Верхнее строение

Конструирование верхнего строения оторочек (оголовка, распред. пояса и узла крепления анкерной тяги) зависит от вида лицевой стенки (согласно заданию) и выполняется на примере имеющихся решений для больверков соответствующей конструкции.

Анкерная стенка

Выбор варианта конструкции анкерной стенки (из стального шпунта, труб или железобетонных элементов) производится студентом самостоятельно в увязке с конструкцией стенки оторочки.

Узел крепления анкерных тяг к стенке выполняется на основе имеющихся решений для соответствующих конструкций.

Анкерные тяги

Тяги проектируются обычно из стали круглого сечения диаметром 60-100 мм в зависимости от расчетных усилий. Шаг анкерных тяг завис от размера поперечного сечения (ширины) конструктивного элемента лицевой стенки, рекомендуемый шаг анкерных тяг в плане l_a составляет для случаев:

– стального шпунта типа Ларсен – 1,68 м;

– железобетонного призматического шпунта – 1,56 м;

– железобетонного таврового шпунта – 1,58 м;

– свай оболочек и трубошпунта равен наружному диаметру плюс зазор между оболочками (трубами);

– комбинированного шпунта равен расстоянию по осям двутавров с учетом ширины шпунтовой вставки;

– для стального шпунта с наклонными грунтовыми анкерами – 1,68м.

Для прокладки анкерных тяг разбирается верхнее строение существующего сооружения (до отметки не ниже +0,5м.). В случае сооружения типа больверк разборка производится до уровня узла крепления анкера (с запасом не менее 0,1м.). В случае сооружения типа свайной эстакады производиться разборка бортовой балки и анкерные тяги прокладываются по плите ростверка, которая служит опорой для тяг против их провисания в период монтажа.

ККС

После определения основных размеров оторочки-больверка составляется конструктивно-компоновочная схема. ККС вычерчивается на миллиметровке в масштабе 1:100.

Предварительная глубина погружения лицевой стенки принимается 0,5 глубины у оторочки ККС используется для составления расчетной схемы.

4.2 Расчет оторочек-больверков

4.2.1 Общие положения.

Оторочку рекомендуется рассчитывать по предельным состояниям в соот­ветствии с требованиями СНиП 2.06.01-86 "Гидротехнические сооружения" и указаниями РД 31.31.27-81 [9].

Расчёт оторочек перед существующим сооружением производится ана­логично расчёту больверка, т. е. графоаналитическим способом либо методом конечных элементов (МКЭ) на ЭВМ (по программе Plaxis).

Расчетная плоскость.

Положение расчётной плоскости лицевой стенки оторочки рекомендуется принимать:

а) для элементов из свай-оболочек - на расстоянии 0,25 их диаметра от оси стенки в сторону засыпки;

б) для ж/б призматического шпунта - по тыловой грани стенки;

в) для ж/б таврового шпунта — по линии центра тяжести шпунта;

г) для металлического шпунта - по оси замков.

Величина крановой эквивалентной нагрузки и эпюра распора от крановой нагрузки определяется в соответствии с рекомендациями [7,9]. Рекомендуется учитывать только нагрузку от прикордонной ноги крана, принимая дав­ление от тыловой ноги равное равномерно распределённой нагрузке от склади­рования грузов в этой зоне (q).

Жесткость стенки.

До начала расчёта следует установить, по какой расчётной схеме работает стенка. Для этого определяют соотношение δ/t, где δ_c - это высота приведенного к прямоугольнику сечения железобетонного элемента стенки из бетона марки М300 (В22,5), которая определяется по формуле

(4.1)

где t - глубина погружения стенки в предположении её полного защемления, м;

I - момент инерции сечения железобетонного элемента стенки, м⁴;

b - размер сечения элемента стенки в направлении линии кордона (для свай-оболочек " b " равно диаметру сваи-оболочки, для тавровых шпунтов b=b_П);

∆ - проектный зазор между элементами стенки.

В случае применения бетона класса выше, чем В22,5, в числитель формулы (4.1) следует ввести множитель n_Е равный отношению начального модуля упругости бетона элемента стенки к бетону класса В22,5.

Если δ_c/t ≤ 0,06 - стенку рассматривают как гибкую и рассчитывают как защемлённую или частично защемлённую.

Если δ_c/t > 0,06 - это стенка повышенной жёсткости и рассчитывается как свободно опёртая.

4.2.2 Методы построения эпюр на экранированные стенки.

Активное давление грунта на оторочки-больверки зависит от типа, примыкающих к ним старых сооружений. Эти сооружения по разному уменьшают давление грунта. В зависимости от их типа применяют следующие методы расчета распределения давления грунта по высоте стенок-оторочек (см. табл. 4.1).

Таблица 4.1

Ниже приводятся правила построения эпюр активного давления грунта на оторочки-больверки указанными методами.

4.2.2.1 Случай старого сооружения гравитационного типа

РИСУНОК

Рис. 4.2 Вид эпюры активного давления грунта при влиянии гравитационного сооружения.

Вначале вычерчивается оторочка-больверк и старое сооружение строго в масштабе (1:100) согласно ранее принятому конструктивному решению. Предварительно принимают глубину погружения шпунта равной примерно 0,5 глубины у оторочки. Назначают отметку точки «К» конструктивно как низ разборки верхнего строения старого сооружения (для прокладки анкерных тяг).

Следующий этап - установление границ экранирования. Для этого применяется условный метод. Началом экранирования считается точка 1 (см. рис. 4.2), которая находится проведением из точки «К» плоскости обрушения засыпки под углом β = 45 ͦ - φ/2 до пересечения с расчетной плоскостью стенки-оторочки.

Конец экранирования находится в точке 3, определяемой проведением плоскости обрушения грунта под углом β от основания старого сооружения до расчетной плоскости оторочки. При этом угол внутреннего трения φ принимается средневзвешенным по слоям грунта.

Эпюра давления грунта имеет возрастающий характер от поверхности засыпки до точки 1 (рис. 4.2) где ордината равна γhλ_а. Ниже точки 1 до точки 3 интенсивность давления принимается постоянной. Вертикальная линия на этом участке эпюры может иметь ступенчатый характер на границе слоев грунта имеющих разное значение угла .

На уровне точки 3, где кончается экранирование, давление грунта определяется с учетом действия всех вертикальных сил, приложенных на уровне подошвы сооружения как q_срλ_а (рис. 4.2).

Ниже, на уровне точки 4 давление определяется величиной (q_ср+γh)λ_а, где h высота слоя грунта от точки 3 до низа шпунта.

Осредненная равномерно распределенная нагрузка на уровне подошвы старого сооружения (см. рис. 4.2.) определяется по формуле

(4.2.2)

где g ₁ – вес сооружения (с учетом взвешивания в воде), тс/п.м;

g₂ – вес грунта над сооружением тс/п.м;

P_q1 =q₁· b – величина от эксплуатационной нагрузки q₁ находящейся над сооружением, по ширине b, тс/п.м;

F – расчетная площадь подошвы сооружения, равная 1_п.м · В, м²;

Р_{к р} – величина крановой нагрузки (в случае расположения кордонной ноги крана над старым сооружением). Р_кр = n·P_кат/L_к, где Р_кат нагрузка на каток, n - число катков в ноге крана, L_к – длина участка нитки пути, на которой расположены катки.

В случае расположения ноги крана в промежутке между оторочкой и старым сооружением необходимо к ранее построенной эпюре прибавить прирост давления грунта от крана с величиной ординаты равной Q_кр^экв·λ_а на участке высоты c, d. Величина эквивалентной крановой нагрузки Q^экв определяется по известной методике, применяемой при расчете обычных больверков по формуле тс/м².

Обозначения и схему влияния крановой нагрузки смотри источник [7], с. 17-19.

4.2.2.2 Случай старого сооружения больверкового типа

Учитывая небольшое расстояние оторочки от старого сооружения, между стенками возникает силосное давление грунта, которое как правило меньше кулоновского. Исключение составляет случай когда оторочка достаточно далеко от старого сооружения, т.е. больше ширины призмы обрушения, проведенной от уровня защемления стенки оторочки до поверхности засыпки.

Порядок определения давления грунта на оторочку:

а) давление от поверхности засыпки до уровня крепления анкера определяется по Кулону с учетом действия равномерно распределенной нагрузки;

б) давление от уровня анкера до низа стенки старого сооружения определяется по Янсену как силосное давление. Эпюра давления на этом участке имеет слегка криволинейную форму;

в) ниже конца стенки старого больверка эпюра строится по Кулону с учетом эксплуатационной нагрузки (см. рис.4.3).

РИСУНОК

Рис. 4.3 Вид эпюры активного давления грунта при силосном влиянии.

Определение силосного давления грунта.

Величину силосного давления грунта между стенами определяют по формуле

, (4.3)

где - интенсивность вертикального давления грунта в силосе на глубине Z, отсчитываемого от уровня крепления анкерной тяги; при его подсчете можно пренебречь удельным весом сухого грунта до тяги, приняв первый слой грунта от уровня тяги до дна с удельным весом грунта засыпки в воде , кН/м³ ;

(4.4)

где

(4.5)

(4.6)

z – текущая координата по высоте силоса, отсчитываемая от уровня тяги;

h_i – высота і-го слоя грунта, м;

f_i – коэффициент трения грунта о стенку, принимаемый равным tg0,5 ;

– коэффициент горизонтальной составляющей активного давления, грунта, принимаемый с учетом трения грунта о стенку при = 0,5 ;

– параметр, определяемый для каждого слоя грунта с одинаковыми физико-механическими характеристиками;

a – расстояние между расчетными плоскостями лицевой и экранирующей стенками, м;

–сумма высот слоев грунта, расположенных выше того слоя грунта, для которого определяют силосное давление.

Если на участке между стенками находится грунт с одинаковыми характеристиками, то формула (10) принимает вид

(4.7)

Расчет ординат силосного давления грунта рекомендуется выполнять в табличной форме, определяя ординаты давления в различных точках по высоте силоса (положение точек определяется координатой z_i, располагаемых по высоте силоса через 1...2 м, при этом z = 0 принимают на уровне крепления анкерной тяги).

Таблица

4.2.2.3 Случай старого сооружения свайного типа

Наличие свай в засыпке уменьшает давление грунта на стенку оторочки. Экранирующее влияние свай зависит от продольного шага свай и расстояния оторочки до первого ряда свай.

Влияние второго и последующих рядов свай в расчетах обычно не учитывают.

На стенку оторочки давит массив засыпки, ограниченный сводами образующимися в грунте между сваями. Подробнее о физике явления см. источник [7], с. 63.