Використання та розрахунок утримуючих протизсувних споруд 2 страница

.(6.123)

А якщо стійкість зсувних мас, що прилягають знизу до утримуючої споруди, є стійкі (), розрахункова величина зсувного тиску із врахуванням заданої величини коефіцієнта стійкості схилу () визначають за формулою

, (6.124)

де А для скорочення запису позначили

.(6.125)

У формулах (6.123-6.125) відповідно позначили

– нормативну величину коефіцієнта запасу стійкості схилу;

– сумування величин по окремих блоках, починаючи із верхньої частини схилу;

– кут нахилу поверхні ковзання в кожному розрахунковому блоці;

, – відповідно кут внутрішнього тертя та питоме зчеплення на поверхні ковзання кожного блоку, які у межах блоку приймаються постійними;

– вертикальна сила в межах блоку (вага ґрунту із врахуванням впливу підземних вод та навантаження на поверхні);

– сила фільтраційна сила, що виникає у зсувному масиву ґрунту перед спорудою (направлена горизонтально);

– горизонтальна складова сталого швидкісного тиску вітру (враховується тільки для надземних трубопроводів);

i – загальна кількість розрахункових відсіків;

j – номер розрахункового відсіку, де встановлена утримуюча споруда;

q_c – величина сейсмічного інерційного тиску (направлена горизонтально);

l_n – довжина поверхні ковзання в межах n -го блоку;

F_п – додаткова величина зсуваючої сили на ділянках схилів із повільним переміщенням зсувних мас.

Величину зсуваючої сили (F_п)розраховують за формулою

, (6.126)

де – в'язкість ґрунту в зоні деформації;

– швидкість зсуву жорсткої частини n -го блоку;

1_п – довжина зони деформації в межах n -го блоку;

Н_п – середня потужність зони деформації в межах n -го блоку.

Величина та для ділянок схилу, що знаходиться в граничній рівновазі, уточнюють на основі розрахунків виходячи із умови, що при =0 тиск Е на межі останнього блоку зсувних ґрунтів та підошви схилу рівно нулю, тобто відсутній.

Якщо зсувні ґрунти обтікають утримуючі елементи, ординату епюри максимального тиску на елемент протизсувної споруди розраховують за формулою

. (6.127)

Загальний тиск на один елемент буде рівний площі епюри, яка визначається шляхом інтегрування виразу (6.127) в межах від 0 до h.

Для ділянок схилів, де переміщення ґрунту через протизсувні споруду (або її обтікає зсувними ґрунтами) не допускається. Це означає обов'язкове дотримання умови, щоб величина максимального зсувного тиску, який може створити зсувний грунт на протизсувну споруду повинен бути більшим за тиск поверхневих ґрунтових мас самого схилу тобто повинна виконуватися умова

. (6.128)

Для дотримання цієї умови утримуючі протизсувні споруди влаштовують у декілька ярусів (рис.6. 30).

Дотримання нерівності (6.128) перевіряють при виборі місцеположення протизсувної споруди.

1 – залізобетонна стінка і ростверк; 2 – ростверк; 3 – буронабивна паля; 4 – зсувні ґрунти; 5 – дренаж; 6 – міцні та стійкі породи; 7 – поверхня ковзання

Рисунок 6.30 – Розташування утримуючих споруд вздовж зсуву ґрунтових мас (Стрілка вказує напрям руху зсуву)

Не виконання даної умови вказує, що місце розташування на схилі та дана конструкція є малоефективна (рис. 6. 31).

а — схематичний розріз вздовж схилу; 1– буронабивні палі; 2 — поверхня зсуву ґрунту на схилі; 3— поверхні схилу після планування; 4 — поверхня ковзання

Рисунок 6.31 – Приклад неправильного розміщення утримуючих протизсувних споруд

Інженерний метод розрахунку утримуючих протизсув-них споруд, що працюють на згин. Основою для проектування даних утримуючих протизсувних споруд є:

- дані про інженерно-геологічну будову зсувного схилу на ділянці влаштування протизсувної споруди, характер поверхневого зсуву ґрунтових мас, глибину до поверхні ковзання, епюри зсуву ґрунту за результатами спостережень згідно глибинних реперів, положення депресивної поверхні потоку фільтрації обводненого шару ґрунту, положення та потужність кореневих порід;

- дані про фізико-механічні характеристики ґрунтів зсувних накопичень та кореневих порід, в яких влаштовані утримуючі елементи, міцнісні характеристики та величини коефіцієнта жорсткості ґрунтів, характеристики реологій глинистих ґрунтів, компресійні властивості піщаних та супіщаних ґрунтів;

Необхідні для розрахунку коефіцієнти жорсткості (постелі) ґрунтів значення яких отримані при випробуваннях ґрунту в період проведення інженерно-геологічних вишукуваннях.

При наближених розрахунках допускається використовувати табличні значення коефіцієнта постелі або визначати за формулою

, (6.129)

де k – коефіцієнт пропорційності, приймається згідно табл. 6.5;

х – глибина положення перетину, в якому визначається значення коефіцієнта постелі, м.

Для ґрунтів однорідної геологічної будови (складу), розташованих нижче за поверхню ковзання, допускається приймати постійне значення коефіцієнта постелі, розраховане за формулою

, (6.130)

де – середня глибина шару ґрунту на ділянці влаштування утримуючої протизсувної споруди.

Нижче приведені значення коефіцієнта постелі для деяких видів скальних ґрунтів (кН/м³).

Крупнообломочні ґрунти.................18 000–100 000

Вапняк, пісковик, алевроліт...............200 000–1 000 000

Тверда скеля.....................................1 000 000–15 000 000

Таблиця 6.5 – Значення коефіцієнта пропорціональності k, кН/м⁴

Зауваження: для ґрунтів із проміжними значеннями І_а та е значення коефіцієнта k визначають шляхом інтерполяції. Коефіцієнт k для щільних пісків повинен прийматися на 30% більше найбільших значень вказаних у таблиці.

Розрахунок утримуючих протизсувних споруд, для забезпечення надійної експлуатації магістральних трубопроводів, що піддаються поверхневим зсувним масам ґрунтів проводиться в такій послідовності.

За формулою (6.123) або (6.124), в залежно від стійкості прилеглих ґрунтів до протизсувної споруди, визначають величину тиску зсувного ґрунту.

Визначають максимальні значення цього тиску (приймається його найменше із значень), при яких відбувається зрушення ґрунтових мас, їхнє переміщення через протизсувну споруду, яке може проходити вздовж плоскій або колоциліндричній кривій за вирахуванням сил опору зрушення (рис. 6.32).

Рисунок 6.32 – Розрахункова схема для визначення граничного тиску методом послідовних наближень.

Наступним етапом є перевірка нерівність (6.128), тобто визначення утримуючої здатності споруди сприйняти розрахунковий зсувний тиск ґрунтової маси при заданій міцності ґрунту. Якщо вказана нерівність не виконується, споруду встановлюють в іншому створі, де розраховане максимальне значення тиску зростає або вздовж поверхні зсуву влаштовують декілька ярусів утримуючих споруд, що дозволяє зменшити величину тиску .

Якщо виконується нерівність , утримуюча протизсувна споруда під впливом зсувного тиску практично не прогинається, а повертається в ґрунті як жорстка конструкція в цьому випадку повинна виковуватися така умова

, (6.131)

де – середнє значення коефіцієнта постелі масиву ґрунтів поверхневого зсуву;

– ширина утримуючого елементу по фронту споруди;

– жорсткість перетину утримуючого елементу;

F_п – опорна площа перетину вертикального елементу на глибині h і L;

, – коефіцієнти стійких, корінних порід на глибині ;

– відстань вздовж осі між першим та останнім рядами утримуючих елементів на глибині занурення їх в стійкі породи.

В даному випадку утримуюча споруда повертається як єдине ціле і основним опором такому повороту є опір ґрунту вздовж бічних поверхней. При цих умовах зсув елементів протизсувних споруд під впливом поверхневого тиску можна описати рівнянням

. (6.132)

Якщо нижче за поверхнею ковзання стійкі ґрунти однорідні, а на поверхні зсуву коефіцієнт постелі поверхневих зсувних ґрунтів близький до нуля, значення коефіцієнтів а і b визначають згідно табл. 6.3 та 6.4. А якщо поверхневі зсувні ґрунти розташовані нижче утримуючої споруди знаходяться в стійкому стані тоді вказані коефіцієнти визначають за табл. 6.4, а у випадку нестійкого стану ґрунтів – за табл. 6.3.

Для умов, які прийняті при визначенні коефіцієнтів а і b, величину переміщення зсувного блоку визначають за формулою

(6.133)

де Е – величина зсувного тиску на 1 м протизсувної споруди;

– відстань між осями утримуючих елементів протизсувної споруди;

( =1; 2; 3) – коефіцієнт, що враховує сприйняття частини тиску залежно від місцеположення вертикальних елементів в утримуючій протизсувній споруді. Для елементів першого ряду, що безпосередньо сприймають поверхневий ґрунтовий тиск = 1, 0, для елементів другого ряду, розташованих між елементами першого ряду =0,5–0,95, для елементів третього, а також другого рядів, розташованих безпосередньо за першими рядами елементів =0,15–0,9.

Більші числові значення коефіцієнтів відповідають умовам, коли між рядами вертикальних елементів розташовані породи із значною структурною міцністю для яких виконується нерівність . Коли з метою влаштування дренажу між рядами елементів була проведена виїмка ґрунту, а пізніше дана виїмка була заповнена місцевим ущільненим ґрунтом до природної щільності тоді приймається мінімальне значення коефіцієнта . Якщо щільність ґрунту при заповненні виїмки нижче щільності ґрунтів перед першими рядами утримуючих елементів значення коефіцієнта ( =2, 3) приймають рівним нулю. У всіх інших випадків беруть проміжне значення , яке визначають шляхом інтерполяції.

Епюри тиску, що діє на утримуючі елементи, згинаючі моменти в них та поперечні зусилля розраховують формулами

для однорядної протизсувної споруди

при

; (6.134)

при

; (6.135)

для дворядної протизсувної споруди

при

перший ряд елементів

; (6.136)

другий ряд елементів

; (6.137)

при

перший ряд елементів

при у > 0

; (6.138)

при у < 0

; (6.139)

другий ряд елементів

при у > 0

; (6.140)

при у < 0

. (6.141)

Якщо другий ряд утримуючих елементів розташований за першим, коефіцієнт у формулах (6.138–6.141) замінюється .

Для трирядної протизсувної споруди

при

перший ряд елементів

; (6.142)

другий ряд елементів

; (6.143)

третій ряд елементів

; (6.144)

при

перший ряд елементів

при у>0

; (66.145)

при у<0

; (6.146)

другий ряд елементів

при у>0

; (6.147)

при у<0

; (6.148)

третій ряд елементів

при у>0

; (6.149)

при у<0

. (6.150)

Якщо елементи другого ряду розташовані безпосередньо за елементами першого або третього ряду, у формулах (6.143), (6.147) та (6.148) коефіцієнт замінюють .

Міцність утримуючих протизсувних елементів розраховують згинаючий момент (перший граничний стан), із наступним підбором перетину та кількість арматури в даних елементах на виконання умови

, (6.151)

де – максимальний згинаючий момент, що виникає, в перетині вертикального утримуючого елементу внаслідок переміщення поверхневих зсувних мас;

– розрахунковий згинаючий момент, який може бути сприйнятий вертикальним елементом. Якщо вертикальні елементи виготовлені із буронабивних паль армовані арматурою класу А-ІІ, значення визначають згідно таблиць, а в інших випадках розраховують.

Розрахункове значення максимального згинаючого моменту в елементах починають визначати із вільних кінців. При цьому утримуюча споруда розглядається як проста рама, навантажена епюрою зусиль, розрахованих за формулами (6.135–6.150).

Епюру згинаючих моментів в однорядній утримуючій споруді визначають за формулою (6.94 або 6.95). В даному випадку відстань до перетину, в якому діє максимальний згинаючий момент визначають за формулою

при ;

; (6.152)

при ;

. (6.153)

При розрахунку міцності елементу однорядних споруд приймають, що перетин, де діє максимальний згинаючий момент розташований нижче за поверхню ковзання.

Для утримуючих протизсувних споруд, в яких не виконується нерівність слід враховувати гнучкість самих утримуючих елементів. При цьому зменшуються напруження в елементах протизсувних шляхом заміни у формулах (6.135–6.150) величини зсуву у на , де – величина прогину утримуючого елементу, що виникає під впливом поверхневого зсувного ґрунту тиску на глибині х. Величину прогину в першому наближенні розраховують за формулою Мора-Максвела або за правилом Верещагіна. В даному випадку утримуюча протизсувна споруда розглядається як рама навантажена епюрою зусиль, визначених за формулами (6.135–6.150).

Для орієнтовних розрахунків допускається користуватися графічною залежністю (рис. 6.33).

1 – при заповненні між палевого простору зсувними ґрунтами; 2 – при заповненні простору між утримуючими елементами ґрунтами, модуль деформації яких в два рази вище за модуль деформації зсувних ґрунтів; М_ж – максимальний згинаючий момент, що виникає у споруді, яка складається із жорстких елементів

Рисунок 6.33 – Зміна величини максимального згинаючого моменту в дворядній споруді із елементів кінцевої жорсткості (М_к._ж)

Точніші результати отримують при рішенні системи диференціальних рівнянь (6.90), що описують роботу протизсувної споруди.

Величину відстані між утримуючими елементами уточнюють з розрахунку на міцність за формулою (6.151). Слід зазначити, що відстань між утримуючими елементами повинна бути не більше за величину, за межами якої між утримуючими елементами виникає та розвивається процес продавлювання ґрунту. Для інженерно-геологічних умов схилу, які лягли в основу отриманих рішень для визначенням коефіцієнтів а і b (табл. 6.3 та 6.4), відстань між утримуючими елементами повинна бути не більше

, (6.154)

де – несуча здатність поверхневих зсувних ґрунтів поблизу поверхні ковзання.

Рівняння (6.154) для визначення відстаней між утримуючими елементами використовують тільки у випадку, якщо за утримуючими спорудами вниз по схилу розміщені блоки стійких поверхневих ґрунтів.

Коли ж під час експлуатації протизсувної споруди можливий зсув ґрунтів, розташованих нижче, а простір між утримуючими елементами до поверхні ковзання повністю перекривають або закріплюють за допомогою методів технічної меліорації до міцності тоді глибину занурення вертикальних елементів визначають виходячи із двох умов:

- зсув утримуючих елементів на рівні поверхні землі повинен бути не більше тобто

; (6.155)

- міцність ґрунту нижче за поверхню ковзання повинна задовольняти нерівність (перший граничний стан)

, (6.156)

де - несуча здатність стійких і міцних ґрунтів, розташованих поблизу поверхні ковзання.

Для орієнтовних розрахунків глибину занурення утримуючих елементів визначають за формулою

. (6.157)

У табл. 6.3 і 6.4 коефіцієнти а і b розраховані для трьох величин занурення вертикальних елементів, що дозволяє методом екстраполяції уточнити глибину занурення із врахуванням умов (6.156), (6.157).

Кінцевим етапом є перевірка стійкості утримуючої протизсувної споруди вздовж поверхней ковзання, розташованих нижче за глибину закладання вертикальних утримуючих елементів, або вздовж ослаблених шарах ґрунтів, по яких може відбутися зсув протизсувної споруди. В даному випадку коефіцієнт стійкості споруди визначають за формулою

.(6.158)

При цьому отримане найменше значення коефіцієнта стійкості поверхонь ковзання повинне бути не менше прийнятої для даної протизсувної споруди величини коефіцієнта запасу .

На рис. 6.34 приведені заміряні величини згинаючих моментів (М), удвох залізобетонних стовпах, встановлених на одній із зсувних ділянок Південного берега Криму, а також розраховані за приведеною вище методикою.

а –верхня частина схилу; б – нижня частина схилу; 1 – суглинки; 2 – суглинки із щебенем; 3 – поверхня ковзання; 4 – низьконесучі аргіліти; 5 – щільні плитчасті аргіліти; 6 – заміряні в різний час величини згинаючих моментів; 7 – розраховані величини згинаючих моментів

Рисунок 6.34 – Епюри згинаючих моментів в однорядній утримуючій споруді

Гнучкі анкерні утримуючі протизсувні споруди. Анкерні протизсувні споруди (рис. 6.35) не працюють на згин, а чинять опір тільки розривним зусиллям, що дозволяє використовувати їх для закріплення поверхневих зсувних мас ґрунту великої потужності у порівнянні із іншими протизсувними спорудами.

1 – межа порід, що піддаються вивітрюванню; 2 – верхній анкер; 3 – підпірна стіна; 4 – поверхня зсувного ґрунту до виконання робіт; 5 – нижня палева підпірна стінка; 6 – нижній анкер; 7 – межа зони анкетування; 8 – поверхня ковзання

Рисунок 6.35 – Розріз вздовж поверхні зсуву схилу закріпленого гнучкими анкерними утримуючими спорудами

Гнучкі анкерні утримуючі споруди використовують для закріплення поверхневих зсувних ділянок схилів при умові, якщо нижче за поверхнею ковзання або зони горизонту, що деформується, розміщені тверді та міцні породи, в яких можливе надійне закріплення анкерів. Створ для монтажу гнучкої анкерної споруди вибирають із таким розрахунком, щоб розташовані нижче зсувні маси ґрунтів знаходились у стійкому стані і коефіцієнт запасу стійкості повинен бути більше 1,5. Недотримання вказаної умови допускається при використанні дворядних або багаторядних анкерних споруд, якщо в зсувних ґрунтах проведена технічна меліорація, яка забезпечує встановлення відповідний (розрахунковий) натяг анкерного канату. Якщо під час експлуатації гнучкої анкерної споруди можливий зсув розташованих нижче даної споруди поверхневих ґрунтів, використовують комбіновані утримуючі конструкції. Простір між рядами вертикальних утримуючих елементів останнього ряду, влаштований із паль або залізобетонних стовпів, перекривають залізобетонними плитами.

Конструкції таких плит розраховують на активний тиск ґрунту, що знаходиться між рядами утримуючих елементів. Гнучкі анкерні споруди розраховують в такій же послідовності, як споруди, що працюють на згин. Згідно формул (6.129–6.131) визначають величину зсувного тиску. Використовуючи нерівність (6.134,6.135) перевіряють можливість переміщення ґрунту через споруду.

Величину натягу канатів гнучкої споруди визначають за формулою

, (6.159)

де – кут нахилу канату до горизонту;

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 108; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!