15.4. МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ (ч.3)

Расчеты для условий строительства. Погружение колодца обеспечивается при соблюдении условия

где G_w, Q, Т₂, F_u — расчетные нагрузки, подсчитанные с коэффициентами перегрузки в соответствии с табл. 16.1.

Расчет на погружение производится на наибольшую глубину. Если во время погружения стены колодца наращиваются, расчет должен производиться для каждого яруса. Колодец, погружаемый в грунты с разнородными напластованиями, следует рассчитывать по глубине погружения, для которой значение знаменателя в формуле (15.24) является максимальным. Усилия, передаваемые на опоры и обеспечивающие закрепление колодца против самопроизвольного погружения ниже проектной отметки должны определяться по формуле

Расчет наружных стен на прочность производится для наибольшей (проектной), глубины погружения и для каждого яруса (при погружении колодца ярусами).

Стены прямоугольных колодцев рассчитываются по поясам: при расчете нижнего пояса к нагрузке на этот пояс добавляется нагрузка, действующая на ножевой пояс снаружи. Расчетные пояса назначаются через 2—3 м по высоте и в соответствии с конструктивными особенностями (уступы стен, перекрытия, отверстия, проемы и пр.).

Расчет стен круглого колодца также ведется по поясам с учетом неравномерности давления от активного давления грунта исходя из предположения возможных перекосов при его опускании.

Коэффициент неравномерности давления грунта при опускании колодца K_u определяется согласно выражению (15.9). Расчет нижнего пояса круглого колодца ведется аналогично расчету пояса прямоугольного колодца.

Стены опускных колодцев должны рассчитываться на воздействие их собственного веса при установке его на фиксированные зоны опирания. Положение фиксированных зон определяется условиями равенства опорных и пролетных моментов в стенах прямоугольных колодцев. Круглые колодцы рассчитываются из условия опирания их на три фиксированные зоны.

При опускании колодца с подводной разработкой грунта расчетные усилия (моменты и поперечные силы) увеличиваются на 15 % из-за сложности контроля за положением опорных зон.

Расчетная нормальная сила N при расчете на разрыв в результате зависания колодцев определяется для случаев, когда в верхней части прорезаемой колодцем толщи грунта находятся прочные породы (глинистые грунты твердой, полутвердой, тугопластичной консистенции или плотные пески), а в нижней части — слабые (глинистые грунты текучепластичной или текучей консистенции).

Если высота верхнего слоя при этом меньше половины глубины погружения, то

где T₃ — расчетная сила трения стен колодца по прочному грунту.

При высоте верхнего слоя (прочного грунта), большей половины проектной глубины погружения,

Расчет опускных колодцев на разрыв выполняется, как правило, для колодцев с глубиной опускания более 15 м.

Нож опускного колодца рассчитывается как консоль (рис. 15.16) относительно линии С—С для двух расчетных случаев (расчет ведется на 1 м контура ножа).

1. Для момента начала опускания, когда с наружной стороны грунта нет, а с внутренней стороны нож испытывает давление грунта на всю скошенную грань, давление грунта на банкетку p определяется выражением

где q_w — нагрузки на 1 м контура ножа от веса колодца; b — ширина банкетки, м; b' = l ctgα — проекция скошенной грани ножа на горизонтальную плоскость, м (здесь l — высота ножа, м; α — угол наклона скошенной грани ножа к горизонту, град).

Расчетные величины сил от давления грунта (на банкетку) F, вертикальной составляющей силы F_v и горизонтальной составляющей F_h (на скошенную грань ножа) определяется по формулам:

Моменты внешних сил относительно центра О расчетного сечения С—С вычисляются по выражениям:

Сечение С—С рассчитывается на внецентренное сжатие под действием суммарного момента внешних сил F, F_v, F_h и нормальной силы q_w.

2. Для момента, когда колодец опущен на проектную отметку и грунт под ножом выбран, нож рассчитывается на действие момента от активного давления грунта:

где а₁ — ордината треугольной части эпюры давления грунта; а₂ — ордината прямоугольной части эпюры давления.

Расчетное значение поперечной силы определяется формулой

Прочность железобетонного днища для схемы с шарнирным опиранием по контуру на стены колодца рассчитывается на следующие нагрузки:

– на отпор грунта под днищем колодца R_g, если постоянные вертикальные нагрузки колодца больше сил всплытия, и на гидростатическое давление подземных вод p_ω, при этом

где ΣG — сумма всех постоянных вертикальных нагрузок на колодец (с учетом сил трения);

эпюра отпора грунта определяется по законам линейно-деформируемого полупространства;

– на гидростатическое давление подземных вод p_ω, если постоянные вертикальные нагрузки колодца меньше сил всплытия.

Расчет прочности днища колодца без внутренних стен и колони на нагрузку от отпора грунта производится как пластины, лежащей на упругом основании; днища колодца без внутренних стен и колонн на нагрузку от гидростатического давления подземных вод — как пластины с шарнирными опорами, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой.

На всплытие рассчитывают колодцы, погружаемые ниже горизонта подземных вод, для любых грунтов, за исключением тех случаев, когда под днищем предусматривается устройство постоянно действующего дренажа. При заглублении колодца в водоупорный слой следует проверять расчетом возможность прорыва напорными водами водоупорного слоя. Расчет колодца на всплытие следует производить на расчетные нагрузки по формуле

где ΣG — сумма всех постоянных расчетных нагрузок с учетом нагрузки с соответствующими коэффициентами перегрузок; ΣT₁ — сумма усилий трения при расчете на всплытие; A_w — площадь основания колодца; H_ω — расчетное превышение уровня подземных вод над основанием днища колодца; γ_em — коэффициент надежности от всплытия, принимаемый равным 1,2.

Устройство анкерных конструкций против всплытия колодца должно предусматриваться в том случае, если

При разработке односторонних выемок вблизи колодцев следует производить поверочный расчет прочности наружных стен.

Расчет на сдвиг по подошве и на опрокидывание, а также расчет общей устойчивости сооружения вместе с основанием при разработке односторонних выемок вблизи колодца следует производить в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83.

Расчеты для условий эксплуатации. Для этих условий должны выполняться следующие расчеты:

• – прочности наружных и внутренних стен, колонн, днища и перекрытий;
• – на всплытие колодца;
• – на сдвиг по подошве, на опрокидывание и на общую устойчивость сооружения вместе с основанием — при больших односторонних нагрузках.

Стены колодца в местах опирания балок перекрытий рассчитываются на местное действие нагрузки, при этом необходимо учитывать концентрацию усилий у проемов. Стены, днище и перекрытия следует рассчитывать на дополнительные нагрузки, возникающие в период эксплуатации, — подъем уровня подземных вод, засыпка грунта до планировочных отметок, строительство зданий и сооружений, размещение оборудования вблизи колодца и т.д.

Если в колодцах внутренние отсеки по технологии эксплуатации заполняются водой, то при расчете ограждающих конструкций этих отсеков должна учитываться дополнительная гидростатическая нагрузка.

Прочность и устойчивость элементов конструкций колодца, а также колодца в целом должны быть обеспечены при всех реально возможных условиях эксплуатации.

Расчет колодца на всплытие в условиях эксплуатации следует производить на расчетные нагрузки по формуле

При больших односторонних горизонтальных нагрузках (при расположении колодцев на косогоре, например для насосных станций берегового типа) колодцы рассчитываются на сдвиг по подошве и на опрокидывание, а также проверяются на устойчивость по круглоцилиндрическим и другим поверхностям скольжения в соответствии с гл. 14 настоящего Справочника.

Железобетонные элементы конструкций опускных колодцев рассчитываются, в соответствии с требованиями СНиП II-21-75, с учетом следующих дополнительных условий:

• – раскрытие трещин в наружных железобетонных стенах в период эксплуатации колодцев допускается не более 0,2 мм;
• – расчеты на температурно-влажностные воздействия производятся в том случае, если наибольший размер в плане прямоугольного колодца или диаметр круглого колодца более 60 м, либо при резком неравномерном распределении температуры или влажности по сечению элементов, либо при периодическом, воздействии интенсивных технологических тепловыделений;
• – при обоснованном применении металлической гидроизоляции она должна учитываться как рабочая арматура.