Промежуточный расчёт несущей способности сваи по боковой поверхности

Σ γ_{с f} f _ih_i =484,55кН/м

7. Несущая способность сваи по грунту.

А = πd ² / 4 = 3,14 · 1,7² / 4 = 2,27 м ;

U = πd = 3,14 · 1,7 = 5,338 м;

F_d = 1 (1 · 2599,43 · 2,27 + 5,338 · 484,55) = 8487,23 кН.

Задание № 3. Расчет свободно стоящего металлического

Шпунтового крепления стен котлована

Исходные данные

Котлован глубиной H_к расположен на местности, не покрытой водой.

Высота грунтовой воды над уровнем дна котлована h _w (табл. 3.1).Выше дна котлована залегают несвязные грунты, ниже дна – связные, являющиеся водоупором (табл.3.2). На поверхности действует распределенная нагрузка q (табл.3.1). Схема котлована и грунтовая колонка показаны на рис. 3.1.

Таблица 3.1

Данные о глубине котлована, высоте воды и действующей нагрузке

Таблица 3.2

Варианты характеристик грунта

№ варианта	Физико-механические показатели грунта
I слой	II слой
, кН/м3	, град	вз , кН/м3	град	, кН/м3	, град	, кПа
	18,0		10,5		20,3
	17,5		11,2		19,5
	16,9		9,8		19,8
	18,2		12,0		18,7
	17,0		9,5		20,0
6
16,7		10,6		19,2
	18,3		10,3		18,9
8
17,7		11,5		19,4
	16,5		10,7		20,5
	17,2		10,0		18,5

а) б)

Рис. 3.1. Схема котлована (а) и грунтовая колонка (б)

Требуется: определить сечение шпунта и глубину его забивки ниже дна котлована.

Методические указания

Для расчета шпунтового ограждения необходимо определить давление грунта с наружной и внутренней сторон ограждения.

Давление грунта, обусловленное его внутренним трением:

активное давление ;

пассивное давление .

Вертикальное давление на данном уровне р_в определяется суммированием давлений от собственного веса вышележащих слоев грунта и давления воды

.

Коэффициенты активного и пассивного давлений грунта вычисляются по формулам

;

.

Для связных грунтов активное давление снижается на величину

,

а пассивное сопротивление грунта повышается на величину

.

В однородном связном грунте при Рас > Раφ ограждение в пределах h_o не испытывает давление грунта.

Величина h₀=(Рас – Раφ)/(γ_I λ_а).

Наибольшее значение давления воды вычисляется как

,

где – удельный вес воды, 9,81 кН/м³; h_w – разность уровней воды вне и внутри ограждения.

При наличии в основании связного водонепроницаемого грунта расчет шпунта выполняют по двум расчетным схемам:

I схема – ниже кровли связного грунта с наружной стороны ограждения учитывается активное давление грунта и не учитывается давление воды. Давление воды на кровле водоупора принимают равным ( – высота воды над водоупором);

II схема – ниже кровли водоупора с наружной стороны ограждения учитывается давление воды в пределах глубины образования зазора h_п = (0,5…0,6) h, активное давление грунта водоупора не учитывается.

После определения давлений строят их эпюры.

Минимальную глубину h забивки шпунта (считая от дна котлована) по условию обеспечения устойчивости стенки против опрокидывания определяют исходя из равенства

,

где М_а – момент всех активных (опрокидывающих) сил; М_п – момент пассивных (удерживающих) сил; m₀ – коэффициент условий работы, m₀ = 0,8.

Из двух значений h, установленных по обеим схемам, принимают наибольшее.

Полную глубину погружения шпунта принимают на 20 % больше минимальной h^'= 1,2 h.

Расчет шпунта на прочность производят на максимальный изгибающий момент в стенке M _max в сечении с Q_z =0.

Профиль стального шпунта, обеспечивающий прочность ограждения, подбирают по моменту сопротивления 1м стенки в плане (табл. П.8)

,

где R_y – расчетное сопротивление стали, R_y =205 мПа.

Пример

Исходные данные

1. Расчет коэффициентов активного и пассивного давлений грунта:

Рис. 3.2. Схема котлована и грунтовая колонка

;

;

;

.

2. Определение давления грунта на шпунтовую стенку:

активное давление:

1) на уровне поверхности грунта

(кПа);

2) на уровне поверхности грунтовой воды с учетом характеристик грунта I слоя в сухом состоянии

(кПа);

3) на уровне поверхности грунтовой воды с учетом характеристик грунта I слоя в водонасыщенном состоянии

(кПа);

4) на уровне дна котлована с учетом характеристик грунта I слоя

5) на уровне дна котлована с учетом характеристик грунта II слоя

;

составляющая за счет внутреннего трения

составляющая за счет сцепления

6) на глубине h ниже дна котлована

пассивное давление:

1) на уровне дна котлована

2) на глубине h ниже дна котлована

(кПа).

3. Определение давления воды на шпунтовую стенку:

1) на уровне дна котлована

2) на глубине h_П ниже дна котлована примем h_П =0,5h.

4. Построение эпюр давлений на шпунтовую стенку.

5. Определение глубины забивки шпунта ниже дна котлована.

Сумма моментов всех сил относительно точки поворота О:

, m_о =0,8.

I схема:

II схема:

Полную глубину погружения шпунта определяем по схеме I, т.к. h (I) > h (II).

h^/=1,2∙h=1,2∙4,78=5,74 м.

6. Определение положения опасного сечения в шпунтовой стенке.

Q_z =0.

Положение опасного сечения определяем по I схеме

Q _z= 3,1∙1,5+0,5(11,7-3,1)1,5+12,46∙2,5+0,5(21,12-12,46)2,5+0,5∙24,53∙2,5+

+13,99 z +0,5∙11,4 z ∙ z –0,8∙39,76∙ z –0,8∙0,5∙35,2 z ²=0,

8,38 z ²+17,818 z –83,7375=0,

z=2,27м.

7. Расчет максимального изгибающего момента в шпунтовой стенке.

М мах = –2,79∙2,27³–8,91∙2,27²+83,74∙2,27+107,97=219,513 кН.

8. Определение момента сопротивления 1м шпунтовой стенки.

.

По табл. П.8 принимаем шпунт зетовый ШД–5 с моментом сопротивления W _x=1256 см.