Розрахунок і проектування підземних споруд і фундаментів глибокого закладання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України Придніпровська державна академія будівництва та архітектури

Кафедра Основ та фундаментів

Методичні вказівки

з розрахунку і проектування підземних споруд і фундаментів глибокого закладання, що споруджуються способом «опускного колодязя» для виконання курсового проекту з спецкурсу та дипломного проекту з дисципліни “Основи та фундаменти”

для студентів денної та заочної форми навчання за фахом 7.092101

“Промислове і цивільне будівництво”

Укладач: к.т.н, доц. Моторний М.А

Відповідальний за випуск:. д.т.н. проф. Швець В.Б.

Рецензенти: к.т.н, доц.Самбор Ю.В. к.т.н. доц. ПДАБ та А

д.т.н. проф.ДДТУЗТ Петренко В.Д.

Дніпропетровськ - 2004

Методичні вказівки з розрахунку і проектування підземних споруд і фундаментів глибокого закладання, що споруджуються способом «опускного колодязя» для виконання курсового проекту з спецкурсу та дипломного проекту з дисципліни “Основи та фундаменти” для студентів денної та заочної форми навчання за фахом 7.092101“Промислове і цивільне будівництво”/ Укладач Моторний М.А., м. Дніпропетровськ, ПДАБ та А , 40с.

Методичні вказівки призначені для використання їх при виконанні курсового з спецкурсу та дипломного проекту по кафедрі основи та фундаменти, або розділу дипломного проекту суміжних кафедр студентами будівельниками за фахом: 7.092101 . Промислове та цивільне будівництво».

Вступ

При спорудженні окремих об`єктів гірничорудної, металургійної, хімічної промисловості, а також окремих інженерних споруд з високим розміщенням центру ваги і інших підземних споруд, для зменшення обсягів земляних робіт застосувань при спорудженні таких будівель та споруд, а також фундаментів під окремі інженерні споруди, спосіб «опускного колодязя». Для таких будівель та споруд слід віднести: 1) вузли перевантаження; 2) корпуси крупного, середнього та мілкого подрібнення руди; 3) окремі очисні споруди промислових об`єктів; 4) маслопідвали, відстійники окалини прокатних станів, насосні станції хімічних виробництв; водозабірні споруди і багато інших, а також фундаменти окремих інженерних споруд: водонапірних башт, проміжних опор мостів та шляхопроводів, димових труб та інших. Використання способу «опускного колодязя» при спорудженні вказаних будівель та споруд в десятки разів зменшує обсяг земляних робіт, скорочує термін спорудження даних об`єктів, що значно знижує вартість спорудження цих об`єктів у порівнянні із зведенням їх відкритим способом.

1. Призначення і класифікація опускних колодязів

1.1 Призначення опускних колодязів

Опускний колодязь - це підземна споруда, яка сприймає навантаження від надземної частини будівлі і передає це навантаження на грунт через тертя ґрунту по боковій поверхні колодязя і опору ґрунту під підошвою колодязя. Опускні колодязі виконують функції як фундаментів, так і спеціальних підземних споруд.

Матеріалом для зведення опускних колодязів є залізобетон. В окремих випадках застосовують металеві і бетонні колодязі. При спорудженні під будівлею одного опускного колодязя, його форма в плані визначається формою і розмірами над фундаментної (надземної) частини споруди. Тому форма колодязя головним чином визначається формою споруди і може бути, круглою, прямокутною, багатогранною.

1.2 Класифікація опускних колодязів

За способами занурення колодязі розрізняють:

а. занурені під власною вагою;

б. занурені в тіксотропній сорочці;

в. занурені з використанням вібраторів і домкратів;

г. занурені з використанням підрошування.

За способом виготовлення і зведення колодязі діляться: на монолітні і збірні.

Основними несучими конструкціями опускного колодязя є оболонка колодязя, ніж колодязя і плита днища. Якщо конструкція колодязя в плані розділена діафрагмами, то діафрагми теж розраховуються як несучі конструкції за розрахунковою схемою затиснута балка-стінка.

2. Визначення навантажень на опускні колодязі

Навантаження що дають на опускні колодязі поділяються на:

Будівельно-монтажні;

Експлуатаційні.

2.1 Будівельно-монтажні навантаження

При опусканні (занурюванні) колодязя на конструкції передаються такі навантаження:

а) вага конструкції колодязя і зусилля, які виникають від змушуваного занурення колодязя;

б) вага стінок і днища колодязя.

Вагу стін і днища колодязя розраховують за формулою:

Gcт=д*u*Hk*гk.

Для випадку, коли колодязь занурюється нижче рівня підземних вод, ураховується зважений стан конструкції колодязя у воді. Тоді навантаження від ваги стін і днища визначається за формулою:

Сст.зв.=д[U*H'k(гk-10)+U*H”k*гk]

де: д - товщина стінок оболонки колодязя,

Н к - висота стіни колодязя (до рівня занурення),

гк - питома вага матеріалу конструкції колодязя,

Н' - висота колодязя, зануреного нижче рівня підземних вод,

Н” - висота колодязя вище рівня підземних вод,

10 - питома вага води.

в) Основний горизонтальний тиск грунту на стінку опускного колодязя, для випадку однорідного грунту по глибині занурення колодязя, визначається за формулою:

- при прорізанні колодязем піщаних грунтів

Ргр=г*Нк*tg2(H5-ц/2),

- при прорізанні колодязем глинистих грунтів

Ргр= г*Нк*tg2(45-ц/2)-2C*tg(45-ц/2).

При прорізанні колодязем в межах занурення різнорідних грунтів, тиск на стіни колодязя визначається за формулою відповідно:

для пісчаних грунтів,

для глинистих грунтів.

де: гі - питома вага матеріалу стін колодязя в межах зануреної частини колодязя.

ці - кут внутрішнього тертя грунту, який прорізається колодязем

Сі - питоме зчеплення грунту, який прорізається колодязем.

Ні - висота зануреної частини колодязя в межах одного літологічного шару грунту.

2. Додатковий тиск грунту на стінки колодязя у випадку нахилення шарів грунту визначається з урахуванням кута нахилу шарів = ш (радіан)

Ргр.1=б*Ргр.

де б - коефіцієнт, який залежить від кута нахилу шару грунту - ш: Значення коефіцієнту б приведені в таблиці №1.

Таблиця 1

Кут нахилу геологічного шару грунту ш	0,139	0,175	0,262	0,349	0,437	0,524
б	0,02	0,06	0,13	0,25	0,37	0,48

д) Гідростатичний тиск на стінки і днище колодязя визначається за формулою.

де: гw - питома вага води (гw=10);

Hk - висота занурення нижче рівня підземних вод частини колодязя;

гзв - питома вага зваженого водою грунту, яка визначається за формулою:

гs - питома вага частинок грунту;

е - коефіцієнт пористості грунту, який розташований нижче рівня підземних вод.

е) Сили тертя ножа колодязя по грунту та матеріалу тампонажу щілини тиксотропної сорочки по грунту при спливанні колодязя визначається формулою:

Тн.і=гс*u*HH*f

ТT.і=гс*u*HT*f'

де:гс - коефіцієнт умов роботи конструкції, який дорівнює: гс=0,5;

u - зовнішній периметр оболонки колодязя;

НН - висота ножа колодязя;

НТ - висота тампонажу щілини між стінками колодязя і грунтом;

f - нормативний опір тертя грунту по боковій поверхні ножової частини колодязя;

f' - нормативний опір тертя грунту по боковій поверхні тампонажу.

Нормативний опір тертя ґрунту по боковій поверхні ножової частини і тампонажу допускається отримати з таблиці № 2.

Таблиця №2

Нормативний опір грунту по боковій поверхні ножової частини і тампонажу щілини f. КПа.
піщані грунти	глинисті грунти
гравелисті, крупні та середньої крупнисті	Мілкі і пилуваті	Суглинки і глини від твердих до тугоплас-тичних	Супіски тверді і пластичні, суглинки туго і м`яко пластичні	Супіски текучі, суглинки і глини текучі і текучопластичні
глибина занурення ножа колодязя	щільні	середньої щільності	щільні і середньої щільності	пухкі
10 м	60,0	53,0	47,0	43,0	47,0	33,0	20,0
15 м	71,0	63,0	56,0	51,0	60,0	44,0	25,0
20 м	82,0	73,0	65,0	59,0	73,0	55,0	30,0
25 м	93,0	83,0	74,0	67,0	86,0	66,0	35,0
30 м	104,0	93,0	83,0	75,0	99,0	77,0	40,0
35 м	115,0	103,0	92,0	83,0	112,0	88,0	45,0
40 м	126,0	113,0	101,0	91,0	125,0	99,0	50,0

ж) Зусилля від навантаження колодязя анкерами проти спливання визначаються за формулою:

Ga=п*Фа

де:Фа - опір анкера;

п - кількість анкерів.

До коротко діючих будівельно-монтажних навантажень відносять.

і) Гідростатичний тиск глиняного розчину в зоні тиксотропної «сорочки»

Рт.р.=гт.р.*Нт.р.

де:гт.р. - питома вага тіксотропного розчину

Нт.р. - висота тіксотропного розчину до розглядуваного перетину.

к) тиск грунту на колодязь від навантажень, розташованих на поверхні грунту, креном або нахилом колодязя визначаються за формулою:

Ргр.ча=о*gп(2а)

(2б)

де:о - коефіцієнт бокового тиску ґрунту о=tg2*(45-ц/2)

gn - суцільне вертикальне рівномірно розподілене навантаження на поверхні грунту;

Qn - вертикальне зосереджене навантаження на поверхні грунту;

х - відстань від стіни колодязя до діючого навантаження;

б2 - коефіцієнт тиску, який залежить від коефіцієнту бокового тиску о і від відстані розглядуваної точки до осі симетрії стінки.

л) Зусилля, що виникають при зануренні колодязя, від тертя ножа колодязя по грунту визначаються за формулою:

TН=U*HHfH

де:U - зовнішній периметр колодязя на рівні ножа;

fH - нормативний опір грунту по боковій поверхні ножової частини колодязя (визначається по табл.№2).

М - зусилля від опору грунту під підошвою ножа колодязя визначається за формулою:

ФН=АН*R

де:АН - площа підошви ножа колодязя;

R - розрахунковий тиск на грунт під підошвою ножа колодязя.

Приклад №1.

Визначити будівельно-монтажні навантаження на опускний колодязь, який занурюється: в глинистий грунт, потужністю h1=10м з характеристиками г=18,0кн/м3; гs=27,0кн/м3; w=0,20; wp=0,18; wL=0,40; C=35кПа; ц=20о; Е=25мПа; підземні води на глибині 10,0м від поверхні; та в пісчаний грунт на глибині hr=5,0м; з характеристиками г=18кн/м3; гs=26,5кн/м3; С=1,0кПа; ц=30о; Е=35МПа; б=0,14рад=8о. Колодязь круглий в плані, діаметр колодязя: наружний dH=31м, внутрішній dв=30м. Товщина стінки д=0,5м; глибина занурення колодязя Нк=15,0м, висота ножової частини Нн=2,0м; товщина ножа дн=1,0м; гн=25кн/м3; розподілене навантаження від працюючого устаткування дп=50кн/м2;

Розрахунок.

Визначається вага конструкції колодязя (вага стінок колодязя) з урахуванням зваженого стану конструкцій, розміщення нижче рівня підземних вод. Gcт=д*u[H'k(гk-10)+H”kгk]=0,5*3,14((25-10)*5+25*10)=15300кН.

Розраховується основний горизонтальний тиск грунту на стінку колодязя:

Ргр=гі*Н”к*tg2(45-ц1/2)-2*c*tg((45-ц/2)+(г2-10)*H'k*tg2((45-ц2/2)= =18,0*10*tg2(45-10)-2*35*tg(45-10)+(18,0-10)*5,0*tg2(45o-15o)= =80*0,49-70*0,70+40*0,34=39,2-49,0+13,5=3,7 кн/м2

Визначається додатковий тиск грунту на колодязь з урахуванням нахилу шарів грунту:

Ргр.1=Ргр*б=3,7*0,02=0,074 кн/м2=0,074 кПа

Визначається гідростатичний тиск води на стінку колодязя:

Рw=гw*H'k=10,0*5,0=50 кн/м2=50,0 кПа

Визначається сила тертя ножа колодязя по грунту

Тн.і.=гс*u*Hн*fн=0,5*3,14*31,0*63,0=3300 кН

Визначається тиск грунту на колодязь за рахунок навантаження від працюючого устаткування

Ргр.га=о*дп=tg2(45-10)*50,0=0,49*50=24,50 кн/м2=24,50 кПа

Визначається зусилля від реакції грунту на підошву ножа колодязя. Розрахунковий опір грунту під підошвою колодязя визначається за формулою (СНиП 2.02.01-83) для пісчаного грунту з ц=30о на глибині h=15 м.

гс1=1,3;гсг.=1,3;Мг=1,15;Мд=5,59;Мс=7,95

R=(1,15*1,0*18+5,59*18*15+1,0*7,95)=1538,65 кПа.

Зусилля на колодязь від реактивного тиску грунту під підошвою ножа

N=Ak*R=3,14*31,5*1,0*1538,65=150000 кН.

2.2 Експлуатаційні навантаження

Постійні навантаження

Повна вага будівельних конструкцій опускного колодязя визначається з урахуванням всіх діючих факторів в експлуатаційний період.

Gk=г*u*дcт*H”k+(г-10)*u*дст*H'k+Aqн*дпq*гпq

Вага конструкцій, які спираються на колодязь, визначаються основними сполученнями навантажень із розрахунку рами наземної частини. Вага устаткування, яке розташовується в внутрішньому приміщенні колодязя приймається за паспортними даними.

Горизонтальний тиск грунту на стінку колодязя визначається з урахуванням всіх змін які відбуваються за період занурення колодязя, в геологічному і гідрогеологічному відношеннях. Ргр=?гі*Нкі*tg2(45-ц/2)-2c*tg(45-ц/2) де:гі - питома вага і-того шару грунту в межах зануреного колодязя з урахуванням всіх змін; Нкі - висота колодязя в межах геологічного шару грунту; ці - кут внутрішнього тертя грунту; в межах геологічного шару грунту; С - питоме щеплення в межех геологічного шару грунту, який прорізається колодязем при його зануренні до проектної позначки.

Додатковий тиск грунту на стінку колодязя від нахилу шарів грунту розраховується з урахуванням змін в геологічному і гідрогеологічному відношенні, що проходять за період занурення колодязя до проектної позначки . Ргр.1=б*Ргр де:б - коефіцієнт, який залежить від кута нахилу шару грунту ш і приймається по таблиці №1.

Додатковий тиск на стінки колодязя від дії постійного навантаження на поверхні грунту:

Ргр.2а.=о*gп;Ргр.2б.=;

Гідростатичний тиск підземних вод на стінку колодязя та днище визначається за формулою:

Рw=гw*Hk;Ргр.зв.=гзвH'k

Сила тертя ножа колодязя і тампонажу щілини тиксотропної сорочки, по грунту визначається при спливанні колодязя за формулою:

Тн1=гс*u*Нн*f Тт=гс*u*Нт*f

Зусилля від навантаження колодязя анкерами проти спливання визначається за формулою:

Ga=П*Фа

Зусилля опору грунту під днищем колодязя визначаються за формулою: Gqн=Аqн*R де:Аqн - площа днища колодязя; R - розрахунковий опір грунту під днищем колодязя.

2.3 Особливі навантаження

До особливих навантажень відносять навантаження, які виникають при прояві деформацій земної поверхні внаслідок просідання грунту при замочуванні лесових грунтів і при деформаціях поверхні на підроблених шахтами територіях.

Тиск грунту на стінки колодязя в цьому випадку визначається за формулою: - круглий колодязь:Рд.гр.=гк*гL*е*E*sinв - прямокутний колодязь:Рд.гр.=гк*гL*е*E де:гк, гL - відповідно коефіцієнт перевантаження і коефіцієнт умови роботи для відносних горизонтальних деформацій; Е - модуль деформації грунту на глибині занурення колодязя; е - відносна горизонтальна деформація поверхні грунту; в - полярний кут в радіанах.

Приклад №2.

Визначити особливе навантаження прямокутного колодязя за рахунок просідання поверхні грунту, якщо гк=1,4; гL=1,1; E=25 МПа; е=0,07. Рос=1,4*1,1*0,07*25000=2695 кН.

Визначити особливе навантаження круглого колодязя за рахунок просідання поверхні грунту при тих же характеристиках грунту, якщо полярний кут мульди просідання дорівнює

0,5 рад. ?29о Рос=1,4*1,1*0,07*25000*0,4848=1360 кН.

3. Розрахунок колодязя як підземної споруди на будівельно-монтажне

навантаження

3.1 Перевірка умови занурення колодязя

Перевірка умови занурення колодязя виконується за виразом: Gk?Ртр*К(3.1) де:Gk - вага конструкції колодязя в період занурення; К - коефіцієнт надійності який дорівнює К=1,2; Ртр - зусилля за раунок тертя бокової поверхні колодязя ножа по грунту.

Вага конструкції колодязя визначається за формулою:

Gk=u*дcт*Нк*гк(3.2)

Зусилля за рахунок терят бокової поверхні ножа колодязя при зануренні визначаються за формулою:

Ртр=U(Hн*fн)*К(3.3)

Умова занурення колодязя залишається у вигляді:

U*дcт*Нк*гк?U(Hн*fн)*К(3.4)

дcт*Нк*гк?(Hн*fн)*К(3.5)

з у рахуванням, що сила тертя по боковій поверхні стінки і ножа одинакові, одержимо: дст*Нк*гк>Нн*f*K.

Звідки товщина стінки колодязя за умови занурення дорівнює:

(3.6)

Якщо колодязь занурюється без тиксотропного розчину, то величина сили тертя по боковій поверхні колодязя визначається за формулою:

Ртр=U*(Hk-2,5м)*fcp(3.7)

де: fcp - середньозважене значення сил тертя по боковій поверхні колодязя.

Сили тертя по боковій поверхні колодязя рекомендується приймати рівними для пісків крупних і середньої крупності f=25,0 кПа; для пісків дрібних і пилуватих f=12,0 кПа; для глин твердих і напівтвердих (0?Іі?0,25) - f=50,0 кПа; суглинків твердих і напівтвердих (0?Іі?0,25) - f=30,0 кПа; суглинків туго- і мягкопластичних (0,5?Іі?0,75) - f=15,0 кПа; супісків (0?Іі?0,25) - f=10,0 кПа; супісків (0,25?Іі?0,75) - f=7,5 кПа.

З урахуванням середньозваженого значення сил тертя по боковій поверхні колодязя товщина стінки колодязя визначається за формулою:

(3.8)

Приклад №3.

Визначити необхідну товщину стінки колодязя із умов його занурення від власної ваги, якщо висота колодязя дорівнює Нк=20 м; при зануренні колодязь прорізає суглинки напівтверді (0?Іі?0,25); матеріал стінки колодязя - залізобетон, питома вага матеріалу стінки г=25 кн/м3.

Необхідна товщина стінки колодязя із умов його занурення визначається за формулою :

м

3.2 Перевірка нижньої секції прямокутного колодязя на згин

Нижня (перша) секція колодязя бетонується на фіксованих підкладинах, які вилучаються перед його зануренням. В зв`язку з тим, що грунт навколо фіксованих підкладинок виймається в останню чергу, то розрахунок (першої)нижньої секції колодязя ведеться на згин від власної ваги. Відстань між фіксованими підклади нами для прямокутних колодязів приймається за умови рівновеликих згинаючих моментів в прольоті і на опорах, тобто на відстані 0,2070 від початку прольоту. (мал. 3.2 а)

Для колодязів які занурюються без водовідливу, розрахунок ведеться з урахуванням двох випадків опирання першої секції колодязя, які вірогідні при нерівномірній розробці грунту при зануренні колодязя. В першому випадку нижню секцію колодязя розраховують як балку на двох опорах довжиною, що дорівнює стороні колодязя (мал. 3.2 б).

Для другого випадку нижню секцію колодязя розраховують як балку жорстко защемлену посередині сторони колодязя (мал. 3.2 в).

Мал. 3.2

Згідно з прийнятими розрахунковими схемами згинаючі моменти на опарах і посередині прогонів розраховуються за формулою:

а)

б)

в)

де:q - розподілена по довжині навантаження від власної ваги конструкції

q=д*Н'k*гн

H'k - висота нижньої секції колодязя;

Мо - опорний згинаючий момент.

Приклад №4.

Визначити згинаючі моменти на опорах при зануренні першої (нижньої) секції колодязя висотою H'k=5,0 м, товщиною д=0,8 м; питомою вагою матеріалу г=24 кн/м3; ширина колодязя в=24 м; довжина l=36 м;

За першою розрахунковою схемою

кн.м.

Мпр=0,0215*q*а2=0,0215*242*24*0,8*5=1190 кн.м.

За другою розрахунковою схемою (д,в);

Мпр=0,25*q*а2=0,25*242*0,8*5*24=13800 кн.м.

Висновок

Таким чином, найбільш невигідна друга розрахункова схема (схема б, в. мал. 3.2)

3.3 Розрахунки стінки колодязя на розрив

Вертикальні розтягувальні зусилля в стінках колодязя можуть виникати при нерівномірній виїмці грунту при зануренні колодязя. Це може привести до нахилу колодязя в період занурення і концентрації сил тертя по боковій поверхні у верхній частині колодязя (заклинення колодязя). Тоді вся конструкція колодязя зависає в просторі і держиться за рахунок міцності конструкції стінок колодязя на розтягувальні зусилля . Повна вага конструкції колодязя Gк повинна бути в рівновазі з силами тертя, тобто

(3.10)

де:Нз - глибина занурення колодязя;

U - периметр зануреної частини колодязя;

фв - сила тертя грунту по боковій поверхні колодязя у верхній частині;

Мал. 3.3

Звідси одержимо максимальну силу тертя грунту у верхній частині колодязя.

Gk=дcт*Нз*U*г(3.11)

Розтягувальні зусилля в заданому перерізі по висоті колодязя над ножом визначаються за формулою:

(3.12)

Положення небезпечного перерізу визначається дослідженням рівняння

звідки одержимо: и (3.13)

По розрахованому розтягувальному зусиллю визначаємо необхідну площу поперечного перерізу вертикальної арматури

(3.14)

де:As - необхідна площа поперечного перерізу вертикальної арматури;

Rs - розрахунковий опір арматури.

При заданому кроку арматурних стержнів - С (С=200-250 мм) і відомому периметру колодязя визначається необхідна кількість стержнів арматури - n

Приклад №5.

Визначити необхідну площу перерізу і діаметр стержнів вертикальної арматури стінки колодязя, зануреного на глибину 24 м (заклинення від перекосу); товщина стінки колодязя 0,5 м; зовнішній діаметр колодязя 30,0 м; крок арматури - С=250 мм; питома вага бетону г=25кр/м3; арматура класу АІІІ.

Визначається вага зануреної частини колодязя:

Gз=24*0,5*3,14*30,0*25=28260,0 кН

Необхідна площа поперечно перерізу:

Кількість стержнів арматури: штук.

Площа і діаметр одного стержня: ;o.

3.4 Розрахунок стінки колодязя на згин в горизонтальній площині

Цей розрахунок виконується на стадії занурення колодязя до проектної позначки, коли на стінку колодязя передається повний тиск ґрунту і води.

Тиск грунту на стінку колодязя визначається за формулою:

Ргр=2і*Нк.і*tg2(45-i/2)-2c*tg(45-i/2) (3.15)

Тиск води на стінку колодязя у випадку занурення колодязя нижче рівня підземних вод визначається за формулою:

Рw=w*Hk (3.16)

Підсумковий тиск на стінку колодязя визначиться за формулою

Р1=Ргр+Рw (3.17)

В зв'язку з тим. Що тиск грунту і води на стінку колодязя змінюється по глибині, то і зусилля в стінці теж буде змінюватися по глибині. Тому для визначення зусилля і розрахунку арматури, колодязь по висоті розбивають на окремі секції і по нижній частині кожної секції визначають тиск грунту і води для секції. Таким чином, епюра тиску по висоті стінки приймається ступінчатою для кожної секції.

Схема розподілу тиску грунту і води на стінку колодязя

а) по вертикальній поверхні; б) по горизонтальній поверхні.

Для визначення зусиль в стінці колодязя вибирають нижню частину секції, умовно припускаю що вибрана ділянка висотою, що дорівнює товщині стінки колодязя, сприймає навантаження по максимальному тиску грунту для розглянутої секції:

Схема розподілу навантажень і зусиль на стінку колодязя.

Розподілене навантаження на 1 погінний метр перерізу колодязя в нижній частині секції визначається за формулою:

q=Pгн*hc*(KH/м) q1=(Ргр+Рw)*hc (KH/м) (3.18)

а) Для прямокутних в плані колодязів без внутрішніх діафрагм (мал.) опорні згинальні моменти визначаються за формулою:

Моп=q*2/16 (3.19)

Прогонові згинальні моменти розраховуються за такою ж формулою, по розрахунковій схемі - одно прогонної балки жорстко затисненої в перпендикулярній стінці колодязя.

М=q*2/16 (3.19)

Для прогону “в” перпендикулярної сторони згинаючий момент визначається за формулою:

Мпр=q*(2b2-а2)/16 (3.20)

По визначеним, в межах кожної секції, згинальним моментом на опорах і в прогонах розраховується необхідна площа поперечного перетину арматури, яка задовольняє умові міцності конструкції стінки колодязя.

Aos=Mo/K*Rs*hs; Aпрs=Mпр/K*Rs*hs (3.21)

де:Aos , Aпрs - необхідна площа поперечного перерізу арматури на опорі і в прогоні,

Mo ,Mпр - опорний і прогоновий згинальні моменти,

К - коефіцієнт який приймається в першому наближені рівним К=09,

hs - робоча висота поперечного перерізу стінки колодязя.

б) Для прямокутних в плані колодязів з внутрішніми діафрагмами.

Якщо довжина колодязя значно перевищує ширину, то при розрахунку згинальних моментів одержуємо значне розходження прогонових зусиль, що призводить до нерівнозначного армування стінок колодязя по довжині і по ширині. Для вирівнювання прогонових моментів і армування стінок колодязя виконують додаткову конструкцію - діафрагму, яка ділить довжину колодязя в плані в заданому співвідношенні, зменшує довжину прогону і таким чином зменшує прогонові і опорні згинальні моменти в стінках колодязя і вирівнює армування стінки в горизонтальному напрямку.

Мал. 3.7

Розрахункова схема стінки колодязя приймається як нерозрізна двох прогонова балка, навантажена тиском грунту і води. Опорні і згинальні моменти згідно з прийнятою розрахунковою схемою визначаються за формулами.

Мвн=Моп1=Моп2=q*a21/16 (3.19)

Мпр=q*a2i/16 Mвпр=q*(2b2-а21)/16 (3.20)

Осьове зусилля в діафрагмі визначається за формулою:

N=q*a12/16*b

Приклад №7.

Визначити зусилля і необхідну площу поперечного перерізу арматури для нижньої секції опускного колодязя глибиною занурення Нк=25,0 м; розмірами в плані в=18,0 м l=30 м; товщина стінки д=800 мм; колодязь прорізає товщу глинистих грунтів питомою вагою г=18,0 кн/м3; питоме зчеплення грунту С=26 кПа; кут внутрішнього тертя ц=220;

Визначити тиск грунту на нижню секцію колодязя:

Ргр=г*Нк*tg2(45-ц/2)-2c*tg(45-ц/2)=18*25*tg2(34o)-2*26*tg 34o=450*0,6752-52*0,675=205-35=170 кПа.

Визначаються опорні і прогонові згинальні моменти по довжині прогону:

кНм. g=Ргр*д=170*0,8=136 кн/м;

Визначається необхідна площа попереднього перерізу арматури:

Крок стержнів по висоті стінки С=200 м; по висоті h=800 мм укладається п`ять стержнів. Площа поперечного перерізу одного стержні дорівнює:

fs=As/n=31,0/5=6,2 см2

o=

Приклад №6.

Визначити необхідну товщину нижньої секції стінки колодязя із умов міцності конструкції залізобетонної стінки із бетону класу В20. Глибина занурення колодязя Н=20,0 м; розміри колодязя в плані в=18,0 м Х l=36 м, колодязь прорізав товщу глинистих грунтів питомою вагою г=17,5 кн/м3, питоме зчеплення грунту С=20 кПа, кут внутрішнього тертя ц=24о. Підземні води знаходяться на глибині 10 м. гsat=г; Csat=C.

Визначається тиск грунту і води на стінку колодязя:

Ргр=г*Н”k*tg2(45-ц/2)+(ц-10)*H'k*tg2

Визначається загальний момент на опорі і в прогоні більшої сторони колодязя в плані для висоти, що дорівнює товщині стінки

h=дст кНм

Визначається момент опору поперечного перерізу секції стінки колодязя:

За умови, що W*R=M, визначається необхідна товщина стінки колодязя д3*R=6 м;д3*11500=6*14610 без урахування армування конструкції стінки.

Визначається згинаючий момент в прогоні меншої сторони колодязя в плані:

кНм.

Визначається товщина стінки меншої сторони колодязя в плані:

без урахування армування конструкції стінки.

покутний колодязь з внутрішніми діафрагмами (мал. 3.7)

Приклад №8.

Визначити товщину стінки прямокутного колодязя розміром 16,0 м х 32,0 м із умови міцності стінки без армування глибиною занурення Нк=20 м.

Колодязь прорізає товщу пісчаного ґрунту h=10 м з характеристиками ц=32о; с=1,0 кПа, г=17,0 кн/м3 і товщу глинистого грунту h=10 м з характеристикою ц=22о; с=20 кПа, г=18 кн/м3.

Колодязь виконується з внутрішньою діафрагмою, яка ділить більшу сторону на дві рівні частини. Підземних вод до глибини занурення колодязя не виявлено.

Визначається тиск грунту на стінки колодязя в нижній секції:

Ргр=г1*Н1*tg2(45-ц1/2)+г2*H2*tg2(45-ц2/2)-2*c*tg(45-ц2/2)= =17*10*tg2(29o)+18*10*tg234o-2*20*tg34o=52,5+121-27=146,5 кн/м2 (кПа).

Визначається згинальний момент на опорі і в прогоні елемента стінки:

кн. м.

Необхідна товщина стінки колодязя без урахування армування дорівнює:

;

в). Для круглих в плані колодязів.

Розрахунок круглого в плані колодязя виконується за схемою товстої труби на горизонтальне навантаження від тиску грунту, води і особливих навантажень. Горизонтальне навантаження приймається як рівномірно розподілене радіальне навантаження. Для неглибоких колодязів, глибиною занурення не більше 5-6 м, перевірка міцності виконується для найбільш навантаженої нижньої зони колодязя. Для високих колодязів його висоту розбивають на окремі секції висотою не більше 5 м. Перевірка міцності виконується за навантаженням для окремої секції.

Перевірка міцності круглого в плані колодязя виконується за формулою Ляме.

Товщина стінки колодязя згідно з рішенням Ляме дорівнює



Зусилля і конструкції стінки колодязя визначаються за формулою:

де:R - радіус колодязя в плані;

у?Rб - міцність матеріалу стінки колодязя (розрахунковий опір бетону);

у - зусилля (напруга) в конструкції колодязя;

Ргр - горизонтальне навантаження від тиску грунту, води і особливих навантажень на поверхні.

Тонкостінні колодязі, що занурюються з використанням тиксотропної сорочки, розраховуються як залізобетонні оболонки.

Приклад №9.

Визначити товщину стінки опускного колодязя в нижній секції діаметром Д=30 м., з глибиною занурення Нк=30 м, який прорізає глинистий грунт з характеристиками г=18,8 кн/м3; ц=24о; с=25 кПа. Матеріал колодязя - бетон класу Б20; Rб=11500 кПа.

Визначається тиск грунту на нижню секцію колодязя.

Ргр=г*h*tg2(45-ц/2)-2ctg(45-ц/2)= 18,0*30*tg2(45-12)-2*25*tg(45-12)=196 кПа.

Визначається товщина стінки колодязя за формулою Ляме:

3.5 Розрахунок ножової частини колодязя на згин

Розрахунок ножової частини колодязя (консолі) на згин у вертикальній площині виконується для двох випадків.

Перший випадок відповідає розрахунковій схемі, коли колодязь занурений наполовину глибини і нарощений черговою секцією висотою 4?ho?6 м, а ніж заглиблений в грунт на глибину t1 яка приймається рівною t1?1,0 м. Розрахунок ведуть для ділянки в плані довжиною l=1,0 м. Всі діючі навантаження розраховують для цієї ділянки. Підсумковий тиск грунту і води приймають найневигіднішим для цього випадку, тобто на більше 70% гідростатичного тиску. Силу тертя визначають за формулою

де:u - периметр колодязя в межах даного шару грунту товщиною hi

фі - гранична інтенсивність сил тертя заданого шару грунту по боковій поверхні колодязя, які приймають за графинами;

0,7 - коефіцієнт однорідності.

При цьому, замість коефіцієнта однорідності - 0,7 ураховується коефіцієнт перевантаження, що дорівнює 0,9.

Вертикальна складова реакції грунту визначається за формулою:

N=G'k-P'тр=N1+N2

де:G'k - вага розглядувальної ділянки колодязя.

Величина N розподіляється між банкетною (горизонтальною частиною) і скошеною частиною ножа пропорціонально площам частин епюри реактивного тиску грунту. Цю епюру приймають в вигляді трапеції. Вертикальна складова діючих на скошену частину ножа заусиль визначається за формулою:

;;

Горизонтальна складова зусиль, що діють на консоль колодязя, визначаються за формулою:

T=N2*tg(в-цo)

де:ц - кут тертя грунту по поверхні ножа колодязя;

в - кут нахилу скошеної частини ножа до горизонту.

Підсумкове горизонтальне навантаження від тиску грунту і води дорівнює:

Q=H*г*1,0*1,0*0,7=0,7гH

де:Н - глибина занурення ножа колодязя;

г - питома вага матеріалу колодязя.

Рівнодіюча зусиль, що передаються на рівні ножа колодязя, дорівнюють:

R=T-Q=N2tg(в-ц0)-0,7гH

Рівнодіюча R приложена на 1/3 м від нижньої частини ножа колодязя. Ексцентриситет прикладного горизонтального навантаження R дорівнює:

евн=hk-1/3м

Згинальний момент в умовному затисненні ножа в стінці колодязя дорівнює:

Мвн=R*eвн2[N2tg(в-ц)-0,7гH]*(hk-1/3м)

Необхідна площа арматури на один погонний метр внутрішнього параметру ножа колодязя визначається за формулою:

.

Приклад №10. Визначити зусилля і необхідну площу арматури для ножа круглого в плані колодязя діаметром Д=30 м; для випадку коли колодязь занурений на половину глибини і нарощений наступною секцією висотою hc=6 м, а ніж заглиблений в грунт на глибину t1=1,0 м. Повна глибина занурення колодязя дорівнює 30 м. Колодязь прорізає товщу глинистих грунтів. Товщина стінки колодязя на рівні банкетки (ножа) складає 0,8 м, висота ножової частини колодязя дорівнює 1,5 м, кут нахилу скошеної поверхні ножа до горизонту ц=60о, кут тертя грунту по поверхні ножа дорівнює 24о, ширина банкетки ножа b1=0,4; ширина скошеної частини b2=0,4 м.

Визначається сила тертя грунту по боковій поверхні

кН

Визначається вага колодязя Gк: Gк=u*h*д*г=92,4*0,8*(6+15)*25=38800 кН

Визначається вертикальна складова реакції грунту по підошві ножа колодязя: N=Gk-Ртр=38800-29200=9600 кН

Визначаються складові реакції грунту по банкетці і по скошеній поверхні:

кН.

кН

Визначається горизонтальна складова зусиль, що діють на консоль колодязя: Т=N2*tg(в2-цo)=3200*tg(60o-24o)=2320 кН

Визначається підсумкове горизонтальне навантаження від тиску грунту і води: Q=0,7гkHk=0,7*10*15=105 кН

Визначається рівнодіюча зусиль, що передаються на рівні ножа колодязя: R=T-Q=2320-105=2215 кН

Ексцентриситет прикладного горизонтального навантаження: е=hн-1/3=1,0-0,3=0,7 м

Визначається згинальний момент в умовному затисненні ножа в стінці колодязя: Мвн=R*e=2215*0,7=1565 кНм

Визначається необхідна площа арматури на один погонний метр периметру ножа колодязя

Для кроку стержнів С=200 мм кількість стержнів по внутрішньому периметру ножа колодязя дорівнює:

штук

Площа одного стержня складає O=.

Армування ножа колодязя вертикальною арматурою конструктивне. Прийняти подвійне армування на всю висоту ножа 2 х 450 O 12 АІІІ.

Друга розрахункова схема відповідає випадку, коли колодязь занурений на повну глибину і грунт під його підошвою вибраний. Колодязь утримується тільки силами тертя грунту по боковій поверхні. Тиск грунту і води приймається як для розрахунку стінки колодязя на згин в горизонтальній площині, тобто:

Ргр=гНкtg(45-ц/2)-2c*tg(45-ц/2).

На консольну частину ножа hк діє горизонтальний тиск грунту Ргр і сили тертя грунту по боковій поверхні.

Схема визначення зусиль в ножовий частині колодязя для другого випадку

Сили тертя, що приходяться на консольну частину ножа колодязя, визначається за формулою:

де: hк - висота скошеної частини ножа колодязя;

Q - повна вага колодязя;

U - периметр ножа колодязя;

Н1 - висота колодязя.

За визначення навантаження на консольну ножову частину колодязя визначають згинальний момент в умовному затисненні консолі

Необхідна площа поперечного перерізу вертикальної арматури для ножової частини визначається за формулою:

Необхідна площа поперечного перерізу поперечної арматури визначається по максимальному із зусиль, які виникають на рівні затиснення колодязя.

или

де:N - вертикальна складова реакції грунту по підошві ножа колодязя;

Т - сила тертя, що приходиться на консольну частину ножа колодязя;

Rsx - розрахунковий опір поперечної арматури;

asx - крок поперечної арматури в межах висоти колодязя.

Приклад №11.

Визначити зусилля і необхідну площу поперечного перерізу арматури ножової частини колодязя глибиною занурення Нк=30 м, наружним діаметром Д=30 м, який прорізає товщу глинистих грунтів з характеристиками г=18,0 кн/м3; ц=22о; С=30 кПа. Висота ножової частини hk=1,5 м, товщина стінки д=0,8 м.

Визначається тиск грунту на рівні ножа колодязя Ргр=18,0*30*tg2(34о)-2*30*tg(45-11o)=205,5 кПа

Визначається повна вага колодязя Qk=гHkUдст.=25*30*92,4*0,8=55500 кн;

Визначається згинальний момент в умовному затисненні консолі ножа

Визначається необхідна площа поперечного перерізу вертикальної арматури ножа:

Визначається необхідна площа поперечного перерізу поперечної арматури ножа:

3.6 Розрахунок колодязя на спливання

Такий розрахунок виконується на випадок, якщо колодязь занурений до проектної позначки і знаходиться нижче рівня підземних вод, виконана залізобетонна плита днища колодязя і відкачана вода із внутрішньої порожнини колодязя. За рахунок тиску води на днище колодязя, останній може спливати і підніматися догори (доверху).

Перевірка колодязя на спливання виконується за формулою:

де: Gk - вага колодязя з плитою днища;

Ртр - сила тертя грунту по боковій поверхні колодязя, з коефіцієнтом перевантаження який дорівнює 0,9;

hw - висота води вище дна колодязя;

А?н - площа днища колодязя;

гw - питома вага води (гw10 кн/м3).

Вага колодязя з плитою днища дорівнює:

Gk=дстUHxгx+Anihniгnл

Сила тертя грунту по боковій поверхні колодязя визначається за формулою:

Приклад №12

Виконати перевірку опускного колодязя на спливання. Колодязь занурюється в піщаний грунт середньозернистий і середньої щільності на глибину Нк=320 м. Колодязь прямокутний з розмірами в плані 36,0 х 36,0 м. Товщина стінки колодязя д=0,9 м; підземні води на глибині 14 м від рівня природно рельефу. Плита днища залізобетонна, товщиною hпл=0,9 м.

Визначається вага колодязя і плити днища. Gк=0,9*144*32*25+1296*0,9*25=133200 кН.

Визначається сили тертя грунту по боковій поверхні колодязя. Ртр=0,7фіhiU=(58*32*144)*0,7=186500 кН

Визначається піднімальна сила води. Pw=гwAднhw=10*1296*18м=234280 кН

Перевіряємо умову спливання. (умови не виконуються)

Згідно з одержаним коефіцієнтом К<1. Колодязь спливає і може піднятися на висоту

.

Для того, щоб зупинити підняття колодязя гідростатичним тиском необхідно: 1) збільшити сили тертя грунту по боковій поверхні колодязя; 2) закріпити колодязь в грунті анкероми. Кількість анкерів визначають за формулою:

де:Fd - несуча здатність анкера на виривання його з грунту.

3.7 Розрахунок плити днища колодязя

При розрахунку плити днища опускного колодязя можливі дві розрахункові схеми.

1. Плита днища вільно опирається по контуру ножа колодязя і навантажена знизу реактивним тиском грунту R. Реактивний тиск “R” визначається за формулою:

де:Gi - підсумок всіх вертикальних зусиль від ваги колодязя і технологічного устаткування;

Ртр - опір сил тертя по боковій поверхні колодязя;

Адн - площа поверхні днища колодязя.

Зусилля в конструкції плити визначають методами теорії пружності, як для плит що опираються по контуру, або з використанням даних довідників (наприклад: «Справочник по теории упрогости (для инженеров строителей) под редакцией П.М.Варвака. К. 1971г., «Справочник проектировщика» «Расчетно-теоритический» 1934 г., «Железобетонные конструкции» кол. авторов, под редакцией С.А.Ривкина 1973 г.).

1. Зусилля в прямокутних плитах визначаються з таблиць №14.31.

Зусилля - М: Мк=бкР; Мд=бдР; Мк=-вкР; Мд=-вдР; Р=Rlklq.

де:бк,бд,вк,вд - табличні коефіцієнти в залежності від характеру опирання плити, на опорі (б) і в прогоні (в).

R=Р - навантаження на плиту (реактивний тиск грунту).

lklq - відповідно лінійний розмір плити в довгому і короткому напряму.

2. Зусилля в круглих плитах, навантажених реактивним тиском R, розраховується за формулами в залежності від умов опирання.

для плит що вільно опираються по контуру

для плит що жорстко опираються по контуру

де:P=R*a2*р; м - коефіцієнт Пуасона матеріалу плити;

с - відстань від центра плити до точки в якій визначається зусилля (в долях від радіуса);

r=a - радіус плити;

Мr - згинальний момент в радіальному напрямку;

Мt - згинальний момент в тангенціальному напрямку.

За визначеними зусиллями на опорах і прогонах розраховується необхідна площа поперечного перерізу арматури.

Армування плити виконують в двох рівнях - верхні сітки по прогонному згинальному моменту і нижні сітки по опорним згинальним моментам.

Приклад № 13.

Визначити зусилля в плиті днища опускного колодязя розміром в плані 18,0 х 36 м, зануреного до проектної позначки - 30,0 м від рівня природного рельєфу, якщо товщина плити прийнята 0,90 м; реактивний тиск грунту на плиту днища R=Q=350 кПа. Проектом передбачено жорстке опирання плити на ніж колодязя.

В розрахунку використовуємо довідкові данні табл. №14.31 схема №9: «железобетонные конструкции» Кол. авт пид ред. С.А.Ривкина. 1973 г.» для випадку lд/lk=2,0; бk=0,0183; бд=0,0046; вк=0,0392; вд=0,0098. Згинаючі моменти відповідно дорівнюють:

Мк=бкР=0,0183*lr*lq*д=0,0183*18,0*36,0*350=4150,44 кНм - згин коротких

Мд=бдР=0,0046*lr*lq*д=0,0046*18,0*36,0*350=1043,28 кНм - згин довгих

=-вкР=-0,0392*lr*lq*д=-0,0392*18,0*36,0*350=-8890,56 кНм - згин коротких

=-вдР=-0,0098*lr*lq*д=-0,0098*18,0*36,0*350=-2222,64 кНм - згин довгих стержнів.

Таким чином розрахунком одержані:

Максимальні опорні згинальні моменти =8890,56 кНм; =2222,64 кНм.

Максимальні прогонні згинальні моменти Мк=4150,44 кНм; Мд=1043,28 кНм.

А. Необхідна площа поперечного перерізу арматури на опорі дорівнює

По короткій стороні

По довгій стороні

Відстань між стержнями арматури (крок арматурних стержнів) пропонується прийняти С=0,2 м; кількість стержнів арматури по короткій і довгих сторонах дорівнює

Площа одного стержня + довгій стороні відповідно дорівнює:

O=

Площа одного стержня + короткій стороні відповідно дорівнює:

O=

Таким чином формується нижня сітка плити днища.

Б. Необхідна площа поперечного перерізу арматури в прогоні плити дорівнює:

Перпендикулярно короткій стороні

Перпендикулярно довгій стороні

Відстань між стержнями арматури (крок арматурних стержнів) пропонується прийняти С=0,2 м; кількість стержнів по короткій стороні Пк=91 шт; по довгій Пд=181 шт.

Площа одного стержня + довгій стороні відповідно дорівнює:

O=

Площа одного стержня + короткій стороні відповідно дорівнює:

O=

Таким чином формується верхня сітка плити днища. Влаштування плити днища колодязя виконується після того, коли виконана бетонна підготовка для колодязів, що занурюються вище рівня підземних вод, і бетонна подушка для колодязів, що занурюється нижче рівня підземних вод. Тому захисний шар бетону для арматурних виробів допускається приймати не більше як 50 мм. Звідси одержимо розміри стержнів по довгій і короткій сторонах плити: для нижньої стінки - за опорним моментом і для верхньої стінки - за прогоновим моментом з урахуванням скошеної поверхні ножа колодязя під кутом в?60о і ширини банкетки ножа. Таким чином одержимо довжини стержнів в короткому і довгому напрямках для нижньої і верхньої сітки плити днища опускного колодязя.

Верхню і нижню сітки набирають окремим стержнями, зварюють на місці контактним зварюванням.

Для сприйняття поперечно зусилля (навантаження) розраховують і формують поперечну арматуру, яка в процесі монтажу арматурних виробів плити днища переходить в монтажні каркаси. Монтажні каркаси сприймають поперечні зусилля, а також підтримують верхню стінку плити. Крок монтажних каркасів в поздовжньому поперечному напрямках приймається з розрахунку, але не повинен перевищувати три відстані між стержнями верхньої і нижньої стінок. Це забезпечує жорсткість просторового каркасу плити днища. Монтажні каркаси також збирають, зварюють на місці і монтують на підготовлену нижню сітку плити в повздовжньому і поперечному напрямках. По змонтованих монтажних каркасах формується верхня сітка плити.

Можливий варіант виготовлення арматурних сіток на поверхні, а потім окремими сітками на місці збирають нижню сітку, монтажні каркаси і верхню сітку.

Монтажні каркаси розраховують на сприйняття поперечного навантаження, яке дорівнює реакції на опорі вздовж сторони lq: вздовж сторони lk: кн/м.

Приклад №14.

Визначити зусилля в плиті днища круглого в плані опускного колодязя діаметром 30 м. Товщина плити днища дорівнює hпл=0,9 м, реактивний тиск грунту на плиту днища R=q=350 кПа. Проектом запропонована жорстке з`єднання плити днища з ножем колодязя.

Згинальні моменти в радіальному і тангенціальному напрямках розраховуються за формулою:



Максимальні згинальні моменти будуть відповідати стану, коли с=0; і с=1 (r - радіус плити), тоді одержимо:

- для радіального згинального моменту в центрі плити с=0;

- для радіального згинального моменту на опорі с=r;

- для тангенціального згинального моменту в центрі плити с=0;

- для тангенціального згинального моменту на опорі с=r;

Для даної умови задачі при м=0,16 (залізобетонна плита) одержемо:

формується верхня сітка в прогоні плити

нижня сітка на опорах.

За визначеними згинальними моментами розраховується необхідна площа поперечного перерізу арматури.

Верхня сітка

Середня довжина кола плити дорівнює

Крок стержнів по середині радіуса приймається 0,4 м;

Кількість стержнів дорівнює штук;

Площа одного стержня радіальної арматури дорівнює:

O=

Кількість стержнів в тангенціальних кругах дорівнює (відстань

С=0,2м): штук; O=14мм

Площа одного стержня в тангенціальному напрямку дорівнює

;O=.

Нижні сітка (на опорі плити).

Необхідна площа радіальної арматури визначається за формулою:

Площа одного стержня в радіальному напрямку дорівнює:

, O=

Площа поперечного перерізу арматури в тангенціальному напрямку дорівнює:

Площа одного стержня в тангенціальному напрямку дорівнює

O=

Монтажні каркаси сприймають поперечне зусилля (навантаження) яке дорівнює:

На опорі і Q=0 в центрі плити

Відстань від стержнями (Крок) монтажних каркасів по радіусу слід задавати не більше трьох кроків тангенціальної арматури, збільшуючи відстань між стержнями (крок) в напрямку до центру.

Можливий варіант розрахунку плити днища круглого колодязя як квадратної плити зі стороною квадрата рівною діаметру круга (описаний квадрат) на тиск відповідно рівний

Розрахунок виконується за алгоритмом прикладу №13.

Послідовність розрахунку і проектування опускних колодязів як підземних споруд.

Виконується аналіз матеріалів інженерно-геологічних і інженерно-геодезичних вишукувань. На будівельному майданчику з розрахунком фізико-механічних характеристик грунту для кожного інженерно-геологічного елементу по глибині (ІГЕ).

Визначається вид опускного колодязя і спосіб його занурення.

Виконується збір навантажень на опускний колодязь:

а) на стадії будівельно-монтажних робіт згідно з параграфом 2.1 даних вказівок.

б) на стадії експлуатації колодязя (згідно з параграфом 2.2 даних вказівок.

Виконується розрахунок конструкції колодязя на будівельно-монтажні навантаження.

I Прямокутні колодязі.

а) Перевіряється умова занурення колодязя згідно з пунктом 3.1.

б) Перевіряється нижня секція опускного колодязя на згин згідно з пунктом 3.2.

в) Виконується розрахунок стінки колодязя на розрив, згідно з пунктом 3.3.

г) Виконується розрахунок стінки колодязя на згин в горизонтальній площині згідно з пунктом 3.4.

д) Розраховується ножова частина колодязя на згин, згідно з пунктом 3.5.

е) Виконується розрахунок колодязя на спливання згідно з пунктом 3.6.

ж) Розраховується плита днища опускного колодязя згідно з пунктом 3.7 за розрахунковою схемою як плита оперта по контуру.

и) Розраховується плита днища за розрахунковою схемою, як плита на пружній основі.

к) За виконаними розрахунками виконується конструюваня плити днища, ножа і стінки колодязя.

II Круглі колодязі.

а) Визначаються горизонтальні рівномірно-розподілені навантаження на нижні ділянки умовних секцій опускного колодязя згідно з пунктами 2.1,2.2.

б) Розраховується стінка колодязя на розрив згідно з пунктом 3.3.

в) Розраховується секція опускного колодязя на стиснення за формулою Ляме згідно з пунктом 3.4.в.

г) Визначається товщина стінки секції опускного колодязя за формулою Ляме згідно з пунктом 3.4.в.

д) Визначається оптимальна товщина стінки колодязя за умови занурення згідно з пунктом 3.1.

е) Виконується розрахунок ножової частини колодязя на згин за двома розрахунковими схемами згідно з пунктом 3.4.

ж) Перевіряється міцність нижньої секції колодязя на згин у вертикальній площині згідно з пунктом 3.4.

з) Виконується розрахунок колодязя спливання згідно з пунктом 3.6.

и) Виконується розрахунок плити днища колодязя за розрахунковою схемою плити, що жорстко оперта по контуру, або плита на пружній основі.

і) Виконується конструювання плити днища, ножа, стінки колодязя згідно з розрахунковими даними.

При занурені колодязя в тиксотропній сорочці додатково виконується розрахунок стінки і ножа колодязя на горизонтальний тиск грунту і гідростатичний тиск глиняного розчину.

колодязь опускний навантаження фундамент

4. Розрахунок і проектування масивних фундаментів які зводяться

способом “Опускного колодязя”

Масивні фундаменти способом “опускного колодязя” влаштовуються для окремо розташованих інженерних споруд, за умовою, що запропоновані попередні варіанти фундаментів не забезпечують надійну експлуатацію споруди, а при техніко-економічному обґрунтуванні кошторисна вартість фундаменту із “опускного колодязя” не перевищує ( а якщо перевищує, то не більше ніж на 15-20%)вартості попередньо запропонованих варіантів фундаментів.

Розміри фундаменту в плані визначаються розмірами опорної частини інженерної споруди. Глибина занурення фундаменту назначається виходячи з інженерно-геологічних умов будівельного майданчику із розрахунку, що підошва фундаменту опирається на міцніші і мало стисливі грунти з модулем деформації Е20:25Мпа.

Навантаження на фундамент складаються із власної ваги інженерної споруди, корисного навантаження, згідно з діючими будівельними нормами, горизонтального тиску вітру на високі інженерні споруди (водонапірні башти, димові труби, суцільні і наскрізні залізобетонні і металеві радіо і телевізійні башти, залізобетонні опори ЛЕП), горизонтального тиску води і льодоходу для опори мостів, горизонтального тиску грунту на берегові опори мостів, віадуків, шляхо-колієпроводів і багато інших споруд.

Всі навантаження приводяться до центру ваги підошви фундаменту у найневигідному варіанті сполучення навантажень у вигляді N - вертикальне діюче навантаження, М - згинальний момент.

N=M=Ti*hi+Q*H 4.1.

де:Ni- складові вертикальні навантаження від ваги споруди, корисного навантаження (вага води і обладнання водонапірних башт, вага конструкцій мостів, віадуків, поїздів і автотранспорту, що передаються на опори мостів, вага обладнання радіо-телевізійних башт, вага проводів і обладнання опор ЛЕП і інше);

Ті - горизонтальне навантаження на споруди (тиск вітру, тиск води і льоду, односторонній тиск обірваних проводів ЛЕП;

Hi - висота прикладення рівнодіючої горизонтального навантаження відносно центру ваги підошви фундаменту;

Q - поперечна сила на рівні верху фундаменту;

Нф - висота прикладення поперечної сили до підошви фундамента.

Розрахунок основ і фундаменту ведеться за умови:

у= 4.2.

де: у - напруга в основі фундаменту від діючого навантаження;

N - вертикальне навантаження на фундамент згідно з 4.1.

Qф - вага конструкції фундаменту і грунту на обрізах;

Qф=А*Нф*ср 4.3.

А - площа підошви фундаменту;

Нф - висота конструкції фундаменту;

ср= 20

(середньозважена питома вага конструкції фундаменту і грунту на обрізах).

Rf - опір бокової поверхні колодязя по грунту;

Rf=0.5Ufi*hi 4.4

U - зовнішній периметр поперечного перерізу фундаменту (колодязя);

fi - сила тертя грунту по боковій поверхні колодязя, приймається з таблиці №2 СНuП2.02.03-85;

hi - товщина і-го шару грунту, що прорізається колодязем;

М - згинальний момент в площині підошви фундаменту (колодязя);

W - момент опору підошви фундаменту.

W=; для прямокутного в плані фундаменту;

W=- для квадратного в плані фундаменту;

W=0,1Д3 - для круглого в плані фундаменту.

R - розрахунковий опір грунту основи зануреного колодязя.

R - розраховується згідно з діючими будівельними нормами СНuП2.02.01-83.

На дію горизонтальних навантажень і моментів масивні фундаменти розраховуються з урахуванням опору грунту та горизонтальному переміщенню фундаменту. Грунт навколо (колодязя) фундаменту розглядають як лінійно-деформований простір з коефіцієнтом постелі, що збільшується з глибиною за лінійним законом.

Коефіцієнт постелі в горизонтальному напрямку, нормальному до бокової поверхні колодязя, визначають за формулою:

Cz =K*Z

де: Сz - коефіцієнт постелі грунту на глибині Z від поверхні землі (КН/м3);

К - коефіцієнт пропорціональності КН/м4 , залежить від виду грунту і приймається з таблиці

Вид грунту	Коефіцієнт пропорціональності К (КН/м4 )
	Забивні палі	Палі-оболонки, колодязі, стовпи і плити.
1. Глини і суглиння текучопластичні 0,75<Іі 1,0	650 - 2500	500 - 2000
2. М”якопластичні глини і суглинки пластичні супіски і піски дрібні (0,6е0,8)	2500 - 5000	2000 - 4000
3. Глини і суглинки 0Іі 0,5, супіски Іі <0; піски дрібні (0,6е0,75) піски середньої зернистості (0,55е0,70)	5000 - 8000	4000 - 6000
4. Глини і суглинки (Іі<0) піски крупні (0,55е0,70)	8000 - 13000	6000 - 10000
5. Піски гравелисті (0,55е0,70) гравій, галька з піщаним заповнювачем.	-	10000 - 12000

Якщо приведена глибина занурення фундаменту (колодязя) =бh?2,5, то при визначенні тиску на грунт фундамент можна вважати абсолютно жорстким ЕІ??, а його особистими деформаціями можна знехтувати.

Коефіцієнт деформації б визначають за формулою СНиП 2.02.03-85*

(4.5),

А при необхідності визначається по таблиці.

де:К - коефіцієнт пропорціональності (табл.);