Для шпунтовых ограждений, заглубленных в пески или супеси, кроме указанных расчетов, необходимо проверить глубину забивки шпунта t (считая от дна котлована) по условию исключения опасности выноса (наплыва) грунта в котлован при откачке из него воды без устройства водозащитной подушки. Независимо от результатов расчета глубину забивки шпунта (считая от дна котлована или отметки размыва) следует принимать в случаях текучих и текучепластичных глин, суглинков и супесей, водонасыщенных илов, пылеватых и мелких песков не менее 2 м, а в остальных случаях - не менее 1 м. В ограждениях с водозащитной подушкой глубина забивки должна быть не менее 1 м в любых грунтах.
4.33. Минимальную глубину t забивки шпунта (считая от дна котлована) по условию исключения опасности выноса (наплыва) грунта при откачке воды из котлована определяют по формуле
(4.1)
где h′в - расстояние от дна котлована до горизонта воды снаружи котлована во время откачки;
γв - 1 тс/м3 - объемный вес воды;
γвзв - объемный вес грунта во взвешенном в воде состоянии, допускается принимать γвзв=1 тс/м3;
т1 - коэффициент условий работы, принимаемый равным: 0,7 - для гравелистого и крупного песка, а также супеси; 0,5 - для песка средней крупности и мелкого; 0,4 - для пылеватого песка;
π=3,14.
Для кольцевых ограждений, а также для ограждений любой в плане формы, но при условии, что расстояние от горизонта воды снаружи котлована до низа шпунта более чем в два раза превышает расстояние от низа шпунта до кровли слоя грунта, являющегося водоупором, допускается значение t, полученное по формуле (4.1), уменьшать на 10 %.
4.34. Минимальную глубину t забивки шпунта (считая от дна котлована) по условию обеспечения устойчивости стенок против опрокидывания, согласно п. 1.17, определяют исходя из равенства
(4.2)
где Моп - момент опрокидывающих сил относительно оси возможного поворота (опрокидывания) стенок;
Мпр - предельная величина опрокидывающего момента, равная моменту удерживающих сил относительно той же оси;
т - коэффициент условий работы (см. п. 4.35).
4.35. Расчетные давления воды и грунта (активного и пассивного) получают умножением нормативных давлений, определяемых согласно прилож. 11, на коэффициенты перегрузки, принимаемые по п. 2.24. При этом для активного давления грунта принимают коэффициент перегрузки nа=1,2, а для пассивного - nп=0,8.
Не учитываемое в прилож. 11 влияние фильтрационного потока при откачке воды из котлованов, разрабатываемых в песчаных грунтах, на давления воды и грунта учитывают коэффициентом условий работы, принимаемым в зависимости от гидрогеологических условий и конструкции ограждения.
4.36. При устройстве ограждения в водопроницаемых грунтах с осуществлением подводной водозащитной подушки, в расчете шпунтовой стенки, отражающем стадию ее работы до бетонирования подушки, учитывают гидростатическое давление, соответствующее откачке воды из котлована на глубину, необходимую для постановки яруса креплений, но не менее 1,5 м и не менее четверти разности между горизонтом воды (на местности, не покрытой водой, - грунтовой) и дном котлована.
4.37. Ограждение из шпунта, забиваемого в водонепроницаемый грунт (суглинок или глину), расположенный ниже горизонта воды, следует рассчитывать на горизонтальные нагрузки, соответствующие двум схемам:
в первой схеме принимают, что ниже поверхности водонепроницаемого грунта горизонтальное давление на шпунтовую стенку обусловлено только гидростатическим давлением воды, проникающей между стенкой и грунтом на глубину ;
во второй схеме не предусматривают возможности проникания воды между стенкой и водонепроницаемым грунтом и принимают, что этот грунт оказывает горизонтальное давление на стенку, будучи пригруженным сверху гидростатическим давлением, а при наличии над водонепроницаемым грунтом водопроницаемого и весом последнего; вес слоя водопроницаемого грунта, расположенного ниже горизонта воды, определяют с учетом взвешивания в воде.
В обеих схемах выше поверхности водонепроницаемого грунта учитывают горизонтальную нагрузку на стенку от гидростатического давления и, в необходимых случаях, от давления водопроницаемого грунта.
Глубину проникания воды между стенкой и водонепроницаемым грунтом (считая от его поверхности) принимают равной:
а) для ограждений, не имеющих распорных креплений (рис. 16, а),
где h′ - глубина погружения шпунта в водонепроницаемый грунт;
б) для ограждений с одним ярусом креплений (рис. 16, б)
где t - глубина погружения шпунта ниже дна котлована;
в) для ограждения с несколькими ярусами креплений (рис. 16, в) - на 0,5 м ниже уровня грунта в котловане при установке верхнего яруса креплений, расположенного в пределах водонепроницаемого грунта.
Рис. 16. Схемы для определения глубины проникания воды между шпунтовой стенкой и водонепроницаемым грунтом:
а - при ограждениях, не имеющих распорных креплений; б - при ограждениях с одним ярусом креплений; в - при ограждениях с несколькими ярусами креплений
4.38. Элементы креплений должны рассчитываться на совместное действие горизонтальной нагрузки, передаваемой шпунтовыми стенками, и вертикальной нагрузки от веса обустройств и конструкций, предусмотренных проектом. Наибольший изгибающий момент в элементе от веса обустройств и конструкций не должен быть меньше наибольшего изгибающего момента от равномерно распределенной нагрузки интенсивностью
где q1 - нагрузка, принимаемая равной 50 кгс/м2 для верхнего яруса креплений и 25 кгс/м2 для остальных ярусов;
F - площадь котлована, приходящаяся на рассчитываемый элемент крепления, м2;
l - длина элемента, м.
4.39. При расчетах шпунтовой стенки на прочность значения расчетных сопротивлений шпунта и креплений должны приниматься согласно разделам 8 и 10 с делением их на коэффициент надежности, принимаемый равным:
1,1 - для шпунтовых ограждений на местности, покрытой водой;
1,0 - во всех остальных случаях.
4.40. Момент сопротивления поперечного сечения погонного метра стенки Wx (см. прилож. 8) из шпунта типа ШК или Ларсен следует принимать со следующими коэффициентами, учитывающими возможность относительных смещений шпунтин в замках:
0,7 - в случае слабых грунтов и отсутствии обвязок, прикрепленных к шпунту;
0,8 - в случае тех же грунтов и наличии обвязок, прикрепленных к шпунту;
1,0 - в остальных случаях.
4.41. При расчете прочности шпунтовых стенок (но не креплений) должны вводиться коэффициенты условий работы, равные:
1,15 - для стенок кольцевых в плане ограждений;
1,10 - для стенок длиной менее 5 м замкнутых в плане ограждений прямоугольной формы с промежуточными ярусами распорных креплений.
Расчеты шпунтовых ограждений, не имеющих распорных креплений
4.42. При устройстве ограждения без водозащитной подушки минимальную глубину забивки шпунта ниже дна котлована принимают равной
(4.3)
Глубину t0 определяют на основе равенства (4.2), считая ось поворота стенки расположенной на этой глубине и пренебрегая моментом пассивного давления грунта относительно указанной оси (точки О на рис. 17). В соответствии с этим в равенстве (4.2) принимают Моп равным моменту активного давления грунта и гидростатического давления, действующих выше глубины t0, относительно оси поворота стенки, a Мпр - моменту пассивного давления, действующего со стороны котлована (прямого отпора) выше глубины t0, относительно той же оси.
т=0,95 - коэффициент условий работы.
В общем случае для решения уравнения, выражающего условие (4.2), принимают способ последовательных попыток, т. е. задаются глубиной t0, которую затем уточняют. Расчетная схема, принимаемая при определении глубины t0, показана на рис. 17; эпюры давлений, показанные на рис. 17, а, относятся к случаю расчета стенки, погружаемой в песок или супесь, а эпюры давлений, показанные на рис. 17, б и в, - к случаю расчета стенки, погружаемой в глину или суглинок (см. п. 4.37). Так как глубина t0 не является полной глубиной погружения шпунта ниже дна котлована (см. формулу 4.3), то при учете проникания воды между стенкой и суглинком или глиной рекомендуется принимать глубину hв=0,8×(hгр+t0) (см. рис. 17, в).
Рис. 17. Схема, используемая в расчетах шпунтовых ограждений, не имеющих распорных креплений, и эпюры давлений:
а - при расчете стенки, погружаемой в песок или супесь; б и в - при расчете стенки, погружаемой в суглинок или глину
Дополнительную глубину Δt определяют по формуле
(4.4)
где Е′п - равнодействующая пассивного давления грунта с внешней стороны котлована (обратного отпора);
р′п - интенсивность этого давления на глубине t0.
Равнодействующую обратного отпора грунта определяют по формуле
(4.5)
где Еп, Еа и Ев - равнодействующие соответственно прямого отпора грунта, активного давления грунта и гидростатического давления, действующих на стенку выше глубины t0.
Интенсивность р′п пассивного давления грунта, действующего на стенку с внешней стороны котлована, определяют, принимая глубину H=hгр+t0 (см. рис. 17).
4.43. Изгибающие моменты, действующие в поперечных сечениях шпунтовой стенки, определяют как для консольного стержня с заделкой на глубине t0 (от дна котлована); за нагрузку принимают гидростатическое давление, активное и пассивное (прямой отпор) давления, действующие на стенку выше этой глубины (см. рис. 17).
4.44. При устройстве ограждения в водопроницаемых грунтах с осуществлением водозащитной подушки расчет шпунтовой стенки, отражающий стадию ее работы до бетонирования подушки, выполняют согласно пп. 4.42 и 4.43, а расчет шпунтовой стенки, отражающий стадию ее работы после бетонирования подушки, выполняют согласно п. 4.45.
4.45. Глубину t0 погружения стенки ниже дна котлована определяют из условия обеспечения ее устойчивости против поворота вокруг оси, расположенной на 0,5 м ниже верха водозащитной подушки (точка О на рис. 18). В соответствии с этим в равенстве (4.2) принимают Моп равным моменту активного давления взвешенного в воде грунта и гидростатического давления, действующих на стенку выше оси ее поворота, относительно этой оси, а Мпр - моменту пассивного давления взвешенного в воде грунта (обратного отпора), действующего на стенку ниже оси ее поворота, относительно этой оси.
т=0,95 - коэффициент условий работы.
Рис. 18. Схема, используемая в расчетах шпунтовых ограждений, не имеющих распорных креплений, в водопроницаемых грунтах с осуществлением водозащитной подушки
При определении момента Мпр эпюру пассивного давления грунта считают треугольной с нулевой ординатой на уровне оси поворота стенки; наибольшую ее ординату находят, принимая H=hгр+t.
Величина наибольшего изгибающего момента в поперечном сечении стенки может быть принята равной моменту Моп.
Расчет шпунтовых ограждений с одним ярусом распорных креплений
4.46. Минимальную глубину t погружения стенки ниже дна котлована (без водозащитной подушки) определяют из условия обеспечения ее устойчивости против поворота вокруг оси опирания стенки на крепление (точки О на рис. 19, а)*. В соответствии с этим в равенстве (4.2) принимают Моп равным моменту активного давления грунта и гидростатического давления относительно оси поворота стенки, а Мпр - моменту пассивного давления грунта (прямого отпора) относительно этой оси.
* На рис. 19 показаны схемы, относящиеся к случаю расчета стенки, погруженной в песок или супесь.
т - коэффициент условий работы, принимаемый согласно п. 4.47.
Рис. 19. Схемы расчета шпунтовых ограждений с одним ярусом распорных креплений:
а - для определения минимальной глубины забивки шпунта; б - для определения изгибающих моментов в его поперечных сечениях
Для замкнутых в плане шпунтовых ограждений глубину забивки t, определенную расчетом на устойчивость, допускается уменьшать на 15 % для кольцевых ограждений с радиусом менее 5 м и на 10 % для прямоугольных с длиной наибольшей стороны менее 5 м.
4.47. Коэффициент m условий работы в расчете устойчивости (см. п. 4.46) принимают:
а) в случае связных грунтов, а также несвязных, но при заглублении острия шпунта в слой глины или суглинка - 0,95;
б) в остальных случаях несвязных грунтов:
- при частичной откачке воды из котлована на глубину (от горизонта воды) не более 0,25h на водотоках и не более 0,25h′в на местности, не покрытой водой, - 0,95;
- при полной откачке воды из котлована - по графику рис. 20 на открытых водотоках и по графику рис. 21 на местности, не покрытой водой.
Рис. 20. Схема и график для определения коэффициента условий работы в расчете устойчивости шпунтового ограждения на открытом водотоке при одном ярусе распорных креплений
Рис. 21. Схема и график для определения коэффициента условий работы в расчете устойчивости шпунтового ограждения на местности, не покрытой водой
Здесь, а также на графиках рис. 20 и 21:
h - глубина котлована;
h′в - расстояние от дна котлована до горизонта грунтовых вод;
hгр - расстояние от дна котлована до уровня грунта снаружи котлована;
и
φ - угол внутреннего трения грунта.
При промежуточных значениях h, h′в, μгр и μв величину коэффициента т следует определять линейной интерполяцией.
4.48. Изгибающие моменты, действующие в поперечных сечениях шпунтовой стенки, определяют по схеме балки, свободно лежащей на двух опорах, одну из которых принимают на уровне оси опирания стенок на крепление (точки О на рис. 19), а другую на глубине от дна котлована, где t - минимальная глубина погружения стенки по условию обеспечения ее устойчивости (см. п. 4.46). При этом активное и пассивное давления грунта, а также гидростатическое давление, действующие на стенку ниже глубины , не учитывают (см. рис. 19, б).
Изгибающий момент в сечении шпунтовой стенки, расположенном в пролете, допускается принимать равным
(4.6)
где Mв - изгибающий момент в поперечном сечении шпунта от гидростатического давления воды, определенный по указанной выше схеме;
Mгр - то же от давления грунта;
