Файл: Будин, А. Я. Тонкие подпорные стенки.pdf

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

РАСЧЕТЫ ТОНКИХ ПОДПОРНЫХ СТЕНОК НА ДЛИТЕЛЬНУЮ ПРОЧНОСТЬ

§ 1. Влияние времени на несущую способность тонких подпорных стенок

Опыт эксплуатации тонких подпорных стенок показывает, что их несущая способность в большинстве случаев существенно зависит от времени, т. е; от возраста сооружений [15, 69].

Функциональная взаимосвязь несущей способности тонко­ стенного сооружения N и времени t в общем виде выражается соотношением

ности конструкции в результате проявления реологических свойств грунтов оснований; p (t) — функция, учитывающая зави­ симость несущей способности сооружения от динамического ре­ жима его эксплуатации, эффект которого проявляется во вре­ мени; Q ( t ) — функция, отражающая зависимость несущей спо­ собности сооружения от изменения во времени прочностных и деформативных свойств конструкционных материалов.

Несущая способность тонких подпорных стенок может зави­ сеть от времени качественно различным образом: в одних слу­ чаях со временем она более или менее существенно снижается [11, 13], в других случаях — повышается, а иногда остается практически неизменной (за период времени, представляющий интерес с инженерной точки зрения). Конечный результат взаи­ мосвязи несущей способности сооружения с его возрастом N—t определяется видом и удельным весом функций a(t), р (t)

и Q (/).

Несущая способность конструкции остается во времени прак­ тически неизменной, если вид функции a (t), р (t) и Q (t) при­ водит к тому, что их влияние на величину <N(t) взаимно урав­ новешивается, или когда указанные функции не зависят от вре­ мени, т. е. a (t) = а = const, р (t) = p = const и Q (t) =Q = const, по крайней мере в представляющем практический интерес диапа­ зоне изменения t. Следует отметить, однако, что такие случаи встречаются на практике чрезвычайно редко даже при доста­ точно малой величине t.

99

Рис. 56. Кривые изменения несущей способности тонких под­ порных стенок во времени

Возможный характер изменения несущей способности тон­ костенных сооружений во времени показан на рис. 56. Линия I отвечает случаю, когда несущая способность сооружения с те­ чением времени остается практически неизменной. Кривая II относится к примеру снижения несущей способности сооруже­ ния, которая за период времени t\ уменьшается на величину iV(0)—N"(ti). Нарастание несущей способности сооружения за период времени U, увеличивающейся на некоторую величину N'" (ti)—N (0), отражает кривая III. Встречаются случаи (кри­ вая IV), когда несущая способность конструкций вначале уве­ личивается, а в дальнейшем снижается. Такие явления могут возникать, например, за счет относительно интенсивного упроч­ нения бетона в начальный период после постройки сооружения при одновременном более или менее равномерном проявлении ползучих деформаций грунтов оснований. Наконец, возможны случаи (кривая V), когда несущая способность конструкции в начальный период после постройки снижается, а впоследствии нарастает, иногда превышая значение, отвечающее начальному моменту времени N (0). Чаще всего это можно наблюдать у тон­ костенных сооружений, возведенных на сильно сжимаемых ос­ нованиях: в процессе проявления интенсивной фильтрационной консолидации основания (ее длительность обычно не более не­ скольких недель, реже — месяцев) происходит нарастание на­ пряжений в элементах конструкций, влияние которого впослед­ ствии нейтрализуется и перекрывается за счет упрочнения кон­ струкционных материалов и перераспределений эпюр распорного давления грунта на сооружения.

Комбинированное воздействие факторов, характеризуемых

примере. Причальная набережная (рис. 57) представляет собой железобетонную шпунтовую стенку 1, заанкерованную сталь­ ными тягами 2 за железобетонные или стальные анкерные

100

способностью воспри­ нять изгибающий момент М(0), и площадью поперечного се­ чения анкерной тяги .F(O).

Начальные параметры напряженного состояния элементов набережной характеризуются изгибающим моментом в шпунте Л4(0) и усилием в анкерной тяге Ra(0).

Контактная эпюра распорного давления грунта на шпунто­ вую стенку в начальный момент времени а(0) определяется на­ чальными значениями геотехнических характеристик грунта за­ сыпки: углом внутреннего трения грунта <pi(0), объемным весом pi(0) и начальной жесткостью стенки Е (0)1(0). Ординаты на­ чальной эпюры реактивного давления грунта на стенку р(О) определяются значениями геотехнических характеристик грунта основания фг(0) и рг(0) и величиной начальной жесткости стенки.

В процессе эксплуатации конструкция подвергается воздей­ ствию нагрузок от грузов, складируемых на причале, и от средств механизации и транспорта, находящихся в прикордонной полосе.

С момента постройки сооружения в результате.проявления реологических свойств грунта основания начинается процесс ре­ лаксации реактивного давления ползучего грунта на стенку [18]. Если в начальный момент времени на стенку действовало реак­ тивное давление грунта р(0), то через период времени t эпюра

101

реактивного давления грунта уменьшается до величины р (/). Естественно, нарастают напряжения и в элементах конструкции. Одновременно, вследствие воздействия эксплуатационных фак­ торов, характеризуемых функцией |3 (t), происходит постепен­ ная трансформация начальной эпюры распорного давления грунта на стенку а (0), которая к рассматриваемому моменту времени принимает очертание, отвечающее значению а (/). От­ меченное явление сопровождается также изменением парамет­ ров напряженного состояния конструкции. С течением времени в результате старения конструкционных материалов и воздей­ ствия на них окружающей среды меняются их прочностные и деформативные характеристики. Изменение прочности конст­ рукционных материалов влияет на несущую способность соору­ жения непосредственно, а изменение деформативных характе­ ристик— косвенно, вызывая определенное перераспределение контактного давления грунта на стенку.

Как показывает опыт, влияние времени на несущую способ­ ность тонких подпорных стенок важно учитывать применительно к набережным на причалах переработки химических грузов, ограждениям строительных котлованов, траншей, подземных пе­ реходов на транспортных магистралях, емкостей для хранения навалочных материалов и др. Весьма существенное изменение несущей способности тонкостенных сооружений во времени на­ блюдается, когда они возведены на ползучих основаниях. Учет специфики работы тонких стенок на ползучих грунтах при про­ ектировании совершенно необходим для обеспечения их нор­ мальной работы в течение заданного периода времени.

§2. Изменение напряженного состояния тонких подпорных стенок во времени

врезультате ползучести грунтов оснований

Впоследние годы тонкие подпорные стенки все чаще воз­ водятся на слабых и в том числе ползучих основаниях, где ранее, как правило, применялись гораздо более дорогие гравита­ ционные конструкции. Опыт эксплуатации тонкостенных соору­ жений, построенных на ползучих грунтах [14, 18], свидетель­ ствует об отчетливо выраженных особенностях их работы, ин­ тегральным эффектом которых является увеличение во времени напряжений в элементах конструкций при неизменной внешней нагрузке.* Тонкие стенки весьма чувствительны к развиваю­

щимся во времени деформациям грунтов: в ряде случаев

* Влияние ползучести оснований на гравитационные конструкции выра­ жается в том, что они в течение длительного времени перемещаются. Однако

когда массивные стенки на ползучих основаниях с течением времени опро­ кидывались [53].

102

Рис. 58. Напластование грунтов по линии кордона (а) и совмещенный гра­ фик количества изломов шпунта на 10 пог. м и глубины его забивки в пол­ зучий грунт (б)

I — песок; II — суглинок; III — супесь; IV — глина (Пунктиром обозначено проектное положение шпунтовой сван, в которой были измерены напряжения.)

неучтенная ползучесть оснований приводила к возникновению аварийных состояний конструкций.

Возникновение аварийного состояния стальной одноанкерной шпунтовой стенки можно проследить на примере конструкции, показанной на рис. 11. Здесь аварийная ситуация возникла только на участке сооружений длиной 120—150 м, где стенка нижним концом входит в ползучий грунт, в то время как на остальном протяжении (общая длина стенки 600 м) ее состоя­ ние оставалось удовлетворительным. На рис. 58, а приведено напластование грунтов по фронту сооружения. Аварийное со­ стояние выражалось в разрушении шпунтовых свай, которые разламывались по всему периметру поперечного сечения в про­ летной части стенки, в основном на расстоянии 5—6 м от ее верха. В отдельных местах изломы получили более 30% шпунтин,

103

измерений усилий в анкерных тягах на участках с ползучим и неползучим основаниями.

2280 кгс/см2. Напряжение в шпунте на участке с неползучим основанием составило 1780 кгс/см2.

Характер влияния ползучего грунта, залегающего в нижней зоне шпунтовой стенки, на работу конструкции схематически показан на рис. 59. С течением времени интенсивность «обрат­ ного» отпора ползучего грунта релаксирует; «защемление» ста­ новится неполным, и характер работы стенки постепенно пере­ ходит от схемы Блюма—Ломейера к схеме Якоби. При этом соответственно увеличиваются изгибающие моменты в шпунте

иусилия в анкерах.

*Измерения проводились с помощью электротензометрической системы путем выведения шпунта из напряженного состояния холодной вырезкой.

104