Irtishspb.ru

Строительство и Ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет устойчивости откосов песчаных грунтов

Расчет устойчивости откосов

Расчет устойчивости откосов и склонов, противооползневых удерживающих инженерных сооружений, всегда основывается на данных инженерно-геологических и геотехнических изысканий, на количественном и качественном анализе оползневых факторов.

В настоящее время существует много методик по расчету устойчивости откосов, все они сводятся к трем базовым классам методов:

  • методы предельного (пластического) равновесия;
  • методы конечных элементов;
  • комбинированные методы.

Выбор тех или иных методов в первую очередь определяется типом оползневого процесса и механизмом возможного смещения оползневых масс. Каждый оригинальный способ расчета характеризуется своей оригинальной системой, полученной в данном способе с использованием того или иного допущения (необходимость которого связана со статической неопределенностью задачи).

Класс методов предельного равновесия, может быть представлен методами Моргенштерна-Прайса, упрощенным методом Бишопа и обобщенным методом Янбу. Методы Бишопа и Моргенштерна-Прайса рассматриваются действующими нормативными документами (п. 4.2.11 СП 11-105-97, Часть II [4]) в качестве общепринятых методов расчета устойчивости склонов. Метод конечных элементов, представляющий класс численных методов и рекомендованный к применению в актуализированных редакциях нормативных документов (п. 5.2.3 СП 116.13330).

Метод Бишопа

При расчете устойчивости откосов, в упрощенном методе Бишопа удовлетворяются условия равновесия общих моментов и вертикальных сил (равновесие сдвигающих сил не соблюдается). Несмотря на то, что условия равновесия удовлетворяются не полностью, тем не менее, метод обеспечивает хорошие результаты и рекомендуется для проведения большинства практических расчетов, проводящихся по круглоцилиндрической поверхности. Многоугольник сил, построенный на основе метода Бишопа, показан на рисунке.

Вследствие того, что коэффициент устойчивости FS входит в обе части уравнения, для его решения необходимо задаться предположением о начальном значении коэффициента устойчивости. Далее решение данного уравнения сводится к итерационному процессу (до тех пор, пока вычисляемый FS не окажется меньше заданной допустимой погрешности).

Бишоп провел сопоставление коэффициентов запаса, полученных с помощью упрощенного и более строгих методов, которые удовлетворяют всем условиям равновесия. Он установил, что вертикальная составляющая сил взаимодействия может быть принята равной нулю, не приводя к существенным ошибкам, обычно с расхождением менее 5%. Следовательно, упрощенный подход, в котором вертикальные составляющие сил взаимодействия приводятся к нулю, обеспечивает тот же результат, что и строгий, при котором удовлетворяются все условия равновесия.

Метод Янбу

Метод Янбу был разработан в 1954 году норвежским профессором геотехники Нилмаром Оскаром Чарльзом Янбу. Он очень схож с методом Бишопа. С его помощью также, в геотехнической практике, выполняются расчеты оползневых склонов. Отличием является то, что в данном методе осуществляется удовлетворение равновесию сдвигающих сил, при этом не соблюдается удовлетворение равновесию моментов. Диаграмма распределения сил в отсеке и многоугольник сил, построенные при расчёте по упрощённому методу Янбу показаны на рисунке

Анализируя многоугольник сил в отсеке, можно сказать что многоугольник, получающийся по методу Янбу, замкнут лучше, чем в методе Бишопа. Стоит отметить, что при расчёте по круглоцилиндрической поверхности результаты по методу Янбу получаются заниженными.

Уравнение для вычисления коэффициента устойчивости по упрощённому методу Янбу показано на рисунке.

Упрощённый метод Янбу является наиболее близким к методу Маслова-Берера, рекомендованному российскими нормативными документами для расчёта устойчивости склонов, так как относится к группе методов горизонтальных сил, действующих на границе отсеков.

Метод конечных элементов

Метод конечных элементов (МКЭ, FEM) наряду с методами конечных разностей является одним из основных численных методов решения задач механики сплошной среды.

Одна из особенностей МКЭ состоит в том, что он базируется скорее на интегральной формулировке анализируемого явления, нежели на дифференциальной форме, которую представляют уравнения в частных производных и граничные условия. Эта интегральная формулировка может быть вариационного (если это возможно) либо проекционного типа.

Основная концепция метода конечных элементов состоит в том, что искомую непрерывную величину аппроксимируют кусочным набором простейших функций, заданных над ограниченными конечными подобластями (элементами). С помощью такой процедуры интегрирование дифференциальных уравнений аналитической постановки задачи сводится к решению системы линейных уравнений. Количественные значения неизвестной величины отыскиваются в ограниченном числе точек (узлов) области, а в пределах элементов значения неизвестной функции и ее производных определяются уже аппроксимирующими функциями и их производными.

Наиболее важными преимуществами МКЭ благодаря которым он так широко используется, являются:

  • свойства материалов смежных элементов могут быть различными, что позволяет применять метод для моделирования напряженно-деформированного состояния неоднородных сред;
  • методом можно пользоваться для областей с любой формой внешних и внутренних границ;
  • размеры элементов могут быть переменными, что позволяет укрупнить или измельчить сеть разбиения области на элементы;
  • с помощью МКЭ не представляет труда рассмотрение граничных условий с разрывной поверхностной нагрузкой, а также смешанных граничных условий.

Большое практическое применение МКЭ получил при решении геотехнических задач, касающихся расчета устойчивости откосов и склонов, так как позволяет учесть сложную геометрию откосов и их неоднородность.

Читайте так же:
Рейтинг грунтовок для стен под обои

В отличие от методов, основанных на анализе предельного равновесия, в МКЭ нахождение нормальных и касательных напряжений по поверхности скольжения осуществляется с учетом деформационных свойств грунтов (модуля Юнга и коэффициента Пуассона).

Анализ напряженного состояния методом конечных элементов удовлетворяет условиям статического равновесия и позволяет оценить изменения напряжений, вызванные варьированием деформационных свойств, неоднородности и геометрических форм.

Поле напряжений в откосе определяется решением двухмерной задачи плоской деформации с использованием конечных элементов треугольной формы. На рисунке выше показана конечно-элементная дискретизация, применяемая при расчетах откосов. Жесткие границы заданы на значительном расстоянии от откоса, поэтому наличие их не влияет на напряженное состояние откоса. В методе конечных элементов матрица жесткости элементов, которая связывает силы и перемещения в узлах, определяется исходя из минимизации полной потенциальной энергии. Эти матрицы жесткости затем накладываются, образуя общую матрицу жесткости системы. Задав силы и перемещения в каждом узле на границах, система совместных уравнений, базирующихся на общей матрице жесткости, может быть разрешена относительно перемещений каждого узла. После того как установлены перемещения, для каждого элемента можно определить напряжения.

Решение краевой задачи о напряженно-деформированном состоянии рассматриваемой расчетной области сводится к численному решению системы уравнений:[K] = , — вектор узловых перемещений; — вектор нагрузок.

При решении нелинейной задачи механики деформируемого твердого тела совместно с уравнением решается также другая система уравнений, задаваемая соотношением F(<σ>, <ε>) = 0.

При этом решение задачи сводится к подбору исходных параметров <ε0>или <σ0>(соответственно при использовании метода начальных деформаций или начальных напряжений), которые удовлетворяют условиям равновесия рассматриваемой расчетной области. Подбор этих параметров осуществляется итерационными методами.

Определение устойчивости склона выполняется методом редукции (ступенчатого уменьшения) прочностных параметров материалов модели, доводя модель до искусственного разрушения. Состояние математической модели, при котором не может быть получено устойчивое решение краевой задачи вследствие безграничного нарастания деформаций расчетной области, трактуется как предельное.

Коэффициент запаса несущей способности откосов и склонов определяется как отношение исходных прочностных параметров пород, слагающих рассматриваемый откос (склон) к их минимальным значениям, при которых решение краевой задачи еще возможно.

За рубежом, при моделировании устойчивости склонов, наиболее часто используется нижняя предельная теорема пластического разрушения.

В основе расчетных методов оценки устойчивости оползневых и оползнеопасных склонов лежат две предельные схемы (Р.Р. Чугаев, Ж. Косте, Г. Санглера).

Идея первой предельной схемы (фактических и уменьшенных прочностных характеристик) состоит в нахождении таких критических значений прочностных характеристик грунта, что бы расчетный склон перешел в состояние предельного равновесия. Соответственно коэффициент устойчивости при подобном подходе определяется как отношение фактических прочностных характеристик к их критическим значениям.

Идея второй предельной схемы (удерживающих и сдвигающих усилий) заключается в изучении соотношения сдвигающих и удерживающих усилий, действующих на склон. Коэффициент устойчивости в этом случае может быть определен как отношение удерживающих моментов к сдвигающим.

Стоит отметить, что определение коэффициента устойчивости в первом и во втором случае различно и использование первой предельной схемы с точки зрения механики более обосновано. Однако на практике оба определения коэффициента устойчивости дают близкие результаты.

Наша организация предлагает комплексный подход с целью оценки устойчивости склонов и откосов, а также разработке мероприятий по предупреждению развития и предотвращению активизации оползневого процесса. А также разработку документации для устройства инженерной защиты от оползней.

Более полную информацию по разработке геотехнического проекта инженерной защиты от оползней, по выполнению геотехнических расчетов вы можете получить позвонив нам по телефону + 7 (499) 350-23-58, или оставив заявку по форме или по электронной почте.

© 1999-2021 Научно-проектное конструкторское бюро «СтройПроект»

Таблица 1. Характеристики грунтов

Численный анализ деформаций и устойчивости насыпи выполнен при помощи программного комплекса геотехнических расчетов PLAXІS 2D методом конечных элементов:

при создании геометрической модели грунтовый массив разбивается на сеть 15 узловых треугольных изопараметрических конечных элементов, в которых перемещения определяются во всех узлах, а напряжения (вычисляются по методу К.Терцаги) – в 12 точках.

Грунтовая модель – упругопластическая, Кулона-Мора, оценивается дренируемое/ недренируемое состояние грунтов. Коэффициент взаимодействия (трения, скольжения и т.п) материалов/интерфейсов – 0,6. Плитные конструкции – перекрытия и т.п. характеризуются продольной и изгибной жесткостью, моделируются 5-ти узловыми линейными элементами.

Учитывая, что проектом предусмотрено устройство дренажей глубокого заложения, уровень подземных вод при выполнении расчетов не рассматривался. По верху откоса для проверки критических условий работы сооружения принята нагрузка от толпы людей (10кН/м 2 , кроме сечения 5-5).

Геотехнический расчет устойчивости проведен методом снижения прочности (SRM – shear reduction method), который по принципу расчета схож с методом Р.Р. Чугаева, известном в гидротехническом строительстве. Метод снижения прочности реализован в программах, работающих на основе метода конечных элементов и конечных разностей (Plaxis, GEO5, Phase2, FLAC). Прогноз разрушения осуществляется путем одновременного понижения обоих показателей сдвиговой прочности (удельного сцепления с и угла внутреннего трения φ):
cr = с / К уст и φ r = φ / К уст , где Куст – коэффициент снижения прочности, соответствующий коэффициенту устойчивости в момент разрушения.

Читайте так же:
Свойства грунтовки для дерева

Требуемый коэффициент устойчивости согласно разделу 5 СП116.13330.2012 следует определять по формуле: Ктр= γн ∙ ψ / γ ­ d, где γн — коэффициент надежности по назначению сооружения – повышенный (класс сооружения КС-3), ввиду уникальности объекта строительства (п.10 ГОСТ 27751-2014), минимальное значение γн = 1,1; ψ – коэффициент сочетания нагрузок, ψ = 1,0; γ ­ d – коэффициент условий работы, учитывающий характер воздействий, возможность изменения свойств материалов со временем, степень точности исходных данных, приближенность расчетных схем, тип сооружения, конструкции или основания, вид материала и другие факторы, устанавливается в диапазоне 0,75 ≤ γ ­ d ≤1,00. Принят практически минимальным, γ ­ d = 0,8, исходя из степени точности исходных данных и уникальному типу сооружения.

Таким образом, Ктр = 1,1 ∙ 1 / 0,8 = 1,38

Несущая способность грунта – Таблица СНиП

Для определения несущей способности глинистых грунтов, нам необходимо получить еще два коэффициента – показатель текучести грунта (IL) и коэффициент пористости (е). Первый показатель можно достаточно легко определить на глаз, если почва откровенно сырая и вязкая – выбирайте IL = 1, если сухая и грубая – IL = 0. Второй коэффициент можно получить только в таблицах из СНиП. Так как все данные находятся в открытом доступе, для вашего удобства мы скопировали таблицы расчетного сопротивления грунта из СП 22.13330.2011.

Несущая способность глинистых грунтов

Глинистые грунты

Коэффициент пористости е

Значения R, кПа, при показателе текучести грунта

  • Астрономия
  • Биология
  • Биотехнологии
  • География
  • Государство
  • Демография
  • Журналистика и СМИ
  • История
  • Лингвистика
  • Литература
  • Маркетинг
  • Менеджмент
  • Механика
  • Науковедение
  • Образование
  • Охрана труда
  • Педагогика
  • Политика
  • Право
  • Психология
  • Социология
  • Физика
  • Химия
  • Экология
  • Электроника
  • Электротехника
  • Энергетика
  • Юриспруденция
  • Этика и деловое общение

Изобретательство Расчет устойчивости откосов

При разработке котлованов, устройстве выемок и насыпей, планировке площадок с уступами, возведении сооружений на склонах и в некоторых других случаях возникает крайне важность в оценке устойчивости грунтов в откосах. Устройство очень кpyтыx откосов может вызвать нарушение его устойчивости и привести к авариям пологие откосы значительно удорожают строительство, в связи с этим задачей проектировщика является отыскание оптимальной крутизны откоса.

Основные виды нарушения устойчивости откосов:

оползни вращения, когда массы грунта сползают по криволинœейным поверхностям скольжения (рис. 2.16, а);

— оползни скольжения (прислоненный откос), когда массы грунта сползают по подстилающей породе (рис. 2.16, 6);

— оползни разжижения, когда в результате каких-либо воздействий происходит разжижение грунтов и разжиженные массы перемещаются как вязкая жидкость;

— оползни медленного течения, когда грунт как очень вязкое тело постепенно сползает по склону, при этом поверхностные слои перемещаются быстрее ниже расположенных (рис. 2.16, в);

— обвалы, когда перемещаются поверхностные слои грунтов, не обладающие сцеплением;

— оползни обрушения, когда разрушается основание откоса (выдавливанием, суффози­ей и т. п.) И часть массива грунта откалывается, а иногда даже опрокидывается (рис. 2.16, г). Рис. 2.16. Основные виды оползней.

Потеря устойчивости отко­сов происходит в силу следующих причин:

1. устранение естественной опоры грунта в результате разработки траншеи и котлованов;

2. увеличение внешней нагрузки на откос (складирование материалов, возведение сооружений);

3. устройство недопустимо крутых откосов;

4. увеличение веса и снижение сцепления и трения грунта при его увлажнении.

В ряде случаев нарушение устойчивости происходит в результате влияния нескольких причин. Обследования большинства оползней показали, что в однородных грунтах, обладающих трением и сцеплением, потеря уcтойчивости откосов происходит в результате смещения массива грунта по круглоцилиндрической поверхноcти скольжения.

Сущноcть этого, метода заключается в следующем. Задаваясь углом вращения О откоса АВ (рис. 2.17), по радиусу R проводят поверхнocть скольжения АС через точку А, затем призму обрушения АВС делят на n* отсеков и суммируют вес каждого отсека с внешней нагрузкой (при наличии последней), прикладывая равнодействующую в точке, расположенной на поверхности скольжения. Эту силу Рi раскладывают на две составляющие: нормальную Ni к заданной поверхности и касательную Ti. Учитывается также и сцепление грунта по всœей поверхности скольжения. Коэффициент надежности откоса в этом случае вычисляется как отношение момента удерживающих сил, к которым относятся силы трения, сцепления и касательная составляющая веса удерживающих отсеков к моменту сдвигающих сил (касательная составляющая веса сдвигающих отсеков). В случае если в этом отношении сократить радиус вращения, то получим

где fi=tgφ1,ci — соответственно коэффициент внутреннего трения и сцепления і-го участка; li— длина дуги скольжения на i-м участке; Niiсоsα — нормальная составляющая; Tirt=Pisina- касательная составляющая, действующая против движения призмы обрушения; Tis — то же, но направленная по ходу движения призмы.

Читайте так же:
Серая грунтовка под покраску

В общем случае через точку А можно провести бесконечное множество поверхностей скольжения, в связи с этим на практике расчет осуществляют по специальной методике, для нескольких (минимум четырех) центров вращения О с определœением минимального значения γn. Сущность такого приема заключается в следующем: из верхней точки откоса В проводят наклонную линию под углом 360 к горизонту (рис. 2.18). На этой линии располагают точки 01′ 02′ ОЗ’ 04,. на расстояниях, указанных на рис. 2.18, где m=ctga. Эти точки принимают в качестве центров вращения. Проводят сле­ды круглоцилиндрических поверхностей скольжения АС1. АС2. АСз. А.С4,. и для каждой точки поверхности вычисляют значение коэффи­циента запаса устойчивости по формуле (2.22). Затем откладывают некотором масштабе значения a11-1; a22-1; a3=γ3l; а44 -1 в виде отрезков, перпендикулярных линии В04 в соответствующих точках. Через концы этих отрезков строят плавную кривую. К этой кривой проводят касательную, параллельную линии ВО 4′ и точку касания проецируют на линию ВО 4′ для полученной точки О делают пятое построение, аналогичное рис. 2.17, и по формуле (2.22) находят минимальное значение коэффициента запаса устойчивости, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ должно быть не менее 1,1. 1,3 в зависимости от класса сооружения.

В случае если в основании откоса залегают относительно слабые грунты с углом внутреннего трения менее 100, крайне важно дополнительно рассматривать возможность потери устойчивости по круглоцилиндрической поверхности, указанной пунктиром на рис. 2.18, с выпира­нием грунтов основания откоса.

Устойчивость прислоненного откоса определяется, если можно наметить вероятный сдвиг масс грунта по ломаной поверхности скольжения (рис. 2.19).

Оползающий массив грунта разбивают вертикальными плоскостями на ряд отсеков и рассматривают силы, действующие на каждый из них, начиная сверху вниз.

При рассмотрении i-го отсека учитывают приложенную к нему внешнюю нагрузку и силу тяжести грунта отсека, сумму которых Q, раскладывают на два направления: перпендикулярное плоскости сдвига этого отсека по основанию и параллельное ей. Нормальная сила Н, позволяет учесть силы трения ПО основанию Ai Вi. Вместе с тем, учитывают сцепление грунта при сдвиге по этой плоскости. Дополнительно на отсек действуют неуравновешенное оползневое давление от вышелœежащих отсеков Еi-I и неизвестное оползневое давление на нижелœежащие отсеки Ei. Рассмотрение уравнений равновесия (сумм проекций всœех сил на направление Аi Вi и нормаль к этому направлению) позволяет найти значение оползневого давления Еi передаваемого на следующий отсел. Расчет начинают с первого отсека, на который не давит сверху оползневое давление, т. е. для которого Еi-I =0. Переходя от отсека к отсеку, достигают последнего отсека, который должен быть устойчивым при Еi-1≤0, т. е. сила Еi должна иметь противоположное (отрицательное) направление.

Чтобы откос имел определœенный запас устойчивости, сдвигающие силы от собственного веса и внешних нагрузок увеличивают на коэффициент запаса устойчивости γi.

При расчете устойчивости по круглоцилиндрическим поверхностям и прислоненных откосов можно учитывать слоистость и даже линзообразность залегания отдельных грунтов, фильтрационное давление потока грунтовых вод и сейсмические воздействия.

Пористость грунтов

Плотность грунта характеризуется весом его единицы объема. Данный показатель используется в различных вычислениях и расчетах.

У грунта существуют несколько параметров, характеризующих его вес. К ним относятся такие показатели, как вес объема влажного грунта, в котором сохраняется его естественная влажность и ненарушенная структура, вес объема грунта, который находится под водой, скелетная масса грунта и масса сухого грунта.

1. Удельная масса

Отношение массы твердых частиц (Gs) к массе воды при температуре 4°С с объемом, равному объему его частиц (Vs), называется его удельным весом.

В численном исчислении удельный вес грунта приравнивается к весу объема его скелета в воздухе при отсутствии каких-либо пор.

Грунтовой удельный вес увеличивается, когда грунт содержит в своем составе тяжелые минералы и зависит только от его минералогического состава. Наиболее распространенные породообразующие минералы имеют небольшое колебание своего удельного веса. Исходя из этого, рыхлые песчано-глинистые грунты имеют также небольшие пределы изменения своего удельного веса. Для приблизительного расчета можно брать удельный вес для песка – 2.65, глин – 2.75 и суглинков – 2.7.

Для расчета пористости грунта используется его удельный вес.

Следует учитывать при расчетах удельного веса следующие моменты:

1. Меньшие значения удельной массы могут получаться из-за возможного растворения простых солей. Для того чтобы избежать этого, необходимо при расчетах удельного веса засоленного грунта произвести замену воды на нейтральную жидкость, например, на толуол, керосин или бензин.

Читайте так же:
Сертификат грунтовка алкидная лакра

2. Увеличенные значения удельной массы грунта получаются из-за возможности сильного сжатия водяных слоев около коллоидальных частиц глин, образованного за счет сил молекулярного притяжения. В этом случае используются жидкости, которые имеют небольшие показатели поверхностного натяжения, например, такие как ксилол, толуол и им подобные.

3. Заниженные данные для удельного веса также могут получаться в результате неполного удаления частиц воздуха абсорбированного на поверхности. Для того чтобы этого не происходило, удельный вес рекомендуется определять после кипячения грунта или поместив грунт под вакуум.

2. Определение объемной массы увлажненного грунта

Для влажного грунта отношение массы определенного объема грунта (G) к массе воды, находящейся при температуре при 4°С, и имеющей объем, равный объему всего грунта V, называется его объемным весом ?. Принимают, что V – это объем зерен плюс объем пор.

В численном выражении объемная масса для влажного грунта определяется при данной влажности и пористости, как масса единицы его объема.

Зависит объемная масса влажного грунта от его влажности и минералогического состава. Объемная масса грунта прямо пропорциональна его влажности. Когда практически все поры в грунте заполнены водой, его объемная масса становится максимальной.

Обычно используют в качестве непосредственного расчетного показателя объемный вес при следующих расчетах:

  • определение давления земляного слоя на подпорки и подпорные стенки;
  • определение устойчивости откосов или оползневых склонов;
  • определение значения осадки зданий:
  • определение расчетного значения возникающих напряжений под подошвой фундамента;
  • для калькуляции земляных работ по объемам.

Также значение объемной массы грунта используют для определения его классификации, пористости и расчета объемного веса его скелета.

Объемную массу влажного грунта можно определить различными способами.

3. Объемная масса скелета (твердой фазы) для грунта

Отношение массы твердых частиц или сухой породы к массе воды, взятой при температуре 4°С, в объеме, который равен объему этой породы, называется объемным весом скелета и обозначается — ?. Объем всей породы при данной пористости принимается равным объему зерен плюс объем пор.

В численном отношении он принимается равным массе единицы грунтового объема за разницей веса воды, находящейся в порах при условии естественной пористости грунта.

Чем меньше будет пористость грунта и больше его плотность, тем больше объемная масса его скелета (твердой фазы).

Для тех типов грунтов, которые не меняют свой объем в процессе высушивания, объемный вес его скелета определяют путем непосредственного взвешивания образца, находящегося в абсолютно сухом состоянии. Для тех грунтов, которые в процессе высушивания меняют свой объем, объемную массу твердой фазы вычисляют используя определенную формулу.

4. Пористость.

Наличие в грунте мелких пустот определяют, как пористость грунта.

Численно пористость выражается, как отношение общего объема (Vn) всех пустот ко всему объему (V) грунта. Полученная величина называется пористостью и обозначается через n. Пористость грунта характеризуется такой величиной, как коэффициент пористости. Выражается он в виде отношения объема (Vn) пустот к имеющемуся объему (Vs) твердой фазы. Коэффициент пористости еще называют приведенной пористостью и выражают в долях единицы.

Кроме этого, величину пористости можно определить, как отношение (Gw) – веса воды, которая полностью заполнила все поры в грунте, к (Gs) – массе абсолютно высушенного грунта.

Лабораторных методов определения пористости для глинистых грунтов не существует. Для связных грунтов величину пористости определяют по объемному и удельному весу. Для всех остальных типов грунтов величина пористости определяется непосредственным путем, но, как правило, рассчитывается, используя те же формулы, что и для расчета связных грунтов.

Величины пористость и дополнительный коэффициент пористости определяют структуру грунта. Характеристикой влажности грунта является его весовая пористость, то есть когда поры полностью заполнены водой. Пористость, не будучи расчетной величиной, используется, как важная вспомогательная величина при расчетах. Примером таких расчетов может быть определение характеристик сжимаемости, определение сопротивления грунта или построение компрессионной кривой.

Виды котлованов

К рытью котлована приступают после проведения геологических изысканий на участке застройки и анализа климатических условий местности. Выемка грунта выполняется для дальнейшего обустройства фундамента или опорного основания определенного объекта. Размеры котлована, его глубина и иные особенности разрабатываются в проектной документации с учетом различных факторов:

  • тип и этажность объекта – жилой дом, производственное здание, многоуровневый паркинг и т.п.,
  • характеристики и строение грунта, уровень залегания грунтовых вод, глубина промерзания,
  • общий вес объекта и максимальная нагрузка, тип фундамента.

По габаритным характеристикам выделяют следующие виды котлованов:

  • прямоугольные, круглые, в виде трапеции,
  • с вертикальными откосами (боковыми стенками),
  • с наклонными откосами или в форме ступеней,
  • с укреплением боковых стенок забивными сваями, опорными конструкциями и армированием грунта и без укрепления.

Чаще всего котлованы под фундамент выполняются с вертикальными стенками на небольшой глубине до 2-х метров. При этом необходимо, чтобы не была нарушена однородная структура грунта. Когда необходимо вырыть котлован на глубину более 2-х метров, предусматривают конфигурацию с наклонными откосами.

Читайте так же:
Самая лучшая грунтовка глубокого проникновения для стен

Для расчета глубины котлована учитываются такие особенности:

  • уровень промерзания грунта – дно котлована рассчитывается ниже этого уровня на 25 – 40 см,
  • уровень грунтовых вод – максимальная глубина котлована должна быть выше водоносного пласта на 40 – 50 см,
  • тип почвы – для плотных грунтов – не менее 1,8 м, для глинистых и суглинистых грунтов – не менее 1,4 м, для песчаных грунтов – не менее 1,1 м.

Этапы работ по устройству котлована

Комплекс земляных работ на строительной площадке состоит из последовательности этапов:

  • Подготовка проекта котлована, составление схемы и графика работ на основе исследований характеристик грунта, наличия и уровня грунтовых вод. Подземные воды серьезно осложняют возможность освоения стройплощадки, поскольку со временем грунт размывается, что повышает риск нарушения устойчивости здания. Также проводится геодезическая съемка площадки под котлован для дальнейшей разметки и выравнивания.
  • Расчистка площадки от растительности, крупногабаритного мусора, старых построек и т.п. Если на разрабатываемом участке расположены действующие коммуникации, необходимо решить вопрос по их переносу.
  • Срезка с поверхности плодородного слоя почвы (около 40 – 50 см), который в дальнейшем можно использовать для оформления газонов. По необходимости выполняется отвод поверхностных вод.
  • Разбивка котлована с помощью теодолита или нивелира. Углы по периметру площадки фиксируют деревянными или металлическими колышками.
  • Выемка грунта в котловане, его перемещение на верхнюю кромку откосов или вывоз за пределы площадки.
  • Срезка откосов и боковых поверхностей в котловане. При глубине более 2-х метров вертикальные стенки укрепляют деревянными или металлическими щитами, поперечными распорками либо выполняются с разноуровневыми уступами.
  • Разметка дна и отсыпка возникающих пустот излишками грунтами в котловане.
  • Выравнивание и уплотнение дна. Каждый слой тщательно уплотняются специальным оборудованием.
  • Вспомогательные мероприятия по оформлению водоотлива и укреплению стенок (по необходимости).

Для земляных работ на участке задействована различная спецтехника – экскаваторы для подачи грунта, бульдозеры для разравнивания поверхности, виброплиты для уплотнения грунта, автотранспорт для вывоза грунта.

Для обустройства котлована оптимально подходит период межсезонья – поздняя осень или начало зимы, когда грунт не совсем промерз, но уже нет его активного намокания, как весной и летом. Кроме этого рекомендуется избегать периода резких перепадов температуры между ночью и днем, другими днями.

Расчет стоимости услуг

На стоимость земляных работ напрямую влияют два фактора – общий объем выемки грунта и срок их выполнения. Дополнительно в стоимости услуг учитываются:

  • тип и характеристики грунта – чтобы использовать спецтехнику на гусеничном или колесном ходу,
  • устройство временных подъездных путей для работы спецтехники – укладка дорожных плит,
  • удаленность строительной площадки (объекта) и доставка спецтехники на объект,
  • срочность выполнения работ,
  • поиск площадки для излишков грунта и решение организационных вопросов по его вывозу,
  • особенности рельефа выделенного участка,
  • наличие на стройплощадке действующих инженерных коммуникаций,
  • прочие специфические особенности, связанные с дальнейшим строительством объекта – проведение геодезической/исполнительной съемки, устройство бытового городка для специалистов на период работ и т.д.

Чем больше спецтехники задействовано на площадке по устройству котлована, тем дороже получается стоимость земляных работ.

Определение угла наклона задней грани подпорной стенки

Очень приблизительно максимальный угол наклона задней грани стенки (град.) можно определить самому по формуле:

tg e=(b-t)/h, (1)

e — угол наклона расчетной плоскости к вертикали; b — ширина подошвы фундамента; h — расстояние от поверхности грунта до подошвы фундамента; t — толщина стенки; j — угол внутреннего трения.

Угол наклона расчетной плоскости к вертикали e определяется из условия (1), но принимается не более (45° -j /2).

Исходя из вышесказанного, угол наклона стенки также приблизительно можно определить по формуле:

e=45°-j /2

Примечание: Угол внутреннего трения — угол трения между частицами внутри сыпучего тела. Ввиду трудности определения этого угла его обычно принимают равным углу естественного откоса, что допустимо для песчаных грунтов. Угол естественного откоса — предельный угол, образуемый поверхностью свободно насыпанного грунта с горизонтальной плоскостью. Он характеризует трение между частицами сыпучего тела на его поверхности.

В зависимости от пористости грунтов нормативные значения угла внутреннего трения j (град) составляют.

Для песчаных грунтов:

Для пылевато-глинистых нелессовых грунтов:

  • Супеси 30-18;
  • Суглинки 24-12;
  • Глины 18-11.
  • В данной статье мы рассмотрели основные конструктивные элементы подпорных стен, и основные важные моменты для стен из различных материалов. В следующей статье цикла будут рассмотрены конкретные примеры подпорных стен из разных материалов, и технология их строительства.
  • голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector