Расчет шпунтовых ограждений

- Шпунтовые стенки рассчитывают по первой группе предельных состояний;

- Подавляющее большинство методов основано на классической теории предельного равновесия грунтов (Ea, Eп, Eо)

Рис. 14.6. Работа безанкерной шпунтовой стенки:

а – действующие силы; б – фактическая эпюра давления грунта; в – эпюра давления грунта, принятая в расчете; 1 – активное давление; 2 – пассивное давление; 3 – предельное активное давление; 4 – предельное пассивное давление.

→ Безанкерные шпунтовые стенки (рис. 14.6)

Задача состоит в определении глубины ее забивки, усилий, действующих в стенках, и размеров поперечного сечения шпунта.

- Принимается, что под действием Ea, стенка стремится повернуться вокруг т.О, расположенной на некоторой глубине to ниже дна котлована

- Устойчивость стенки обеспечивается вследствие уравновешенного активного и пассивного давления грунта с разных ее сторон.

- За счет перемещений и гибкости стенки получается довольно сложным криволинейная эпюра давлений грунта на стенку (рис. 14.6. б)

- С целью упрощения расчета эта эпюра заменяется на более простую (рис. 14.6. в). После этого задача становится статически определимой с двумя неизвестными to и  Eр’, которые находятся из уравнений равновесия.

равновесие момента относительно т. О

∑Мт.о.=0 следовательно приводит к уравнению 3й степени относительно to; to

 будучи определена, позволяет найти Eр’ из ∑X=0 – уравнение равновесия горизонтальных сил.

- Поскольку полученная to определена из условия предельного состояния, для обеспечения запаса, ее увеличивают на величину ∆t

полная глубина заделки шпунтовой стенки ;

∆t определяется из условия реализации обратного отпора грунта Eр’

где qto – вертикальное давление грунта на глубине приложенной силы Eр’

λр, λа – коэффициент активного и пассивного давления грунта

- На практике чаще всего составляется только одно уравнение моментов, не содержащее Eр’, и определяется to, а полная заделка шпунтовой стенки в грунт принимается равной

→ Анкерные шпунтовые стенки

- В зависимости от жесткости стенки различают 3 расчетные схемы:

• свободно опертая стенка (схема  Ю.К.Якоби)
• заделанная стенка (схема Блюма-Ломейера)

Рис. 14.7. Расчет заанкеренной стенки схеме Э.К.Якоби:

а – схема работы стенки; б – расчетная схема

Критерий жесткости шпунтовой стенки определяется отношением:

dav – приведенная высота стенки

J – момент инерции приведенного сечения стенки «М»

D – ширина шпунтины, м;

t – глубина заложения стенки, м.

- При  - стенка повышенной жесткости (ж/б стена или стенка из буронабивных свай) ее следует рассчитывать по схеме «свободного опирания».

→ Свободно опертая стенка (схема Э. К. Якоби)

- Расчет исходит из предположений, что в момент потери устойчивости стенка под действием сил активного давления грунта Ea, будет поворачиваться вокруг точки крепления анкера (рис. 14.7 а). При этом на дне котлована возникает выпор грунта и реакция массивного давления

Упрощенная расчетная схема – рис.14.7. б

- Необходимо найти:

                        - to,- длина заделки стенки;

                        - R -  усилия в стенке и в анкере;

                        - подобрать сечение стенки и анкера.

• Приняв т.О (точка крепления анкера) – неподвижной to и R определяют из уравнений равновесия:

За расчетное значение заделки принимают

→ Заделанная стенка (схема Биома-Ломейера) или (метод упругой линии)

• Расчет ведется в предположении, что нижний участок забитой части стенки полностью защемлен в грунте.
• Упрощенная диаграмма строится по аналогии т.О расположена на расстоянии 0,2to от нижнего конца стенки (рис. 14.8)
• Задача статически неопределенна, т.к. содержит три неизвестные:

t ; R; Усилие в анкере; и Eр

Рис. 14.8. Расчет заанкерной стенки по схеме Блюма-Ломейера:

а – схема работы стенки; б – расчетная схема.

Необходимо помимо уравнений равновесия добавочное условии – это равенство …угла поворота защемленного участка в месте заделки стенки, т.е. в т. О

- Решение ведется методом последовательных приближений.

1.     Задаемся to - глубиной заделки, определяем t

2.     Из уравнение равновесия находим R и Eр’

3.     Строим эпюру изгибающих моментов выше т.О

4.     Путем  двойного интегрирования составленного уравнения моментов получаем уравнение упругой линии стенки.

(Две постоянные интегрирования определяются из условия, что точка анкеровки и т.О являются неподвижными)

5.     Из уравнения упругой линии стенки определяют угол ее поворота в т.О

Если угол θ≠0, то изменяем глубину to и производим действия п.п 1-5 заново.

6.     Дальнейший расчет заключается в построении эпюры изгибающих моментов и определении Ммах, по которому проверяют сечение шпунта.

- Объем вычислений можно существенно сократить если использовать графоаналитический метод расчета, изложенный в справочнике проектировщика.