Delist.ru

Взаимодействие конструкций контрфорсных "стен в грунте" с грунтовым массивом при строительстве городских тоннелей (15.04.2008)

Автор: Стаин Александр Валерьевич

Разработана пространственная конечно-элементная модель упруго-пластического взаимодействия консольной КСГ с грунтовым массивом в процессе разработки котлована. В результате расчетов с использованием этой модели установлено, что в слабодеформируемых грунтах (E=35000-40000 кПа) консольные КСГ допускают разработку котлована на проектную глубину 10-12 м при вылете контрфорса равном 5 м без каких либо дополнительных креплений, расположенных ниже дна котлована. В сильнодеформируемых грунтах (E=8000-12000 кПа) ограждение котлованов глубиной 10 – 12 м консольными КСГ возможно лишь при использовании дополнительных креплений. В результате статистической обработки результатов выполненных в данной работе расчетов получены достаточно простые регрессионные формулы, позволяющие определять перемещения верхнего торца консольной контрфорсной «стены в грунте» в зависимости от глубины котлована, вида грунта и размеров «стены в грунте».

Для исследования устойчивости угловых траншей, заполненных тиксотропным раствором, а также траншей для КСГ в песчаном грунте разработаны пространственные конечно-элементные модели этих траншей. Расчеты, выполненные с помощью первой из этих моделей при фиксированном уровне подземных вод, позволили построить графики зависимостей между удельными весами бентонитового раствора и коэффициентами устойчивости для плоских и угловых траншей при различной относительной глубине траншеи. По результатам расчётов можно рекомендовать при проектировании угловых траншей и траншей для КСГ принимать коэффициент запаса устойчивости в 1,2 раза выше, чем для соответствующих им плоских траншей.

По результатам расчётов устойчивости траншей для КСГ, выполненных с помощью второй конечно-элементной модели, построены графики, позволяющие найти коэффициенты запаса устойчивости траншей в зависимости от удельного веса тиксотропного раствора и уровня подземных вод для песчаного грунта (рис. 5). Анализ данных графиков приводит к следующим выводам:

для уровня подземных вод существует критическая отметка, ниже которой его влияние на устойчивость траншеи несущественно;

если уровень подземных вод располагается ниже критической отметки, то коэффициент устойчивости стен траншей для КСГ больше трёх, то есть устойчивость траншей гарантированно обеспечена во всем диапазоне изменения удельного веса тиксотропного раствора;

поднятие уровня подземных вод выше критической отметки приводит к уменьшению коэффициентов запаса устойчивости траншей пропорциональному уменьшению глубины уровня подземных вод.

Расчеты устойчивости траншеи для КСГ при наличии на бровке траншеи временной нагрузки от веса строительных механизмов показали, что влияние временной нагрузки на коэффициент запаса устойчивости траншеи для КСГ относительно велико лишь при уровне подземных вод ниже критической отметки. Коэффициент запаса устойчивости траншеи в этом случае снижается на 9,3 % для удельного веса тиксотропного раствора равного 10,3 кН/м3 и на 15,5 % для удельного веса тиксотропного раствора равного 12,5 кН/м3. Результаты расчетов устойчивости траншеи для КСГ при добавлении к временной нагрузке веса арматурного каркаса (6, 12 или 18 т) представлены в виде графиков (рис. 6), которые позволяют при проектировании траншей для КСГ найти коэффициент запаса устойчивости траншеи в зависимости от веса арматурного каркаса и уровня подземных вод при расположении временной нагрузки как внутри области котлована, так и за ее пределами.

Для исследования напряженно-деформированного состояния консольной КСГ, закрепленной ниже дна котлована горизонтальной грунтобетонной плитой, разработана конечно-элементная модель упруго-пластического взаимодействия консольной контрфорсной «стены в грунте», грунтобетонной плиты и примыкающего к ним массива грунта в процессе разработки котлована. Расчеты ограждения котлована, выполненные с использованием этой модели для реального проекта станции метро «Площадь им. Тукая» в Казани, показали эффективность и экономичность консольных контрфорсных «стен в грунте», закрепленных ниже дна котлована горизонтальной грунтобетонной плитой, созданной с помощью струйной цементации грунта. Замена в первоначальном проекте плоской «стены в грунте», закрепленной выше дна котлована двумя рядами расстрелов, а ниже дна котлована распорной грунтобетонной плитой, на контрфорсную «стену в грунте» с вылетом контрфорса 1,9 м и расстоянием между контрфорсами 2,5 м позволила отказаться от устройства расстрелов. При этом наилучшие условия работы конструкции возникают при устройстве грунтобетонной плиты непосредственно под дном котлована.

При проектировании «Многофункционального культурно-развлекательного и торгового комплекса на площади Ф. Волкова» в Ярославле замена по рекомендации автора диссертации плоской «стены в грунте» на контрфорсную, подкрепленную бермой, позволила отказаться от устройства междуэтажных перекрытий до разработки котлована на проектную глубину, равную 13 м. В результате стало возможным использование для разработки котлована высокопроизводительной техники, что способствовало ускорению сроков строительства и снижению его стоимости.

Дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования должны быть направлены на установление оптимальных параметров КСГ для различных типов грунтов, что будет способствовать более широкому применению таких конструкций в городском подземном строительстве.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Стаин А. В. Исследование конструкций контрфорсных «стен в грунте» для строительства транспортных тоннелей. // Транспортное строительство. - 2007. - No 4. - С. 29 – 30.

Стаин А. В. Эффективность применения грунтоцементных распорных конструкций для контрфорсных «стен в грунте». // Транспорт. Наука, техника, управление. - 2005. - No 10. - С. 37- 40.

Стаин А. В. Работа консольных контрфорсных «стен в грунте» // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2005. - No 1. - С. 26 - 28.

Стаин А. В. Устойчивость траншей, для контрфорсных «стен в грунте». // Метро и тоннели -2006. - No 3. - С. 34 - 35.

Стаин А. В. Устойчивость стенок траншей, заполненных тиксотропным раствором, в местах их взаимного пересечения. // Подземное Пространство Мира. - 2005. - No 3 - 4. - С. 54 - 56.

Стаин А. В. Влияние уровня подземных вод на устойчивость траншей для контрфорсных «стен в грунте». // Исследование мостовых и тоннельных сооружений: сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). - 2006. - С. 67 - 70.

Стаин А. В. Разработка расчетной модели для исследования работы консольных контрфорсных «стен в грунте». // Развитие научных идей Е.Е. Гибшмана в мостостроении (к 100-летию со дня рождения): сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). - 2005. - С. 158 – 163.

Стаин В.М., Стаин А.В. Контактная задача для стены в грунте. // Вопросы строительной механики и надёжности машин и конструкций: сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). - 2008. - С. 165 – 174.

Стаин В.М., Стаин А.В. Решение геотехнических задач с помощью программных продуктов компании MSC. // Вопросы строительной механики и надёжности машин и конструкций: сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). - 2008.- С. 128 - 138.

Плоскость симметрии

Плоскость симметрии

Стенки траншеи

Форшахта

Массив грунта

3,5 м м

2,0 м м

0,8 м м

1,84 см

0,0265 см

0,439 МПа

0,910 МПа

- 2,88 МПа

загрузка...