CC BY
10
© В Н. Дрмейсков, 2012
УДК 622.674: 539.3 В.Н. Армейское
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОНОЛИТНОЙ БЕТОННОЙ КРЕПИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ, УПРОЧНЕННОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМИ АНКЕРАМИ
Представлена методика проектирования монолитной бетонной крепи вертикальных стволов, упрочненной анкерами, основанная на общепринятом методе расчета крепи стволов и результатах математического моделирования. Ключевые слова: проектирование, бетонная крепь, анкер.
Рассмотрим основы расчета монолитной бетонной крепи, упрочненной железобетонными анкерами с целью повышения ее несушей способности. Методика разработана в соответствии с обшепри-нятым в механике подземных сооружений методом расчета крепи вертикальных стволов [1], и результатами выполненных ранее исследований [2].
Исходными данными для проектирования являются:
• характеристики вмешаюших пород: модуль деформации, Е0, МПа; начальный коэффициент поперечной деформации, у0; прочность пород на сжатие, Я, МПа;
• глубина ствола, Н, м;
• средний объемный вес вышеле-жашей толши пород, у, кн/м3;
• принятая толшина крепи ствола, t, м;
• внутренний, г2, и наружный г1 радиусы крепи ствола, м;
• характеристики бетона крепи: модуль деформации, Е1, МПа; начальный коэффициент поперечной деформации, VI; расчетное сопротивление бетона одноосному сжатию, Яь, МПа;
• отставание постоянной крепи от забоя, Иотс, м.
Начальное поле напряжений в массиве в поперечном сечении ствола характеризуются постоянством горизонтальных (радиальных) напряжений
ст
(0) = Р О0) = Х - а *-у Н ,
где Х — коэффициент бокового распора пород, определяемый из выражения
Л !
Х =
1 -V 0
а — корректируюший коэффициент, учитывающий отставание возведения крепи от обнажения пород и физическую нелинейность деформаций массива до возведения крепи. Определяется из соотношения
а = тах \ ехр 1-1,3
1 --
Я„
0,15
2Х-уН у
где Яс — расчетное сопротивление неупрочннных пород сжатию
Я = Я - к - к ,
с с дл '
здесь кс — коэффициент структурного ослабления, учитываюший дополнительную нарушенность массива пород поверхностями без сцепления или с малой связностью (зеркала скольжения, трешины, глинистые прослои и т.п.);
(/-16 ММ
\
у \
^=74 М\1 \ .ид?
у \ А - \ - ^ - -- ----
У ч
-22 л м у \
/ 1 \
0. --20 м к 5 I*
( I
1
1 /
(=1.0 м \
ч 1
(=1.5 м ч I
\ 1> X
)Ж ч
\ 1
[
- - - - ^ - --- ---
2,5 и
3.0 .и
11 12 13 14 15 МПа-101
К}7Ю
(=1,0 М
\
/=1,5 и ч
\
\
(=2,0 V
\
\
4=2,5 м
V 3,0 м
щ аз
04 Я5
06
07 03 03 1
и 12
12 13 14 15
С.п, МПа-10 *
Значения коэффициента Купр при плотности установки анкеров:
а — Р=2 анк/м2; б — Р=1 анк/м2
а
кдл — коэффициент длительной прочности, учитываюший снижение прочности пород за счет длительного нагружения.
Эквивалентные напряжения, приложенные на бесконечности, определяются по формуле р = Р <0) 2
^ Р0 X о + 1 ,
где хо — коэффициент вида напряженного состояния, при плоской деформации х 0 = 3 - ^ 0.
Коэффициент передачи напряжений через внешний бесконечный слой до установки анкеров находится из выражения
X О +1
К о =
2 + G. c2 (х! -1) + 2 ' 2 + G ' ci2 -1
реннем и внешнем контурах сечения крепи
n = Р о (1) • mi
'1 '
СТ„„ =
Р0(1) •
m
где mi и m1 — коэффициенты, определяемые из выражений
m1 =
2c2
с2 -1 ' т = с2 -1 Средние по сечению нормальные тангенциальные напряжения ст = 0,5(ст. +ст ).
т ' V ¡п ех /
Условие прочности монолитной бетонной крепи после анкерного упрочнения
СТ т ^ ЯЬ - Купр ,
где Куп^р — коэффициент упрочнения бетонной крепи, определяемый по номограммам (рисунок) в зависимости от длины, 1, диаметра, ё, плотности установки, Р анкера, а также параметра Сср С о (1 -1) + С 1 -1
1
где С0 — модуль сдвига пород вме-шаюшего массива, МПа; С1 — модуль сдвига бетона крепи, МПа; Х1 = 3 - 4Vl;
где с1 — коэффициент, характери-зуюший толшину монолитной бетонной крепи
Напряжения на контакте крепи с массивом (нагрузки на крепь)
Р 0 (1) = К0 - РеЧ .
Нормальные тангенциальные напряжения соответственно на внут-
G =
ср
l
Разработанная методика позволяет выполнять оценку прочности монолитной бетонной крепи, упрочненной железобетонными анкерами. Данная конструкция может рассматриваться в качестве одного из вариантов по повышению несушей способности обычной крепи. Окончательный выбор осушествляется на основе технико-экономического сравнения с монолитной железобетонной крепью.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. Учеб. для вузов. — М.: Недра, 1994. — 382 с
2. Плешко М.С., Армейсков Б.Н. Исследование различных способов анкерного упрочнения монолитной бетонной крепи вер-
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ
тикальных стволов на численных моделях // Проблемы подземного строительства и направления развития тампонажа и закрепления горных пород: сб. науч. тр. / Донецкий нац. техн. ун-т. — Донецк: «Норд-Пресс», вып. №12, 2006. — С. 206—211. ЕШ
Армейсков Виталий Николаевич — ассистент кафедры «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы», e-mail [email protected], Шахтинский институт Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).
c1 =
2
