Приложение 11. Определение нормативного бокового давления на ограждение котлована

Приложение 11

Определение
нормативного бокового давления на ограждение котлована*

1. Давление воды на ограждение котлована принимают распределенным по закону гидростатики. Давление грунта (активное и пассивное) определяют по теории Кулона, учитывая сцепление в суглинках и глинах.

2. Нормативное активное давление и нормативное пассивное давление грунта определяют в зависимости от нормативных характеристик грунта (объемного веса , угла внутреннего трения , а для суглинков и глин также и от сцепления с), устанавливаемых на основании данных инженерно-геологических изысканий с учетом природного состояния грунта.

Для предварительных расчетов допускается нормативные характеристики грунтов принимать по табл. прилож. 10.

3. При определении давлений на ограждение допускается разнородные грунты, различающиеся значениями каждой из характеристик (объемного веса , угла внутреннего трения и сцепления с) не более чем на 20%, рассматривать как однородный грунт со средневзвешенными значениями характеристик

; ; , (1)

где , и - значения , и с для i-го слоя грунта толщиной .

4. Если песок или супесь расположены ниже поверхности воды, то горизонтальное давление на ограждение следует определять, суммируя гидростатическое давление и активное или пассивное давление взвешенного в воде грунта.

Объемный вес грунта во взвешенном состоянии определяют по формуле

, (2)

где - коэффициент пористости грунта;

- удельный вес грунта, принимаемый в среднем 2,7 ;

- объемный вес воды.

Допускается принимать .

5. В случаях, когда котлован разрабатывают на местности, не покрытой водой, и превышение уровня грунтовых вод над дном котлована составляет не более 2 м и не более трети глубины котлована, допускается в расчете ограждений с одним или несколькими ярусами распорных креплений определять прямой отпор грунта (пассивное давление грунта со стороны котлована) с учетом трения грунта по стенке ограждения. Угол трения грунта по стенке принимают равным

при ;

при ,

где - угол внутреннего трения грунта в котловане.

В остальных случаях давление грунта (активное и пассивное) на ограждение следует определять, принимая .

6. Вертикальную нагрузку на призме обрушения принимают:

а) от веса материалов и возможной отсыпки грунта - в виде равномерно распределенной нагрузки интенсивностью, соответствующей предполагаемым проектным размерам материалов и отсыпки, но не менее 1 ;

б) от строительного оборудования, кранов, копров и транспортных средств, перемещающихся по рельсам, - по паспортным данным, каталогам и справочникам (с учетом загружения, наиболее неблагоприятного для рассчитываемой конструкции);

в) от автотранспорта, проходящего по дороге, расположенной вдоль котлована, в виде полосовой нагрузки р с шириной полосы 3,0 м для каждого ряда машин (рис. 1).

При расстоянии b между краем котлована и бровкой дороги b = 3,0 - 2,0 м и весе машин до 25 т величина р принимается равной 2,0 , при расстоянии 2,0 - 1,0 м - p = 3,0 и при меньшем расстоянии - 4,0 . При расстоянии между дорогой и котлованом больше 3,0 м величина р = 1,0 . При весе машин до 30 тс значения р увеличиваются в 1,2 раза; при весе до 45 тс - в 1,9 раза и весе 60 тс - в 2,5 раза;

г) от гусеничных и колесных кранов, работающих в непосредственной близости от котлована, в виде полосовой нагрузки р шириной 1,50 м (рис. 2). Величина р принимается равной 3,0 при рабочем весе (собственный вес крана и максимального груза) до 10 тс, 6,0 при рабочем весе 30 тс, 9,0 при рабочем весе 50 тс и 12,0 при рабочем весе 70 тс (промежуточные значения - по интерполяции);

д) от трамвая, проходящего параллельно стенке, принимается в виде полосовой нагрузки, равной 1,5 при распределении ее на ширине 3,0 м;

е) от железнодорожного пути, проходящего параллельно стенке ограждения, принимается в виде полосовой нагрузки, распределенной на ширине 3,5 м с интенсивностью 28 тс/пог. м на линиях, где проходит нагрузка, близкая к расчетной С14 (тяжелые транспортеры, электровозы).

Допускается уменьшать интенсивность нагрузки с учетом реально обращающейся нагрузки и рекомендаций прилож. 12.

7. При определении активного давления на ограждение вертикальную нагрузку на призме обрушения, распределенную в пределах двух площадок с общей осью, параллельной стенке (рис. 3 и 4), приводят к эквивалентной нагрузке, распределенной по сплошной полосе, имеющей неограниченную протяженность вдоль стенки и ширину b. Под размером b (шириной полосы распределения эквивалентной нагрузки) понимают:

для рельсовой нагрузки - длину полушпалы при однорельсовых тележках (см. рис. 3) или длину шпалы при двухрельсовых тележках (см. рис. 4).

8. Интенсивность эквивалентной нагрузки (см. п. 7) определяют по формуле

, (3)

где Q - равнодействующая вертикальной нагрузки, распределенной на поверхности призмы обрушения в пределах одной площадки или двух площадок b x f с общей осью, параллельной стенке (см. рис. 3 и 4);

l - длина участка стенки, в пределах которого на стенку действует боковое давление грунта от загружения призмы обрушения этой вертикальной нагрузкой.

В случаях, когда нагрузка на призме обрушения приложена по схемам рис. 3 - 4 и при этом удовлетворяется условие

; (4)

принимают

; (5)

в остальных случаях следует принимать

, (6)

где с - для рельсовой нагрузки - база тележки крана, рабочего мостика или платформы (см. рис. 3 и 4);

f - для рельсовой нагрузки - длина распределения нагрузки рельсом (см. рис. 3 и 4), принимаемая равной 1 м;

a - расстояние от центра площадки передачи нагрузки до стенки ограждения;

- угол внутреннего трения грунта за стенкой.

Если в пределах высоты расположены слои грунта с углами внутреннего трения, отличающимися друг от друга не более чем на 20%, допускается принимать , где - средневзвешенное для глубины значение угла внутреннего трения грунта.

При большем различии в значениях углов внутреннего трения грунта длину l определяют на основе построения, показанного на рис. 5.

9. Если поверхность грунта ограничена плоскостью и на ней равномерно распределена нагрузка интенсивностью q, то активное давление песка или супеси на стенку ограждения принимают изменяющимся по прямолинейному закону от значения на уровне верха стенок до значения на глубину Н (рис. 6):

(7)

где - объемный вес грунта;

- коэффициент активного давления грунта, определяемый выражением

(8)

- угол внутреннего трения грунта;

- угол между плоскостью, ограничивающей поверхность грунта, и горизонтальной плоскостью; правило знаков для угла показано на рис. 6.

При горизонтальной поверхности грунта ( = 0) и отсутствии на ней нагрузки

; . (9)

10. В случаях, не охваченных п. 9, активное давление песка или супеси на стенку ограждения может быть определено излагаемым ниже способом.

Находят равнодействующую активного давления грунта - силу E, как наибольшее из значений , подсчитанных по формуле

, (10)

где - сумма веса предполагаемой призмы обрушения и равнодействующей расположенной над ней нагрузки (рис. 7, а);

- угол между предполагаемой плоскостью обрушения и горизонтальной плоскостью.

Значение , которому соответствует наибольшее значение , определенное по формуле (10), принимают за угол между плоскостью обрушения и горизонтальной плоскостью.

Силу E рассматривают как сумму силы от веса призмы обрушения и сил от каждой из нагрузок** на призме обрушения

Силу определяют по формуле

. (11)

Принимают, что сила является равнодействующей давлений, эпюра которых имеет вид прямоугольника (см. рис. 7, б).

Силу от нагрузки q, расположенной на призме обрушения и распределенной по ширине b, определяют по формуле

. (12)

Принимают, что сила является равнодействующей давления на стенку, равномерно распределенного между точками и на пересечении со стенкой прямых, проведенных параллельно следу плоскости обрушения из начала и конца участка, в пределах которого действует нагрузка q (см. рис. 7, б).

Если плоскость обрушения делит участок, на котором расположена нагрузка q, то за конец участка следует принимать след пересечения плоскости обрушения с поверхностью грунта.

11. Если поверхность грунта горизонтальна и на ней равномерно распределена нагрузка интенсивностью q, то активное давление грунта из нескольких слоев песка или супеси в пределах каждого (i-го) слоя принимают изменяющимся прямолинейно от давления , на уровне кровли этого слоя до давления на уровне его подошвы (рис. 8):

(13)

где - толщина i-го слоя грунта с объемным весом и углом внутреннего трения ;

- коэффициент активного давления грунта i-го слоя.

12. Активное давление суглинка или глины допускается определять, учитывая сцепление грунта с путем уменьшения ординат эпюры, построенной как для несвязного грунта по объемному весу и углу внутреннего трения суглинка или глины) на величину, которая при плоской поверхности грунта, наклоненной к горизонту под углом , определяется выражением

, (14)

где - коэффициент активного давления грунта, определяемый по формуле (8).

В пределах участка, на котором величина превышает ординаты активного давления, вычисленные как для несвязного грунта, активное давление суглинка или глины не учитывают.

Построение эпюры активного давления однородного грунта в виде суглинка или глины показано на рис. 9.

В случае разнородного грунта уменьшение активного давления за счет сцепления учитывают в пределах каждого слоя суглинка или глины, определяя величину по формуле (14) по характеристикам и с соответствующего слоя.

При горизонтальной поверхности грунта () формула (14) может быть представлена в виде

. (15)

13. Эпюру пассивного давления супеси или песка на стенку принимают в виде треугольника с наибольшей ординатой (рис. 10):

, (16)

где - коэффициент пассивного давления грунта, определяемый выражением

. (17)

Угол трения грунта по стенке следует принимать по п. 5. При = 0 формула (17) упрощается и принимает вид

. (18)

14. Ординаты эпюры пассивного давления суглинка или глины на стенку (рис. 11) получают суммированием соответствующих ординат двух эпюр: эпюры, построенной как для несвязного грунта (по значению угла внутреннего трения суглинка или глины) и эпюры с ординатами, равными .

Для поверхностного слоя, где возможно нарушение структуры суглинка или глины, расчетное сцепление с принимают уменьшающимся по линейному закону от полной величины (определяемой по п. 2) на глубине 1,0 м до нуля у поверхности грунта.

15. При проектировании замкнутых в плане ограждений узких и глубоких котлованов, расположенных в сухих грунтах с углом внутреннего трения более 30°, допускается учитывать снижение активного давления грунта за счет пространственных условий работы.

Снижение учитывается коэффициентом , вводимым к величине давления Е от собственного веса грунта. Коэффициент следует принимать равным 0,7 при и 1,0 при (В - наибольший размер в плане и Н - глубина котлована). При значениях величина его принимается по интерполяции.

______________________________

* В настоящем приложении речь идет только о нормативных величинах (давления, веса, нагрузки, характеристик грунта); в целях избежания повторений слово "нормативное" далее опускается.

** В целях упрощения рис. 7 на нем показана лишь одна нагрузка интенсивностью q, распределенная на ширине b.