Деформационный шов в подпорных стенах. Курсовая работа - Проектирование уголковой подпорной стенки - файл n3.doc

Подпорная стена - сооружение, устанавливаемое для предотвращения разрушения грунта в откосах насыпей или глубоких выемок. Расчет подпорной стены выполняется высококвалифицированными специалистами, так как от качества проведенной работы зависит надежность и долговечность всей возводимой конструкции.

Такие стены получили широкое распространение при строительстве котлованов и траншей, ограждений и противооползневых систем. Данное инженерное сооружение востребовано и необходимо при выполнении строительных работ, связанных с возведением загородных домов на местности, для которой характерен значительный перепад высот. Это могут быть холмы, овраги или крутые склоны.

Особенности и виды конструкции

Любая подпорная стена представляет собой конструкцию, возведенную для предотвращения обрушения грунта на участках, где существуют значительные перепады уровня отметок, сделанных в процессе проектирования и подготовки территории.

Такие стены бывают декоративные и укрепительные. В зависимости от сложности поставленной задачи стена может быть:

1. Монолитной, для сооружения которой используют бетон, бутовый камень, кирпич, буто- или железобетон.
2. Сборной, возведенной из железобетона.

По своей конструкции монолитные делятся на:

• консольные (уголкового профиля), в состав которых входят лицевая и фундаментная плиты;
• контрфорсные, для повышения жесткости которых используются смонтированные поперечно ребра или контрфорсы.

Сборные подразделяются на:

• подпорные стены уголкового профиля, собранные на месте строительства из секций, изготовленных из отдельных плит или блоков; главное отличие от монолитных заключается именно в использовании для сборки конструкции таких секций;
• заборчатые, сделанные в виде надежных столбов, в пролеты между которыми устанавливают плиты.

Местом монтажа конструкции и возведения подпорной стены может служить естественное основание, то есть скальный грунт, или сделанные тут же сваи.

Основой любой конструкции является фундамент глубокого (глубина которого в 1,5 раза превышает его ширину) или неглубокого заложения. Сделать столбы, как и контрфорсы, можно из ящиков, установленных в несколько ярусов и заполненных песком или крупно фракционным щебнем.

Выбирая высоту подпорной стены, следует обратить внимание на величину существующего перепада:

• более 20 м - высокие сооружения;
• от 10 до 20 м - средние;
• до 10 м - низкие.

Различают подпорные стены и в зависимости от их конструкции:

• массивные, обеспечивающие устойчивость подвижного грунта и предотвращающие опрокидывание под тяжестью собственного веса;
• анкерные наиболее эффективные при наличии большого перепада;
• тонкостенные, особенность которых заключается том, что для этой категории существует норма возможного прогиба под действием нагрузок.

Кроме того, немаловажен размер подпорной стены, определяемый в зависимости от силы давления грунта, собственного весы стены, нагрузок, не выходящих за пределы призмы разрушения.

При сооружении данной конструкции учитывают насыщение грунта водой и наличие в нем веществ, агрессивных по отношению к бетону.

Особенности используемых материалов

В соответствии с руководством по возведению подпорных стен и СНиП II-15-74 и II-91-77 для сооружения монолитных конструкций используется цемент марки М 150 и М 200, а для сборных - М 300 и М 400.

Выбирая изделия из арматурной стали, необходимо учитывать температурный уровень в зимнее время. В тех регионах, где столбик термометра опускается зимой низе -30° Цельсия, использование арматурной стали марки А IV 80 C категорически запрещено.

В соответствии с ГОСТ 5781-82, действующим на территории РФ, армирование подпорных стен осуществляется с помощью арматурных стержней класса А III и A II.

Анкерные тяги и закладные используют, выбрав в соответствии с действующим на территории РФ ГОСТом 535-2005.

Для изготовления подъемных петель в железобетонных конструкциях используют арматурную сталь класса АI марки ВСт3сп2.

Выбор материала для сооружения подпорных стен основан на некоторых особенностях грунтах и условий окружающей среды.

Так для возведения бутобетонных или бетонных стен в регионах, для которых характерны резкие перепады температур, рекомендовано выбирать марку бетона в зависимости от такой характеристик и как морозостойкость.

Однако для строительства железобетонных подпорных конструкций может быть использован состав класса В 15 и выше.

При проектировании железобетонных конструкций, предварительно напряженных, применяют бетон класс В 20, В 25, В 30, В 35. Что касается бетонной подготовки, то здесь понадобится бетон класса В 3,5 и В 5. Необходимо выбирать марку бетона, учитывая такие показатели, как морозостойкость и водонепроницаемость.

Чем ниже температура окружающей среды, тем выше класс бетона по морозостойкости, а вот по водонепроницаемости показатель в большинстве случаев не нормируется.

Отельного внимания заслуживает напрягаемая арматура. В большинстве случаев это изделия, прочность которых повышается в процессе термической обработки, изготовлены они из стали класса АтIV или горячекатаной стали класса АV и AVI. Подробнеее о строительстве подпорных стен смотрите в этом видео:

Нагрузки и расчет давления

Один из важнейших показателей - коэффициент надежности конструкции. Он принимается в зависимости от группы состояний. При первой - соответствует данным указанным в специальной таблице, при второй - принимается как единица.

Нагрузки на возведенную конструкцию бывают:

Рассчитать насколько интенсивным будет активное горизонтальное давление можно, воспользовавшись формулой, при составлении которой приняты во внимание:

• собственный вес;
• глубина;
• учитывается коэффициент сцепления грунта по плоскости скольжения призмы обрушения под разными углами.

, где СК соответствует 2К, а К - класс нагрузки. Его значение условно принимается равным 14, но в некоторых случаях может быть снижено до 10.

, где ɑ - ширина полосы, Hб - толщина слоя под подошвой шпалы, созданного для баланса. Она равна 0,75 м, а если такая подошва не сооружена, то величина принимается как 0. Примерное описание расчетов смотрите в этом полезном видео:

В ходе выполнения расчета подпорных стен не учитывают горизонтальные и поперечные нагрузки, которые возникают на криволинейных участках пути от центробежных сил.

Способ проведения строительных работ, их особенности, используемая техника и многое другое должно быть предусмотрено заранее. Подготовка котлована, его глубина и форма основания рассчитываются еще на этапе подготовки проекта. В зависимости от качества грунта выбирают конструкцию основания:

• свайный фундамент;
• песчано-гравийная подушка;
• метод монтажа в воду.

Траншеи и котлован копают с помощью тяжелой строительной техники. Это ковшовые экскаваторы, самоходные стреловые краны на гусеничном или колесном ходу, а иногда очень эффективно использование автопогрузчиков.

Обратная подсыпка невозможна без бульдозеров, способных выполнить необходимую работу быстро и качественно. При выполнении обратной засыпки используют крупнообломочный грунт, песок, суглинок.

Все они подвергаются основательной трамбовке, с помощью которой не только выравнивают поверхность, но и добиваются уплотнения грунта. Эта операция также проводится с помощью строительной техники. При выполнении работ понадобятся каток, вибратор или трамбовочная машина. Глину или торф в качестве материала для обратной отсыпки не используют.

Строительство подпорной стены на загородном участке связано с определенными трудностями, возникающими из-за места его расположения. Если дом и участок находятся в овражистой или холмистой местности, довольно сложно планировать красивый участок, правильно его оформив.

Прежде всего, необходимо позаботиться об укреплении грунта, значит подумать о сооружении подпорных стен для площадок и дорожек, клумб и грядок, беседок или зоны отдыха с бассейном.

В таких условиях все работы можно выполнить самостоятельно без привлечения специалистов и тяжелой строительной техники. Необходимо уточнить глубину залегания грунтовых вод, получить у геодезистов результаты исследования грунта и выбрать наиболее подходящую для данного случая конструкцию.

Высота подпорной стены, сооружаемой самостоятельно, не должна превышать 1,5 м, что касается толщины, то она зависит от качества используемого материала:

• камень или бутобетон - 60 см;
• бетон - 40 см;
• железобетон - 10 см.

Огромной популярностью пользуются подпорные стены, сооруженные из камней, уложенных с специальные металлические сетки, и оснащенные надежным и качественным армированием. Выполнение расчетов без участия специалистов требует знания определенных данных, касающихся качества грунта и высоты подпорной стены.

Соотношение высоты конструкции и ее толщины определяется в пропорции 4:1, но это касается только плотного глинистого грунта. При средней плотности соотношение составит 3:1, при низком уровне плотности грунта - 2:1. Подробнеее о том, как возвести конструкцию на участке с сильным уклоном, смотрите в этом видео:

Пользуясь формулами, можно самостоятельно выполнить все расчеты и определить ширину подпорной стены в основании фундамента и в ее верхней части:

Е=0,5ƳгН²μ, где

Ƴг - нормативный вес грунта;

Н - высота подпорной стены

μ - коэффициент, который зависит от величины угла внутреннего трения и определяется по специально составленному графику.

Зная величины углов наружного и внутреннего наклона (С), ширину стены в любом сечении (b), высоту от поверхности грунта, его вес и нужные коэффициенты, воспользуемся формулой,

b =H(-C₁+√0,75Ƴ г /Ƴ к μ+С 2)

Правильно сделанные расчеты помогут предотвратить разрушение природных или созданных искусственно насыпей и оврагов, украсить двор, рационально использовав даже те участки земли, на которых казалось невозможным разместить цветники и клумбы, создать неповторимое по своему дизайну ограждение.

Перечисленные в названии главы строительные элементы испытывают непосредственный контакт с грунтами, поэтому конструктивные особенности этих элементов во многом зависят от свойств грунтов, с которыми кратко познакомимся ниже.
Некоторые свойства и характеристики грунтов . Грунты подразделяют на скальные, частицы которых сцементированы (связаны) в единый монолит, и нескальные, в которых прочность связей между частицами незначительна и эта связь существенно меньше прочности самих частиц. К нескальным грунтам относятся крупнообломочные, песчаные и глинистые.
Характеристики грунта, необходимые для расчета проектируемого на этом грунте сооружения, определяют двумя способами. Во-первых, опытным путем в лабораторных или полевых условиях, такие характеристики называют исходными . Во-вторых, на основе исходных характеристик по формулам (12.1), (12.2) и по таблицам (табл. 7.3-7.5) определяют производные характеристики грунта.
Важнейшими исходными характеристиками нескальных грунтов являются: Среди производных характеристик грунта важнейшими являются: К другим производным характеристикам относятся расчетные сопротивления грунтов (табл. 7.4), угол внутреннего трения (табл. 7.3), коэффициент фильтрации (табл. 7.5) и еще ряд параметров. Поясним смысл такой широко используемой характеристики, как угол внутреннего трения.
Любой сыпучий грунт, будучи свободно насыпанным на горизонтальную площадку, образует откос, крутизна которого зависит от свойств грунта. Рассмотрим откос идеально сыпучего грунта, т. е. такого, между частицами которого совершенно отсутствуют силы сцепления, вызываемые коллоидными и вязкими свойствами частиц грунта.
Пусть на этом откосе (рис. 12.1), свободно лежит твердая частица М . Разложим вес частицы на две составляющие: нормальную N к линии откоса аb и касательную Т . Сила Т стремится сдвинуть частицу к подножию откоса, но ей будет противодействовать сила трения , пропорциональная нормальному давлению, т. е. (где f - коэффициент трения).

Рис. 12.2. Подпорная стенка.

• не произойдет ли сдвига стенки по плоскости основания АВ ;
• не опрокинется ли стенка вокруг ребра A ;
• не просядет ли стенка по основанию.

Отметим, что формулы (12.6) и (12.7), так же как, впрочем, и формула (12.3), выведены в предположении отсутствия трения между грунтом и стенкой, поэтому равнодействующая давления должна быть перпендикулярна задней грани стенки. Это будет соответствовать наблюдаемым явлениям в случае нисходящей в сторону грунта задней грани стенки (при положительном значении угла , см. рис. 12.4 а). В случае же восходящей в сторону грунта задней грани стенки (при отрицательном значении угла , см. рис. 12.4 б) нелогично принимать направление давления с наклоном вверх, т. е. перпендикулярно задней грани стенки, поэтому рекомендуется в последнем случае считать направление давления горизонтальным.
В случае загрузки горизонтальной поверхности грунта равномерно распределенной нагрузкой в формулах (12.6) и (12.7) первый множитель , следует заменить выражением где h - приведенная высота слоя грунта, равная отношению интенсивности нагрузки q к объемному весу грунта .
При расчетах гидрометрических сооружений часто приходится иметь дело с грунтом, находящимся во взвешенном состоянии. Для таких условий в формулы (12-3) - (12.7) надо подставлять объемный вес взвешенного грунта и его же угол внутреннего трения" который в среднем можно принимать на меньше, чем для сухого грунта.
Определив силы, действующие на стенку, приступают к оценке ее устойчивости. Устойчивость на сдвиг оценивается коэффициентом устойчивости на сдвиг , который представляет собой отношение силы, удерживающей стенку, а это сила трения , к силе сдвигающей, т. е. давлению грунта. На рис. 12.2, 12.3 равен

Рис. 12.5. Схема к расчету устойчивости якоря.

(Документ)

n3.doc

1. Введение…………………………………………………………………………………...………..4

2. Геометрические размеры уголковой подпорной стенки…………………...……………………4

3. Давление грунта……………………………………………………..……………………………..5

4. Расчет устойчивости положения стены против сдвига………………………………………….8

5. Расчет прочности грунтового основания…………………………………………………………9

6. Расчет основания по деформациям………………………………………………………….…..10

7. Определение усилий в элементах стены………………………………………………………...11

8. Расчет арматуры в уголковой подпорной стенке………………………………….……………14

8.1 Исходные данные для проектирования фундаментной и вертикальной плит……...…..14

8.2 Подбор продольной арматуры для вертикальной плиты…………………………….......14

8.3 Подбор продольной арматуры для фундаментной плиты……………………..……...….14

9. Список использованной литературы ……………………………………………………………16

1. Введение

Уголковую подпорную стенку при расчете расчленяют на вертикальную и горизонтальную плиты. Их сечения рассчитывают на прочность и трещиностойкость. Вертикальная плита работает на изгиб как консоль, защемленная в фундаментной плите и находится под давлением грунта.

Усилием от собственного веса обычно пренебрегают. Расчет вертикальной плиты производится на действие максимального изгибающего момента у основания консоли.
2. Геометрические размеры уголковой подпорной стенки.

Задаемся полной шириной фундаментной плиты a=0,5H...0,7H, где H – высота подпора грунта. Принимаем a=0,6h...0,7h=2,4м

Вылет лицевой консоли принимается

Толщину вертикальной плиты у основания принимаем 1/8*H...1/15*H=4000/15=233мм принимаем 240мм, толщину тыловой стороны фундаментной плиты принимаем 1,2*270=288мм, принимаем 280мм. Предварительные размеры приведены на рисунке 1.

Рис. 1 Предварительные геометрические размеры уголковой подпорной стенки

3. Давление грунта

Давление грунта принимают действующим на наклонную плоскость, проведенную под углом при

, где - угол трения грунта на контакте с расчетной плоскостью.

Значения характеристик грунтов: - удельный вес, - угол внутреннего трения, c – удельное сцепление.

- нормативные значения указанных параметров. Для расчета конструкций оснований по 1-й группе предельных состояний -

; то же по 2-й группе предельных состояний -

.

Коэффициенты надежности по нагрузке при расчете по 1-й группе предельных состояний следует принимать по табл.3 , а при расчете по 2-й группе предельных состояний – равным единице.

Интенсивность горизонтального активного давления грунта от собствен­ного веса Р  , на глубине у= 7м следует определять по формуле

Р  =[ f h  - с (К 1 + K 2 )] y / h ,

Где К 1 - коэффициент, учитывающий сцепление грунта по плоскости скольжения призмы обрушения, наклоненной под углом  0 к вертикали; К 2 - то же, по плоскости, наклоненной под углом в к вертикали.

К 1 =2coscos/sin(+ );

K 2 =  + tg,

Где  - угол наклона расчетной плоскости к вертикали; - то же, поверхности засыпки к горизонту; - то же, плоскости скольжения к вертикали;  - коэффициент горизонтального давления грунта. При отсутствии сцепления грунта но стене K 2 = 0.

Угол наклона расчетной плоскости к вертикали  определяется из усло­вия (14) , но принимается не более (45° - /2)

tg  =(b - t )/h =(2,4-0,5)/4=0,475; =25є

45-30/2=45-15=30°>25є

Принимаем =25°

Значения коэффициента  определяем по таб.3 прил. 2 =0,33

Угол наклона плоскости скольжения к вертикали определяется по формуле

, где

При =0,

,

определяем из условия

; ;

Интенсивность горизонтального давления грунта при полосовом расположении равномерно распределенной нагрузки q, расположенной на поверхности призмы обрушения, определяется по формуле:

Расстояние от поверхности грунта засыпки до начала эпюры интенсивности давления грунта от нагрузки

При полосовой нагрузке протяженность эпюры давления по высоте , принимаем

Временная нагрузка от подвижного транспорта принята в соответствии с условием 5.11 , в виде нагрузки НГ-60 – гусеничная нагрузка. Нагрузка приводится к эквивалентной равномерно распределенной полосовой нагрузке, НГ-60 - =3,3м

Из условия (13) для НГ-60

Интенсивность горизонтального давления грунта от условной эквивалентной полосовой нагрузки определяется по формуле

4. Расчет устойчивости положения стены против сдвига.

Расчет проводят исходя из условия

, где - сдвигающая сила, равная сумме проекций всех сдвигающих сил на горизонтальную плоскость; - удерживающая сила, равная сумме проекций всех удерживающих сил на горизонтальную плоскость; - коэффициент условий работы грунта основания, =0,9 для глинястых грунтов; - коэффициент надежности по назначению сооружения, в соответствии с =1,1

Сдвигающая сила

определяется

, где

- сдвигающая сила от собственного веса грунта

- сдвигающая сила от нагрузки, расположенной на поверхности призмы обрушения

В соответствии с условием 6.7 производим расчет устойчивости уголковой подпорной стенки против сдвига по формуле 19

Для трех значений угла : =0,

,

- сумма проекций всех сил на вертикальную плоскость , где - коэффициент надежности по нагрузке принимается равным 1,2;

- пассивное сопротивление грунта

- коэффициент пассивного сопротивления грунта

;

- высота подпора грунта

Для сдвига по подошве =0,

,

Условие удовлетворяется.

Для сдвига по плоскости =15є30’

Проверка условия устойчивости:

Условие удовлетворяется.

Для сдвига по плоскости =31є

Проверка условия устойчивости:

Условие удовлетворяется.

5. Расчет прочности грунтового основания

Расчет производят при

Тангенс угла наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки на основание определяется из условий:

;

Вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания , сложенного несколькими грунтами в стабилизированном состоянии, определяется по формуле

- безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по табл.5, в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта и угла наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки на основание в уровне подошвы стены. По табл.5 при

и

d – глубина заложения подошвы от нижней планировачной отметки, м; - приведенная ширина подошвы, определяемая по формуле

, где e – эксцентриситет приложения равнодействующей всех сил относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы стены, величина его не должна превышать

;

, где

- сумма моментов всех вертикальных и горизонтальных сил относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы.

Где - расстояние от равнодействующей сдвигающей силы до низа подошвы стены; - коэффициент надежности по нагрузке, принимается равным 1,2;

Проверка условия прочности:

Несущая способность грунтового основания обеспечена.

6. Расчет основания по деформациям

При отсутствии специальных технологических требования расчет деформации основания считается удовлетворительным, если среднее давление на грунт под подошвой фундамента от нормативной нагрузки не превышает расчетного сопротивления грунта основания R, а краевые – 1,2R

При эксцентриситетах

() эпюру напряжений принимают трапецивидной или треугольной. Площадь сжатой зоны при треугольной эпюре должна быть не менее 75% общей площади фундамента подпорной стены. По условию 6.14 Краевые давления на грунт под подошвой стены при эксцентриситете приложения равнодействующих всех сил относительно центра тяжести подошвы при e>b/6 определяют по формуле 37:

,

Расчетное сопротивление грунта основания R, определяется:

, где , - коэффициенты условий работы определяются по таб.6, =1,2, =1,1; k=1;

,

,

- коэффициенты, принимаемые по табл.7, при

: =1,24; =5,95; = 8,24,