ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Подпорная стена типа «больверк» представляет собой прямую вертикальную стенку, нижним концом погружаемую в естественный грунт. Как правило больверк выполняется из металлического корытного шпунта (Ларсен-5УМ и др.).

Приводимый здесь метод расчета может рассматриваться как предварительный, и в проектной документации на подпорную стену должен быть повторен более сложным численным методом. Описываемый метод учитывает как жесткость больверка, так и деформативность грунта.

Учет деформаций основания осуществляется с помощью коэффициента постели cz. Ориентировочные значения коэффициента постели для разных грунтов составляют:

  1. Для несвязных грунтов:

– песок гравелистый: 10 000 кН/м3;

– песок крупный: 6 000 кН/м3;

– песок мелкий: 4 000 кН/м3;

– песок рыхлый: 2 000 кН/м3;

  1. Для связных грунтов:

– глина, суглинок и супесь твердые: 6 000 кН/м3;

– глина, суглинок и супесь тугопластичные: 4 000 кН/м3;

– глина, суглинок и супесь мягкопластичные: 2 000 кН/м3;

– глина и суглинок тякучепластичные: 1 000 кН/м3.

Если в основании залегает несколько грунтов, то необходимо определить их средневзвешенный коэффициент постели:

cz = ∑( czihi) / ∑hi.

На основе коэффициента постели последовательно вычисляются три важных параметра: коэффициент сжимаемости kс, коэффициент жёсткости kж, показатель жесткости ξ (греческая буква «кси»):

kс = cz/t,

kж = (kс/(EI))0,2,

ξ = tkж,

где:

t — глубина погружения защемленной части стены,

E — модуль упругости стены (для стального шпунта — 2,1∙108 кН/м2 или 210 МПа),

I — момент инерции стены.

После определения указанных параметров начинается непосредственный расчет подпорной стены. Расчет производится в два этапа:

  1. Расчет верхней (консольной) части стены.
  2. Расчет нижней (защемленной) части стены.

 

Эпюра активного давления на консольную часть подпорной стены

Рисунок 1 — Эпюра активного давления на консольную часть подпорной стены

 

ЭТАП 1

Расчет верхней (консольной) части стены заключается в определении активного давления σакт консольной части стены. Данное давление станет исходным данным для второго этапа расчета. Активное давление грунта σакт (греческая буква «сигма») действует на тыловую грань консольной части. Форма эпюры активного давления дана на рисунке 1. Для нижней точки консольной части активное давление определяется по формуле:

σакт = γгрhконс∙tan2(45+φгр/2),

где:

γгр — удельный вес грунта за тыловой гранью подпорной стены,

hконс — высота консольной части стены,

φгр — угол внутреннего трения грунта на тыловой грани подпорной (греческая буква «фи»).

Равнодействующая активного давления Pакт составляет:

Pакт = σактhконс/2.

Полученная сила Pакт используется для передачи воздействия активного давления на нижерасположенную защемленную часть стены. Это осуществляется введением в верхней точке защемленной части стены сосредоточенного момента M и горизонтальной поперечной силы F:

M = Pактhконс/3,

F = Pакт.

 

ЭТАП 2

Найденные величины M и F используются для отдельного нахождения двух составляющих напряжений в грунте:

σM = Mn,

σF = Fm,

где n и m — коэффициенты, определяемые по эмпирическим графикам на рисунке 2.

 

Графики для определения коэффициентов n и m

Рисунок 2 — Графики для определения коэффициентов n и m

 

Коэффициенты n и m зависят от полученных в начале параметров: показателя жесткости ξ, коэффициента жесткости kж. Кроме того, n и m зависят от относительной глубины сечения tсеч.отн. Относительная глубина сечения — величина переменная и колеблется от 0 до 1. Поэтому вычисление коэффициентов n и m по графикам на рисунке 2 всегда ведется в табличном виде. Для этого по всей высоте защемленной части стены t задаются несколько точек (достаточно шести), т.е. задается несколько значений tсеч.отн (например, с шагом 0,2: 0,0, 0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1,0). В каждой точке вычисляются коэффициенты n и m, а по ним — напряжения σM и σF. Как видно из представленной таблицы, в завершение производится определение полного давления грунта σ на данную точку защемленной части стены:

σ = σMF.

 

tсеч.отн

n

m

σM, кН/м2

σF, кН/м2

σ, кН/м2

0,0

0

0

0

0

0

0,2

0,06

0,33

19,38

45,87

65,25

0,4

0,04

0,35

12,92

48,65

61,57

0,6

0

0,16

0

22,24

22,24

0,8

-0,05

-0,12

-16,15

-16,68

-32,83

1,0

-0,16

-0,45

-51,68

-62,55

-114,23

 

В результате строится эпюра напряжений в грунте в защемлённой части стены (рисунок 3). Данная эпюра фактически представляет собой нагрузку на защемленную часть, и может быть использована для расчёта прочности стены.

 

Эпюра напряжений в грунте в защемлённой части подпорной стены

Рисунок 3 — Эпюра напряжений в грунте в защемлённой части подпорной стены