в грунте и земляных сооружениях. Предназначены такие стенки для преграждения фильтрационных потоков в водоупорных сооружениях и их основаниях. Эти потоки направлены из верхнего бьефа в нижний в различных хранилищах чистых или загрязненных вод, вытекающих из окружающего грунта в выемки, котлованы и карьеры. ПФД обеспечивают надежную устойчивость гидротехнических сооружений, а также защищают водные ресурсы от загрязнения и истощения, а земельные территории от подтопления и заболачивания.

Классификация ПФД

ПФД подразделяются:

- по длительности службы на постоянные и временные, то есть используемые для временных котлованов;

- по расположению относительно водоупора на совершенные и несовершенные. Совершенные диафрагмы полностью пересекают (перекрывают) фильтрующие пласты и плотно сопрягаются с водоупором, подстилающим водопроницаемые грунты, путем врезки в него. Несовершенные или висячие ПФД не полностью перекрывают область фильтрации, то есть не доходят до водоупора, вследствие этого обтекаются фильтрационным потоком снизу;

- по расположению относительно защищаемого от фильтрации объекта — на замкнутые и незамкнутые;

- по характеру статистической работы и материалу — пластичные, жесткие и эластичные.

Пластичные диафрагмы выполняют из нетвердеющих маловодопроницаемых грунтовых материалов, например глины, тяжелого суглинка, специальных глиногрунтовых, в частности, солеустойчивых паст и других подобных естественных или искусственно составленных материалов. Жесткие ПФД выполняют из монолитного бетона, железобетона. В особых случаях ПФД временного назначения могут выполняться из дерева и металла. Эластичные ПФД выполняют из синтетических пленок, защищенных от механических повреждений слоем пластичного строительного материала.

Выработки, в которых осуществляется строительство ПФД, делятся на следующие типы: траншеи переменного сечения, образующиеся секущимися буровыми скважинами; траншеи постоянной ширины, создаваемые бурофрезерными или ковшовыми машинами; щели, создаваемые путем бокового уплотнения грунта в результате вибропогружения и извлечения из него щелеобразователей типа шпунтины или создания щели баровыми машинами.

Способы возведения жестких диафрагм полностью совпадают с технологией строительства монолитных несущих и сборных стенок. Их возводят блок-секциями.

Различают следующие способы образования пластичного типа диафрагм: обратную засыпку в траншею вынутого из нее грунта, обогащенного глинистыми фракциями; отсыпку комовой жирной глины, нагнетание насосами глинистой пасты; обратный замыв — то есть переукладка в траншее разрабатываемого под глинистой суспензией грунта без выдачи его на поверхность; перемешивание грунта на месте его залегания с глинистой суспензией.

Конструктивные особенности ПФД

Конструктивные решения ПФД во многом определяют технологию и механизацию из строительства.

ПФД могут выполняться из бетона и железобетона, технология и механизация их возведения ничем не отличается от строительства заглубленных монолитных несущих стен в грунте. Что касается сооружения ПФД из нетвердеющих материалов, нередко применяемых в сочетании с другими материалами, то их конструкция и технология возведения имеет ряд существенных особенностей.

Эти ПФД обычно бывают трех видов: однородные стены в грунте, полностью состоящие из глиногрунтового материала; комбинированные стены в грунте, верхняя несущая часть которых выполнена из бетона или железобетона, а нижняя противофильтрационная из глиногрунтового маловодопроницаемого материала; ПФД, состоящие из синтетической пленки, уложенной в один или несколько слоев обычно у одной или обеих стен траншеи на всю высоту и заполняющей траншею-щель глиногрунтового материала.

Совершенные ПФД, пересекающие все водопроницаемые пласты, плотно врезаются в водоупор на глубину не менее 1 м, а несовершенные ПФД, то есть не врезанные в водоупор, имеют в нижней части защитный слой из материала, не размываемого при обтекании снизу фильтрационным потоком.

Сопряжения глиногрунтовых ПФД со скальным основанием выполняют с помощью бетонных стенок, врезанных в скалу, которая подвергается цементации в случае ее трещино-ватости. Кроме того, между верхом бетонной стенки и глиног-рунтовой ПФД делают переходной слой высотой не менее 1 м из особо жирной и малопроницаемой глины.

ПФД, входящие в состав комбинированных стенок, возводят секционным способом одновременно с монолитной несущей стенкой, расположенной над ней, но с некоторым опережением, имея не совпадающие ограничители захваток.

7.2 В настоящем разделе рассмотрены ограждения котлованов, которые относятся к гибким подпорным стенам, устойчивость которых обеспечивается заделкой в грунтовом массиве, распорными и анкерными конструкциями. К гибким конструкциям относятся шпунтовые ограждения, «стены в грунте», ограждения из свай различных видов и способов устройства или профильных прокатных элементов.

При проектировании ограждений котлованов следует учитывать:

- технологические особенности возведения и последовательность технологических операций;

- необходимость передачи на конструкцию вертикальных нагрузок;

- необходимость устройства пристенного дренажа, использования анкерных или распорных конструкций;

- возможность изменений физико-механических характеристик грунтов, связанных как с природными процессами, так и с процессами бурения, забивки и другими технологическими воздействиями;

- воздействие морозного пучения;

- необходимость обеспечения требуемой водонепроницаемости конструкции;

- возможность применения конструктивных решений и мероприятий по снижению величин давлений грунта на подпорные стены (применение разгружающих элементов, геотекстиля, армогрунта и пр.).

Конструкции ограждений котлованов должны выбираться на основе технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом условий и длительности эксплуатации.

Глубина заложения ограждения котлованов должна определяться статическими расчетами.

При проектировании ограждений в водонасыщенных грунтах глубину заложения конструкций следует назначать с учетом возможности их заделки в водоупорный слой (с целью обеспечения производства работ по экскавации грунта без применения мероприятий по водоотливу или водопонижению).

Конструкции ограждений котлованов должны проектироваться с учетом устройства гидроизоляции в случае ее необходимости.

Проектирование ограждений котлованов при наличии агрессивной среды должно вестись с учетом требований СНиП 2.03.11-85.

При проектировании ограждений котлованов в грунтах, подверженных морозному пучению, следует предусматривать мероприятия по предотвращению проявления или по снижению сил морозного пучения. К таким мероприятиям относятся:

- теплоизоляция подпорной стены;

- понижение влагосодержания в пределах сезонно промерзающего слоя;

- обработка пучинистого грунта растворами, понижающими температуру его замерзания;

- повышение податливости конструкций подпорной стены для снижения сил морозного пучения.

В железобетонных подпорных стенах ограждений протяженных подземных сооружений следует предусматривать устройство температурно-усадочных деформационных швов в соответствии с требованиями действующих нормативных документов по проектированию железобетонных конструкций. Конструкция деформационных швов должна быть решена с учетом необходимости устройства гидроизоляции.

Подпорные стены, служащие ограждениями котлованов, а также их основания следует рассчитывать по двум группам предельных состояний.

Первая группа предельных состояний должна предусматривать выполнение следующих расчетов:

- устойчивости положения стены против сдвига, опрокидывания и поворота;

- устойчивости, несущей способности и местной прочности основания;

- прочности элементов конструкций и узлов соединения;

- несущей способности и прочности анкерных элементов;

- устойчивости и прочности распорных элементов;

- фильтрационной устойчивости основания.

Вторая группа предельных состояний должна предусматривать выполнение следующих расчетов:

- основания, подпорных стен и их конструктивных элементов по деформациям, в том числе с определением горизонтальных смещений;

- железобетонных элементов конструкций стен по раскрытию трещин.

При проектировании подпорных стен, устраиваемых способом «стена в грунте», следует выполнять расчет устойчивости стенок траншеи, заполненной тиксотропным раствором.

При проектировании подпорных стен, устраиваемых из отдельно стоящих профильных прокатных элементов или свай, следует выполнять расчет прочности основания на продавливание грунта.

При определении контактных напряжений и бокового давления грунта на подпорные стены ограждений котлованов следует учитывать:

- внешние нагрузки и воздействия на грунтовый массив, такие как пригрузка от складируемых материалов, нагрузка от строительных механизмов, транспортная нагрузка на проезжей части, нагрузка, передаваемая через фундаменты близрасположенных зданий и сооружений, и пр.;

- инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки;

- наклон поверхности грунта, неровности рельефа и отклонение границ инженерно-геологических элементов от горизонтали;

- возможность устройства берм и откосов в котловане в процессе производства работ;

- прочностные характеристики на контакте «стена - грунтовый массив»;

- деформационные характеристики подпорной стены, анкерных и распорных элементов;

- порядок и технологию производства работ;

- возможность перебора грунта в процессе экскавации;

- дополнительные давления на подпорные стены, вызванные пучением, набуханием грунтов, а также проведением работ по нагнетанию в грунт растворов, тампонажу и пр.;

- температурные и динамические (вибрационные) воздействия.

Силы трения и сцепления на контакте «стена - грунтовый массив» должны определяться в зависимости от:

- значений прочностных характеристик грунта;

- гидрогеологических условий площадки;

- качества поверхности контакта и материала подпорной конструкции;

- направления и значений перемещений стены;

- технологии устройства стены;

- способности ограждающей конструкции воспринимать вертикальные нагрузки.

При отсутствии экспериментальных исследований в расчетах по первой и второй группам предельных состояний допускается принимать следующие расчетные значения прочностных характеристик на контакте «стена - грунтовый массив»:

- удельное сцепление ск = 0;

- угол трения грунта по материалу стены φ к = γ кφ, где φ - угол внутреннего трения грунта, γ к - коэффициент условий работы, принимаемый по таблице 4.1.

Таблица 4.1

Материал стены	Технология устройства и особые условия	γ к
Бетон, железобетон	Монолитные гравитационные стены и гибкие стены, бетонируемые насухо	0, 67
Монолитные гравитационные стены, бетонируемые под глинистым раствором в грунтах естественной влажности.	0, 5
Сборные гравитационные стены
Монолитные гибкие стены, бетонируемые под глинистым раствором в водонасыщенных грунтах.	0, 33
Сборные гибкие стены, устраиваемые под глинистым раствором в любых грунтах
Металл, дерево	В мелких и пылеватых водонасыщенных песках.
В прочих грунтах	0, 33
Любой	При наличии вибрационных нагрузок на основание

При расчетах гибких подпорных стен ограждений котлованов рекомендуется применять численные методы (например, МКЭ), используя нелинейные модели сплошных сред или нелинейные контактные модели, выбираемые в зависимости от типа грунтов и конструктивных особенностей сооружения. Численные методы, как правило, следует применять для ответственных и сложных подземных сооружений, а также при их устройстве вблизи существующей застройки и при применении распорных или анкерных креплений.

При использовании для расчетов гибких подпорных стен аналитических методов теории предельного равновесия (в которых давление грунта на конструкцию рассматривается как сумма заданной активной нагрузки и реактивного отпора грунта) в зависимости от жесткости стены применяют следующие схемы расчета:

- схема свободного опирания стены (схема Э.К. Якоби);

- схема заделанной стены (схема Блюма-Ломейера);

- метод местных упругих деформаций (метод коэффициента постели).

Ограждения котлованов могут быть закреплены одним или несколькими ярусами анкеров или распорок. Число ярусов, шаг, угол наклона, конструкция и размеры анкеров должны определяться расчетом в зависимости от высоты конструкции закрепляемой стенки, грунтовых условий и несущей способности анкеров.

Тип анкера должен назначаться исходя из расчетной выдергивающей нагрузки, вида грунтов и условий производства работ.

Грунтовые анкеры, используемые для крепления ограждений котлованов, подразделяются по срокам их работы на временные и постоянные. Временными считаются анкеры, срок работы которых не превышает двух лет.

Проектирование анкеров должно основываться на результатах статических расчетов системы «стена - грунтовый массив», в которых должна быть определена погонная осевая нагрузка на анкеры с учетом требуемого количества анкеров, отметок их установки, углов наклона анкеров к горизонту и углов отклонения анкеров в плане от нормали к стене.

Проектирование анкеров должно включать определение: числа анкеров в ярусе и их шаг; свободной длины анкерных тяг, обеспечивающей размещение заделок (корней) анкеров за пределами границы призмы обрушения; длины заделки анкеров, требуемой для восприятия проектных усилий; мест для устройства опытных анкеров; числа контрольных испытаний анкеров и порядка их выполнения; усилий, на которые должны быть напряжены анкеры, после проведения контрольных и приемочных испытаний

Расчет подпорных стен

Подпорной стеной называют сооружение, которое удерживает от обрушения грунт в откосах выемок и насыпей.

Подпорные стены – это важнейший вид инженерных сооружений, которые широко применяются в строительстве, их используют для укрепления траншей, котлованов, ограждений, противооползневых конструкций и так далее.

Эти сооружения нашли широкое применение в дорожном, промышленном, гражданском, гидротехническом и железнодорожном строительстве, в фортификации и в горном деле. Грань стены, которая обращена в сторону засыпки, называют задней, а грань, обращенную в противоположную сторону, — средней.

Существуют следующие формы свободной поверхности грунта за подпорной стеной: горизонтальная, откос (поднимающийся), падающий откос, полуоткос, ломаная, неспланированная.

ВЕРНУТЬСЯ К ОГЛАВЛЕНИЮ

Разновидности сооружений

Схема подпорной стенки из природного камня (разрез): 1 — гравийно-песчанная подушка; 2 — фундамент; 3 — подпорная стенка; 4 — наклон фасадной части стенки; 5 — естественный склон; 6 — засыпка из гравия или щебня; 7 — засыпной грунт; 8 – дренажная трубка.

Монолитные подпорные стены изготавливаются из бутобетона, бетона, кирпичной или бутовой кладки и железобетона. Они могут иметь самые разнообразные профили, некоторые из них носят следующие названия: прямоугольный, трапецеидальный с наклонной передней гранью, трапецеидальный с наклонной задней гранью, трапецеидальный с наклонными гранями, с наклоном в сторону засыпки, с выступающим нижним передним ребром, ломаный, ступенчатый, с разгрузочной площадкой, уголковый.

Железобетонные монолитные подпорные стены делаются уголкового профиля и бывают консольными или контрфорсными (ребристыми). В состав консольных входит фундаментная и лицевая плиты, а контрфорсные с целью увеличения жесткости конструкции имеют еще поперечные ребра или контрфорсы.

Сборные изготавливаются из железобетона, а по своей конструкции подразделяются на следующие виды.

Стены уголкового профиля могут изготавливаться из отдельных плит или блоков, которые собираются на месте и в виде цельноперевозимых секций. Последний вариант отличаются по конструкции от монолитных тем, что состоит из отдельных небольших звеньев.

Заборчатые состоят из отдельных опор, пролеты между которыми заполняют плитами.

Опоры делают в виде столбов или контрфорсов разного очертания. Их изготавливают из пустых ящиков, устанавливаемых в 1, 2 и более ярусов и заполняют крупнообломочным или песчаным грунтом.

Фундамент по степени заглубления может подразделяться на 2 основных типа: глубокого и неглубокого заложения. Если глубина заложения фундамента превышает его ширину в 1, 5 и более раза, такой тип фундамента называется глубоким. Подпорная стена может быть возведена на естественном основании — нескальном или скальном — или на искусственном, то есть на сваях.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒