Методика расчёта пластикового колодца на всплытие (ГУП «Ленгипроинжпроект», 2008)

Наличие гофрированной стенки в методике не учитывается — дополнительное и существенное трение по гофре опускается, расчёт идёт в запас. Колодец разбивается на условные зоны в зависимости от положения уровня грунтовых вод.

Принимается, что поверхность грунта горизонтальная, колодец пуст, а окружающий насыпной грунт частично водонасыщен — уровень грунтовых вод выше дна колодца. На колодец действуют вертикальные силы:

• вес колодца G_к;
• вес пригружающего грунта G_гр, если конструкция это предусматривает;
• выталкивающая сила Архимеда F, направленная вверх.

Если F больше суммы G_к + G_гр, неподвижность колодца обеспечивается трением стенок о грунт:

Сила трения ограничена предельным значением T_пр. Скольжение при подъёме колодца происходит по круглоцилиндрической поверхности; свойства грунта меняются по глубине, поэтому предельная сила трения складывается из сил в отдельных зонах:

По Кулону предельная сила трения на единицу длины окружности:

• φ_i0 — угол внешнего трения между грунтом и поверхностью скольжения;
• D — диаметр расчётной поверхности скольжения.

Боковое давление принимается как наименьшее активное давление грунта:

• γ_i — объёмный вес грунта в зоне;
• y_i — расстояние от поверхности (приведённой поверхности) грунта до точки;
• φ_i — угол внутреннего трения грунта в зоне.

Горизонтальный напор E_i равен площади эпюры бокового давления в пределах зоны, то есть E_i = ½·(p_i,верх + p_i,низ)·h_i. Устойчивость оценивается коэффициентом:

Допустимое значение [n] = 1,5 принято по аналогии с проверкой устойчивости откосов, так как экспериментальных данных нет.

Условие: 0 ≤ H₀ ≤ h_t. На эпюре различаются три зоны высотой h₁, h₂, h₃.

• Зона 1 (сухой грунт): K = tg²(45° − φ/2); T_1пр = 0,5·K·γ·h₁²·π·D·tg φ, где h₁ = H₀.
• Зона 2: K′ = tg²(45° − φ′/2), φ′ — угол внутреннего трения водонасыщенного грунта; приведённая высота h₀ = γ·H₀/γ′, γ′ — вес грунта во взвешенном состоянии; h₂ = h_t + h_к − H₀; T_2пр = 0,5·K′·γ′·(2h₀ + h₂)·h₂·π·D·tg φ′.
• Зона 3: h₃ = h_в; T_3пр = 0,5·K′·γ′·(2(h₀ + h₂) + h₃)·h₃·π·D·tg φ′₀.
• Вес пригружающего грунта: G_гр = 0,25·π·(γ·h₁·(D² − d²) + γ′·(h₂·D² − (h_t − h₁)·d² − (h_к/3)·(D² + d² + D·d))).
• Выталкивающая сила: F = 0,25·γ_в·π·((h_t − h₁)·d² + (h_к/3)·(D² + d² + D·d) + h_в·D²).

В исходном тексте для зоны 3 этого случая указан объёмный вес γ; по смыслу (грунт ниже уровня воды) и по аналогии со вторым случаем принят γ′.

Условие: h_t ≤ H₀ ≤ h_t + h_к.

• Зона 1: h₁ = H₀; T_1пр = 0,5·K·γ·h₁²·π·D·tg φ.
• Зона 2: h₀ = γ·H₀/γ′; h₂ = h_t + h_к − H₀; T_2пр = 0,5·K′·γ′·(2h₀ + h₂)·h₂·π·D·tg φ′.
• Зона 3: T_3пр = 0,5·K′·γ′·(2(h₀ + h₂) + h_в)·h_в·π·D·tg φ′₀.
• Диаметр конуса на уровне воды: d₀ = d + ((D − d)/h_к)·(h₁ − h_t).
• Вес грунта: G_гр = 0,25·π·(γ·(h_t·(D² − d²) + ((h₁ − h_t)/3)·(3D² − d₀² − d² − d₀·d)) + γ′·(h₂/3)·(2D² − d₀² − D·d₀)).
• Выталкивающая сила: F = 0,25·γ_в·π·(h_в·D² + (h₂/3)·(D² + d₀² + D·d₀)).

Условие: h_t + h_к ≤ H₀ ≤ h_t + h_к + h_в.

• Зона 1: h₁ = h_t + h_к; T_1пр = 0,5·K·γ·h₁²·π·D·tg φ.
• Зона 2: h₂ = H₀ − h_t − h_к; T_2пр = 0,5·K·γ·(2h₁ + h₂)·h₂·π·D·tg φ₀, где φ₀ — угол внешнего трения сухого грунта по полимеру.
• Зона 3: h₀ = γ·H₀/γ′; h₃ = h_t + h_к + h_в − H₀; T_3пр = 0,5·K′·γ′·(2h₀ + h₃)·h₃·π·D·tg φ′₀.
• Вес грунта: G_гр = 0,25·π·γ·(h_t·(D² − d²) + (h_к/3)·(2D² − d² − D·d)).
• Выталкивающая сила: F = 0,25·γ_в·π·D²·h₃.

Итог: по формуле (8) вычисляют n_вс и по условию (9) принимают решение об устойчивости колодца. Если условие не выполняется, предусматривают пригрузку — бетонный якорь, анкерную плиту или бетонирование. Способы и другие методики — на странице «Расчёт колодца на всплытие».

Колодцы МПМ изготавливаются по данным проекта. Если расчёт показывает необходимость пригрузки, конструкцию колодца согласуют с выбранным способом защиты — анкеровкой к плите, бетонированием или пригрузкой грунтом; решение уточняется при запросе.