15.4. МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ (ч. 1)
Расчеты при проектировании колодцев должны производиться на нагрузки и воздействия, которые определяются условиями строительства и эксплуатации сооружения.
Расчетные нагрузки принимаются как произведение нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке, учитывающий возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную сторону от нормативных значений и устанавливаемый в зависимости от рассматриваемого фактора.
Нормативные нагрузки, коэффициенты надежности по нагрузке (табл. 15.1) и сочетания нагрузок должны приниматься в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 и СНиП II-6-74.
ТАБЛИЦА 15.1. КОЭФФИЦИЕНТЫ НАДЕЖНОСТИ ПО НАГРУЗКАМ НА ПЕРИОД СТРОИТЕЛЬСТВА
Нагрузки и воздействия | Обозначение | Коэффициент надежности по нагрузке |
Постоянные | ||
Вес строительных конструкций, Н: стен днища |
Gw Gp |
1,1 (0,9) |
Основное давление грунта, Па | pg | |
Дополнительное давление грунта от наклона пластов, Па | pgi | |
Гидростатическое давление подъемных вод, Па | pω | |
Сила трения стен колодца по грунту при расчете на всплытие, Н | T1 | 1,0 |
Пригрузка колодца анкерами против всплытия, Н | Qa | |
Кратковременные | ||
Сила трения стен колодца по грунту при погружении, Н | T2 | 1,1 |
Пригрузка колодца при погружении, Н | Ql | 1,0 |
Сопротивление грунта под подошвой ножа при погружении колодца, Н | Fu | |
Дополнительное горизонтальное давление грунта, вызываемое креном колодца, Па | pgs | 1,1 (0,9) |
Примечания: 1. Значения коэффициента надежности по нагрузке, указанные в скобках, должны приниматься при расчете на погружение и всплытие, устойчивости на опрокидывание и скольжение, а также в других случаях, когда ухудшаются условия работы конструкций.
2. При расчете конструкций и оснований по деформациям коэффициент надежности но нагрузке принимается равным 1.
Для колодцев, погружаемых в обводненных грунтах без водопонижения с подводной разработкой грунта, вес стен колодца, находящихся ниже уровня воды, в период погружения определяется с учетом взвешивающего действия воды. Гидростатическое давление подземных вод pω следует учитывать для частей колодца, погружаемых ниже уровня подземных вод в любые грунты, независимо от способа погружения колодца. Расчетный уровень подземных вод принимается по максимально высоким данным прогноза.
Горизонтальное давление грунта на колодец определяется как сумма давлений: основного рg — от веса грунта с горизонтальной поверхностью и с постоянной на ней нагрузкой, с учетом влияния сил трения, действующих по боковой поверхности колодца, и дополнительного — от наклона пластов рgi и возникающего при кренах погружаемого колодца pgs.
Для колодцев, погружаемых ниже уровня подземных вод, значение общего горизонтального давления определяется как сумма давлений (основного и дополнительного) грунта и гидростатического давления подземных вод, при этом основное давлении грунта определяется с учетом взвешивающего действия воды.
Удельный вес грунта γsb с учетом взвешивающего действия воды определяется по формулам:
где γs — удельный вес частиц грунта, который в среднем может быть принят: для песка 2,66·104 Н/м3, для супеси и суглинка 2,7·104 Н/м3, для глин 2,74·104 Н/м3; γω — удельный вес воды 104 Н/м3; e — коэффициент пористости; γd — удельный вес сухого грунта, Н/м3; n — пористость, %
Значение основного давления грунта на колодец определяется как активное давление грунта на цилиндрическое ограждение:
где Кр — коэффициент, учитывающий дополнительное давление грунта, возникающее в результате действия сил трения (определяется по рис. 15.9); рa.r — активное давление грунта на гладкое цилиндрическое ограждение:
здесь γ — удельный вес грунта; r — наружный радиус круглого в плане колодца или условный радиус для некруглых колодцев (рис. 15.10); φ — угол внутреннего трения грунта, град;
h — расстояние от поверхности грунта до рассматриваемого сечения; q — равномерно распределенная нагрузка, Н/м2; с — сцепление грунта, Па; K — коэффициент, учитывающий уменьшение сцепления грунта в результате сдвига в призме обрушения.
В зависимости от консистенции грунта значение K рекомендуется принимать:
Консистенция грунта | K |
для твердой консистенции | 0,22 |
для полутвердой консистенции | 0,25 |
для тугопластичной консистенции | 0,20 |
для мягкопластичной консистенции | 0,05 |
Формула для определения рa.r может быть представлена в виде:
pa.r = γrF1 + qF2 – KcF3,
где F1, F2 и F3 — функции, зависящие от угла внутреннего трения φ и коэффициента n (определяются по рис. 15.10–15.12).
Если колодец погружается в грунт с разнородными напластованиями, то при расчете удобнее весь грунт, лежащий выше расчетного сечения, заменять эквивалентным слоем, приведенным к удельному весу рассматриваемого слоя. Высота этого слоя определяется по формуле
где Σγihi — полный вес лежащих выше слоев грунта; γ — удельный вес грунта рассматриваемого слоя.
Коэффициент неравномерности Ku давления грунта по периметру колодца в период его погружения вычисляется по выражению
В формуле (15.9) значения pg, pgi и pgs, определяются для глубины h = Hw – Нb/2 (где Hw — проектная глубина погружения колодца; Hb — высота ножевой части колодца или I расчетного пояса.
Значение Ku для колодцев, погружаемых без тиксотропной рубашки, следует принимать не менее 1,25.
Дополнительное давление грунта, вызываемое наклоном пластов, определяется по формуле
где α — коэффициент, принимаемый в зависимости от угла наклона пластов ψ:
ψ рад. | 0,139 | 0,176 | 0,262 | 0,349 | 0,437 | 0,524 |
α | 0,02 | 0,06 | 0,15 | 0,25 | 0,37 | 0,50 |
Обусловленное наклоном пластов дополнительное давление грунта, нагружая колодец с одной стороны, вызывает симметричный отпор грунта с противоположной стороны. Для круглых в плане колодцев эту нагрузку рекомендуется принимать изменяющейся в плане по наружному контуру по закону косинуса, т.е. pgicosβ (рис. 15.13). Дополнительное давление грунта, вызываемое кренами колодца, можно определить по предложенным ВНИИГСом формулам:
для круглого колодца
для прямоугольного колодца
где Gw — расчетное значение веса опускного колодца при погружении; γpl — коэффициент надежности погружения, обычно принимаемый равным 1,15; a и b — наибольшая и наименьшая стороны прямоугольного колодца, м; T2 — расчетная сила трения грунта выше ножевой части колодца, определяемая для глубины h = Hw – Hb через удельную силу трения грунта t по боковой поверхности колодца из выражения
здесь γс — коэффициент условий работы, принимаемый: 1,2 — для плотных песков с гравием или щебнем и 1,0 — для остальных грунтов; AI — площадь поверхности ножевой части колодца или I расчетного пояса.