ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ГИБКИХ ПОДПОРНЫХ СТЕН С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОКАЗАТЕЛЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОСТЕЛИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 62

В.А. Воробьев

ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ГИБКИХ ПОДПОРНЫХ СТЕН С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОКАЗАТЕЛЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОСТЕЛИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ

В статье рассматриваются вопросы, связанные с конструктивными решениями гибких подпорных стен различного функционального назначения. Приведены общие сведения о расчетах подпорных стен. Проведен анализ методов проектирования конструкций с использованием коэффициента постели грунтового основания.

Ключевые слова: гибкие подпорные стены, конструктивные решения, методы расчета, грунтовое основание, коэффициент постели.

Подпорные стены являются особым видом инженерных сооружений, выполняющих защитные (изолирующие) и несущие функции, при устройстве объектов капитального строительства различного функционального назначения. К настоящему времени область применения подпорных сооружений включает [1,2]:

-поддержание от обрушения и сползания откосов искусственных выемок и насыпей, а также естественных грунтовых массивов при устройстве линейных транспортных сооружений (автомобильных и железных дорог, подходов к порталам тоннелей);

-укрепление и защита береговых линий объектов водного хозяйства: набережных рек, искусственных и естественных водоемов,

-укрепление, защита и изоляция внутреннего пространства подземной части (котлованов, подвалов) зданий и сооружений различного функционального назначения, объектов нового строительства и реконструкции.

В каждом из возможных вариантов применения подпорная стена является конструктивным решением, предназначенным для удерживания в проектном положении массива грунта при действии расчетного сочетания нагрузки, в конкретных природно-климатических, геотехнических и гидрогеологических условиях окружающей среды [3,4].

Гибкие подпорные стены (шпунтовые подпорные сооружения) являются наиболее простым конструктивным решением, предназначенным для осмысленного поддержания вертикального профиля грунтового массива, удерживаемого от перемещения при действии различных сочетаний нагрузки.

На Рисунке 1 представлены наиболее распространенные типы гибких подпорных стен (шпунтовых сооружений).

Для практического применения (например, в составе гидротехнических сооружений) разработаны разнообразные конструктивные решения, с использованием деревянных, железобетонных и стальных шпунтов [2,5].

а) без анкера

в) анкер в плите Рис. 1. Основные типы гибких подпорных стен 1 - гибкая подпорная стена; 2 - тяга анкера; 3 - плита анкера; 4 - свая

а) анкер в свае

© Воробьев В.А., 2020.

ISSN 2223-4047

Вестник магистратуры. 2020. № 5-3 (104)

Конструктивные решения гибких подпорных стен разрабатываются при помощи аналитических и численных методов, учитывающих [3,6]:

-факторы, определяющие параметры напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов;

-особенности организации способов взаимодействия конструктивных элементов между собой и с грунтовым основанием;

-параметры геометрической и физической нелинейности характеристик и свойств материалов конструкций и грунтового основания.

В Таблице 1 приведена краткая характеристика методов расчета (моделей показателей напряженно -деформированного состояния), принимаемых в зависимости от вида грунта и особенностей конструктивного решения подпорной стены.

Таблица 1

Основные модели для определения напряжений в месте контакта грунтового основания и подпорной стены

Тип расчетной модели Характеристика модели

контактная с одним коэффициентом отпора грунта (модель Винклера)

с двумя коэффициентами отпора грунта (модель Пастернака)

комбинированная

на базе положений механики сплошной среды с учетом теории нелинейной упругости среды

с учетом деформационной теории пластичности среды

с учетом теории пластической текучести среды

с учетом теории упруговязких и вязкопластичных особенностей среды

Применение расчетной модели с учетом упругой работы конструкции, контактирующей с грунтовым основанием винклеровского типа, является широко распространенным способом определения внутренних усилий гибкой подпорной стены (например, в формате шпунтового сооружений). Его основной особенностью является использования показателя «коэффициента постели», как основной характеристики жесткости грунтового основания [2,7]:

Модель поведения (деформации) грунтового основания с применением коэффициента постели позволяет определить показатели состояния по отношению к увеличению заглубления (7) стены, с учетом линейного и нелинейного формата изменений свойств грунтового основания:

Сх = С0 + кх (1)

где: С7 - значение коэффициента постели для принятой (расчетной) глубины заделки гибкой подпорной стены в грунтовое основание;

Со - значение коэффициента постели на уровне заделки (контакта) гибкой подпорной стены с грунтовым основанием;

к - коэффициент пропорциональности;

7 - расчетная глубина заделки подпорной стены в грунтовое основание.

Расчетные значения коэффициента постели вида С0 приводятся в нормативных и справочных данных по проектированию подпорных стен [2,3,5].

Расчетные модели с применением коэффициента постели грунтового основания применяются для следующих основных направлений разработки конструктивных решений:

-«инженерный метод расчета» - предполагает разработку расчетной схемы, отображающей положения теории предельного напряжённого состояния грунта и метода местных упругих деформаций с треугольной (трапециевидной) формой распределения коэффициента постели;

-численный метод расчета (метод конечных элементов) - предполагает разработку расчетной схемы, отображающей положения теории упругопластической модели грунта с дифференцированными значениями коэффициента постели.

К настоящему времени для каждого из рассмотренных направлений разработаны программные вычислительные комплексы, отображающие возможности расчетных аналитических и численных зависимостей. Данное обстоятельство характеризует актуальность и значимость применения показателя коэффициента постели при проектировании подпорных стен.

Библиографический список

1. Гончаров В.В. Конструктивно-технологические решения подпорных стен из сварного трубчатого шпунта для транспортного строительства: диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук: 05.23.11 / Гончаров Виктор Викторович. — М.: 2011. — 158 с.

2. Даревский В.Э., Романов А.М. Проектирование сооружений, обеспечивающих устойчивость грунтовых массивов (набережные, берегоукрепления, подпорные стены, защита от оползней и пр.). — М.: Издательство «Мастер». 2011. — 596 с.

3. СП 381.1325800.2018. Сооружения подпорные. Правила проектирования. — М.: Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации. 2018. — 109 с.

4. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. — М.: Министерство регионального развития Российской Федерации. 2011. — 164 с.

5. Смирнов Г.Н. и другие. Порты и портовые сооружения. — М.: Издательство АСВ. 2003. — 463 с.

6. Миронов В.А. и другие. Моделирование взаимодействия подпорной стены с грунтовым основанием // Сборник научных статей Международной научно-технической конференции "Перспективы развития дорожно-строительного комплекса - 2006". — Тверь. 2006. — С.45-49 с.

7. Дуброва Г.А. Методы расчета давления грунтов на транспортные сооружения. — М.: Транспорт. 1969. —

232 с.

ВОРОБЬЕВ ВАДИМ АНАТОЛЬЕВИЧ - магистрант, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, Россия.