|
||||||||||||||||||||||||||||
На сегодняшний день существует несколько разноплановых подхода к расчету устойчивости пластиковых колодцев к всплытию и, как следствие веса бетонного «якоря».
Не взирая на то, что в качестве шахты колодца могут использоваться как гофрированные двустенные трубы, так и гладкие спиральновитые, отдельные методики учитывают наличие гофры, а отдельные игнорируют.
Вес якоря рассчитывается как разница между собственным весом пластикового колодца и весом аналогичного колодца ЖБИ. Данная методика приводит, как правило, к избыточному объему бетона. И является неэффективной
В данной методике наличие гофрированной стенки у колодца опускается и это дополнительная и существенная по величине сила трения не учитывается при расчетах. Для целей методики колодец разбивается на условные зоны, по уровню которых находятся грунтовые воды.
Принимается, что поверхность грунта горизонтальная, что колодец пуст, а окружающий колодец насыпной грунт в некоторой части водонасыщен: то есть уровень грунтовых вод выше дна колодца.
Таким образом, колодец находится под воздействием следующих активных вертикальных сил:
Если выталкивающая сила Архимеда F больше суммы сил, направленных вниз Gк и Gгр, то неподвижность колодца обеспечивается силами трения стенок колодца об окружающий грунт. Величина силы трения T очевидно при этом должна быть равна:
T = F – Gк – Gгр (1)
Известно, что сила трения не может возрастать безгранично, а лишь до некоторого предельного значения Tпр. В данной методике принимается, что при движении колодца вверх скольжение будет происходить по круглоцилиндрической поверхности. Т.к. в общем случае физико-мехаические характеристики окружающего колодец грунта меняются по его глубине, то величина предельной силы трения складывается как сумма сил трения в отдельных зонах расчетной поверхности скольжения:
(2), где
Тiпр – предельное значение силы трения в i-ой зоне, n-общее количество зон.
Предельное значение силы трения зависит от величины нормального (горизонтального) давления грунта на стенку колодца. Обозначим силу нормального давления грунта на единицу длины поверхности скольжения в окружном направлении Е. Тогда предельное значение силы трения на единицу длины в окружном направлении по Кулону tiпр будет равно:
tiпр = Ei* fi (3)
где f i – коэффициент трения грунта по поверхности скольжения в рассматриваемой зоне,
коэффициент трения f принимается равным :
fi = tgφ io (4)
где φio – угол внешнего трения между грунтом и расчетной поверхности скольжения.
Тогда предельное значение силы трения Т iпр, действующей на колодец, равно:
Тiпр = tiпр * π * D (5)
где D – диаметр расчетной поверхности скольжения.
В качестве расчетного бокового давления грунта принимается наименьшее активное давление грунта- напорная величина горизонтального давления в i-ой зоне определяется по формуле:
pi=ki γiyi (6)
где γi - объемный вес грунта в рассматриваемой зоне
yi –расстояние от поверхности (или приведенной поверхности) грунта до рассматриваемой
точки.
Кi - коэффициент горизонтального напорного давления в i-той зоне определяется (2):
Ki = tg2(45- φi/2) (7)
где φi- угол внутреннего трения грунта в рассматриваемой зоне.
Величина горизонтального напора Еi равна площади эпюры интенсивности бокового давления грунта в рассматриваемой зоне:
Устойчивость колодца на всплытие предлагается оценивать коэффициентом устойчивости nвс, который вычисляется как отношение
nвс = Тпр/T = Тпр/( F – Gк – Gгр) (8)
величина, которого должна быть больше некоторого допустимого значения [n].
Ввиду отсутствия экспериментальных данных, предлагается по аналогии с проверкой устойчивости откоса [1, c1.38] принимать за допустимое значение [n]=1.5.
Таким образом, условие устойчивости колодца на всплытие примет вид
nвс > 1,5 (9)
Таковы принципиальные положения, используемые в настоящей методике.
Некоторые особенности принятой методики проиллюстрируем на колодце определенной конструкции. Схематичный вид колодца приведен на рисунке 1
Размеры для расчета:
ht = hтел , hк = hкон , hв = H - ht - hк, h1= ht + hк, h2=H0 - h1, h3=H - (h1 + h2)
Количество колец колодца: i=(hв-hкин)/hкол
Вес колодца:
Gк = mк*g = (mкинеты + i*mкольца + mкон)*g , (кН)
При этом верхняя часть колодца размером ht телескопическая и может двигаться независимо от нижней части, поэтому Gк включает только коническую и нижнюю цилиндрическую части колодца.
Всего может быть 3 случая положения грунтовых вод относительно элементов колодца:
В этом случае соблюдается условие: 0<=H0<=ht
где Но - глубина залегания грунтовых вод,
ht – высота верхней цилиндрической части колодца
В этом случае на эпюре напорного горизонтального давления грунта различается 3 зоны с вертикальными размерами h1,h2 , h3 соответственно.
Определение предельного значения силы трения в 1ой зоне производится в следующем порядке.
Определяется коэффициент бокового горизонтального давления грунта по формуле:
K = tg2(45- φ/2)
где φ – угол внутреннего трения сухого грунта.
Вычисляется предельное значение силы трения в 1ой зоне:
T1пр = 0.5*k*γ*h12*π*D*tg φ
где γ - объемный вес сухого грунта
h1 = Но - вертикальный размер 1ой зоны
D - диаметр нижней части колодца
Во второй зоне вначале определяется коэффициент бокового давления грунта
K’ = tg2(45- φ’/2)
где φ” – угол внутреннего трения для водонасыщенного грунта.
Затем определяется приведенная высота для вышележащего слоя:
h0 = γ*H0/ γI
где γ’- объемный вес грунта во взвешенном состоянии
Определяем вертикальный размер 2ой зоны:
h2 = ht + hk - H0
Предельное значение силы трения:
T2пр = 0.5*K’* γ’*(2*h0+h2)*h2* π*D*tg φ’
В третьей зоне в рассматриваемом случае вертикальный размер
h3 = hв
И предельная величина силы трения
T3пр = 0.5*K’* γ*(2*(h0+h2)+h3)*h3* π*D*tg φ’0
Вес грунта, пригружающего колодец, в рассматриваемой случае определится по формуле:
Gгр=0.25*π*(γ*h1(D2-d2)+ γ’(h2*D2-(ht-h1)*d2-(hk/3)*(D2+d2+D*d)))
где d-диаметр верхней части колодца.
Выталкивающая сила Архимеда, действующая на колодец, в этом случае равна:
F=0.25* γв* π*((ht-h1)*d2+(hk/3)*(D2+d2+D*d)+hв*D2)
В этом случае соблюдается условие: ht<=H0<=ht+hk
В этом случае при определение сил трения также различаются 3 зоны.
Расчет производится в следующем порядке:
h1 = H0
Коэффициент бокового давления, как и ранее
K = tg2(45- φ/2)
Предельное значение силы трения в 1ой зоне
T1пр = 0.5*K*γ*h12*π*D*tg φ
Для 2ой зоны определяется приведенная высота вышерасположенного слоя
h0 = γ*H0/ γI
Коэффициент бокового давления грунта
K’ = tg2(45- φ’/2)
Толщина зоны
h2 = ht + hk - H0
И предельное значение силы трения во 2ой зоне
T2пр = 0.5*K’*γ’*(2*h0+h2)*h2* π*D*tg φ’
В 3 зоне предельное значение силы трения будет:
T3пр = 0.5*K’* γ’*(2*(h0+h2)+hв)*hв* π*D*tg φ’0
Вес грунта, пригружающего колодец, определяется в следующем порядке:
Вначале определяется диаметр конусной части колодца на уровне грунтовых вод
d0=d+((D-d)/hk)*(h1-ht)
А затем вес грунта по формуле
Gгр=0.25*π*(γ*ht(D2-d2)+((h1-ht)/3)*(3D2-d02-d2-d0d))+γ’(h2/3)*(2D2-d02-D*d0)))
Выталкивающая сила в этом случае равна
F=0.25* γв* π*(hв*D2+(h2/3)(D2+d02+D*d))
В этом случае соблюдается условие: ht+hk<=H0<=ht+hk+hв
Высота 1ой зоны h1 в этом случае
h1 = ht + hk
Предельное значение силы трения в 1ой зоне
T1пр = 0.5*K*γ*h12*π*D*tg φ
Высота второй зоны
h2 = H0 - ht - hk
Предельное значение силы трения во 2ой зоне
T2пр = 0.5*K* γ*(2*h1+h2)*h2* π*D*tg φ0
где φо - угол внешнего трения между сухим грунтом и полимером
В третьей зоне
h0 = γ*H0/ γI
h3 = ht + hk + hв - H0
В 3 зоне предельное значение силы трения будет:
T3пр = 0.5*K’* γ’*(2*(h0+h3))*h3* π*D*tg φ’0
Вес грунта, пригружающего колодец, определяется
Gгр=0.25*π*γ*(ht(D2-d2)+(hк/3)*(2D2-d2-D*d))
Выталкивающая сила в этом случае равна
F=0.25* γв* π*D2 *h3
В итоге по формуле 8 вычисляется значение nвс, по величине которой (формула 9) принимается решение об устойчивости колодца на всплытие.
