книги из ГПНТБ / Будин, А. Я. Тонкие подпорные стенки
.pdf
А. Я. БУДИН
Т О Н К И Е
ПО Д П О Р Н Ы Е С Т Е Н К И
|
Л Е Н И Н Г Р А Д |
С Т Р О Й И З Д А Т . Л Е Н И Н Г Р А Д С К О Е |
О Т Д Е Л Е Н И Е |
1974
УДК 624.137.5
Научный редактор — канд. техн. наук II. Л. Швецов
Будин А. Я. Тонкие подпорные стенки. Л., Стропиздат (Ленпнгр. отде ление), 1974, 192 с.
В книге описаны современные конструкции тонких подпорных стенок, при меняемых в промышленно-гражданском, гидротехническом и транспортном строительстве. Приведены методы статических расчетов тонких стенок раз личных типов. Значительное внимание уделено методам расчетов стенок на деформирующихся во времени основаниях на длительную прочность. Излага ются вопросы, связанные с эксплуатацией тонких подпорных стенок. Даны методы расчетной оценки несущей способности сооружений, получивших местные повреждения, и методика проверки эксплуатационных качеств кон струкций, отремонтированных без вывода из напряженного состояния. Из ложены основные положения методики ремонта тонких подпорных стенок.
Книга предназначена для ннженеров-строителей, проектировщиков и эксплуатационников, работающих в области промышленно-гражданского, гид ротехнического и транспортного строительства.
Табл. И, рис. 81, список лит.: 93 на.зв.
?
Б 30205-101
БЗ—16—14—1974
047(01)-74
© Стройиздат. Ленинградское отделение, 1974.
П Р Е Д И С Л О В И Е
Выполнение Директив XXIV съезда КПСС в области про мышленного, гражданского, транспортного и гидротехнического строительства потребует возведения большого количества под порных стенок — одного из широко распространенных видов строительных конструкций. Подпорные стенки применяются для устройства подземных переходов и тоннелей, крепления строи тельных котлованов и траншей; они образуют причальный фронт морских и речных портов, протяженность которого со ставляет многие десятки километров, являются важнейшим эле ментом судоходных шлюзов, доков и целого ряда других гид ротехнических сооружений, создают емкости для навалочных материалов на предприятиях металлургической и горнорудной промышленности и ограждения искусственных водоемов. Широ кое применение подпорные стенки имеют в автодорожном строи тельстве; они используются для образования платформ и склад ских. рамп на железнодорожном транспорте, в качестве, проти вооползневых и берегоукрепительных сооружений. Суммарные ежегодные затраты на возведение подпорных стенок исчис ляются десятками миллионов рублей.
В последние годы в СССР и за рубежом ведутся широкие исследовательские и проектные работы с целью совершенство вания конструкций, методов расчетов, способов возведения и эксплуатации подпорных стенок. На смену дорогостоящим кон струкциям гравитационного типа, высоким и низким свайным ростверкам пришли экономичные тонкостенные сооружения из сборных элементов промышленного изготовления, возводимые индустриальными методами. Рационализированы способы строи тельства подпорных стенок: традиционная ударная забивка шпунта в грунт все чаще уступает место гидравлическому и ви брационному погружению, что позволяет доводить ширину по гружаемых элементов в ряде случаев до 3—4 м.
Теоретические, экспериментальные и натурные исслед'оваг ния привели к существенному уточнению методов расчетов тонких подпорных стенок различных типов, что дает возможность проектировать их без излишних неоправданных запасов при обеспечении требуемой долговечности и надежности. Важное
3
практическое значение имеют впервые созданные в нашей стране методы расчетов тонких подпорных стенок на деформирующихся во времени основаниях на длительную прочность [16].
Тонкостенные подпорные сооружения при относительной кон структивной простоте являются сложными системами по схеме своей работы и взаимодействию с грунтами основания и за сыпки. Имеющиеся методы расчетов позволяют проектировать конструкции различных типов практически во всем диапазоне встречающихся естественных и эксплуатационных условий.
Техническое состояние тонких подпорных стенок в значи тельной степени зависит от режима их эксплуатации. Специ альные исследования дали возможность сформулировать тре бования к использованию и содержанию стенок и позволили вооружить практических работников методами специфических эксплуатационных расчетов [11].
Важной базой для совершенствования методов расчетов под порных стенок послужили работы в области механики грунтов таких ведущих отечественных специалистов, как Н. И. Маслов, Н. А. Цытович,С. В. Нерпин, С. С. Соколовский, Н. К■Снитко, П. Д. Евдокимов, С. С. Вялов, И. И. Кандауров, Б. И. Далма тов, В. Г. Березанцев, В. А. Флорин, О. А. Савинов и др. Пло дотворные исследования работы подпорных стенок выполнили
И. |
В. |
Яропольский, Ф. М. Шихиев, В. С. |
Христофоров, |
|
А. |
3. |
Зархи, Г.Е. Лазебник, |
Е. А. Дуброва, С. |
Н. Курочкин, |
Д. |
Г. Ромашов,В. Б. Кузнецов, В. Б. Еуревич, Н. И. Давидович, |
|||
Ю. |
М. |
Гончаров и др., а |
также зарубежные |
специалисты |
Г. П. Чеботарев, П. Роу, И. Оде, Д. Стройер, М. Дьюк. Теоре тические, лабораторные и натурные исследования тонких под порных стенок на обычных и ползучих основаниях, завершив шиеся созданием методов расчетов, рекомендаций по проекти рованию и эксплуатации, были осуществлены автором [11, 12, 16].
Настоящая книга содержит основные систематизированные сведения о конструкциях, методах расчетов и эксплуатации со временных типов тонких подпорных стенок. Значительная часть помещенного в ней материала базируется на исследованиях ав тора и сотрудников, предпринятых в связи с насущными запро сами практики строительства и эксплуатации.
Следует отметить, что в настоящее время наибольшие успехи в деле использования тонких подпорных стенок наметились в транспортном гидротехническом строительстве. Достигнутые здесь результаты, к сожалению, в других областях строительства пока используются медленно (главным образом из-за отсут ствия должной информации). Зачастую при одинаковых есте ственных условиях применяются менее совершенные и более до рогие типы стенок. В предлагаемой книге значительное внима ние' уделено конструкциям, получившим: распространение в гид ротехническом строительстве, но пригодных и для использова ния в промышленном, дорожном и гражданском строительстве.
4
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ тонких
ПОДПОРНЫХ СТЕНОК
§ 1. Классификация тонких подпорных стенок
Подпорные стенки — конструкции, предназначенные для под держания отвесного (иногда пологонаклонного) профиля ог раждения грунтовых массивов. При несвязных основаниях они являются единственным средством придания грунту устойчивого наклона к горизонту, превышающего угол естественного откоса.
Подпорные стенки — необходимый |
элемент устройства |
всех ви |
дов вертикальных планировок со ступенчатыми перепадами. |
||
На стенки действуют распорное |
давление грунта, |
гидроста |
тический или гидродинамический напор грунтовой воды и распор от грузов, уложенных на поверхность засыпки. Главной геометрической характеристикой подпорной стенки является ее свободная высота — разность отметок поверхностей засыпки и грунта перед лицевой плоскостью конструкции. Свободные вы соты подпорных стенок различного назначения колеблются в широких пределах. У ограждений котлованов и траншей они находятся в диапазоне от 1—2 до 10—12 м, у причальных набе режных— от 4 до 16—18 м, у стен шлюзов достигают 30 и более метров.
По конструктивному признаку и схеме работы подпорные стенки принято делить на тонкие, гравитационные и свайные ростверки.
Топкие подпорные стенки, именуемые часто больверками,— это конструкции, прочность которых обеспечивается сопротив лением изгибу, а устойчивость в большинстве случаев — сопро тивлением выпору грунта основания. При средних качествах грунтов свободная высота тонких стенок может достигать 14— 18 м. Лицевая плоскость стенок образуется чаще всего железо бетонными или стальными шпунтовыми сваями, заглубляемыми в основание, либо широкопанельными элементами, которые в последнее время применяются иногда вместо шпунта.
Важнейшим классификационным признаком тонких подпор ных стенок является наличие или отсутствие анкерных устройств. Стенки, не имеющие таких устройств, называются безанкер-
ными |
(рис. 1,а), а имеющие |
их — заанкерованными. |
Конструк |
ция и |
расположение анкеров |
существенно влияют |
на схему |
5
Рис. 1. Типы тонких подпорных стенок
а — безанкерная; б — заанкерованная тягами с плитами, работающими на выпор; в — заанкерованная тягами с плитами, работающими на сдвиг; г — заанкерованная тягами за свайные козловые опоры; д — заанкерованная тягами за вертикальные сваи; е — за анкерованная наклонными сваями; ж — двуханкерная неразрезная; з —двухапкерная раз
резная; и — парусная
работы сооружения и его несущую способность, в соответствии с чем заанкерованные тонкие подпорные стенки делятся на пять типов (рис. 1,6 — е) :
1) заанкерованные тягами с плитами, работающими на выпор;
2)заанкерованные тягами с плитами, работающими на сдвиг;
3)заанкерованные тягами с козловыми свайными опорами;
4)заанкерованные тягами с опорами в виде сплошных сте нок или отдельно стоящих вертикальных свай;
5)заанкерованные наклонными сваями (козловые больверки) .
6
Рис. 2. Тонкие подпорные стенки с разгрузочными и экраниру ющими устройствами
а — с |
разгружающей каменной призмой; |
б — с |
разгружающей платфор |
мой: |
в — с разгружающей плитой; г — с |
элементами, армирующими за |
|
|
сыпку; д — с экранирующими |
сваями |
|
Заанкерованные стенки 1- и 2-го типов могут иметь по вы соте одно, два и более анкерных закреплений. Как показывает практика, устройство более чем двух анкерных опор нецелесо образно, так как из-за невозможности обеспечить их одинаковое первоначальное натяжение и податливость анкеры неодинаково включаются в работу, и напряженное состояние конструкции не отвечает проектным предположениям.
Стенки с одной анкерной опорой по высоте называются одно
анкерными, а с двумя |
опорами — двуханкерными. Двуханкер |
ные стенки могут быть |
неразрезными (рис. \,ж) и разрезными |
(рис. 1,з). Разрезная стенка состоит из лицевых элементов двух типоразмеров, соединенных между собой шарнирно. Достоинство такой конструкции состоит в том, что ее работа не зависит от возможного начального неравномерного натяжения верхнего и нижнего анкеров.
Отдельную группу тонких подпорных стенок составляют кон струкции, у которых грунт засыпки поддерживается гибким по лотнищем из рулонного материала (рис. 1 ,и). Конструкции та кого типа часто называют парусными [60].
Для уменьшения напряжений в лицевых элементах тонких подпорных стенок и увеличения диапазона их возможного при менения используются специальные разгрузочные и экранирую щие устройства.
Наиболее целесообразными разгрузочными устройствами являются разгружающие каменные призмы, платформы и плиты, а также жесткие и гибкие элементы, армирующие за
7
сыпку (рис. 2). Тонкие подпорные стенки могут иметь одно раз грузочное устройство или комбинацию из нескольких.
Значительного снижения напряжений в лицевых элементах тонких подпорных стенок достигают за счет их экранирования (рис. 2,d), сущность которого состоит в установке за стенкой отдельно стоящих свай, воспринимающих на себя часть распор ного давления грунта. Часто разгружающие и экранирующие устройства применяются совместно, что позволяет получить го раздо более значительный эффект.
По конструкционному. материалу тонкие подпорные стенки делятся на металлические, железобетонные, деревянные и сме шанные. Металлические конструкции выполняются из стального шпунта, анкеруемого стальными тягами за анкерные стенки из отрезков того же шпунта. Часто применяются стенки из сталь ного шпунта, анкеруемого за железобетонные плиты или сваи. Железобетонные шпунтовые стенки обычно анкеруются с по мощью стальных тяг за железобетонные опоры из свай или плит. Примером тонкой подпорной стенки, все элементы которой вы полняются из железобетона, является "козловый больверк. Дере вянные стенки (в настоящее время почти вышедшие из упот ребления) анкеруются чаще всего стальными тягами за дере вянные свайные козловые опоры или вертикальные сваи.
§ 2. Конструктивные элементы тонких подпорных стенок
Важнейшим элементом тонких подпорных стенок являются шпунтовые сваи или сборные панели, образующие лицевую пло скость (фасад) конструкций и непосредственно воспринимаю щие распорное давление грунта.
Наиболее употребительны в настоящее время железобетон ные шпунты, которые по конфигурации поперечного сечения де лятся на плоские и тавровые (рис. 3 и 4).
Шпунтовые сваи изготавливаются, как правило, из бетона марки не ниже 300 и горячекатаной арматуры периодического профиля, которая часто подвергается предварительному напря жению. Тавровый шпунт значительно экономичнее плоского, но область его применения ограничена несвязными грунтами, до пускающими погружение свай методом подмыва. В глинистый грунт текуче- и мягкопластичной консистенции, тавровый шпунт можно внедрять вибрационным методом. Однако при этом соз дается опасность резкого снижения несущей способности грунта в результате его вибрационного разжижения, что следует про верять в каждом конкретном случае.
Вообще гидравлический способ погружения железобетонных свай (особенно шпунтовых) имеет ряд существенных досто инств. Наряду С возможностью применения шпунта большой ширины исключается возникновение в нем трещин, которые обычно образуются при ударной забивке. Кроме того, имеется
возможность оставлять не заделанными в бетон выпуски арма туры из свай, которые необходимы для последующего омоноличивания стенки поверху. При ударной же забивке выпуски арматуры приходится обнажать путем разбивки голов свай от бойными молотками, что представляет собой длительную и тру доемкую операцию.
Плоские железобетонные шпунты (рис. 3) имеют обычно ши рину 45—100 см и отличаются между собой конструкцией со прягающих узлов (замков). Простейшее сопряжение — в чет верть (рис. 3,а) — удобно в изготовлении и не создает затруд нений при погружении свай подмывом. При ударном погружении такое сопряжение в ряде случаев не обеспечивает необходимой плотности шпунтового ряда (особенно если грунт основания имеет включения в виде более или менее крупных камней). Сопрягающие четверти имеют обычно высоту, равную половине толщины сваи, и иногда выполняются с небольшим скосом в вертикальной плоскости.
Широко распространены плоские шпунты с замковыми соеди
нениями типа гребень-паз |
(рис. 3, б) |
трапецеидальной или за |
|
кругленной формы. Иногда гребень |
замка |
делают стальным |
|
в виде согнутой полосы |
толщиной |
10—12 |
мм, приваренной |
к листу, заложенному в бетон. Таковы шпунтовые сваи, спроек тированные ЛенморНИИпроектом для одного из объектов в Ле нинградском морском порту (рис. 3,в). Гребень может быть
идеревянным, закрепляемым при забивке в пазу одной из со прягаемых шпунтин с помощью стальных анкеров. Такой шпунт
сгребнем размерами 6X10 см (рис. 3,г) нашел, в частности, применение в Польской Народной Республике. Достоинство де ревянного гребня в том, что он, разбухая, обеспечивает высокую плотность стенки, которая приобретает свойство водонепрони цаемости. На рис. 3,д и 3, е показаны другие возможные виды замковых соединений, первый из которых был применен при строительстве набережной в Лондоне, а второй — в ПНР (здесь гребень представляет собой стальную полосу шириной 8 см).
Железобетонные шпунты таврового профиля, получившие широкое применение в отечественной строительной практике, имеют обычно ширину от 80—90 до 150—170 см и более. Тол щина полки принимается в пределах 10—15 см, а толщина ребра — от 18—20 до 35 см. Высота ребра, определяемая вели чиной изгибающего момента, который должен быть воспринят шпунтом, колеблется чаще всего от 40 до 60 см.
Тавровый шпунт, показанный на рис. 4,а (проект Укргипроречтранса), был применен на двух объектах в 1958—1960 гг. Бетон шпунта марки 300, рабочая арматура — горячекатаная гладкая диаметром 20 мм. Одна из шпунтовых свай имеет ши рину 150 см, другая— ПО см, толщина полок соответственно 12
и15 см. Шпунтины погружались методом подмыва в средне- и мелкозернистые песчаные грунты на глубину 3,5 и 3 м полками
9