Обробка фізико-механічних характеристик ґрунтів і оцінка ґрунтових умов

 

Розрахунковий опір незалежно від  типу ґрунтів основи визначаємо за виразом [1, додаток 24]:

R = 1,7[R₀ × (1 + к₁(в - 2)) + к₂ × γ(d - 3)]

де  - умовний опір грунту, приймаємо за [1, додаток 24] = 150кПа;

- коефіцієнти , приймаємо за [1, табл. 4, додатку 24];

  -   ширина (менша сторона  або діаметр) підошви фундаменту, 3,4м

  -   глибина закладення фундаменту, 2,5 м;

- середнє розрахункове значення  питомої ваги шарів ґрунту, розташованих вище підошви фундаменту, обчислене без урахування зважувальної дії води.

R = 1,7[150 × (1 + 0.08(5.4 - 2)) + 2.5 × 19.4(2.5 - 3)] = 284 кПа

Згідно з п. 7.8.норм [1] для сполучень 1 і 2:

для сполучень 3-6:

Результати обчислень, наведених у табл.. 7, показують, що ґрунти основи не мають достатньої несучої здатності, щоб сприйняти  навантаження, які на них передаються. В усіх сполученнях не виконуються умови.

Таким чином, виходячи з  того, що умови не виконуються, треба  запроектувати фундамент опускний колодязь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Призначення розмірів і способу занурення опускного колодязя.

У містобудівництві практично не застосовують опускних колодязів з несиметричними поперечними перерізами, оскільки у процесі опускання такі колодязі істотно відхиляються від вертикалі і відходять у боки від позначеного місця.

Якщо несучий шар  ґрунту ,на який передбачається опирати колодязь, має горизонтальне протягання де превагу віддають одному довгому і широкому колодязю. При похилому розташуванні несучого шару для кожної опори застосовують декілька малих колодязів, що полегшує їх посадку на грунт.

При виконанні курсової роботи рекомендується застосовувати опускні колодязі із співвідношенням сторін L/в=3. Якщо глибина занурення менше 10-15м, можна виконувати колодязі прямокутними, без закруглень зовнішніх кутів. З урахуванням можливих відхилень фактичного розташування колодязя від місця, передбаченого проектом, його довжину і ширину для масивних бетонних опор у рівні обрізу фундаменту призначають трохи більше відповідних розмірів тіла опори.

Форму ножової  частини колодязя призначають в  залежності від щільності ґрунтів: чим щільніший грунт, тим гостріший повинен бути ніж. Розміри шахт колодязя залежать від виду механізмів, які застосовуються при розробці і видачи грунту із шахт колодязя. Найчастіше для розроблення грунту використовують грейфери, для яких потрібно , щоб розміри шахт були на 0.5м більше розмірів грейфера при розкритих щелепах. У практиці будівництва мостів розміри шахт призначають від 2-2,5 до 4-5 м.

Занурення колодязя проводять як правило без викачування  води з шахт. При глибині колодязя до 15-20 м шахти колодязя як правило заповнюють бетоном В20 або бутобетоном. У решті випадків шахти колодязя закривають знизу бетонною і зверху залізобетонною плитою. Простір між ними заповнюють гідрофобізованим піском для запобігання фільтрації води через стінки колодязя. Остаточні розміри опускного колодязя перевіряють розрахунком.

Несучим шаром вважаємо суглинок ,в який занурюємо ножі колодязя на глибину, не доходячи до наступного шару на 1 м  до позначки 42.000 Призначено зовнішні контурні розміри колодязя 3,7×5,6×11,0 м з товщиною зовнішніх стін 0,8м .

При розрахунках  основ за першим та другим групами граничних станів рекомендують заміняти реальний фундамент глибокого закладання умовним фундаментом, розміри якого потрібно визначити в межах контуру 1-2-3-4 З урахуванням середніх значень розрахункових кутів внутрішнього тертя φ_m.t/ Розміри підошви умовного фундаменту 1-2-3-4 при перевірці несучої здатності ґрунтової основи треба визначати за залежностями. Запишемо середнє значення розрахункових кутів внутрішнього тертя ґрунтів при розрахунку за першою групою граничних станів:

Запишемо середнє значення розрахункових кутів внутрішнього тертя ґрунтів при розрахунку за першою групою граничних станів:

,

де  і h_i – відповідно кути внутрішнього тертя і потужність вищих шарів ґрунту, які пройдені колодязем.

бік основи паралепіпеда 1-2-3-4

 м

 м

Несуча здатність  основи під підошвою фундаменту опускного  колодязя повинна задовольняти умові:

P_max < R

Р _мах—максимальний тиск під підошвою фундаменту;

R – розрахунковий опір грунту основи

γ_c - коефіцієнт умов роботи, який дорівнює 1.0 (сполучення 1-2),

    1.2   (сполучення 3-6)

γ _n - коефіцієнт надійності за призначенням споруд, який дорівнює 1.4

Максимальний  тиск на грунт під підошвою фундаменту визначається за формулою:

P_max=

G -  Складається з ваги стін колодязя, нижньої і верхньої плит , заповнення шахт колодязя, бетонної подушки, грунту в межах паралелепіпеда 1-2-3-4 умовного фундаменту.

k - коефіцієнт пропорційності, який визначає наростання з глибиною коефіцієнта постелі;

С_в- коефіцієнт постелі ґрунту на рівні підошви фундаменту, який визначається залежністю

Об'єм стін колодязя:

м³

Об'єм верхньої плит:

м³

Висоту верхньої подушки виконують методом підводного бетонування визначають розрахунком на міцність при дії гідростатичного тиску знизу, розглядаючи подушку як плиту, обперту по контуру на внутрішні грані зовнішніх консолей

,

                  - згинальний момент у подушці від дії тиску води;

Р_w=10·h_w   -гідростатичний тиск ,кПа

h_w- відстань від рівня води до ножа колодязя,м(приймаємо hw=12м)

b_к, а_к - менша і більша сторони поперечного перерізу колодязя по внутрішніх

гранях зовнішніх  консолей;

α – коефіцієнт(α=1);

m - коефіцієнт умов роботи(m=0.9);

R_bt - розрахунковий опір бетону розтягування;

R_bt – розрахунковий опір бетону розтягування.

При швидкісному будівництві бетонування подушки підводним способом ведуть до такої висоти, щоб вага подушки зрівноважила гідростатичний тиск води.

Призначимо  час твердіння бетону 7 днів. Тоді для бетону В20 :

Р_w=10·8 = 80

M=0,07·80·4.8·2.8=75.26 кН·м

5.27

    5.27

Оскільки  за нормативами на виробництво робіт  верхній шар бетону, виконуваного підводним способом, товщиною 30-40 см у розрахунках не враховується, призначимо товщину бетонної подушки, яка дорівнює висоті консолі:

h_п = 165 > 70.14+40=110,14 см

Об'єм бетону заповнення шахт і подушки днища

V_g=4.4·6.8·6 – 70.8 – 28.2=80.52 м³

 Об’єм умовного фундаменту 1-2-3-4,зайнятого ґрунтом і водою(при наявності водотривкого шару грунту – напівтвердої глини з )

V_гр= (a_с·b_c - a·b) ·d=(8.46·6.46 – 6.4·4.4) ·6= 158.95 м³

V_в= (a_с·b_c - a·b) · (h_рмв+h₁+h₂) = (8.46·6.46 – 6.4·4.4) ·(2+5+1) = 211.93 м³ 

  Вага залізобетонних стін колодязя і верхньої плити:

G_ст.к +G_п.в = (V_ст.к + V_п.в) γ_bs·γ_f=  (70.8 + 28.2) ·24·1,1  = 2614 кН

де  γ_bs –питома вага залізобетону, яка дорівнює 24 кН/м³

γ_f - коефіцієнт надійності за навантаженням

  Вага бетонної подушки днища і заповнення шахт

G_g=V_д · γ_б · γ_f   = 80.52·20·1,1= 1772 кН

Вага ґрунту і води

G_гр+G_в=V_гр· γ_ср· γ_f + V_в· γ_w · γ_f    = 158.95 ·10.30 ·1.1+211.93 ·10 ·1.1=4132

γ_W - питома вага води ,яка дорівнює 10 кН / м

 γ_ср- середня питома вага ґрунту

Повна вага фундаменту 1-2-3-4

G₁=2614+1772+4132=8518 кН

Визначаємо  сили тертя:

γ_m-коефіцієнт, якій дорівнює 0.7;

 γ_с —коефіцієнт умов роботи, який дорівнює 0.7;

u - зовнішній периметр поперечного перерізу колодязя;

f_i - розрахунковий опір грунту і-ого шару по бічній поверхні колодязя

Периметр u=2 · (6.4+4.4)=21.6

Т=γ×m×γ_c×Σh_i×f_i = 0.7×0.7×21.6×(5×35+1×58)=2466

Маючи декілька сполучень навантажень, що діють на опору, необхідно визначити Р_мах для кожного сполучення і найбільше значення підставити в формулу

Розрахунковий опір ґрунту основи визначаємо за формулою

R = 1,7[350 × (1 + 0.1 (6.4 - 2)) + 3 × 19.9×3)] = 1161.27 кПа

P_max=554.90кПа<995,37 кПа

Отже міцність ґрунтової  основи під підошвою фундаменту забезпечена, вибрану позначку занурення приймаємо для подальших розрахунків. Призначаємо спосіб занурення колодязя. У шпунтовій огорожі відсипмо острівець ,на якому зведемо стіни колодязя і проведемо занурення без водовідливу.

 

 

4. Розрахунки  пов’язані з виробництвом робіт  при занурюванні колодязя

 

4.1 Перевірка  можливості занурення фундаменту  на проектну глибину.

 

Розрахунок на занурення  треба проводити при найбільшій глибині колодязя. Якщо на час занурення  стіни колодязя нарощуються, розрахунок проводяться для кожного ярусу; їх число призначають в залежності від глибини опускання колодязя. При глибині до 10м стіни монолітного залізобетонного колодязя бетонуються 2-3 секціями, інколи на всю висоту.

Товщину стін монолітних залізобетонних колодязів, як правило  призначають за умов створення необхідної ваги для подолання сил тертя. Достатню вагу стін колодязя

γ_pl- коефіцієнт надійності при занурюванні γ_pl =1.25

Т₁ - сила тертя ґрунту по бічній поверхні колодязя з коефіцієнтом надійності за навантаженням γf=1,1

R_u- гранична сила опору грунту під ножем колодязя R_u=0

Якщо умова не забезпечується, то є декілька способів зменшення  сил тертя по бічній поверхні стін. Так, наприклад обмазування поверхні епоксидними смолами і знижують величину тертя на 25%

Т₁ = 1,25×0,7×21,6(5×35+1×58)=4403,7 кН

Т₁^’ = 0,75 × 4403,7 = 3302,8 кН

Необхідна маса навантаження

Оскільки навантаження значне, краще передбачити занурення  колодязя за допомогою домкрата.

 

4.2 Перевірка колодязя на спливання.

 

Після занурення колодязя до проектного призначення, улаштування бетонної подушки і осушення шахт на підошву його буде діяти гідростатичний тиск води, направленої знизу вверх.

Від спливання колодязь утримують вага його стін, подушки  і сил тертя по зовнішній поверхні. Колодязь буде гарантований від спливання, якщо виконується умова:

    де G_cтк, G_л — відповідно вага стін колодязя і бетонної подушки з коефіцієнтом надійності за навантаженням у_f - =0.9

Н_w- відстань від робочого рівня води до низу ножа

γ_ет - коефіцієнт надійності від спливання дорівнює 1.2

Робочий рівень води РМВ+1м=55м 

G_ст.к = V_ст.к×γ_вs×γ_f=70.8×24×0.9=1529.28кН

G_д =V_д× γ_в× γ_f = 80,52×22×0,9=1594,3 кН

>1,25

Умова виконана колодязь гарантовано від спливання.

 

4.3 Перевірка стін колодязя на розрив при занурені.

 

У процесі занурювання  може статися зависання колодязя, при якому грунт під ножами повністю вибраний, а колодязь не рухається  через те що його стіни затерті  ґрунтом. Це може бути тоді колди у  верхній частині прорізаної товщі ґрунту знаходиться міцна порода. До того ж інколи частина колодязя відривається. Таку серйозну аварію не завжди можна ліквідувати. Розрахунок проводять, передбачаючи, що спочатку стіни колодязя затиснені в першому шарі ґрунтую. У такому випадку буде

G_cт.к(w)= γ_cf1×u×f₁×h₁+ γ_cf2×u×f₂×x₂

Знайдемо небезпечний  переріз у другому шарі:

Армування стін колодязя не потрібне.

 

4.4 Розрахунок зовнішніх консолей опускного колодязя

 

При розрахунку враховують два можливих випадка роботи.

Перший випадок. Колодязь опущений на проектну глибину грунт  з під ножа вибраний. Вага стін G_стк без урахування зважувальної дії води , якщо занурення здійснюється з водовідливом з урахуванням коефіцієнта γ_f =0.9 урівноважена силами тертя Т_І ґрунту по зовнішнім граням стін. Збирання навантажень проводиться на один погонний метр зовнішнього периметру. Сила тертя ,яка припадає на один метр консолі