0,75 - коэффициент, учитывающий перераспределение давления грунта.
В случаях недостаточной прочности шпунтовой стенки по материалу целесообразно изменить положение распорки по высоте или увеличить глубину погружения шпунта в грунт с тем, чтобы за счет обеспечения заделки нижней части стенки снизить величины изгибающих моментов в ее поперечных сечениях. Расчет стенки с учетом заделки ее нижней части в грунте может быть выполнен графо-аналитическим способом. По схеме, приведенной на рис. 19, б, определяют также давление q стенки на обвязку крепления (как реакцию на верхней опоре). Усилие в распорке допускается принимать равным
(4.7)
где lл и lп - пролеты обвязки слева и справа от рассматриваемой распорки.
4.49. При устройстве ограждения с водозащитной подушкой расчет шпунтовой стенки, отражающий стадию ее работы до бетонирования подушки, выполняют согласно пп. 4.46-4.48. Для стадии работы стенки после бетонирования подушки и полной откачки воды из котлована проверяют прочность стенки и крепления; при этом стенку по-прежнему рассматривают по схеме балки, свободно лежащей на двух опорах, но нижнюю опору принимают на 0,5 м ниже верха подушки.
Расчет шпунтовых ограждений с двумя и более ярусами распорных креплений
4.50. Минимальную глубину t погружения стенки ниже дна котлована при отсутствии водозащитной подушки определяют из условия обеспечения ее устойчивости против поворота вокруг оси, расположенной на уровне нижнего яруса крепления (точки О на рас. 22, а). В соответствии с этим равенство (4.2) записывают в виде
(4.8)
где Ма и Mв - моменты соответственно активного давления грунта и гидростатического давления, действующих на стенку ниже оси ее поворота, относительно этой оси;
М′а и М′в - то же для давлений, действующих на стенку выше оси поворота;
Mп - момент пассивного давления грунта на стенку (прямого отпора) относительно той же оси;
т - коэффициент условий работы, принимаемый согласно п. 4.51.
Формула (4.8) справедлива, если 2М′а+М′в≤WхR; при невыполнении этого неравенства для определения минимальной глубины t погружения стенки используют формулу
(4.9)
где Wх - момент сопротивления поперечного сечения шпунтовой стенки (см. п. 4.40);
R - расчетное сопротивление материала шпунта.
Рис. 22. Схемы расчета шпунтовых ограждений с двумя и более ярусами креплений:
а - для определения минимальное глубины забивки шпунта; б - для определения изгибающих моментов в его поперечных сечениях
4.51. Коэффициент условий работы т (см. п. 4.50) следует принимать по рекомендациям п. 4.47 (как для ограждения с одним ярусом креплений) с той лишь разницей, что при полной откачке воды из котлована, разрабатываемого в несвязных грунтах на открытых водотоках, значение т следует принимать не по графику, приведенному на рис. 20, а по графику рис. 23, на котором использованы те же обозначения.
Для замкнутых в плане шпунтовых ограждений глубину забивки t, определенную расчетом на устойчивость, допускается уменьшать согласно п. 4.46.
Уменьшения глубины забивки шпунта по условию обеспечения устойчивости стенки можно достичь понижением уровня расположения нижнего яруса крепления (если это возможно по условиям производства работ).
4.52. Изгибающие моменты, действующие в поперечных сечениях шпунтовой стенки, а также давление q стенки на обвязку каждого из ярусов крепления определяют по схеме свободно лежащей многопролетной неразрезной балки, нижнюю опору которой принимают расположенной на глубине (где t - минимальная глубина погружения стенки, определяемая с учетом требований пп. 4.32, 4.33 и 4.50), а остальные опоры - на уровне ярусов креплений. При этом активное и пассивное давления грунта, а также гидростатическое давление, действующее на стенку ниже глубины , не учитывают (см. рис. 22, б).
Рис. 23. График для определения коэффициента условий работы в расчете устойчивости шпунтового ограждения на открытом водотоке при двух и более ярусах креплений
Усилие в распорке каждого из ярусов допускается определять по формуле (4.7).
4.53. Если предусматривается осуществление водозащитной подушки, то следует производить расчет прочности стенки и креплений, соответствующий полной откачке воды из котлована. Такой расчет производят, по-прежнему рассматривая стенку как многопролетную неразрезную балку, но нижнюю опору принимают расположенной на 0,5 м ниже верха тампонажной подушки.
Особые случаи расчета
4.54. В случае, если на шпунт дополнительно передается вертикальная нагрузка (от копров, кранов и т. п.), глубина забивки шпунтин на участке передачи вертикальной нагрузки должна быть проверена на восприятие вертикальных усилий в соответствии с нормами проектирования свай. При этом поверхность грунта принимают на отметке дна котлована, а ширину участка ограждения, передающего сосредоточенную нагрузку, определяют из условия распространения усилия в ограждении под углом 30° к вертикали.
4.55. При проектировании шпунтовых ограждений вблизи существующих зданий и сооружений, конструкция которых не допускает осадку основания, необходимо:
а) давление грунта на ограждение определять как давление покоя;
б) распорки креплений должны иметь устройства (клинья, домкраты) для создания предварительного обжатия, равного расчетному усилию.
4.56. Шпунтовые ограждения, подвергающиеся воздействию льда или возможности навала судов, должны быть дополнительно проверены расчетом на эти нагрузки.
При этом, как правило, должны устраиваться дополнительные плоскости распорок на уровне приложения этих нагрузок (при разности уровней первой подвижки льда и высокого ледохода более 1,5 м - две плоскости распорок). Лед вокруг ограждения должен окапываться.
При устройстве шпунтовых ограждений (перемычек) опор на высоком свайном ростверке необходимо проверить прочность и устойчивость ограждения при действии распора изнутри (от грунта, находящегося внутри ограждения). При этом отметка поверхности окружающего грунта должна приниматься с учетом размыва. Расчет должен проводиться по методике, рекомендованной для расчета искусственных островков.
Замкнутые шпунтовые ограждения должны проверяться на всплытие при наивысшей отметке рабочего уровня.
При слабых грунтах в основании шпунтовые ограждения должны проверяться на предотвращение выпирания грунта из-под шпунта. Необходимую по этому условию глубину забивки h определяют из условия
где q - расчетное давление на шпунт в уровне дна котлована;
γ - объемный вес грунта;
φ - угол внутреннего трения грунта по подошве котлована.
Деревянное шпунтовое ограждение
4.57. Ограждение из деревянного шпунта следует проектировать при глубине погружения в грунт в зависимости от его плотности до 6 м, если в грунте нет включений в виде камней, затонувших деревьев и т. п.
На открытых водотоках при глубине воды 3-4 м ограждение из деревянного шпунта рекомендуется проектировать двойное с расстоянием между шпунтовыми стенками не менее 1 м с заполнением пазух между стенками мелким песком, супесями или суглинками, с содержанием глинистых частиц не более 20 %.
Применение для засыпки пазух глин и суглинков с глинистыми частицами более 20 % не допускается.
4.58. Деревянный шпунт применяется из лесоматериалов II категории хвойных пород, а из лиственных при длине не свыше 3 м.
Наилучшая форма гребня и паза шпунта - прямоугольная. Гребень и паз треугольной формы применяют при толщине шпунта не более 8 см.
Рекомендуемые соотношения размеров поперечного сечения для разных типов деревянного шпунта приведены на рис. 24.
Рис. 24. Поперечное сечение деревянного шпунта
Длина заострения шпунтовой сваи назначается в зависимости от проходимых грунтов и должна составлять от одной (для тяжелых грунтов) до трех (для легких грунтов) толщин шпунта (рис. 25).
Верх шпунтовых свай, погружаемых забивкой, должен быть срезан строго перпендикулярно к оси сваи и снабжен бугелем прямоугольной формы (рис. 25).
Все болты и скобы в шпунтовых сваях устанавливают «впотай». Маячные сваи рекомендуется располагать вне направляющих схваток.
Расстояние между маячными сваями не должно превышать 2 м.
Рис. 25. Конструкция деревянных шпунтовых свай:
1 - бугель
4.59. Необходимая величина заглубления шпунта в грунт устанавливается расчетом в соответствии с указаниями, приведенными в подразделе «Общие положения расчета шпунтовых ограждений котлованов».
При любых условиях величина заглубления однорядного шпунта в связные, крупнопесчаные и гравелистые грунты должна быть не менее 1 м, а для мелкопесчаных и плывунных грунтов - 2 м.
Глубина погружения внешнего ряда двойного деревянного шпунтового ограждения во всех случаях должна быть не менее 2 м.
Искусственные островки
4.60. Искусственные островки для погружения опускных колодцев и кессонов, размещения бурового и сваебойного оборудования рекомендуется предусматривать, как правило, при глубине воды до 4-6 м.
4.61. Площадки и искусственные островки для опускных колодцев и кессонов следует предусматривать горизонтальными с возвышением отметки островков без ограждений и верха шпунтового ограждения не менее 0,5 м над рабочим уровнем воды, возможным в период от начала закладки колодца (кессона) до опускания его на глубину, обеспечивающую устойчивость сооружения в случае размыва площадки или островка.
На ограждаемых островках со шпунтовым ограждением площадка может возвышаться на 0,5 м выше отметки воды в момент отсыпки островка (при условии возвышения верха шпунтового ограждения над рабочим уровнем и обеспечения его водонепроницаемости).
4.62. Проектные размеры площадки (островка) должны допускать удобное размещение бурового и сваебойного оборудования, устройств крепления наружной опалубки колодца (кессона), путей для отвозки грунта и подачи бетона, а также подмостей для устройства шахтных труб и шлюзовых аппаратов.
Планировка площадки должна предусматривать отвод талых и ливневых вод, удаление бугров и возвышений.
4.63. При проектировании островков, расположенных в местах с крутыми склонами дна реки, следует предусматривать меры, предотвращающие возможность сползания отсыпки по наклонной поверхности дна (предварительная планировка дна, применение песчано-гравелистых грунтов для отсыпки).
4.64. Неограждаемые островки (рис. 26, а) следует применять при глубине воды не более 3-4 м, возможности стеснения живого сечения реки и средних скоростях течения не выше 0,30 м/с при отсыпке островка из мелкого песка, 0,80 м/с - из крупного песка и соответственно 1,20 м/с и 1,50 м/с - при отсыпке из среднего и крупного гравия.
Рис. 26. Схемы искусственных островков:
а - без ограждения; б - с ограждением, не воспринимающим давление грунта; в - с ограждением, воспринимающим давление грунта засыпки; г - расчетная схема островка
Не допускается отсыпка искусственных островков из илистых, торфянистых и лёссовидных грунтов.
Крутизна откосов должна приниматься от 2:1 для гравелистых грунтов до 5:1 для мелкого песка.
Ширина бермы должна быть не менее 2 м. Верхнюю часть островка и бермы следует прикрывать мешками с песком или камнем.
4.65. Островки с ограждением, предотвращающим подмыв откосов, но не воспринимающим давления засыпки (рис. 26, б), следует применять при глубине воды не свыше 3 м. Ограждение островков устраивают из легкого шпунта, щитов, расположенных между парными сваями, или козелковых опор со щитами, устанавливаемых по всему контуру островка или с верховой стороны. Ограждение должно сопротивляться воздействию водного потока, определяемому в соответствии с требованиями раздела 2. Глубина забивки шпунтин (свай) назначается с учетом возможного размыва. Рекомендуется обсыпка камнем по периметру ограждения.
Ограждению с верховой стороны следует придавать обтекаемую форму в плане.
4.66. Островки с ограждением, воспринимающим давление засыпки (рис. 26, в), следует устраивать при глубине воды до 8 м, скорости течения выше 1,5 м/с, а также невозможности стеснения живого сечения реки.
Ограждения островков, воспринимающие давление засыпки, могут выполняться:
а) щитовыми;
б) ряжевыми;
в) шпунтовыми (деревянными или стальными).
4.67. Щитовые ограждения (см. рис. 26, в) устраивают при глубине до 2 м из щитов, заводимых в пространство между парными предварительно забитыми в грунт сваями.
Ширину бермы b в этом случае рекомендуется принимать равной , но не менее 1,5 м. Здесь Н – высота островка; φ - угол внутреннего трения грунта островка в насыщенном водой состоянии.
При соблюдении этого условия щитовое ограждение рассчитывается только на собственный вес грунта.
4.68. Деревянный шпунт применяют при глубине воды до 4 м. Шпунт забивают между парными направляющими схватками, прикрепленными к маячным сваям диаметром порядка 22 см, забитыми через 2-2,5 м. Распор от давления засыпки передается верхней частью шпунта через подкосы на откосные сваи (рис. 27). Расчет шпунта ведется по методике, приведенной для стального шпунта, принимая подкос за распорное крепление.
Рис. 27. Островок в деревянном шпунтовом ограждении:
1 - насыпной грунт; 2 - деревянный шпунт; 3 - подкосы; 4 - сваи
Глубина забивки шпунта определяется расчетом на выпирание грунта (см. п. 4.69) и устойчивость положения и должна быть не менее 2 м ниже линии размыва.
Ширина бермы островка должна быть не менее 1,5 м. При этом расчет ограждения должен выполняться с учетом как веса засыпки, так и веса колодца.
4.69. Стальной шпунт следует применять при глубинах более 6 м и преимущественно в виде цилиндрического ограждения из плоского стального шпунта типа ШП.
Ширину бермы принимают не менее 1,5 м.
Глубина забивки шпунта h цилиндрического ограждения ниже линии размыва должна назначаться из условий исключения выпирания грунта из-под низа шпунта
где q - расчетное давление от веса засыпки и колодца в уровне дна реки, тс/м2;
