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

Сравнительный анализ анкерных тяг различных типов, про­ веденный на основании опыта строительства, эксплуатации и выполненных исследований, показал следующее.

Круглые анкерные тяги в наименьшей степени чувствитель­ ны к возможным перенапряжениям от прогибов, образующихся при проседании нижележащей засыпки и при неравномерной податливости опор. Их недостатком является затруднительность равномерного первоначального натяжения, от чего в значитель­ ной степени зависит удовлетворительная работа всей конструк­ ции. Необходимую равномерность натяжения можно обеспечить установкой на тяги па период монтажа съемных механических тензометров Аистова [1] или динамометрических шайб. Конт­ роль усилий в тягах по показаниям тензометров не представ­ ляет затруднений и не требует специальной длительной подго­ товки работников.

Стальные тяги из полосовой стали, швеллеров, уголков и других прокатных профилей удобны в монтаже и обеспечивают равномерное распределение усилий между собой. Однако они более чувствительны к просадкам нижележащего грунта и за­ висанию расположенной выше засыпки.

Железобетонные тяги, вследствие больших жесткостей и по­ перечных размеров, весьма чувствительны к вертикальным под­ вижкам грунтовой засыпки. Воздействие зависающего грунта создает в них значительные изгибные напряжения, что приводит к возникновению трещин и изломов.

Во всех случаях, применительно и к стальным, и к железо­ бетонным тягам, целесообразно проектировать шарнирное креп­ ление их к лицевой стенке и анкерным опорам. Наличие шарнир­ ных креплений с горизонтальной осью вращения предотвращает образование изгибных напряжений в наиболее ответственных узлах конструкций и делает их менее чувствительными к нерав­ номерным подвижкам и деформациям. При монтаже тяг необ­ ходимо надежно обеспечивать соосность их отдельных элемен­ тов и осевую передачу анкерного усилия в месте крепления к лицевой стенке.

Конструкция анкерных опор тонких подпорных стенок зави­ сит от того, выполняются ли они в виде отдельно стоящих плит, сплошных стенок, работающих на выпор, или в виде наклонных свай (конструкции типа козловый больверк). Отдельно стоя­ щие плиты практически всегда изготавливаются из железобе­ тона и имеют ребристую конфигурацию (рис, 7,а). В плитах предусмотрены отверстия для пропуска анкерных тяг, заклад­ ные металлические детали для опирания узлов крепления и про­ ушины для монтажа.

Сплошные анкерные стенки часто выполняются из отрезков металлического шпунта корытного или зетового профиля. В ме­ сте прикрепления к стенке анкеров устраивается пояс жестко­ сти (обычно из парных швеллеров № 20—30, рис. 7,6).

16

в)

2С

Рис. 7. Анкерные опоры и устройства

Анкерные сваи конструкций в виде козловых больверков из­ готавливаются из обычного или предварительно-напряженного железобетона. Сечение свай для уменьшения нагрузки от зави­ сания грунта целесообразно принимать не квадратным, а пря­ моугольным, с большей стороной в вертикальной плоскости. В анкерных сваях действуют значительные напряжения от осе­ вого растяжения и изгиба, что заставляет предусматривать их усиленное армирование. Пример анкерных свай одного из по­ строенных козловых больверков приведен на рис. 7, в. Сваи, имеющие размеры поперечного сечения 40x40 см и длину 17 м, изготовлены из бетона марки 300 и предварительно-напряжен­ ной стержневой арматуры периодического профиля.

Укргипроречтрансом (Г. П. Цинкер) предложена и осуще­ ствлена в натуре конструкция анкерной сваи повышенной не­ сущей способности с уширением на конце, предназначенная для погружения методом подмыва (рис. 7,г). Свая, арм-врованная

центрально расположенным пучком высокопрочной проволоки, рассчитана только па восприятие осевого усилия. Рубашка, вы­ полненная из бетона марки 150, при действии изгибающей на­ грузки может получать сквозные трещины: ее работа на изгиб не предусмотрена. Для восприятия монтажных и транспортных нагрузок свая дополнительно армирована четырьмя стержнями

в бетонной рубашке, обеспечивающей возможность его погру­ жения в грунт. В действительности же она обладает определен­ ной жесткостью, величину которой трудно оценить и, следова­ тельно, невозможно учесть в расчете. Однако последняя весьма существенно влияет на действительную работу рамной системы, которой является тонкая стенка, заанкерованная наклонными сваями.

Для обеспечения грунтонепроницаемости подпорных стенок из железобетонного шпунта со стороны засыпки устанавли­ ваются специальные нащельники. Исключение составляют стен­ ки с каменной засыпкой или разгружающими призмами. Про­ сачивание песка сквозь каменную призму предотвращается от­ сыпкой на ее поверхности трехслойного обратного фильтра об­ щей толщиной 50—60 см.

Грунтозащитные устройства тонких подпорных стенок отли­ чаются большим разнообразием. Для стенок из плоского шпун­ та, имеющего обычно малую ширину, можно использовать сплошные дощатые щиты, устанавливаемые на расстоянии 50— 300 см от тыльной плоскости шпунтин; образованная полость заполняется мелким щебнем или каменной крошкой. Как пока­ зал опыт эксплуатации, ррунтонепроницаемость стенок из ши­

угольных дощатых коробов, заполняемых мелким щебнем. Хо­ роший эффект дает навеска па тыльные плоскости стенок гидрорерина или армированных битумных матов. Для этой же цели можно применять стеклоткань на основе полиэфирной смолы ПН-1.

Если в засыпке за стенками возможно появление грунтовой воды, горизонт которой превышает уровень воды перед стенкой, то в них необходимо предусматривать специальные дренажные выпуски. В противном случае сооружение окажется подвержен­ ным воздействию гидростатического напора, что способно резко ухудшить его напряженное состояние. Причинами возникнове­ ния гидростатического напора грунтовых вод могут быть силь­ ные ливни, приливно-отливные явления на морских побережьях, сезонная сработка водохранилищ и др. Опасность возникнове­ ния гидростатического напора является наибольшей у стальных стенок и железобетонных стенок с грунтозащитой из рулонного материала, при связных грунтах основания.

18

Засыпка пазух подпорных стенок должна выполняться только несвязным грунтом. Плотность грунта засыпки — один из суще­ ственных факторов, определяющих работу тонкостенных кон­ струкций. Если первоначальная плотность песчаной засыпки недостаточна, грунт в процессе эксплуатации будет уплотняться, что может повлечь за собой провисание анкерных тяг и зависа­ ние над ними вышележащей засыпки. Усилия в анкерах при этом, как правило, значительно увеличиваются. Провисание тяг зачастую сопровождается смещением точки их прикрепления к лицевой стенке в сторону засыпки, вследствие чего консольный участок стенки испытывает реактивное давление грунта. В ре­ зультате происходит трансформация эпюры изгибающих мо­ ментов в стенке, при которой увеличиваются напряжения на ее консольном участке. Главная причина постепенного уплотнения грунтовой засыпки — разного рода эксплуатационные вибра­ ционные воздействия, источниками которых являются транспорт­ ные средства, перегрузочные машины и т. п., передвигающиеся и работающие на ее поверхности.

Возможность уплотнения песчаной засыпки при том или ином уровне вибраций зависит от ее относительной плотности. Взаимосвязь между плотностью песка и его способностью к вибрационному уплотнению изучал ряд исследователей [23, 52]. Введенное Н. Н. Масловым представление о «критическом ускорении» дае'т количественный показатель, с помощью ко­ торого можно судить о возможном виброуплотнении песка. Сопоставление критических ускорений с измеренными действи­ тельными ускорениями вибраций, создаваемых различными экс­ плуатационными факторами [11], позволяет рекомендовать мини­ мально необходимую плотность засыпки в зависимости от ха­ рактера вибрационных воздействий. Ниже приведены значения необходимой относительной плотности песчаной засыпки D, от­ вечающие некоторым типам средств механизации и транспорта, перемещающимся или работающим на ее поверхности:

Эффект воздействия вибраций на тонкие подпорные стенки может резко увеличиться в результате разуплотнения засыпки из-за нарушения грунтонепроницаемости стенок. Поэтому эф­ фективная грунтозащита — необходимое условие нормальной работы рассматриваемых конструкций при действии динами­ ческих нагрузок.

(

§ 3. Безанкерные стенки

Безанкерные тонкие подпорные стенки представляют собой простейшее устройство для поддержания вертикального про­ филя грунта или других сыпучих материалов. Диапазон их воз­ можного применения при средних качествах оснований опреде­ ляется свободной высотой стенок до 3—4 м. Используя различ­ ного рода разгружающие и экранирующие устройства, можно довести свободную высоту безанкерных стенок до 4,5—6 м, од­ нако при таких высотах экономически целесообразнее строить заанкерованные конструкции.

На рис. 8, а показана деревянная безанкерная стенка полуоткосного профиля свободной высотой 1,8 м, забитая в грунт на глубину 2,5 м. Стенка возведена из брусчатого шпунта тол­ щиной 18 см, скрепленного поверху парными схватками и вен­ чаемого деревянным кордонным брусом. Схватки служат для выправления возможной криволинейное™ стенки в плане и при­ дания ей необходимой продольной жесткости. Кордонный брус, снабженный пазом для установки на гребень свайного ряда, крепится к нему металлическими хомутами или накладками.

Деревянные стенки подвержены в зоне переменного смачи­ вания гниению, что делает их недолговечными и ограничивает область применения.

Безанкерная стенка, показанная на рис. 8, б, выполнена из железобетонного шпунта таврового профиля, установленного ребрами в сторону засыпки. Свободная высота стенки 3 м; ши­ рина шпунтовых свай 1,6 м при толщине полок всего 10 см.

Рис. 8. Безанкерные стенки

а — деревянная; 6 — железобетонная

20

плиты заглубляются в основание на 3—4 м, а пролетные пли­ ты — примерно на 1 м. Плиты устанавливаются в специально отрытую траншею, свободные полости которой заполняются рас­ твором. Толщина пролетных плит составляет 35 см. Такие кон­ струкции были использованы, в частности, при строительстве 35-этажных зданий для образования подпорных стенок свобод­ ной высотой до 7—8 м.

Следует отметить, что в общем объеме работ по возведению тонких подпорных стенок удельный вес безанкерных конструк­ ций чрезвычайно невелик. Это объясняется узостью диапазона свободных высот, при которых они могут конкурировать с заанкерованными стенками по экономичности. При одной и той же свободной высоте необходимая глубина погружения безанкер­ ных стенок в грунт основания по крайней мере в 1,5 раза больше, чем заанкерованных, что зачастую существенно затруд­ няет строительство. Применение безанкерных стенок может оказаться целесообразным, в частности, в тех случаях, когда сечение заанкерованной стенки для аналогичных условий при­ ходится увеличивать конструктивно из соображения ее долго­ вечности.

По сравнению с заанкерованными стенками безанкерные стенки обладают гораздо большей деформативностью, что сле­ дует учитывать при размещении на них рельсовых путей и дру­ гих коммуникаций.

21