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:

(15.3)

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:

pg = (1 + Kp)pa.r
(15.4)

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:

(15.5)

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;

λ = 2 tgφ tg(π/4 + φ/2);
(15.6)
rB = r + htg(π/4 – φ/2);
(15.7)

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
Зависимость коэффициента Кр
Рис. 15.9. Зависимость коэффициента Кр от h/r

Формула для определения рa.r может быть представлена в виде:

pa.r = γrF1  + qF2KcF3,

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

he = Σγihi/γ,
(15.8)

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

Ku = (pg + pgi + pgs)/pg.
(15.9)

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

pgi = αpg,
(15.10)

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
Рис. 15.10. Зависимость n от h/r и F1 от n
Рис. 15.11. Зависимость F2 от n
Рис. 15.12. Зависимость F3 от n

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

;
(15.11)
Рис. 15.13. Распределение основного и дополнительного давления грунта

для прямоугольного колодца

,
(15.12)

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

t = γc(pgtgφ + Kc),
(15.13)

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.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения