ГОСТ Р 59626-2022. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Специальные вспомогательные сооружения и устройства для строительства мостов. Правила проектирования. Общие требования

7.2 Общие правила расчетов шпунтовых ограждений

 

7.2.1 Расчеты шпунтовых ограждений котлованов выполняются:

а) на устойчивость положения и прочность по материалу их элементов на стадиях:

1) разработки котлована и установки распорных креплений;

2) полного удаления грунта и воды из котлована;

3) обратной засыпки грунта и снятия креплений;

4) возможной установки временной нагрузки на край ограждения котлована;

б) на устойчивость дна котлована против выпучивания и фильтрационного выпора - для шпунтовых ограждений, заглубленных в пески, супеси и песчаные илы, в случае откачки воды из ограждения.

7.2.2 Проверку на выпучивание выполняют по условию

 

(7.1)

 

где P_в - предельное сопротивление грунта дна котлована силам выпучивания, кПа, вычисляемое по формуле

 

(7.2)

 

где k и M - коэффициенты, принимаемые по таблице 9;

c - расчетное сцепление в грунте, кН/м²;

- удельный вес грунта, кН/м³;

- удельный вес воды, кН/м³;

N_c, N_g, N_y - опытные коэффициенты несущей способности грунта в пределах шпунтового ограждения, зависящие от расчетного угла внутреннего трения грунта (таблица 10);

A - расстояние от дна котлована до нижнего края шпунта, м;

B - меньшая сторона прямоугольного котлована, сторона квадратного или радиус круглого котлована, м;

h - глубина котлована от расчетного горизонта воды, слой воды над дном котлована, м;

- коэффициент надежности по назначению, принимаемый не менее 1,4;

- давление столба грунтовой массы высотой h₂ и слоя воды высотой h₁ на основание (сила выпучивания), кПа, вычисляемое по формуле

 

(7.3)

 

где h₁ и h₂ - высота слоя воды и слоя грунта, м, обозначенные на рисунке 7.1.

 

Таблица 9

 

Коэффициенты для разных форм котлована

 

Форма котлована	k	M
Прямоугольная	0,7	0,5
Квадратная	0,8	0,5
Круглая	0,9	0,6

 

Таблица 10

 

Опытные коэффициенты несущей способности

 

, град	Nc	Ng	Ny
0	5,0	1,5	0
5	6,2	1,8	0
10	7,6	2,1	0
15	9,3	3,0	0,5
20	11,5	4,0	1,0
25	14,0	5,5	2,5
30	18,0	8,0	5,0
35	23,0	12,5	8,0
Примечание - Для промежуточных значений угла внутреннего трения опытные коэффициенты несущей способности определяются по линейной интерполяции.

 

 

1 - фильтрационный выпор

 

Рисунок 7.1 - Расчетная схема к проверке дна котлована

на выпучивание

 

Расчетные значения величин и c определяются по материалам инженерно-геологических изысканий. В условиях гидродинамического воздействия (для случаев откачки воды из котлованов) значения уменьшаются в два раза.

7.2.3 Фильтрационный выпор грунта котлована происходит только при откачке из него воды в песчаных грунтах, супесях и песчаных илах. Выпор образуется около шпунтового ограждения.

Проверку на фильтрационный выпор выполняют по формуле

 

(7.4)

 

где - коэффициент надежности по назначению, принимаемый не менее 1,4;

A_ф - суммарная высота столба речной и грунтовой воды внутри котлована, считая от низа шпунта, м;

H - разность высот столбов речной и грунтовой воды снаружи и внутри котлована, считая от низа шпунта, м.

Глубина погружения шпунта ниже дна котлована может также определяться зависящим от нее дебитом грунтовой воды, фильтрующейся через дно котлована.

7.2.4 Минимальная глубина забивки шпунта, считая от дна котлована или отметки размыва, обеспечивающая устойчивость стенок против опрокидывания, определяется по условию, определенному в ГОСТ 33384-2015 [формула (1)], с применением коэффициентов условий работы m в 7.2.9 и Д.1.9 приложения Д.

Независимо от результатов расчета глубина забивки шпунта t, считая от дна котлована или отметки размыва, принимается:

- не менее 2 м в случаях текучих и текучепластичных глин, суглинков, супесей, водонасыщенных илов, пылеватых и мелких песков;

- не менее 1 м в остальных случаях, в т.ч. в ограждениях с тампонажным слоем бетона.

7.2.5 Расчетное активное и пассивное давление воды и грунта определяется умножением нормативных давлений на коэффициенты надежности по нагрузке, принимаемые для активного давления грунта , а для пассивного .

7.2.6 При проектировании ограждения в водопроницаемых грунтах с укладкой подводной тампонажной подушки в расчете шпунтовой стенки на стадии ее работы до бетонирования подушки учитывается гидростатическое давление, соответствующее стадии откачки воды из котлована на глубину, необходимую для постановки верхнего яруса обвязки.

7.2.7 Ограждение из шпунта, забиваемого в водонепроницаемый грунт, например суглинок или глину, расположенного ниже горизонта воды, показанного на рисунке 7.2, рассчитывается на горизонтальные нагрузки, соответствующие двум схемам:

а) в первой схеме принимается условие, что ниже поверхности водонепроницаемого грунта горизонтальное давление на шпунтовую стенку обусловлено только гидростатическим давлением воды, проникающей между стенкой и грунтом на глубину h_в;

б) во второй схеме не предусмотрена возможность проникания воды между стенкой и водонепроницаемым грунтом, поэтому принимается условие, что такой грунт оказывает горизонтальное давление на стенку, будучи пригруженным сверху гидростатическим давлением, а при наличии над водонепроницаемым грунтом водопроницаемого - весом последнего.

Во второй схеме вес слоя водопроницаемого грунта, расположенного ниже горизонта воды, определяется с учетом его взвешивания в воде.

В обеих схемах выше поверхности водонепроницаемого грунта учитывается горизонтальная нагрузка на стенку от гидростатического давления и, в необходимых случаях, от давления водопроницаемого грунта.

Глубина проникания воды между стенкой и водонепроницаемым грунтом (считая от его поверхности) принимается:

а) для ограждений, не имеющих распорных креплений, показанных на рисунке 7.2 а, по формуле

 

(7.5)

 

где h' - глубина погружения шпунта в водонепроницаемый грунт, м;

б) для ограждений с одним ярусом креплений, показанных на рисунке 7.2 б, по формуле

 

(7.6)

 

где t - глубина погружения шпунта ниже дна котлована, м;

в) для ограждения с несколькими ярусами креплений, показанных на рисунке 7.2 в, - на 0,5 м ниже уровня грунта в котловане с применением верхнего яруса креплений, расположенного в пределах водонепроницаемого грунта.

 

 

а - при ограждениях, не имеющих распорных креплений;

б - при ограждениях с одним ярусом крепления;

в - при ограждениях с несколькими ярусами креплений

 

Рисунок 7.2 - Схемы для определения глубины проникания воды

между шпунтовой стенкой и водонепроницаемым грунтом

 

7.2.8 Все конструкции обвязок рассчитываются на соответствующие нагрузки и воздействия, включая собственный вес и вес оборудования. Изгибающий момент в элементе от веса обустройств и конструкций принимается не менее наибольшего изгибающего момента от равномерно распределенной нагрузки интенсивностью

 

(7.7)

 

где q₁ - нагрузка, принимаемая равной 500 Па для верхнего яруса креплений и 250 Па для остальных ярусов;

F - площадь стенки котлована, приходящаяся на рассчитываемый элемент крепления, м²;

l - длина элемента, м.

7.2.9 Расчеты элементов шпунтовых ограждений на прочность выполняются с применением коэффициентов:

а) надежности по назначению:

- для шпунтовых ограждений на местности, покрытой водой;

- во всех остальных случаях;

б) по условиям работы, учитывающим возможность относительных смещений шпунтин в замках:

m = 0,7 - в случае слабых грунтов и отсутствия обвязок, прикрепленных к шпунту;

m = 0,8 - в случае тех же грунтов и наличия обвязок, прикрепленных к шпунту;

m = 1,0 - в остальных случаях;

в) по условиям работы, применяемым для расчета прочности шпунтовых стенок (но не креплений):

m = 1,15 - для стенок кольцевых в плане ограждений;

m = 1,10 - для стенок длиной менее 5 м, замкнутых в плане ограждений прямоугольной формы с промежуточными ярусами распорных креплений;

m = 1,0 - в остальных случаях.

7.2.10 Расчетные сопротивления элементов шпунтовых ограждений принимаются в зависимости от материала по условиям разделов 11 - 13.

7.2.11 Расчетные геометрические характеристики стальных шпунтовых свай принимаются в соответствии с нормативными документами на их изготовление.

7.2.12 Для некоторых способов креплений шпунтовых ограждений рекомендуется применять методы расчета, предусмотренные в приложении Д.

При соответствующей валидации расчетных моделей шпунтовых ограждений расчеты допускается выполнять с использованием специализированных программных расчетных комплексов.

7.2.13 Деформации шпунтовых ограждений не должны превышать допустимых значений, определяемых расчетом. При необходимости для минимизации деформаций допускается использовать обвязочно-распорные системы и другие конструкции аналогичного характера.