Классификация крепления котлованов
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Ростовский государственный строительный университет»
Утверждаю
Зав. кафедрой «Городское
строительство и хозяйство»
_______________/ С.Г. Шеина /
«____» _______________2012 г
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
по дисциплине
«ОРГАНИЗАЦИЯ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ»
Направление подготовки «Строительство»
Профиль подготовки «Городское строительство и хозяйство»
Квалификация выпускника – «Бакалавр»
Форма обучения – очная
Ростов-на-Дону – 2012
Содержание
1. Общие вопросы подземного пространства зданий и сооружений. Регламентация основных положений по использованию недр для размещения зданий и сооружений. Классификация подземных зданий и сооружений. Влияние вида и состояния грунта на конструктивные решения. Защита от внешних воздействий. Материалы для подземных конструкций. Технико – экономическая эффективность подземных зданий.
2. Объемно – планировочные решения подземных сооружений. Классификация подземных сооружений. Подземные сооружения транспортного назначения. Подземные сооружения общественного назначения. Подземные сооружения в промышленности. Сооружения энергетики. Подземные хранилища. Инженерные сооружения. Сооружения специального назначения. Другие подходы к использованию подземных пространств.
|
|
|
3. Особенности расчета и конструирования подземных конструкций. Нагрузки. Расчет конструкций возводимых открытым и опускным способом. Расчет конструкций при закрытом способе производства работ. Расчет конструкций из армированного грунта и облегченных подпорных стен.
4. Технологиявозведения подземных зданий и сооружений. Строительство открытым способом. Строительство опускным способом. Строительство закрытым способом. Специальные способы укрепления массива. Обеспечение сохранности наземных зданий и ограничение деформаций грунта.
5.Взаимодействие подземного объекта с окружающей природной средой.
6.Надежность и долговечность подземных сооружений. Аварийные ситуации при строительстве и эксплуатации подземных сооружений. Основные виды рисков в подземном строительстве. Надежность и долговечность подземных сооружений.
Лекция 1
Тема: Общие вопросы подземного пространства зданий и сооружений. Регламентация основных положений по использованию недр для размещения зданий и сооружений. Классификация подземных зданий и сооружений. Влияние вида и состояния грунта на конструктивные решения. Защита от внешних воздействий. Материалы для подземных конструкций. Технико – экономическая эффективность подземных зданий.
|
|
|
В последние годы во всём мире всё большее внимание при планировке и застройке крупных городов и городов-мегаполисов уделяется проблемам освоения подземного пространства, а также строительству подземных объектов за пределами городской черты, обеспечивающих нормальное функционирование крупных населённых, в особенности промышленных, центров. Такие проблемы, как дефицит городских территорий, постоянный рост населения городов, скопление на дорогах больших масс транспортных средств, неспособность городской инфраструктуры справиться с постоянно возрастающими нагрузками и ухудшение экологической обстановки требуют всё более активного использования подземного пространства, в том числе для размещения транспортных и инженерных систем, объектов торговли и бытового обслуживания, складов и автостоянок и т.п. Согласно современным исследованиям, в большинстве случаев подземные сооружения, несмотря на значительные затраты при их возведении, являются наиболее оптимальными решениями многих вопросов функционирования города.
Подземное пространство города — это пространство под дневной поверхностью земли, используемое как «одно из средств преодоления тенденции расширения города, предмет разработок новых концепций создания и сохранения естественной среды обитания, достижения приоритетов эколого-экономического благополучия и устойчивого развития, создания условий жизнедеятельности людей в экстремальных условиях» [РАСЭ, 1996]. Подземное пространство города включает: подземные транспортные сооружения, размещение промышленных предприятий и предприятий обслуживания населения, подземные городские сети и сооружения инженерного оборудования, сооружения специального назначения. Комплексное освоение подземного пространства (рис. 1)
|
|
|
характерно для крупных городов и городов- мегаполисов, в основном, в зонах общегородского центра и центрах муниципальных районов, в зонах наиболее важных транспортных узлов и пересечений, на территориях промышленного и коммунально-складского назначения. Одним из аспектов комплексного освоения подземного пространства является рациональное использование наземной территории, в частности:
строительство зданий и сооружений в условиях стеснённой городской застройки;
сохранение территории зелёных зон и мест отдыха, устройство в сложившейся застройке озеленённых и благоустроенных участков;
|
|
|
повышение художественно-эстетических качеств городской среды, сохранение исторически ценной территории;
сохранение и восстановление уникальных объектов ландшафтной архитектуры;
доступность наиболее важных объектов городского значения и мест трудовой деятельности горожан, экономия времени;
5
Рис. 1. Комплексное использование подземного пространства (на примере ж/д станции в Токио):
1 — железнодорожная станция,2 — линия метрополитена, 3 — пересадочный узел, 4 — предприятия торговли, 5 — въезд на автостоянку
Гиперконцентрация населения, инфраструктуры и промышленного производства приводит к огромной перегрузке геоэкологической и гидрогеологической сред крупных городов и вызывает в них необратимые изменения. На территории Москвы под воздействием техногенных факторов развивается гравитационное и динамическое уплотнение пород, сдвижение пород в массиве, гидростатическое взвешивание и сжатие рыхлых водовмещающих пород, механическая и химическая суффозия. Наиболее активно воздействие города проявляется в поверхностных слоях земной коры на глубинах до 60—100 м, однако, в отдельных случаях, это воздействие может проявляться и на глубинах до 1500—2000 м от дневной поверхности[1]. Наиболее существенное влияние на геоэкологическую среду Оказывают: воздействие наземной техносферы города, создание подземных выработок, откачка подземных вод, нарушение инфильтрационного баланса грунтовых вод. Нарушение природного баланса грунтовых вод, например, приводит к изменению напряжённо-деформированного состояния породного массива и уплотнению пород в пределах депрессионных воронок, образующихся при водопонижении. Это, в свою очередь, вызывает деформации земной поверхности и становится причиной многочисленных аварийных ситуаций. Всё вышеперечисленное свидетельствует о том, что на территории крупных городов протекают значительные изменения геологической среды и природный ресурсный потенциал уже, практически, не в состоянии обеспечить своё самовосстановление. Примерно 48 % территории города находится в районах геологического риска, 12 % — в районах потенциального геологического риска и лишь 40 % территории характеризуются как стабильные.
На настоящий момент «освоение подземного пространства является ключом к сохранению окружающей среды, а также фактором, оказывающим благоприятное влияние на сохранение среды обитания человека в крупных городах» [Данные по г. Москве ]. Этого благоприятного влияния можно достичь за счёт:
более полного использования подземного пространства, как среды обитания человека; .
расширения области применения «экологичных» способов строительства подземных сооружений;
контроля за просадками дневной поверхности и их предотвращение;
нестандартных архитектурно-планировочных решений с учётом экологических требований при использовании подземного пространства.
Среди большого количества объектов подземной инфраструктуры существенная роль отводится системам и сооружениям транспортного назначения. К их числу принято относить:
объекты городского скоростного внеуличного пассажирского рельсового транспорта (метрополитен, скоростной трамвай, городская железная дорога);
пересечения городских улиц и дорог в разных уровнях, транспортные тоннели, подводные тоннели, подземные пешеходные переходы и т.д.;
объекты, связанные с хранением и обслуживанием автомобильного транспорта (гаражи для постоянного хранения автотранспорта, гостевые автостоянки-паркинги);
многофункциональные, многоуровневые объекты и комплексы различного назначения, взаимосвязанные с наземными зданиями, а также сооружениями и устройствами транспортного назначения с различными формами использования подземного городского пространства (вокзалы, торговые центры, станции метро и т.д.
Транспортная сеть города
Формирование транспортной сети города, в основном, определяется его историческим развитием. В зависимости от начертания магистрально-уличной сети выделяют следующие планировочные схемы городов:
радиальная. Эта схема характерна для старых городов, развитие которых начиналось в местах пересечения важных торговых путей. Данная схема обеспечивает кратчайшую связь периферийных районов с городским центром, но, в тоже время, затрудняет сообщение отдалённых периферийных районов друг с другом. Это приводит к перегруженности транспортом центрального ядра города;
—радиально-кольцевая (рис. 2.7, в) схема развивалась в старых городах, находящихся на пересечении важных торговых путей и имевших системы кольцевых укреплений вокруг центра. Эта схема обеспечивает достаточно удобную связь отдалённых район города с центром — по радиальным направлениям и между собой — по кольцевым направлениям. Тем не менее, радиальные направления, по сравнению с круговыми, оказываются перегруженными пассажирскими и транспортными потоками, что также приводит к перенасыщению центра города транспортом;
прямоугольно-диагональная (рис. 2.7, б) — характерна для многих старых городов с плановым развитием относительно исторического центра. Обладает теми же достоинствами и недостатками, что и радиально-кольцевая схема, но при этом характеризуется более равномерным распределением транспортных и пассажирских потоков по территории города;
веерная (рис. 2.7, г) — аналогична радиально-кольцевой, обычно характерна для городов, расположенных на побережье;
прямоугольная (рис. 2.7, д) схема характерна для современных городов с плановым развитием. Её особенностью является отсутствие строго выраженного центра и равномерное распределение пассажирских и транспортных потоков по всем районам;
свободная (рис. 2.7, е) схема встречается в некоторых старых европейских и азиатских городах, сохраняет средневековую планировку и отличается достаточно сложными транспортными связями между районами.
Рис. 2.7. Основные схемы городских транспортных сетей:а — радиальная, б — прямоугольно-диагональная, в — радиально-кольцевая, г — веерная, Э — прямоугольная, е — свободная
Улично-дорожная сеть городов проектируется в виде непрерывной системы с учётом функционального назначения улиц и дорог, интенсивности транспортного и пешеходного движения, архитектурных и градостроительных решений территории.
В крупных городах с радиальной, радиально-кольцевой и прямоугольно-диагональной улично-дорожными сетями стараются максимально сократить объёмы движения наземного транспорта через территорию исторического ядра общегородского центра путём устройства обходных магистральных улиц, а также протяжённых автотранспортных тоннелей глубокого заложения (подземных автомагистралей) под центром города.
На пересечениях магистральных улиц и дорог общегородского значения устраивают полные и неполные развязки в разных уровнях[2]. Для этого могут использоваться автодорожные и пешеходные тоннели.
Лекция 2
Тема: Объемно – планировочные решения подземных сооружений. Классификация подземных сооружений. Подземные сооружения транспортного назначения. Подземные сооружения общественного назначения. Подземные сооружения в промышленности. Сооружения энергетики. Подземные хранилища. Инженерные сооружения. Сооружения специального назначения. Другие подходы к использованию подземных пространств.
Подземными обыкновенно называют такие сооружения, главные части которых, по эксплуатационным соображениям, расположены под землёй.
По своему назначению подземные сооружения подразделяют на:
транспортные (пешеходные, автотранспортные и железнодорожные тоннели, метрополитены, автостоянки и т.д.);
промышленные (корпуса первичного дробления руды, скиповые ямы доменных цехов, подземные части бункерных эстакад, установок грануляции шлаков, непрерывной разливки стали и проч.);
энергетические (подземные комплексы ГЭС, ГАЭС и АЭС, шинные и кабельные тоннели и шахты, энергетические водоводы, низовые бассейны ГАЭС и проч.);
хранилища (нефти, газа, вредных и радиоактивных отходов, холодильники);
общественные (предприятия коммунально-бытового обслуживания, торговли и общественного питания, складские, спортивные и зрелищные сооружения и т.д.);
инженерные (тоннели и коллекторы тепло-, газо-, электросетей и водопровода, бензопроводы между автозаправочными станциями, очистные, перекачные и водозаборные сооружения и т.д.);
специального и научного назначения (ускорители заряженных частиц, тоннели для аэродинамических испытаний, подземные заводы, оборонные объекты, сооружения гражданской обороны и проч.).
Пропуск железнодорожного транспорта
Проезд составов между станциями
Проезд и остановка составов в пределах станции Размещение эскалаторов
Пропуск автомобильного транспорта по трассе магистрали Обеспечение транспортных развязок Пропуск пешеходов Пропуск судов
Пропуск транспорта под водотоком Передача больших объёмов воды на значительные расстояния Подвод воды от водохранилища к ГЭС
Отвод воды от агрегатов ГЭС и ГАЭС
Подвод воды к турбинам ГЭС Пропуск строительных и эксплуатационных расходов гидроузла Производство цементационных работ
См. продолжение
Сбор и отвод грунтовых вод Пропуск и отвод селевого потока Подача оборудования в производственные помещения
табл. 2.1
| Тип | Наименование | Назначение |
| Шинный, кабельный | Передача энергии от генераторов к трансформаторам | |
| Подходной | Открытие строительных забоев | |
| Разведочный | Инженерные изыскания по трассе подземного сооружения | |
| Сервисный | Обслуживание основных сооруже | |
| л ч | ний | |
| к к | Коллекторный канализа | Отвод канализационных вод |
| о н | ционный | |
| Коллекторный инженерный | Прокладка инженерных сетей и коммуникаций различного назначения | |
| Научный | Размещение различных научно- исследовательских объектов (ускорители заряженных частиц и проч.) | |
| Строительная | Выдача разработанной породы из основного сооружения | |
| Вентиляционная | Подача воздуха в основные сооружения | |
| Лифтовая | Спуск и подъём людей | |
| Грузовая | Спуск и подъём материалов и оборудования | |
| cd Н X | Кабельная | Спуск, подъём и прокладка кабелей |
| Л Ы | различного назначения | |
| Я | Напорного трубопровода | Подача воды к гидроагрегатам ГЭС |
| Уравнительного резервуара | Восприятие гидравлического удара | |
| Затворная | Управление затворами ГЭС и ГАЭС | |
| Трубопроводов | Прокладка трубопроводов | |
| Хранилище, склад | Устройство складов, хранилищ различного назначения | |
| Дренажная | Сбор и отвод дренажных вод | |
| Машинного зала электро | Размещение энергогенерирующего | |
| л ft | станции | оборудования |
| <D S | Трансформаторная | Размещение трансформаторов |
| Л И | Насосной станции | Размещение насосов |
| Очистной станции | Очистка сточных вод | |
| Тип | Наименование | Назначение |
| Затворов | Размещение затворов | |
| Грабельного зала | Сортировка отходов в насосной станции | |
| Транспортная | Разворот автомашин | |
| Съездов | Пересечение железнодорожных путей | |
| Станции метрополитена | Проезд и остановка составов в пределах станции, посадка — высадка пассажиров | |
| Пересадочной станции | Пересадка пассажиров с одной | |
| линии (с одного вида транспорта) | ||
| а | на другую (другой) | |
| ft <и | Водоотлива | Размещение насосов и зумпфов |
| S cd « | водоотлива | |
| Электродепо | Отстой, обслуживание и ремонт | |
| электропоездов | Размещение стадионов, бассейнов, | |
| Спортивного и зрелищного | ||
| сооружения | кинотеатров и проч. | |
| Хранилища, склада | Устройство складов, хранилищ различного назначения | |
| Резервуара | Ёмкость для воды, воздуха | |
| Аккумулирующая | Аккумуляция различных видов энергии | |
| Специального назначения | Размещение объектов гражданской | |
| обороны, оборонных объектов, различных баз | ||
| Предприятия культурно- | Торговые центры, предприятия | |
| бытового назначения | общественного питания, магазины, | |
| cd | выставки и проч. | |
| В « В | Гараж | Длительное хранение автотран |
| спорта | ||
| Автостоянка | Краткосрочное хранение автотран | |
| !>> я ■ ft (в | спорта | |
| о П О о о | Многофункциональный | Комплексное размещение сооруже |
| комплекс | ний различного назначения | |
| м | Пешеходный зал | Разделение пассажиропотоков, размещение предприятий общественного обслуживания |
Все перечисленные сооружения могут иметь как узкоспециализированное, так и комплексное назначение и располагаться под землёй полностью или частично (рис. 2.1). Например, подземными могут быть отдельные помещения наземных сооружений: аэропортов, вокзалов, гаражей, торговых центров, высотных жилых и административных зданий. Кроме назначения и функциональных признаков, подземные сооружения различаются по форме и размерам поперечного сечения, планировочной схеме, месту расположения в городе, глубине заложения, методу строительства, «экологичности», конструктивным особенностям и видам примененных материалов, условиям проветривания и освещения и т.п.
В соответствии с планировочной схемой различают протяжённые подземные сооружения — тоннели — горизонтальные или наклонные подземные выработки, длина которых во много раз превышает размеры поперечного сечения, и подземные сооружения ограниченной длины — камеры — горные выработки, имеющие большие размеры во всех трёх направлениях. Вертикальные горные выработки называют стволами или шахтами. Штольня — это горизонтальная или слабонаклонная горная выработка, предназначенная для обслуживания подземных работ (вывоз грунта, разведка горных пород, вентиляция, водоотлив и др.).
Форма поперечного сечения тоннеля зависит от инженерно- геологических условий района строительства и способа ведения работ по его проходке. Существуют следующие формы поперечного сечения тоннелей (рис. 2.2):
1. прямоугольная — для коллекторов и тоннелей мелкого заложения;
а б в
Рис. 2.1. Подземное (а), заглублённое (б), частично заглублённое (в) сооружения круговая — для тоннелей, сооружаемых механизированным способом и в сложных инженерно-гео- логических условиях;
сводчатая:
корытообразная с пологим сводом — для тоннелей в прочных скальных породах с незначительным горным давлением;
корытообразная с полуциркульным сводом — для тоннелей в скальных породах средней крепости при небольшом вертикальном и отсутствии бокового горного давления;
коробовая с уширенным основанием, сводом малого радиуса и криволинейными стенками — при большом вертикальном и небольшом боковом горном давлении;
подковообразная — в слабых породах при большом вертикальном и горизонтальном горном давлении и при давлении горных пород снизу.
В некоторых случаях, при наличии соответствующего технико-экономического обоснования, возможно изменение перечисленных форм поперечного сечения тоннелей. Формы поперечного сечения виг, вследствие высокой стоимости и сложности проходческих работ применяются достаточно редко.
|
|
|
|
| ЫишМ |
|
|
| Рис. 2.2. Типовые формы поперечных сечений тоннелей: |
| а — корытообразное с пологим сводом; б — корытообразное с полуциркульным сводом;в — коробовое с уширенным основанием;г — подковообразное;д — круговое с уширенным основанием; е — прямоугольное |
|
|
| ЫишМ |
|
|
| Рис. 2.2. Типовые формы поперечных сечений тоннелей: |
| а — корытообразное с пологим сводом; б — корытообразное с полуциркульным сводом;в — коробовое с уширенным основанием;г — подковообразное;д — круговое с уширенным основанием; е — прямоугольное |
|
|
| ЫишМ |
|
|
| Рис. 2.2. Типовые формы поперечных сечений тоннелей: |
В крупных камерных выработках могут размещаться машинные залы подземных сооружений энергетики, станции метрополитена, различные хранилища, склады, емкости, спортивные сооружения, убежища, канализационные, насосные, очистные станции и другие объекты. Существуют следующие формы поперечного сечения камерных выработок:
— корытообразная: с вертикальными стенками и пологим сводом (рис. 2.3, а) используется в плотных и прочных скальных породах, не оказывающих горного давления; с вертикальными стенками и подъёмистым сводом (рис. 2.3, б) — в породах с небольшим горным давлением; с наклонными стенками и пологим йли подъёмистым сводом (рис. 2.3, в) — в породах с небольшим горным давлением при несовпадении углов напластования;
|
Рис. 2.3. Формы поперечного сечения камерных выработок |
коробовая: подковообразная (рис: 2.3, г), используемая в породах, оказывающих вертикальное и боковое горное давление, а также при большом давлении подземных вод; овоидальная (рис. 2.3, д) — если вертикальное горное давление значительно превышает боковое;
эллиптическая: овальная с горизонтальной (рис. 2.3, е) и вертикальной (рис. 2.3, ж) большой осью — при неглубоком залегании выработки в породах, оказывающих большое горное давление;
полуциркульная (рис. 2.3, з) и круглая (рис. 2.3, и), используемые при большом горном и наружном гидростатическом давлениях, а также при несимметричном давлении породы;
несимметричная (рис. 2.3, к) — при одностороннем горном давлении, а также при необходимости размещения эксплуатационного оборудования.
Соотношения основных геометрических параметров для этих форм приводятся в табл. 2.2.
Лекция 3
Тема:Особенности расчета и конструирования подземных конструкций. Нагрузки. Расчет конструкций возводимых открытым и опускным способом. Расчет конструкций при закрытом способе производства работ. Расчет конструкций из армированного грунта и облегченных подпорных стен.
При проектировании следует учитывать нагрузки и воздействия, возникающие на всех стадиях возведения и эксплуатации подземного сооружения.
К постоянным нагрузкам, учитываемым при проектировании, относятся: вес строительных конструкций подземного сооружения и наземных зданий или сооружений, опирающихся на него или передающих нагрузку через грунт; давление грунтового массива, вмещающего сооружение, и подземных вод при установившейся фильтрации; усилия натяжения постоянных анкеров; распорные усилия и др.
К временным длительным нагрузкам относятся: вес стационарного оборудования подземных сооружений и другие полезные нагрузки; давление жидкостей и газов в резервуарах и трубопроводах; давление подземных вод при неустановившемся режиме фильтрации; нагрузки от складируемых на поверхности грунта материалов; температурные технологические воздействия; усилия натяжения временных анкеров; нагрузки, обусловленные
изменением влажности, усадкой и ползучестью материалов и пр.
К кратковременным нагрузкам и воздействиям относятся: дополнительное давление грунтов, вызванное подвижными нагрузками на поверхности грунта; температурные климатические воздействия и пр.
К особым нагрузкам и воздействиям относятся: динамические воздействия от эксплуатируемых линий метрополитена, транспортных сооружений или промышленных объектов; воздействия, обусловленные деформациями основания при морозном пучении грунтов, и др.
Коэффициенты надежности по нагрузке и возможные сочетания нагрузок должны приниматься в соответствии с требованиями СП 20.13330.2011.
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 φк = γкφ, где φ – угол внутреннего трения грунта, γк - коэффициент условий работы, принимаемый по таблице 4.1.
Таблица 4.1
| Материал стены | Технология устройства и особые условия | γк |
| 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. | 0 |
| В прочих грунтах | 0,33 | |
| Любой | При наличии вибрационных нагрузок на основание | 0 |
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.
Лекция4
Тема:Технологиявозведения подземных зданий и сооружений. Строительство открытым способом. Строительство опускным способом. Строительство закрытым способом. Специальные способы укрепления массива. Обеспечение сохранности наземных зданий и ограничение деформаций грунта.
Технические решения по технологии строительства подземных сооружений открытым способом должны быть комплексными и включать технологии крепления котлована, разработки грунта в нем и устройства конструкций сооружения, инженерные мероприятия по защите котлована и подземного сооружения от подземных вод, инженерные мероприятия по обеспечению сохранности близрасположенной существующей застройки, а также обеспечивать выполнение экологических требований по охране окружающей среды.
Обоснование этих технических решений должно обеспечиваться проектными расчетами напряженно-деформированного состояния ограждающих конструкций и вмещающего массива грунтов вместе с примыкающими к котловану зданиями и сооружениями, гидрогеологического режима подземных вод и фильтрационного притока в котлован.
На выбор технологии возводимого открытым способом подземного сооружения решающее значение оказывают следующие факторы:
- габариты подземного сооружения в плане и по глубине;
- месторасположение подземного сооружения (строительство на свободной территории или в условиях тесной существующей застройки);
- инженерно-геологические и гидрогеологические условия участка строительства;
- необходимость соблюдения экологических требований по охране окружающей среды;
- экономические соображения;
- возможности строительной организации.
При проектировании подземных сооружений в районах существующей застройки следует выполнять геотехнический прогноз влияния строительства на изменение напряженно-деформированного состояния грунтового массива и деформации существующих зданий и сооружений.
Выбранная технология возведения подземного сооружения должна обеспечивать непревышение допустимых дополнительных деформаций эксплуатируемых зданий, попадающих в зону влияния нового строительства, с учетом их технического состояния (см. приложение А). Также технология должна учитывать наличие линий метрополитена и насыщенность подземного пространства существующими коммуникациями.
При проектировании подземных сооружений, перекрывающих частично или полностью естественные фильтрационные потоки в грунтовом массиве, а также изменяющих условия и пути фильтрации подземных вод, следует выполнять прогноз изменений гидрогеологического режима площадки строительства.
В процессе строительства и в начальный период эксплуатации подземных сооружений следует выполнять натурные наблюдения (мониторинг) на строительной площадке для оценки надежности системы «сооружение-основание», своевременного выявления дефектов конструкций, предотвращения аварийных ситуаций, а также для оценки правильности результатов прогноза, принятых методов расчета и проектных решений. Состав, объем и методы мониторинга должны назначаться в зависимости от уровня ответственности подземных сооружений, их конструктивных особенностей, геологических и гидрогеологических условий площадки, способа возведения, плотности окружающей существующей застройки, требований эксплуатации и в соответствии с результатами геотехнического прогноза.
Современные методы ограждения глубоких котлованов
Конструкция и технология устройства ограждения при строительстве подземного сооружения открытым способом должны удовлетворять следующим основным требованиям:
- обеспечивать устойчивость стен котлована в процессе и после полной разработки грунта;
- воспринимать нагрузку от сооружения, если ограждение входит в состав конструкции подземного сооружения;
- обеспечивать водонепроницаемость, если невозможно или экономически нецелесообразно водопонижение;
- должна быть предусмотрена многократная оборачиваемость элементов крепи, если ограждение является временным;
- крепление не должно загромождать котлован, мешать выемке и обратной засыпке грунта и монтажу основных конструкций;
- обеспечивать сокращение материалоемкости, трудоемкости и сроков строительства;
- обеспечивать сохранность эксплуатируемых наземных и подземных объектов, попадающих в зону влияния строящегося подземного сооружения;
- обеспечивать соблюдение экологических требований (соблюдение допустимых норм по шуму, вибрации, защите окружающей среды).
Классификация современных методов крепления котлована при строительстве подземного сооружения открытым способом приведена на схеме.
Схема
Классификация крепления котлованов
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1204; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!