Расчет шпунтового ограждения котлована

Июнь 8, 2018 admin 0 Comment

Современные геотехнические методы расчета шпунтового ограждения котлована можно разделить на две группы:

  • Аналитические расчеты,
  • Расчеты методом конечных элементов с использованием программных комплексов — Plaxis расчеты.

Аналитический расчет шпунтового ограждения

Расчет шпунтового ограждения котлована аналитическими методами, выполняется по двум наиболее известным подходам:

Расчет по схеме Якоби.

В этом случае глубина погружения стенки определяется только условием обеспечения ее статического равновесия против выпора.

Метод упругой линии (Блюма-Ломейера)

При использовании графоаналитического метода Блюма-Ломейера, глубина погружения определяется из условия получения минимальных значений изгибающих моментов в стенке.

Различие подходов аналитического расчета ограждения котлована

Рисунок 1. Различие подходов аналитического расчета ограждения котлована

В основе аналитических расчетов заложена теория предельного равновесия, основанная Шарлем Кулоном в 1773 году.

На практике, перечисленные методы позволяют определить требуемую длину ограждающей конструкции исходя из условия ее предельного равновесия.

В качестве исходных данных для расчета шпунтового ограждения требуются параметры: удельный вес грунта, удельное сцепление, угол внутреннего трения. Перечисленные параметры могут быть определены достаточно быстро, полевыми методами, в лаборатории или же приняты по справочным данным. Это является преимуществом аналитического метода, поскольку позволяет быстро выполнить анализ в первом приближении и в дальнейшем сопоставить результаты, полученные при более сложном анализе.

Аналитические методы расчета шпунта, при своей простоте, обладают целым рядом недостатков, связанных прежде всего с ограничениями и допущениями, заложенными в теории расчета:

  • предполагается, что плоскости скольжения являются плоскими, когда на самом деле они криволинейные,
  • значение давления на ограждающую конструкцию не зависит от направления и величины ее перемещения, когда на практике давление может принимать значения от активного до пассивного,
  • призма обрушения ведет себя как твердое тело, что делает возможным использование теории равновесия,
  • при выполнении расчетов не учитывается жесткость ограждающей конструкции, определение изгибающих моментов и требуемой жесткости ограждения выполняется постфактум.

Аналитические методы, при всех своих преимуществах не позволяют определить реальные перемещения ограждающей конструкции, а также выполнить геотехнический прогноз влияния строительства на окружающую застройку.

На сегодняшний день существует множество программ, которые позволяют выполнить расчет шпунтового ограждения котлована без трудоемких графических построений и громоздких формул.

Выполняя геотехнические расчеты аналитическими методами, всегда необходимо помнить об ограничениях данных методов, относиться к полученным результатам с недоверием и всегда проверять полученные результаты альтернативными методами, прежде чем использовать их в проекте шпунтового ограждения.

Расчеты методом конечных (FEM – final element method)

Геотехнические расчеты методом конечных элементов выполняются с использованием специализированных программных комплексов, специально разработанных для анализа деформаций и устойчивости геотехнических сооружений. Программы позволяет поэтапно моделировать процессы строительства и экскавации грунта, приложения нагрузок, изменения уровня грунтовых вод, решать задачи консолидации и оценки влияния нового строительства на окружающую завтройку.

Сравнение плоской и пространственной постановки в Plaxis

Рисунок 2. Сравнение плоской и пространственной постановки задачи в программном комплексе Plaxis

Наибольшую популярность среди программных комплексов расчета шпунтового ограждения получили программы Plaxis и Midas GTS NX.

Среди других геотехнических программных комплексов, получивших определенное признание и популярность в мире, следует выделить:

Программы поставляются в различных вариантах, к примеру компания Plaxis BV выпускает программы отдельно для плоских расчетов – Plaxis 2D и отдельно для пространственных расчетов – Plaxis 3D. Компания Midas выпускает программу GTS NX с базовой функцией выполнения как плоских, так и пространственных расчетов.

Стоимость перечисленных программ является довольно высокой. Комплекс для решения задач в плоской постановке может стоить порядка 15000 евро, комплекс для расчета задач в пространственной постановке может обойтись вам в 25000 евро и более.

Специализированные комплексы позволяют выполнять следующие геотехнические расчеты:

  • расчеты устойчивости склонов и насыпей,
  • расчет конструкций инженерной защиты, методов крепления склонов нагелями, подпорными стенками, габионами и другие,
  • расчет фильтрации грунтовых вод,
  • расчет консолидации грунтов,
  • расчеты оснований и фундаментов, расчет осадки здания,
  • расчет шпунтового ограждения и временных конструкций его крепления, при проектировании котлованов,
  • расчет тоннелей,
  • динамические расчеты, расчеты на сейсмическое воздействие,
  • оценка влияния нового строительства на окружающую застройку – это одно из главных преимуществ использования современных программ. Специализацией нашей компании является геотехническое обоснование строительства,
  • определение зоны влияния нового строительства

Поскольку каждая из программ имеет свои преимущества и недостатки, мы выполняем геотехнические расчеты с использованием трех программных комплексов, в зависимости от сложности поставленной задачи. За более чем 8 летний стаж мы хорошо знаем какой метод позволит получить наиболее реалистичный результат и определить наиболее экономичное конструктивное решение выполняя проект котлована.

 

В большинстве случаев достаточно выполнить расчет в плоской постановке, однако, если выполняется проектирование котлована сложной формы, пример которого показан на рисунке ниже, геотехнический расчет шпунтового ограждения в плоской постановке может дать чрезмерный запас. Связано это с тем, что любые углы — это элементы большой жесткости, а учет пространственной жесткости может дать значительный экономический эффект, что необходимо учитывать выполняя проект ограждения котлована.

Пример котлована сложной формы

Рисунок 3. Пример котлована сложной формы

Необходимо отметить важную роль, которую играет инженер-геотехник, при выполнении геотехнических расчетов как аналитическими методами, так и с использованием современных программных комплексов. В условиях отсутствия специализированного образования, хороший геотехник это большая редкость. Для воспитания хорошего специалиста могут потребоваться года. К области знаний инженера-геотехника предъявляются особые требования, в которые должны входить:

  • Глубокое понимание методов геотехнических расчетов, их преимуществ и ограничений,
  • Инженерные знания. Понимание принципов работы строительных конструкции, основы курсов сопротивления материалов, строительной механики и других базовых навыков инженера-строителя,
  • Знания в области инженерно-геологических изысканий, полевых и лабораторных методов получения параметров грунтов. Обработка данных с целью получения необходимых параметров для использования в современных комплексах. Проверка адекватности параметров, полученных геологами.
  • Знания в области организации строительства и технологий выполнения работ, существующих методов устройства свай, ограждающих конструкций, методов откопки котлована. Необходимо знать пределы применимости той или иной технологии.
  • Опыт моделирования в программных комплексах. Как известно, одну и ту же конструкцию можно смоделировать разным образом. Задача геотехника наиболее точно отразить поведение конструкции, здания и других элементов расчетной схемы. Это невозможно сделать, если постоянно не совершенствовать навыки, не сомневаться и не проверять расчеты другим, альтернативными методами. В связи с этим, нами отводится особая роль исследованиям, выступлениям на международных конференциях, накоплению знаний и преемственности.
  • Опыт практической реализации проектов. Только он позволяет понять с какими трудностями приходится сталкиваться строителям на площадке. Опыт позволяет принимать решения, которые будут одновременно надежными и простыми в исполнении. Позволяет сопоставить результаты геотехнических расчетов с реальностью выполнения проекта шпунтового ограждения котлована в жизнь.

Инженер-геотехник объединяет в себе области знаний инженера-строителя и инженера-геолога. Он является их соединительным звеном и неотъемлемой частью процесса проектирования.

Мы специализируемся на выполнении расчетов и проектировании котлованов любой сложности. Позвоните нам, чтобы получить бесплатную консультацию.