Расчет шпунтового ограждения

СК "Богатырь" занимается обустройством шпунтовых ограждений и укреплением откосов котлованов. Мы готовы в минимальные сроки смонтировать шпунтовую стенку с помощью высокопродуктивных копровых установок - УСА, УГМК-12, БМ-811. Для сотрудничества с компанией заполните форму "Отправить заявку", расположенную в нижней части сайта.

На странице представлена информация о технологии расчетов шпунтового ограждения. Мы рассмотрим последовательность выполнения расчетов, используемые формулы и требования действующих СНиП к процессу проектирования.

Расчет шпунтового ограждения — это вычисления, посредством которых определяется:

• какого размера должен быть шпунт
• на какую глубину он должен забиваться
• нужны ли дополнительные меры по его укреплению

«ООО Богатырь», кроме погружения свай, производит и устройство шпунтовых ограждений. Главной особенностью нашей работы является высокая оперативность и мобильность, благодаря применению сваебойных установок на колесах.

ВИДЫ ШПУНТОВЫХ СТЕНОК

• Металлические
• Железобетонные
• Деревянные
• Из напряженного железобетона

Цель расчета шпунтовой стенки в котловане

Обычно в таких условиях рытье котлованов начинается с устройства шпунтового ограждения в грунте, до производства земляных работ. Сила давления грунта на шпунт при этом одинаковая с обеих сторон, т. е. они друг друга уравновешивают. В ходе выемки грунта сила давления грунта изнутри котлована постепенно снижаются и равновесие нарушается. Поэтому, прежде чем производить забивку шпунта в грунт, необходимо сделать расчет шпунтового ограждения с целью определения нагрузок, действующих на него снаружи и необходимых характеристик шпунтовой стенки.

Читайте о преимуществах наших методов шпунтового ограждения котлованов

Производится расчет шпунтовой стенки по предельным состояниям первой группы. Для этого существуют различные методики, но чаще всего используется метод на основе классической теории предельного равновесия грунтов. Не вдаваясь в подробности, которые нужны лишь для специалистов, отметим, что главная задача таких расчетов — определить, какие размеры поперечного сечения должен иметь шпунт (геометрические характеристики), на какую глубину нужно его погрузить, чтобы при отрывке котлована на проектную глубину не только сохранялось равновесие грунтов, но и имелся определенный запас прочности шпунтовой стенки.

Смотрите так же: шпунтирование котлованов.

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ШПУНТОВЫХ СТЕНОК

• Графоаналитический (метод упругой линии).
• По формуле, включающей следующие параметры: давление грунта на шпунтовую стенку, а также давление воды, активное и пассивное. Определяется умножением нормативных величин на коэффициент перегрузки. Для активного давления коэффициент принимают равным 1,2, для пассивного – 0,8; вертикальная нагрузка от сооружения, предусмотренная проектом; глубина котлована.

РАСЧЕТ ШПУНТОВОГО ОГРАЖДЕНИЯ КОТЛОВАНА, ПРИМЕР

Расчет несущей способности шпунтовых свай типа AZ 20-700 производится по формуле:

F = Yc(YaRA + U∑Ysfh)

• Yc – коэффициент работы в грунте (1);
• f – расчетное боковое сопротивление грунта;
• А – площадь сечения сваи;
• R – периметр.

Коэффициенты берутся из нормативов СНИП.

На шпунтовую стенку, работающую в грунте, постоянно воздействуют опрокидывающие силы контактирующих с шпунтом пластов грунта. Расчет сопротивления опрокидыванию - один из важнейших этапов проектирования ограждения.

Для расчета используется формула: , где:

• Ou - величина требуемой устойчивости к опрокидыванию;
• Oz - удерживающая сила защемления стенки в грунте;
• k - нормативный коэффициент условий работы ограждения в почве (в слабом грунте - 0.7);
• Sn - коэфф. запаса надежности (для почвы с высоким уровнем грунтовых вод - 1.2, для сухих грунтов - 1.1).

Совет эксперта! Расчет шпунтового ограждения на прочность ведется комплексно, помимо шпунта рассматривается прочность обвязочных балок и укрепляющих стенку распорок. Для одноярусном креплении ограждение принимается как гибкая конструкция, при двухъярусном - как жесткая.

Удельная прочность шпунтовой стены высчитывается по формуле:  , в которой:

• Lm - момент воздействия расчетной нагрузки на квадратный метр шпунтового ограждения;
• Oy - нормативное сопротивление обвязочного материала;
• Pcm - индивидуальный для каждой конфигурации шпунтового металлопроката момент сопротивления (справочные данные);
• K - коэфф. условий работы (в неустойчивой почве - 0.8).

Расчет устойчивости обвязки ведется по формуле , где:

• Ko - сжимающая нагрузка, передающаяся от ограждения на обвязку;
• М - нормативное сопротивление обвязки;
• S - совокупная площадь сечения обвязочной конструкции;
• Oy - нормативное сопротивление обвязочного материала. 

Рассчитать площадь шпунтового ограждения можно с помощью программы СпИн. Программа позволяет определить:

• ширину или диаметр шпунта;
• шаг;
• необходимую глубину забивки;
• рекомендуемый тип стенки (анкерная, безанкерная).

Пример расчёта ограждения котлована (подробный)

Что учитывается при расчете шпунтов

Проектный расчет шпунтов производят по специальной формуле, которая учитывает следующие показатели:

• проектируемую глубину котлована
• силу активного давления грунта на стенки шпунтового ограждения
• силу пассивного давления
• силу вертикального давления грунта на глубине погружения шпунта

Схема работы безанкерного ограждения в грунте выглядит следующим образом:

Рис: а) действующие на стенку нагрузки; б) эпюра давления почвы на стенку; в) эпюра давления почвы состоящая из активных и пассивных воздействий.

Совет эксперта! Эпюра - это схематическое изображение, где указывается распределение воздействующих на шпунтовую стенку нагрузок, посредством которого проектировщики получают возможность высчитать наибольшую допустимую нагрузку на шпунтовую конструкцию.

В процессе расчета безанкреного ограждения определяются следующие факторы:

• глубина погружения шпунта;
• устойчивость стенки к исходящим от почвы нагрузкам;
• требуемое поперечное сечение шпунтовых конструкций.

Глубина погружения определяется по формуле: T = t0 +, в свою очередь  высчитывается по формуле:  ,  где:

• En - нормативная эпюра давления на стенку;
• qt0 - максимальный момент давления почвы на ограждение;
• p, a - коэффициенты пассивного и активного воздействия почвы на шпунт.

Анкерные шпунтовые ограждения классифицируются исходя из жесткости конструкции на свободно опирающиеся и заделанные в грунт стенки. Схема работы свободно опирающихся ограждений приведена на изображении:

Рис: а) фактическая схема нагрузок на шпунтовое ограждение; б) расчетная эпюра давления почвы на укрепленную анкерами стенку.

В заделанных в грунт ограждениях основная нагрузка от давления грунта приходится на центральную часть конструкции, что можно увидеть на следующей схеме

Рис: а) фактическая схема нагрузок на стеку; б) расчетная эпюра давления почвы.

Конкретный способ крепления шпунтового ограждения анкерами определяется исходя из глубины разрабатываемого котлована: в выемках до 3-ех метров включительно дополнительная фиксация может не использоваться, в котлованах до 8 метров применяется одноанкеркое крепления, в более глубоких выемках применяется несколько ярусов анкеров.

Совет эксперта! Наибольший эффект дает крепление стенки анкерами, размещенными на 0.4 Н ниже верхнего контура ограждения. При таком способе фиксации за счет увеличения натяжения анкерной сваи значительно уменьшается действующий на стенку сгибающий момент.

Особенности расчета для разных типов шпунтовых стенок

Формулы расчета несколько отличаются для различных видов шпунтовых стенок, которые бывают:

• безанкерными
• анкерными (свободно опертыми и заделанными)

Разница расчетов обусловлена тем, что для различных видов шпунтовых ограждений точки оборота шпунта находятся в различных местах: для без анкерной стенки — на дне котлована, а для анкерной — в точке крепления анкерной растяжки. Соответственно, схема действия приложенных сил будет различаться.

ГЛУБИНА ПОГРУЖЕНИЯ ШПУНТОВОГО ОГРАЖДЕНИЯ

• Для текучих глин, супесей илов, мелких песков и суглинков не менее 2 метров.
• Для более плотных грунтов не менее 1 метра.
• При сооружении водозащитной подушки – не менее 1 метра для любого грунта.

Важность гидрологических условий при расчете шпунтовых ограждений

В условиях повышенного давления грунтовых вод изменяется характер работы шпунтового ограждения в почве. В таком случае помимо исходящих от почвы нагрузок на стенку воздействует поток воды, уменьшающий устойчивость конструкции.

Перед расчетом шпунтового ограждения проводятся гидрологические изыскания на участке, где будет проводится разработка котлована, в процессе которых определяется уровень расположения и нормативное давление грунтовых вод. На основе полученной информации проектировщики составляют эпюру нагрузок потока на ограждение и при расчете прочности замковых соединений и устойчивости к опрокидыванию учитывают дополнительные воздействия.

Совет эксперта Характер движения потока грунтовых вод после монтажа шпунтового ограждения спрогнозировать крайне сложно - при установке герметичной стенки из шпунта Ларсена возможна ситуация перелива воды через ограждение в плоскость котлована, либо же подтапливания дна выемки.

Рис: Схема подтопления котлована при разном уровне грунтовых вод

Чтобы избежать дополнительных проблем в насыщенных влагой грунтах разработке котлована предшествуют работы по уменьшению уровня грунтовых воды ниже нулевой отметки котлована. Также защита выемки от влаги может выполнятся в процессе ее разработки посредством тампонирования либо обустройства дренажных систем.

Услуги нашей компании

Специалисты нашей компании могут произвести расчет шпунта в грунте для любой шпунтовой стенки, исходя из условий участка и проектных данных. Погружение мы осуществляем только труб с соблюдением требований ГОСТ и СНиП, на основе тщательных расчетов. Устроенные нами трубы будут надежной защитой от осыпания и обрушения стенок котлована.

Для получения бесплатных консультаций или оформления заявки звоните по телефону.