Несучу здатність секцій траншейних і пальових стін, що використовуються як глибокі фундаменти, слід визначати як для набивних паль-стовпів відповідно до ДБН В.2.1-10 при зачищенні забою траншеї або свердловини від шламу і особливостей підводного бетонування при вібрації бетонних сумішей, а також можливого ін'єкційного зміцнення ґрунтів під підошвами стін.
Коефіцієнти умов роботи ґрунту при розрахунку в цьому випадку слід приймати такими, що дорівнюють 1,0 під підошвою і 0,9 по бічній поверхні. Вони повинні уточнюватися дослідним шляхом у міру накопичення експериментальних даних.
Приклад розрахунку фундаменту у вигляді секції траншейної стіни наведений в додатку Б.
При великих об'ємах робіт натурні випробування дослідних секцій пальових або траншейних стін слід проводити згідно з ДСТУ Б В.2.1-1 в кількості 2 % від загального кількості секцій або окремих набивних фундаментів, але не менше двох на об'єкт. В разі неможливості таких випробувань для визначення несучої здатності фундаментів слід використовувати метод моделювання (див. додаток Б).
Траншейні і пальові стіни і їх основи мають бути розраховані для кожного етапу будівництва і в умовах експлуатації споруд, виходячи з їх особливостей при найбільш невигідному поєднанні вантаження, і конструктивно виконуватися з врахуванням послідовної зміни цих етапів. Розрахунки доцільно виконувати на ЕОМ за спеціальними програмами.
Несучі траншейні і пальові стіни, використовувані в процесі будівництва як огороджу- вальні, а потім як фундаменти, повинні розраховуватися за міцністю, деформативністю і місцевою стійкістю ґрунту на роздільну дію вертикальних і поперечних сил; похилі стіни - на дію подовжніх і нормальних сил.
Оцінка загальної стійкості повинна виконуватися на спільну дію всіх складових навантажень при найбільш невигідному завантаженні.
а - консольні; б - заанкерені; в - підперті
Рисунок 11.1 - Різні випадки закріплення утримуючих сті
нДля розрахунку конструкцій і основ слід використовувати методи теорії пружності, коефіцієнта постелі і граничного стану ґрунтів.
Траншейні і пальові стіни як огороджувальні конструкції котлованів слід розраховувати за схемами консольних конструкцій, затиснених нижче за дно котловану, або підпертих, таких, що розпираються або анкеруються, з шарнірним закладенням, частковим або повним затисканням в ґрунті (рисунок 11.1).
Рисунок 11.2 - Схема консольної стіни і розподіл тиску в разі її повного затискання
Рисунок 11.3 - Визначення збільшення глибини закладення консольної стіни в несприятливих ґрунтових умовах
Статичний розрахунок консольної стіни, що сприймає горизонтальні навантаження реакцією ґрунту в закладенні, слід виконувати в припущенні обертання затисненої стіни як жорсткого елемента довкола точки, розташованої нижче дна котловану на глибині hu від 1/2fy до 113ht при задоволенні наступних умов рівноваги:
момент результуючої зниженого пасивного тиску, визначуваного послідовними наближеннями для різних глибин, має дорівнювати моменту від дії активного завантаження відносно точки обертання;
неврівноважена горизонтальна сила (Fp- Fa) повинна погашатися силою Fc за рахунок збільшення закладення на Aht= 0,15ht (рисунки 11.2-11.3).
За несприятливих ґрунтових умов глибина закладення повинна збільшуватися згідно зі схемою, наведеною на рисунку 11.3.
a - напруження; б - моменти; в - прогини
Рисунок 11.4- Схема завантаження, епюра моментів і крива прогинів для підпертої
в одному рівні утримуючої стіни з шарнірним закладенням
Слід розрізняти шарнірне закладення, часткове і повне затискання стіни в фунті.
При шарнірному закладенні глибина заставляння нижче дна котловану повинна визначатися мінімальною з умови опору випору фунту при різниці його рівнів перед і за стіною. В цьому випадку слід виходити з можливості свободи повороту стіни в рівні кріплення (точка К, рисунок 11.4) і суми моментів, що дорівнюють нулю, відносно цієї точки (Мк= 0) при послідовних наближеннях для різних глибин закладення.
Підперта в одному рівні стіна з шарнірним закладенням повинна розглядатися як статично визначена балка.
Для частково затисненої стіни слід враховувати наявність одного перегину пружної осі в закладенні, а для повністю затисненої - двох і більше перегинів. Щоб отримати повне затискання, розрахункову глибину закладення hx для сприйняття врівноважуючої сили Fc слід збільшувати на 20 %, тобто ht= hu + 1,2hx, (рисунок 11.5).
Рисунок 11.5- Визначення приросту глибини закладення
Рисунок 11.6 - Схема розрахунку підпертої в одному рівні стінки при її затисканні
Спрощене аналітичне вирішення підпертих в одному рівні затиснених стін слід виконувати методом фіктивних балок з припущення, що нульова точка вантаження і нульова точка епюри моментів нижче за дно котловану збігаються, тобто hu= huo (Рисунок 11.6).
Графічне вирішення підпертих в одному рівні, а також шарнірно закладених, частково або повністю затиснених конструкцій слід виконувати шляхом побудови багатокутника сил.
Двократно обперті стіни з шарнірним спиранням слід розглядати як однократно статично невизначені системи; двократно і багато разів обперті стіни з частковим і повним затисканням в ґрунті (відповідно, двократно і багато разів невизначені системи).
Підперті вдвох рівнях стіни з шарнірним закладенням п'яти, а також частково і повністю затиснені аналітично слід розраховувати способом фіктивних балок або графічним методом.
Багато разів підперті огороджувальні стіни слід розраховувати як нерозрізні балки на пружній основі або з врахуванням виникнення пластичних шарнірів для тимчасових кріплень котлованів, що допускають появу тріщин.
Якщо траншейні і пальові стіни увійдуть до складу майбутньої споруди, то при розрахунку слід приймати завантаження за схемою тиску ґрунту у спокої.
Навантаження на стіни з паль малого діаметра слід враховувати як тиск ґрунту в стані спокою. Якщо відстань між палями складає від 2d до 11d, то багаторядну пальову стіну слід розглядати як суцільну.
Затиснені не підперті багаторядні пальові стіни слід розраховувати з умови сприйняття горизонтальних навантажень лише палями.
Для підпертих стін з паль малого діаметра слід вводити в розрахунок опір ґрунту між палями з міркувань, що переріз стіни розглядається як армований ґрунт, стискальні і розтягувальні зусилля в якому відносяться лише до паль, ґрунт же сприймає лише зусилля зрізу.
Несуча здатність паль малого діаметра на стиск, висмикування і горизонтальне навантаження повинна встановлюватися розрахунком згідно з ДБН В.2.1-10 або попередніх їх випробувань за ДСТУ Б В.2.1-1 в кількості не менше трьох на об'єкт.
При розрахунку деформацій споруд і їх елементів, що виконуються за технологією "стіна в ґрунті", слід встановлювати кінематичні схеми переміщень масивів ґрунту, споруди в цілому і окремих її елементів на основі системи діючих сил, інженерно-геологічних і гідрогеологічних умов, прийнятих послідовності і способів виконання робіт, а також умов експлуатації.
Переміщення утримуючих стін необхідно обчислювати для визначення тиску ґрунту, а їх прогини повинні використовуватися для розрахунків міцності і тріщиностійкості.
При розрахунку деформацій основ споруд слід керуватися положеннями ДБН В.2.1-10, а залізобетонних утримуючих конструкцій і тяжів анкерів - ДБН В.2.6-98.
Осідання компактних в плані споруд з фундаментами і огороджувальними конструкціями з пальових і траншейних стін слід розраховувати за методом шару кінцевої товщини. Питомий тиск на ґрунт основи повинен прийматися усередненим за площею плями забудови.
Розподільні балки, як правило, слід розглядати як статично невизначені системи.
Розрахунок розподільних балок повинен виконуватися на дію як горизонтальних, так і вертикальних навантажень.
. У горизонтальному напрямі слід приблизно вважати, що балки завантажені зосередженими силами від реакцій розпірних або анкерних елементів в місцях їх розташування.
У вертикальному напрямі слід враховувати навантаження від власної ваги балки і вертикальних складових від дії утримуючих елементів, а за необхідності, і монтажні навантаження.
В разі застосування перекриттів як розпірних конструкцій повинні враховуватися реакції при найбільш невигідному завантаженні.
Розрахунок проектованих прихованих упорних балок повинен проводитися спільно із статичним розрахунком і конструюванням стіни.
При розрахунку розподільних балок необхідно враховувати вірогідність виходу з ладу одного з десяти розпірних або анкерних елементів під впливом особливих дій.
Необхідно також враховувати можливість перевантажень розподільних балок за рахунок завищених зусиль у процесі випробувань попередньо напружених анкерів.
При підпиранні балок широкими конструкціями розпорів зосереджені сили слід замінювати навантаженням, розподіленим по довжині ділянки спирання.
Якщо розподільні балки замонолічені в місцях переломів або мають криволінійний контур, то їх слід розглядати як рамні або арочні конструкції (або криві бруси).
1 - глибинна поверхні зрушення; 2 - передбачувана поверхня зрушення від активного тиску; G - вага ґрунту призми обвалення; Fk- анкерне зусилля; Fa1, FG- результуючий тиск ґрунту на бічну і нижню площину призми обвалення
Рисунок 11.7 - Оцінка стійкості утримуючої стіни, заанкереної за допомогою вириваних паль
Рисунок 11.8 - Схема розрахунку анкерної плити або балки
Слід прагнути, щоб негативні моменти в місцях переломів були рівновеликими з моментами в прольоті.
Для розподільних балок, що виконуються у вигляді симетричних рамних конструкцій, слід враховувати можливість однобічного завантаження, що виникає при розкопуванні ґрунту.
Розрахунок конструкцій розпорів слід виконувати на стиск з вигином, а також на вплив температури. Для тимчасових конструкцій розпорів необхідно враховувати і вертикальне навантаження, що виникає в процесі виконання робіт. Якщо вертикальне навантаження не визначене, його слід приймати 0,2 кН на погонний метр.
Якщо як конструкції розпорів використовуються перекриття, то необхідно виконати розрахунки, відповідні стадіям будівництва і експлуатації при найбільш невигідному завантаженні.
Розрахунок утримуючих стін з анкерами повинен включати:
знаходження значень тиску ґрунту і підземних вод на огороджувальну конструкцію;
оцінку стійкості підпірної стіни і утримуваного нею ґрунтового масиву;
встановлення опору, поперечного перерізу і довжини анкерної тяги;
визначення несучої здатності анкерів;
уточнення прийнятих конструкцій, розмірів і кількості анкерів.
Величину висмикувальної сили, яку повинен сприймати одиночний анкерний елемент, слід приблизно визначати в межах вантажної площі що припадає від огороджувальної конструкції на голову анкера. Прогноз несучої здатності буроін'єкційних анкерів допускається здійснювати розрахунком.
Для тимчасових і постійних анкерів при їх випробуваннях коефіцієнт надійності за ґрунтом і за матеріалом слід встановлювати згідно з вимогами ДБН В.2.1-10. Кількість пробних випробувань дослідних анкерів слід призначати до 1 % від загального їх числа, але не менше трьох на об'єкт. Всі робочі анкери у складі стін, що анкеруються, повинні випробовуватися за програмою контрольних і приймальних випробувань.
Розміри кореня анкера і анкерних елементів слід встановлювати на основі пробних випробувань, а їх місце розташування і кількість - шляхом оцінки несучої здатності одиночного анкера і загальної стійкості споруди в цілому. Виходячи з результатів контрольних і приймальних випробувань робочих анкерів у проектній документації потрібно передбачати і своєчасно вносити корективи.
Для анкерних паль висмикувальна сила від огороджувальної конструкції має бути передана через голову і арматуру її нижньою частиною Іг на ґрунт (рисунок 11.7) з необхідною мірою безпеки.
Довжина нижньої частини від точки перетину осі палі з лінією, що обмежує призму обвалення, має бути не менше 1 м. Загальну довжину паль слід знаходити з розрахунку стійкості споруди в цілому і визначати з виразу
l=ls+lr, (11.1)
де ls- верхня частина палі, що обчислюється від її голови до межі призми ковзання.
a - втрата стійкості заанкереної стінки; б - розрахункова схема із зрушенням по ламаній поверхні; в - діаграма зусиль
Рисунок 11.9 - Оцінка стійкості заанкереної утримуючої конструкції
При оцінці несучої здатності паль за результатами пробних випробувань слід виключати сили тертя уздовж їх верхньої частини ls.
Для анкера у вигляді плити або балки слід враховувати зменшення відпору ґрунту Fp на величину розпору Fa від активного тиску, що діє на плиту з боку призми обвалення (рисунок 11.8).
Для всіх видів захисних конструкцій, схильних до дії ґрунтових вод, повинна виконуватися оцінка стійкості котловану на зсув або зважування.
Для глибоких котлованів навіть при повному затисканні стіни необхідно перевіряти стійкість дна на випинання, особливо за наявності глинистих ґрунтів пластичної консистенції.
Оцінка загальної стійкості системи "стіна-анкери-ґрунт" повинна включати розрахунки можливих схем обвалення по клиновій, ламаній і криволінійній поверхнях ковзання.
