Нагрузки и воздействия.

Расчеты при проектировании колодцев должны производится на нагрузки и воздействия, которые определяются условиями строительства и эксплуатации сооружения (рис. 1).

Расчетные значения веса стен G₀, кН, днища G_д, кН и тиксотропного раствора G_т, кН определяются по проектным размерам элементов, принимая вес железобетонных конструкций в соответствии с требованиями главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций (II).

Горизонтальное давление грунта на колодец формируют следующие нагрузки:

а) основное давление грунта определяется как давление грунта в состоянии покоя по формуле:

, (1)

где g – удельный вес грунта, кН/м³;
z – расстояние от поверхности грунта до рассматриваемого сечения, м;
j – угол внутреннего трения грунта.

Для колодцев, погружаемых ниже уровня грунтовых вод, удельный вес грунта принимается с учетом взвешивающего действия воды, т. е.

, (2)

где g_s – удельный вес частиц грунта, кН/м³;
g_w – удельный вес воды, принимается 10 кН/м³;
e – коэффициент пористости грунта.

б) основное давление тиксотропного раствора в период погружения колодца определяется по формуле:

, (3)

где g₁ – удельный вес тиксотропного раствора, кН/м³.

в) дополнительное давление грунта, вызываемое наклоном пластов:

, (4)

где a – коэффициент, зависящий от наклона пластов (принимается по (2), с. 14).

г) гидростатическое давление грунтовых вод, учитываемое во всех грунтах, кроме водоупорных:

, (5)

где h_b – расстояние от поверхности грунта до уровня грунтовых вод, м.

д) дополнительное давление от сплошной вертикальной равномерно-распределенной вокруг сооружения нагрузки q:

, (6)

е) дополнительное давление от вертикальной сосредоточенной нагрузки <2 или от нагрузки, равномерно распределенной по прямоугольной площади поверхности. Определяется по рекомендациям работы (2), с. 19-24.

Усилия трения ножа колодца по грунту определяются по формуле:

, (7)

где т –коэффициент условий работы. При расчете на всплытие т = 0.5, на погружение m = 1;

и –наружный периметр ножа колодца, м,

h_u – высота ножа, м;

f – сопротивление грунта по боковой поверхности ножевой части, кПа. Определяется по таблице (/2/, с. 17). Для ориентировочных расчетов можно принять (при погружении колодца на глубину до 30 м):

– пески гравелистые, крупные и средней крупности 53 – 93

– пески мелкие и пылеватые 43-75

– суглинки и глины твердые и полутвердые 47 – 99

– супеси твердые и пластичные, суглинки и глины туго- и мягкопластичные 33 – 77

– супеси, суглинки и глины текучие и текучепластичные 20 – 40

усилия трения стен колодца в зоне тиксотропной рубашки определяются по формуле:

, (8)

где Н_т –высота тиксотропной рубашки, м;
Т° –удельная сила трения стен колодца в зоне тиксотропной рубашки, принимается 1–2 кПа. При расчете на всплытие (после тампонажа щели тиксотропной рубашки цементно-песчаным раствором) 40 кПа.

Усилия сопротивления грунта под банкетной ножа определяются по формуле:

, (9)

где R – расчетное сопротивление грунта основания, принимается в соответствии с рекомендациями работы /12/, с. 37 (табл. 1-5); F_u – площадь подошвы ножа, м².

Расчет колодца.

Расчет погружения колодца производится из условия:

, (10)

где G –вес колодца и пригрузки с учетом коэффициента надежности по нагрузке g_f = 0,9;
g_f1 –коэффициент надежности погружения: g_f1 > 1 –в момент движения колодца, g_f1 = 1 – в момент остановки колодца или яруса на проектной отметке.

Колодцы, погружаемые ниже уровня грунтовых вод, после устройства днища должны рассчитываться на всплытие в любых грунтах (за исключением случая, когда под днищем выполняется дренаж) на расчетные нагрузки из условия:

, (11)

где SG – сумма всех постоянных вертикальных нагрузок с учетом пригрузки с коэффициентом надежности по нагрузке g_f = 0,9;
F_g –площадь днища, м²;

h_w –расстояние от низа днища до уровня грунтовых вод, м;

g_fw – коэффициент надежности против всплытия, равный 1,2.

Примеры расчета.

Рассчитать колодец с внутренним диаметром 20 м, глубиной 30 м, на нагрузки и воздействия, возникающие в условиях строительства (рис. 2 а). Колодец погружается в тиксотропной рубашке (g₁=15.0 кН/м³) с применением водопонижения. Грунты однородные, представлены суглинком тугопластичным (g = 16,6 кН/м³, g_s = 26,8 кН/м³, e = 0,7, j = 18°, с = 17 кПа).

На основании исходных данных определяем вес стен колодца:

G₀ = 3,14×(10,6² – 10,0²)×30×25 =29108 кН.

Основное давление тиксотропного раствора в период погружения (3):

– на отметке 0,00 Р_r – 0;

– на отметке 28,00 Р_r = 15×28 = 420 кПа.

Дополнительное давление от сплошной вертикальной нагрузки q = 20 кПа (6):

P_g = 20×tg²(45-18/2) = 10,5 кПа.

По полученным значениям строим эпюру давлений (рис. 2а). Усилия трения ножа колодца по грунту (7):

T_u =1×2×3,14×10,8×2×77 = 10445 кН.

Усилия трения стен колодца в зоне тиксотропной рубашки (8):

T_m =1×2×3,14×28×2 = 352 кН.

Суммарные усилия трения:

T = T_u + T_m =10445 + 352 = 10797 кН.

Усилия сопротивления грунта под банкеткой ножа (9):

R_u = 3,14×(10,8² – 10,6²) ×200 = 2688 кН.

Расчет погружения колодца выполним по формуле (10):

Погружение колодца обеспечено.

4.2. Рассчитать опускной колодец по исходным данным примера 4.1 для условий эксплуатации (водопонижение отключено). Вес перекрытий и строительных конструкций составляет 2000 кН.

Основное давление грунта (1):

– на отметке 0.00 Р_r,о = 0;

– на отметке 19.00 (уровень грунтовых вод):

;

– на отметке 30.00:

;

Гидростатическое давление грунтовых вод (5):

;

Дополнительное давление от сплошной вертикальной нагрузки = 20кПа (6):

.

По полученным значениям строим эпюру давлений (рис. 2 б).

Усилия трения ножа колодца по грунту (при расчете на всплытие) (7):

.

Усилия трения стен колодца по грунту после выполнения тампонажа щели цементно-песчаным раствором (при расчете на всплытие) (8):

.

Расчет колодца на всплытие выполним по формуле (11) с учетом веса днища

G_g = 3.14×10.8²×1.8×25 = 16481 кН.

Пригрузка колодца не требуется.