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

Приложение Д

(рекомендуемое)

 

ПРИМЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ ШПУНТОВЫХ ОГРАЖДЕНИЙ

 

Д.1 Расчет шпунтовых ограждений, не имеющих распорных креплений

 

Д.1.1 При устройстве ограждения без тампонажной подушки минимальную глубину забивки шпунта ниже дна котлована t, м, вычисляют по формуле

 

(Д.1)

 

Глубину t₀, м, определяют из условия равенства обеих частей условия по ГОСТ 33384-2015 [формула (1)], считая, что ось поворота стенки точка 0, показанная на рисунке Д.1, расположена на этой глубине, и пренебрегая давлением на стенку ниже этой точки.

 

 

а - при расчете стенки, погружаемой в песок или супесь;

б и в - при расчете стенки, погружаемой в суглинок или глину

 

Рисунок Д.1 - Схемы, используемые в расчетах шпунтовых

ограждений, не имеющих распорных креплений

 

В соответствии с этим M_u принимается равным моменту активного давления грунта и гидростатического давления, действующих выше глубины t₀, относительно оси поворота стенок, а M_z - моменту пассивного давления, действующего со стороны котлована выше глубины t₀ относительно той же оси.

Д.1.2 В общем случае для решения уравнения в соответствии с ГОСТ 33384-2015 (пункт 7.4) принимается способ последовательного приближения, т.е. задается глубина t₀, которая затем уточняется.

Д.1.3 При наличии над глинистым грунтом слоя воды h_в активное давление увеличивается на величину ,

где

 

(Д.2)

 

так как глубина t₀ не является полной глубиной погружения шпунта ниже дна котлована, то при учете проникания воды между стенкой и суглинком или глиной глубина, показанная на рисунке Д.1 в, принимается по формуле

 

(Д.3)

 

Д.1.4 Дополнительную глубину вычисляют по формуле

 

(Д.4)

 

где - равнодействующая пассивного давления грунта с внешней стороны котлована;

- интенсивность такого давления на глубине t₀.

Д.1.5 Равнодействующая пассивного давления грунта с внешней стороны котлована определяется по формуле

 

(Д.5)

 

где E_n, E_a, E_в - равнодействующие соответственно пассивного давления грунта со стороны котлована, активного давления грунта и гидростатического давления, действующих на стенку выше глубины t₀.

Д.1.6 Интенсивность пассивного давления грунта, действующего на стенку с внешней стороны котлована, вычисляют с учетом глубины по формуле

 

H = h_гр + t_О. (Д.6)

 

Д.1.7 Изгибающие моменты, действующие в поперечных сечениях шпунтовой стенки, определяются как для консольного стержня с заделкой на глубине t₀ (от дна котлована); за нагрузку принимается гидростатическое давление, а также активное и пассивное давление, действующее на стенку выше глубины заделки.

Д.1.8 При устройстве ограждения в водопроницаемых грунтах с осуществлением тампонажной подушки расчет шпунтовой стенки, отражающей стадию ее работы до бетонирования подушки, выполняют исходя из условий Д.1.1 - Д.1.6, а расчет шпунтовой стенки на стадии ее работы после бетонирования подушки выполняют по Д.1.9 и Д.1.10.

Д.1.9 По расчетной схеме, показанной на рисунке Д.2, при определении момента M_u эпюра пассивного давления грунта считается треугольной с нулевой ординатой на уровне оси поворота стенки и наибольшей ординатой, равной давлению на глубине H = h_гр + t_О. Глубина t₀ погружения стенки ниже дна котлована определяется из условия обеспечения ее устойчивости против поворота вокруг оси, расположенной на 0,5 м ниже верха тампонажной подушки, показанного точкой 0 на рисунке Д.2, которое выражается в виде условия равенства обеих частей в ГОСТ 33384-2015 [формула (1)].

 

 

Рисунок Д.2 - Схема для расчетов шпунтовых ограждений,

не имеющих распорных креплений в водонепроницаемых грунтах

с применением водозащитной подушки

 

При этом M_u принимается равным моменту активного давления взвешенного в воде грунта и гидростатического давления, действующих на стенку выше оси ее поворота, относительно этой оси, M_z - моменту пассивного давления взвешенного в воде грунта, действующего на стенку ниже оси ее поворота, относительно этой оси, а коэффициент условий работы m = 0,95.

Д.1.10 Величина наибольшего изгибающего момента в поперечном сечении стенки принимается равной моменту M_z.

 

Д.2 Расчет шпунтовых ограждений с одним ярусом распорных креплений

 

Д.2.1 Для замкнутых в плане шпунтовых ограждений глубину забивки t, определенную расчетом на устойчивость, допускается уменьшать на 15% для кольцевых ограждений с радиусом менее 5 м и на 10% для прямоугольных с длиной большей стороны менее 5 м.

Д.2.2 Глубина погружения стенки ниже дна котлована (без тампонажной подушки) определяется из условия обеспечения ее устойчивости против поворота вокруг оси опирания стенки на крепление. В соответствии с этим в условии по ГОСТ 33384-2015 [формула (1)] принимается M_u равным сумме моментов от активного давления грунта и гидростатического давления относительно оси поворота стенки, M_z - моменту пассивного давления грунта относительно этой оси, коэффициент условий работы m принимается по Д.2.4.

Д.2.3 Изгибающие моменты, действующие в поперечных сечениях шпунтовой стенки, определяются по схеме балки, свободно лежащей на двух опорах, одну из которых принимают на уровне оси опирания стенок на крепление - точка 0, показанная на рисунке Д.3, а другую - на глубине t₀/2 от дна котлована, где t₀ - минимальная глубина погружения стенки для обеспечения ее устойчивости для условия б по рисунку Д.1. При этом активное и пассивное давления грунта, а также гидростатическое давление, действующие на стенку ниже глубины t₀/2, показанные на рисунке Д.3 б, не учитываются.

 

 

а - для определения минимальной глубины забивки шпунта;

б - для определения изгибающих моментов

в его поперечных сечениях

 

Рисунок Д.3 - Схемы расчета шпунтовых ограждений с одним

ярусом распорных креплений

 

Максимальный изгибающий момент M в сечении шпунтовой стенки с одним ярусом распорных креплений допускается вычислять по формуле

 

M = M_в + 0,75M_гр, (Д.7)

 

где M_в - изгибающий момент в поперечном сечении шпунта от гидростатического давления воды, определенный по указанной выше схеме;

M_гр - то же, от давления грунта;

0,75 - коэффициент, учитывающий перераспределение давления грунта.

Усилие в распорке P вычисляют по формуле

 

(Д.8)

 

где l_л, l_пр - пролеты обвязки слева и справа от рассматриваемой распорки;

q - давление стенки на обвязку крепления (как реакция на верхней опоре) определяется по схеме, показанной на рисунке Д.3 б.

Д.2.4 Коэффициент условий работы m в расчете устойчивости принимают:

а) в случае связных грунтов, а также несвязных, но при заглублении острия шпунта в слой глины или суглинка - 0,95;

б) в остальных случаях несвязных грунтов:

1) при частичной откачке воды из котлована на глубину (от горизонта воды) не более 0,25h на водотоках и не более на местности, не покрытой водой, - 0,95;

2) при полной откачке воды из котлована на открытых водотоках - по графику на рисунке Д.4;

3) на местности, не покрытой водой, - по графику, показанному на рисунке Д.5.

 

 

Рисунок Д.4 - Схема и график для определения коэффициента

условий работы в расчете устойчивости шпунтового ограждения

на открытом водотоке при одном ярусе распорных креплений

 

 

 

 

Рисунок Д.5 - Схема и график для определения коэффициента

условий работы в расчете устойчивости шпунтового ограждения

на местности, не покрытой водой

 

На графиках рисунков Д.4 и Д.5 обозначено:

 

(Д.9)

 

(Д.10)

 

где h - глубина котлована, м;

- расстояние от дна котлована до горизонта грунтовых вод, м;

h_гр - расстояние от дна котлована до уровня грунта снаружи котлована, м;

- угол внутреннего трения грунта,

при промежуточных значениях h, , , величина коэффициента m определяется линейной интерполяцией.

Д.2.5 При проектировании ограждения с тампонажной подушкой расчет шпунтовой стенки, для стадии ее работы до бетонирования подушки, выполняется по условиям Д.2.1 - Д.2.4.

Для условия работы стенки после бетонирования подушки и полной откачки воды из котлована проверяется прочность стенки и крепления, при этом стенка по-прежнему рассматривается по схеме балки, свободно лежащей на двух опорах, но нижняя опора принимается на 0,5 м ниже верха подушки. При этом для участка шпунтовой стенки, расположенного ниже оси поворота, допускается не определять изгибающие моменты.

 

Д.3 Расчет шпунтовых ограждений с двумя и более ярусами распорных креплений

 

Д.3.1 Минимальная глубина погружения стенки ниже дна котлована при отсутствии тампонажной подушки определяется из условия обеспечения ее устойчивости против поворота вокруг оси, расположенной на уровне нижнего яруса крепления, показанной точкой 0 на рисунке Д.6 а.

 

 

а - для определения минимальной глубины забивки шпунта;

б - для определения изгибающих моментов

в его поперечных сечениях

 

Рисунок Д.6 - Схемы расчета шпунтовых ограждений

с двумя и более ярусами распорных креплений

 

В соответствии с этим, применяя ГОСТ 33384-2015 [формула (1)], принимают M_u равным сумме моментов активного давления грунта и гидростатического давления, действующих на стенку ниже оси ее поворота, относительно этой оси; M_z вычисляют по формуле

 

(Д.11)

 

где и - моменты соответственно активного давления грунта и гидростатического давления, действующих на стенку выше оси ее поворота, относительно этой оси;

M_n - момент пассивного давления грунта на стенку относительно той же оси.

Формула (Д.11) справедлива, если ; при невыполнении этого неравенства M_z вычисляют по формуле

 

M_z = M_n + W_xR, (Д.12)

 

где R - расчетное сопротивление материала шпунта;

W_x - момент сопротивления поперечного сечения шпунтовой стенки, определяемого с учетом условия 7.2.9 б).

Примечания

1 Для замкнутых в плане шпунтовых ограждений глубину забивки t, определенную расчетом на устойчивость, допускается уменьшать согласно Д.2.1.

2 Уменьшение глубины забивки шпунта по условию обеспечения устойчивости стенки достигается понижением уровня расположения нижнего яруса крепления (если это возможно по условиям производства работ).

3 При многоярусном креплении определение давлений на ярусы креплений проводится с учетом стадийной разработки грунта, порядка установки креплений и перераспределения при этом нагрузки на ярусы креплений и напряжений в шпунте.

 

Д.3.2 Коэффициент условий работы m принимается по Д.2.4 как для ограждения с одним ярусом креплений с той лишь разницей, что при полной откачке воды из котлована, разрабатываемого в несвязных грунтах на открытых водотоках, значение m принимается по графику, показанному на рисунке Д.7, обозначения которого соответствуют графику, показанному на рисунке Д.6.

 

 

Рисунок Д.7 - График для определения коэффициента условий

работы в расчете устойчивости шпунтового ограждения

на открытом водотоке при двух и более ярусах креплений

 

Д.3.3 Изгибающие моменты, действующие в поперечных сечениях шпунтовой стенки, а также давление q стенки на обвязку каждого из ярусов крепления допускается определять по схеме свободно лежащей многопролетной неразрезной балки, нижняя опора которой принимается расположенной на глубине t₀/2, где t₀ - минимальная глубина погружения стенки, определяемая с учетом 7.2.4, Д.1.1, Д.2.1 и Д.3.1, а остальные опоры расположены на уровне ярусов креплений (активное и пассивное давления грунта, а также гидростатическое давление, действующее на стенку ниже глубины t₀/2, в этом случае не учитываются - такое условие показано на рисунке Д.6 б.

Примечания

1 Вместо нижней опоры в расчетной схеме допускается применять упругое основание переменной жесткости, рассматривая шпунт как сваю по СП 24.13330.2011 (приложение В).

2 Реакции опор определяются с учетом примечания 3 к Д.3.1.

 

Д.4 Особые случаи расчета шпунта

 

Д.4.1 Для случая дополнительного учета вертикальной нагрузки, получаемой от копров, кранов и т.п. и передаваемой на шпунт, глубина забивки шпунтин на участке передачи нагрузки проверяется на восприятие вертикальных усилий в соответствии с нормами проектирования свай. При этом поверхность грунта принимается на отметке дна котлована, а ширина участка ограждения, передающего сосредоточенную нагрузку, определяется из условия распространения усилия в ограждении от точки или границы приложения нагрузки под углом 30° к вертикали.

Д.4.2 Шпунтовые ограждения, подвергающиеся воздействию льда или возможности навала судов, дополнительно проверяются расчетом на такие нагрузки. На уровне приложения нагрузок применяются дополнительные плоскости распорок.

Примечания

1 При разности уровней первой подвижки льда и высокого ледохода более 1,5 м применяются две плоскости распорок.

2 Составляется требование, предусматривающее обколку льда вокруг ограждения до начала ледохода.

 

Д.4.3 При проектировании шпунтовых ограждений опор на высоком свайном ростверке проверяется прочность и устойчивость ограждения при действии распора изнутри, возникающего от грунта, находящегося внутри ограждения. Отметка поверхности окружающего грунта принимается с учетом размыва. Расчет проводится по методике Е.2, рекомендованной для расчета искусственных островков.

Д.4.4 Замкнутые шпунтовые ограждения проверяются на всплытие при наивысшей отметке рабочего уровня воды. При определении силы трения грунта по боковой поверхности шпунта горизонтальное давление грунта на ограждение принимается с коэффициентом надежности по нагрузке .

Д.4.5 При проектировании шпунтовых ограждений вблизи существующих зданий и сооружений, конструкции которых не допускают осадки основания, предусматривается возможность предварительного обжатия распорок клиньями, домкратами и др. усилием, равным расчетному.

Правила по проектированию шпунтовых ограждений в таких условиях определены СП 45.13330.2017 (пункт 12.1.2) и [16].

Д.4.6 Для крепления шпунтовых ограждений котлованов, опускных колодцев, подпорных стен и стен подземных сооружений, оползневых склонов и откосов, фундаментов высоких сооружений и др. применяются грунтовые анкеры. Грунтовые инъекционные анкеры проектируются по СП 45.13330.2017.