---

Інтенсивність горизонтального активного тиску ґрунту P_v на глибині у

Py = [_rhhk-c{K_l+K₂)]y/h, (Б.1)

де К-і - коефіцієнт, що враховує зчеплення ґрунту по площині ковзання призми обвалення, нахиленої під кутом О_о до вертикалі;

X - коефіцієнт горизонтального тиску ґрунту;

К₂ - коефіцієнт, що враховує зчеплення ґрунту по площині, нахиленій під кутом є до вертикалі.

Рисунок Б 1.2 - Схема до розрахунку підпірної стіни

Інтенсивність горизонтального тиску ґрунту P_q від рівномірно розподіленого навантаження Pq = QYi^- (Б.2)

Розрахунком за формулами (7.1)-(7.5) отримано:

Є_о = 34,6°, X = 0,354

К, = 0,972; К₂= 0,553.

При приведених значеннях параметрів, що входять у формули (7.1) і (7.2), а також при у = h = 6,55 м маємо:

Р., = 39,74 кПа;

P_q= 4,248 кПа.

Розрахунок стійкості положення стіни проти зрушення

Розрахунок стійкості положення стіни проти зрушення виконано за умови

(Б.З)

де ^sa ~ зрушуюча сила, що дорівнює сумі проекцій всіх зрушуючих сил на горизонтальну площину;

F_sr - утримуюча сила, що дорівнює сумі проекцій всіх утримуючих сил на горизонтальну площину;

у_с - коефіцієнт умов роботи ґрунту основи для пісків у_с = 1

у_п - коефіцієнт надійності за призначенням споруди у_п = 1,1.

За формулами (8.3) і (8.4) визначаємо зрушуючу силу від власної ваги ґрунту F_say і зрушуючу силу від навантаження, розташованого на поверхні призми обвалення F_saq

В результаті розрахунку отримано:

F_saq = 130,14 кН; F_saq= 27,82 кН.

Сумарна зрушуюча сила F_sa дорівнює

F_sa⁼F_sa„ + F_saa= 157,96 кН.

Перевірка стійкості положення стіни проти зрушення виконується для трьох випадків значень кута 0: 0 = 0°, 0 = _Фі/2 = 12°, 0 = <р = 24°.

Утримуючу силу F_sr і пасивний опір ґрунту Е_г визначаємо за формулами (8.5) і (8.8) стандарту.

При плоскому зрушенні (р = 0°):

Е_г= 20,3 кН; F_sr = 103,1 кН.

Перший випадок при Р₁ = 0,0 град.

Сума проекцій всіх сил на горизонтальну площину F_sa- 157,96 кН

Коефіцієнт пасивного відпору ґрунту Х_г- 1,00

Висота призми випору ґрунту h_r-

Пасивний опір ґрунту Е_г- 20,3 кН

Утримуюча сила F_sr- 103,1 кН

Стійкість стіни проти зрушення забезпечена при виконанні умови

Е$а ^<Ус^~зг І Уп ПРИ Yc ^— 1 Уп ~

F_sa= 157,96 кН > y_cF_srl у_п = 93,73 кН - стійкість підпірної стіни не забезпечена.

Другий випадок при Р₂ =12,0 град.

Сума проекцій всіх сил на горизонтальну площину F_sa- 157,96 кН

Коефіцієнт пасивного опору ґрунту л_г- 2,37

Висота призми випора ґрунту h_r- 1,7

Пасивний опір ґрунту Е_г- 136,38 кН

Утримуюча сила F_sr- 180,98 кН

Стійкість стіни проти зрушення забезпечена при виконанні умови

^~sa < Ус^зг / Уп

при у_с= 1 у_п= 1,1

F_sg= 157,96 кН < y_cF_srl у_п= 164,53 кН - стійкість підпірної стіни забезпечена

Третій випадок при 0₃ = 24,0 град.

Сума проекцій всіх сил на горизонтальну площину F_sa- 157,96 кН

Коефіцієнт пасивного опору ґрунту Л._г- 2,37

Висота призми випору ґрунту Л_г-1,86

Пасивний опір ґрунту Е_г- 55,17 кН

Утримуюча сила F_sr- 165,67 кН

Стійкість стіни проти зрушення забезпечена при виконанні умови

^Fsa ^<'ic^Fsr / Уп

при Y_c= 1, Y_n = 1,1

F_sg= 157,96 кН > y_cF_srl y„ = 150,61 кН - стійкість підпірної стіни не забезпечена

Розрахунок стійкості положення стіни проти перекидання

Розрахунок стійкості положення стіни проти перекидання виконується згідно з положеннями розділу 7 стандарту за умови

^опр —Ус^уд 1 У п * (Б-4)

де Л4_опр - сума моментів розрахункових перевертаючих сил, тобто активних сил, що обертають стіну відносно нижнього ребра О;

Му_Д - сума моментів розрахункових утримуючих сил, тобто гравітаційних сил, що утримують стіну від обертання відносно нижнього ребра О;

Величини у_с і Y_n мають той же сенс і ті ж числові значення, що і при розрахунку на стійкість проти зрушення.

Стійкість підпірної стіни проти перекидання перевіряємо з врахуванням деформацій основи.

Положення центра ваги підпірної стіни разом з вагою ґрунту і тимчасовим навантаженням зна­ходиться на висоті z₀ = 3,01 м.

Зсув осі обертання О підпірної стіни від її переднього нижнього ребра до середини підошви

d = 0,5 (12 N₁z₀/ к)^1/3,

де - загальна вага підпірної стіни разом з вагою ґрунту і тимчасовим навантаженням;

к - коефіцієнт пропорційності, прийнятий як для ґрунту середньої щільності, к = 5-Ю⁴ кН/м³.

Розрахунковий момент утримуючих сил на 1 м стіни відносно точки О

М_уд = SQ/У,- + F_sa tg (є + 8) = 18,46 0,38 + 66,55 0,03 +
+ 28,88 0,13 + 5,4-0,38 + 43,44 0,48 = 63,27 кН-м.

Розрахунковий момент перевертаючих сил на 1 м стіни відносно точки О

^мопо = ^Fsav ^+Fsaa ^h2 = 13О, 14-6,55/3 + 27,82-6,55/2 = 284,14 кН-м IJJ ОСІ* І odty ’

М_опр =284,14 > Y_c /М_удI Y_n = 63,27/1,1 = 57,52 кН-м;

отже стійкість підпірної стіни не забезпечена.

Розрахунки стійкості стіни проти зрушення і проти перекидання показали, що при зрушенні умо­ва (Б.З) і при перекиданні умова (Б.4) при заданих геометричних параметрах перетину підпірної стіни не задовольняються. Стіну треба підсилювати шляхом збільшення перерізу чи влаштування контрфорсів.

Приклад Б.2 Розрахунок підпірної стіни на схилі

Вихідні дані

Ділянка будівництва багатоповерхової споруди розташована на схилі в умовах щільної існую­чої забудови.

Розрахункова модель схилу побудована за найбільш несприятливим перетином з розташуван­ням існуючої та споруджуваної будівлі.

З метою забезпечення стійкості схилу і можливості виконання робіт із влаштування котловану, а також враховуючи обмежену площу ділянки забудови прийнято рішення про суміщення конст­рукції пальового фундаменту будівлі з утримуючою протизсувною спорудою.

Для цього пальові фундаменти під стіни торцевого ряду, сходової клітки і частково повздовжніх рядів запроектовані з утримуючих паль, а палі з ростверком складають утримуючу протизсувну кон­струкцію.

Інженерно-геологічну будову схилу і виділені інженерно-геологічні елементи (ІГЕ) наведено на рисунку Б 2.1.

Фізико-механічні та характеристики міцності, визначені при повному водонасиченні, наведені нижче.

ІГЕ -1 - насипний ґрунт, глина, суглинок з включеннями гумусу

у₁ = 1,87 т/м³, ф₁ = 9°, = 48 кПа, = 1,87 т/м³, ср^ = 9°, с^ = 48 кПа.

Е_о= ЗО МПа;

ІГЕ-2 - глина пилувата, з прошарками піску, супіску, напівтвердої консистенції

у₁ = 2,04 т/м³, ф₁ = 9°, = 78 кПа, у^ = 2,04 т/м³, ф^ - 10°, с^ = 87 кПа.

I_L = 0,12, E_o = 33 МПа;

ІГЕ-2а - суглинок пилуватий з включенням органіки напівтвердої консистенції

у₁ = 2,07 т/м³, ф₁ = 11°, с₁ = 44 кПа, у^ = 2,07 т/м³, ф^ - 12°, с_п = 50 кПа.

І, = 0,26, Е_о= 25 МПа;

ІГЕ-3 - пісок пилуватий, іноді дрібний с прошарка супіску, суглинку, насичений водою

у₁ = 1,84 т/м³, ф₁ = 26°, с₁ = 2 кПа, у^ - 1,84 т/м³, ф^ =26°, с_п = 2 кПа.

Е_о= 14 МПа;

ІГЕ-4 - пісок пилуватий, місцями дрібний, насичений водою

у₁ = 1,89 т/м³, ф₁ = 28°, с-і = 5 кПа, у^ = 1,89 т/м³, ф^ = 28°, = 5 кПа.

Е_о= 17 МПа;

ІГЕ-5 - глина "київський мергель" пилувата, твердої і напівтвердої консистенції

У! - 1,89 т/м³, ф₁ = 8°, с₁ = 149 кПа, у^ = 1,89 т/м³, ф^ = 9°, с^ = 163 кПа.

I_L= 0,04, Е_о= 36 МПа;

ІГЕ-6- пісок дрібний, іноді пилуватий, насичений водою

у₁ = 1,86 т/м³, ф₁- 27°, с-і = 3 кПа, у^ = 1,86 т/м³, ф^ = 27°, = 3 кПа.

Е_о= 20 МПа.

Порядок розрахунку

Для забезпечення можливості і визначення умов будівництва на ділянці схилу необхідно про­вести наступні розрахунки і підготовчі роботи до них:

• складання геомоделі схилу з урахуванням інженерно-геологічних умов і розташованих на схилі існуючих споруд;

• визначення навантажень і додаткових впливів на схилі;

• проведення розрахунків із визначення стійкості схилів при природному стані та у випадках підрізки схилу при влаштуванні котловану; по лінії ковзання, що перетинає палі та проходить по підошві паль;

• проведення розрахунків із визначення зусиль і деформацій утримуючої конструкції (палі і рос­тверк);

• проведення розрахунків із визначення армування елементів (палі і ростверк) протизсувної утримуючої конструкції;

• складання моделі будівлі сумісно з пальовим фундаментом, що включає протизсувні конст­рукції, і основою;

• проведення розрахунків із визначення зусиль і армування елементів системи "основа - фун­дамент (ростверк і палі) - надземна конструкція".

Розрахунок стійкості схилу

Розрахунок стійкості схилу проведено із застосуванням апаратно-програмного комплексу, який призначений для оцінки напружено-деформованого стану ґрунтових масивів при дії статичних і ди­намічних навантажень, а також оцінки стійкості схилів і укосів вважаючи, що поверхня ковзання має круглоциліндричну форму або призначається у вигляді ламаних ліній.

Розрахунки виконані на 1 пог.м довжини в умовах плоскої деформації. При моделюванні ґрун­тового масиву прийнята модель ґрунту, що відповідає умові міцності Кулона- Мора.

Розрахунки стійкості схилу виконано за першим граничним станом, характеристики ґрунтів при­йнято при повному водонасиченні.

Для геотехнічної моделі прийняті граничні умови: ліва (верхня) межа можливого зсуву - початок тераси у місці виклинювання шару суглинку; права (нижня) - у межах виходу можливих поверхонь ковзання.

На місці існуючого будинку прикладено тиск інтенсивністю 65 кПа.

Розрахунки стійкості схилу, визначення поверхні ковзання з мінімальним коефіцієнтом стійкості і величини зсувного тиску для ділянки схилу виконано у стані схилу, існуючому до початку будівниц­тва, і для стадії влаштування котловану під захистом утримуючої споруди, яка в подальшому стає частиною фундаментів проектованого будинку.

За результатами розрахунків отримані наступні дані.

До початку будівництва мінімальне значення коефіцієнта стійкості ділянки схилу складає при характеристиках ґрунту у стані: природної вологості - 1,465, повного водонасичення за різними ме­тодами: 0,684, 0,65, 0,687. У разі підрізки схилу до проектних позначок котловану мінімальне зна­чення коефіцієнта стійкості ділянки схилу складатиме при характеристиках ґрунту у стані: природної вологості - 0,996, повного водонасичення - 0,680. Величина зсувного тиску відповідно складатиме - 100,1 т/п.м, 103,83 т/пог.м.

Такі показники стійкості (малі величини коефіцієнтів стійкості) свідчать про можливість виник­нення небезпечних зсувних процесів у результаті обводнення чи підрізки схилу.

Розрахунок протизсувної споруди

Необхідні для розрахунку протизсувної конструкції параметри схилу складають:

Об'єм ґрунту, що зсувається, - 373,85 м³.

Маса ґрунту, що зсувається, - 7414,7 кН.

Зсувний момент - 1,7295x10⁵ кН м.

Утримуючий момент - 1,1886x10⁵ кН м.

Зсувна сила - 3984,4 кН.

Утримуюча сила - 2716,9 кН.

Величину зсувного тиску визначено за формулою:

E=F--^F—R,

YhV

де F= 3984,4 кН,

= k_st = 1,35 - для захисних споруд класу СС1 відповідальності.

Yc

R = 2716,9 кН,

тоді Е = 3984,4 --⁷¹⁶’⁹ = 1971,9 кН.

1,35

Розрахунками з визначення стійкості ділянки схилу після влаштування протизсувної споруди у вигляді пальового ряду встановлено, що коефіцієнт стійкості складає 1,440 - при поверхні ковзан­ня, що проходить в межах довжини пал ь; 1,288 - при поверхні ковзання, що проходить нижче підош­ви паль.

Висновок. За результатами розрахунків встановлено, що влаштування утримуючої протизсув­ної споруди забезпечує стійкість схилу з мінімальним коефіцієнтом стійкості 1,288, що відповідає вимогам ДБН В.1.1-3, ДБН В.2.1-10.

Розрахунок конструктивних елементів протизсувної споруди

Для розрахунку (визначення зусиль і армування) конструктивних елементів утримуючої схил споруди складається комп'ютерна модель, у якій моделюється робота паль і ростверка, що їх об'єднує.

Конструктивно утримуючі схил конструкції входять в загальну систему пальових фундаментів будівлі і розраховуються в системі "основа - пальові фундаменти - надземна споруда".

Моделювання і розрахунки утримуючої споруди як окремої конструкції виконуються для пе­ревірки її надійності з забезпечення стійкості схилу на стадії влаштування котловану.

Розрахунок виконано за допомогою апаратно-програмного комплексу, який реалізує метод скінченних елементів у переміщеннях.

У розрахунковій моделі робота паль моделюється стрижневими елементами. Жорсткість скінчених елементів призначається виходячи із модуля пружності для бетону С25/30 - Е = 2600000 т/м², ц — 0,2 — як для залізобетонних конструкцій, геометричного перетину палі - діаметр 0,8 та 0,62 м, у = 2,4 т/м³. Робота паль на контакті з ґрунтовим масивом моделювалась у трьох напрямках скінчен­ними елементами з установкою їх у відповідних вузлах.