/
Текст
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ
ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
ФУНДАМЕНТПРОЕКТ
СПРАВОЧНИК
ПРОЕКТИРОВЩИКА
СЛОЖНЫЕ ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
Под редакцией канд. техн, наук Ю. Г. ТРОФИ МЕНКОВ А
ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
Москва — 1969
УДК 624.15(031)
ПЕРЕЧЕНЬ ТОМОВ,
ВХОДЯЩИХ В СЕРИЮ СПРАВОЧНИКОВ
ПО СПЕЦИАЛЬНЫМ РАБОТАМ
ВЫШЛИ В СВЕТ
Огнеупорная кладка промышленных печей.
Сооружение промышленных печей.
Заводские железобетонные трубы и силосы.
Монтаж вентиляционных систем.
Наладка, регулировка и эксплуатация систем промышленной венти-
ляции.
Электромонтажные работы.
Механо-монтажные работы в промышленном строительстве.
Монтаж лифтов.
Изготовление стальных конструкций.
Сварочные работы в строительстве.
Теплоизоляционные работы.
Защита от коррозии в промышленном строительстве.
Проектирование и сооружение скважин для водоснабжения.
Монтаж внутренних санитарно-технических устройств.
Монтаж технологического оборудования химических заводов.
Технологические трубопроводы промышленных предприятий:
Часть I. Трубы и детали трубопроводов различных назначений.
Часть II. Изготовление деталей и узлов и монтаж трубопроводов.
Отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха (пер. с англ.).
Монтаж систем внешнего водоснабжения и канализации.
Проектирование тепловых сетей.
ПОДГОТАВЛИВАЮТСЯ К ИЗДАНИЮ
Гидротехнические работы.
Механизмы, приспособления и механизированный инструмент для мон-
тажных работ.
ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ СЕРИИ:
А. К. Волнянский (главный редактор), Г. Г. Судаков (зам. главного ре-
дактора), И, В. Иоселовский, И. И. Марков, В. И. Мельник, Е. Я. Никола-
евский, А. К. Онкин, В. М. Орлов, И. Г. Староверов, М. Д. Тушняков.
А. В. Чернов
3-2—6
43—68
В справочнике приведены сведения, необходимые для проектирования
и расчета оснований и фундаментов, возводимых в сложных геологических
и гидрогеологических условиях. В отдельных разделах рассмотрены свой-
ства грунтов, свайные фундаменты, опускные колодцы, кессоны, водопони-
жение и дренаж, уплотнение и закрепление грунтов, устойчивость откосов,
фундаменты машин с динамическими нагрузками и другие виды устройства
сложных оснований. Приведены современные методы расчета фундаментов
с учетом достижений отечественного и зарубежного опыта. Даны рекомен-
дации по проектированию производства работ при сооружении фунда-
ментов.
Книга рассчитана на проектировщиков и строителей оснований и фун-
даментов промышленных объектов и зданий различного назначения.
Таблиц 211, иллюстраций 214, библиографий 95.
АВТОРЫ-СОСТАВИТЕЛИ:
А. А. Арсеньев, М. А. Бабаджанян, В. М. Карпиенко, М. М: Клатцо,
А. Д. Кондин, Е. Г. Кунаков, Д, М. Лукацкий, Ц. Н. Мерзляк, М. Л. Мор-
гулис, А. А. Ободовский, М. Н, Пинк, А. М. Рубинчик, А. И. Смирницкий
Научный редактор — д-р техн, наук Н. И. Маслов.
Предисловие
Стр.
8
Раздел I
Свойства грунтов
а. Основные физические свойства грунтов 9
1.1. Зерновой состав .............................. 3
1.2. Удельный вес .............................. 9
1.3. Объемный вес . ...........................- 9
.4. Влажность..................................... }9
1.5. Пористость и коэффициент пористости .... 10
1.6. Плотность песка................................ Ю
1.7. Пластичность и консистенция.................... П
1.8. Водопроницаемость, скорость фильтрации, коэф-
фициент фильтрации . , , ..................... > 11
1.9. Водоотдача , с ; ... . 12
1.10. Проницаемости................................ 12
2. Механические свойства грунтов . *.................. 12
2.1. Сжимаемость................................... 12
2.2. Сопротивление сдвигу........................... 13
3. Специфические строительные свойства просадочных
и набухающих грунтов................................... 13
3.1. Просадочные грунты....................... . 15
3.2. Набухающие грунты............................. 15
4. Нормативные и расчетные характеристики............. 16
4.1. Нормативные характеристики..................... 16
4.2. Расчетные характеристики....................... 16
5. Возраст и происхождение грунтов................... 16
5.1. Общие сведение ..."............................ 16
5.2. Степень неоднородности грунтов ....... 18
5.3. Степень уплотненности грунтов ................. 18
Литература........................................... 19
Раздел II
Свайные фундаменты
. Классификация и номенклатура свай ........ 20
2. Исходные данные для проектирования свайных фун-
даментов ............................................. 25
, Изыскания для проектирования свайных фундаментов 26
•5.1. Методы изысканий............................... 26
< 2. Объем изыскательских работ.................... 26
- >.3. Лабораторные работы......................... 26
> А. Зондирование.................................. 27
-. Выбор типа свайного фундамента, длины и сечения
свай ................................................ 28
3 Методы расчета свай ............................ - 29
5. К Статический метод.............................. 29
5.1,1. Сваи забивные, набивные и сваи-оболочки 29
5.1.2, Вдавливаемые сваи......................... 32
5.1.3. Винтовые сваи............................ 33
2. Использование результатов статических испыта-
ний свай......................................... 34
|.3. Динамический метод............................. 35
Определение нагрузок на сваи в кусте . . , 36
“ 5. Определение расчетного сопротивления свай при
действии горизонтальны?: нагрузок................ 37
С. Расчет осадок свайных кустов.................... 37
°а счет и проектирование ростверков................. 38
6.1 , Монолитные и сборные ростверки ... 38
6.2 . Расчет ленточных ростверков................... 39
з.’ 5. Расчет ростверков для кустов свай............ 43
5,3.1. Расчет на продавливание................... 43
6.3.2. Расчеты на изгиб и на образование наклон-
ных трещин....................................... 44
6.3.3. Расчет на прочность стенок стакана..... 44
’. Технические решения свайных фундаментов ...» 44
7,1. Для жилых зданий........................ . 44
7.2. Для промышленных зданий и сооружений . . 44
7.3. Под отдельно стоящие агрегаты . .............. 46
Стр.
8. Методы изготовления свай........................... 46
9. Методы производства работ по устройству свайных
фундаментов .......................................... 46
9.1. Погружение свай забивкой молотами ..... 46
9.2. Погружение свай вибраторами.................. 47
9.3. Погружение свай вибровдавливающими агрега-
тами .............................................. 47
9.4. Погружение свай подмывом...................... 47
10. Рекомендуемая область применения различных кон-
струкций свай и методов их погружения................. 48
11. Оборудование для погружения свай............. . 51
12. Контроль и приемка свай и ростверков.............. 53
Литература * ............... „ . . 56
Раздел III
Опускные колодцы
1. Условия и область применения опускных колодцев . 57
2. Исходные данные для проектирования опускных ко-
лодцев и составления проекта производства работ . , 57
3. Форма и конструктивные особенности опускных ко-
лодцев ...................................... . . . 58
4. Расчет опускания колодцев......................... 59
5. Расчет устойчивости опускных колодцев................ 60
6. Расчет конструкций опускных колодцев................. 61
7. Гидроизоляция опускных колодцев...................... 66
8. Материалы, применяемые для сооружения опускных
колодцев .............................................. 68
9. Основные схемы опускания колодцев.................... 69
10. Расчет давления на грунт, возникающего при соору-
жении опускных колодцев................................. 73
11. Расчет подводного бетонирования подушки днища , 74
12. Расчет водопонизительных установок.................. 75
13. Основные машины и механизмы, применяемые при
сооружении и опускании колодцев......................... 76
14, Определение количества подъемно-транспортного обо-
рудования .............................................. 77
14.1. Определение количества кранового оборудования,
необходимого для бетонирования колодцев . . 77
14.2. Определение количества автотранспорта, необхо-
димого для отвозки грунта (при разработке
грунта в колодце экскаватором)...................... 7?
15, Примеры расчета опускных колодцев................... 77
15.1. Расчет опускного колодца прямоугольной ц>ормы
в плане с внутренней перегородкой . ............ 77
15.1.1. Расчет опускания колодца.................. 77
15.1.2. Расчет колодца па всплытие................ 78
15.1Ж,3 . Расчет прочности ограждающих стен колод-
ца .............................................. 73
15.1.4. Расчет прочности ножа колодца ... 79
15.1.5. Расчет бетонной подушки .... 79
15.1.6. Расчет железобетонной плиты днища . . 80
15.2. Расчет опускного колодца круглой формы в пле-
не без внутренней перегородки................. . 80
15.2.1. Расчет опускания колодца.............. 81
15.2.2. Расчет колодца на всплытие . . . 81
15.2.3. Расчет прочности стен колодца .... 81
15.2.4. Расчет прочности ножа колодца............. 82
15.2.5. Расчет железобетонной плиты днища 82
Литература................................... . 83
Раздел IV
Кессоны
1. Условия н область применения кессонов ............ 84
2. Исходные данные для проектирования кессонов 84
3. Конструктивные решения ... а ........ . 34
4. Расчет кессонов........... 85
4.1. Общие данные . а к ...... . . 85
Стр.
Стр.
4.2. Расчет кессона прямоугольного очертания в пла-
не на прочность..................................... 85
4.2.1. Расчет кессона в начальной стадии опуска-
ния (общие положения)........................ 85
4.2.2. Проверка стенок надкессонного строения на
отрыв в процессе опускания........................ 86
4.2.3. Расчет кессона в продольном и поперечном
направлениях. Расчет консоли ..................... 86
4.2.4. Расчет перекрытия камеры кессона ... 90
4.3. Расчет кессона на опускание..................... 90
4.4. Расчет кессона круглого очертания в плане на
прочность........................................... 91
5. Пример расчета кессона и надкессониого строения
круглого очертания в плане......................- . 92
6. Расчет расхода воздуха в кессоне . . 95
7. Расчет воздухопровода......................... ... 97
8. Общие сведения о компрессорах, применяемых при
производстве кессонных работ............................. 98
9. Требования к компрессорным станциям и воздухо-
проводам ............................................... 101
:0. Расчет гидромеханизацпонной установки.............. 102
11. Пример расчета гидромеханизацпонной установки . . 109
12. Элементы проекта производства работ................ 113
12.1. Выбор подъемно-транспортного оборудования . . ИЗ
12.2. Расчет производительности шлюзового аппарата 114
12.3. Размещение гидромеханпзацпонного оборудова-
ния внутри кессона................................. 11-1
12.4. Определение последовательности распалубки кес-
сона — удаления стоек, лежней и снятия с под-
кладок ......................................... . 117
12.5. Опускание кессона на шпальных клетках . . . 117
12.6. Заполнение рабочей камеры кессона бетоном пли
песком......................................... . 117
Литература . , , - -................................... 117
Раздел V
Водопонижение и дренаж
1. Область применения.................................. 118
2. Исходные данные для проектирования.................. 118
3. Схемы водопонижения ....................... .... 125
4. Расчетные формулы................................... 132
4.1. Определение притоков воды и ординат депрес-
сионных поверхностей............................. 132
4.1.1. Определение радиуса зоны питания (радиуса
влияния) при установившемся режиме филь-
трации ....................................... 132
4.1.2. Определение притоков и ординат депрессион-
ных поверхностей при ; становившемся ре-
жиме фильтрации............................... 132
4.1.3. Определение притоков и ординат депрессиои-
ных поверхностей при неустановившемся ре-
жиме фильтрации............................... 151
4.2. Водозахватная способность скважин, сопротивле-
ние движению воды в скважинах.................... 156
4.3. Гидравлический расчет эжекторных и эрлифтных
водоподъемников, сифонных водоводов, лотков,
труб, канав и каналов........................... 158
5. Устройства водопонижающих систем ... ... 185
5.1. Открытый водоотлив ... . 155
5.2. Горизонтальный дренаж ... . 170
5.3. Иглофильтровые установки . . 172
5.4. Пластовый дренаж ...................... 173
5.5. Самоизлпвающиеся скважины и сифоны .... 175
5.6. Водопонижающие и водопоглощающие скважины 176
5.7. Сквозные фильтры...................... 179
5.8. Дренажные устройства в подземных выработка?; 179
6. Оборудование............................... 182
6.1. Центробежные горизонтальные насосы . . . 182
6.2. Глубинные и погружные насосы . . 182
6.3. Иглофильтровые установки ... . 182
6.4. Буровые станки.............. 188
6.5. Трубы........................................ 188
7. Наблюдения за развитием водопонижения 188
7.1. Задачи наблюдений и состав работ . . 188
7.2. Размещение наблюдательных скважин . 188
7.3. Производство замеров и отбор проб.............. 190
7.4. Наблюдения за расходами водопонижающих ус-
тановок ..................................' 190
7.5. Обработка результатов наблюдений . . . 190
Литература ........................... 190
Раздел VI
Уплотнение й закрепление грунтов
1. Общие положения.................................... Х91
2. Поверхностное уплотнение грунтов тяжелыми трамбов-
ками и устройство грунтовой подушки.................... 191
2.1. Исходные данные для проектирования ... . 191
2.2. Содержание проекта........................... 191
2.3. Проектирование производства работ по уплотне-
нию грунтов тяжелыми трамбовками................... 192
2.4. Грунтовые подушки............................. 194
2.5. Оборудование для поверхностного уплотнения и
устройства грунтовых подушек....................... 196
2.6. Состав контрольных работ...................... 196
2.7. Пример расчета при проектировании поверхност-
ного уплотнения грунта тяжелыми трамбовками
и грунтовых подушек................................ 197
3. Закрепление грунтов методом силикатизации .... 197
3.1. Условия и область применения различных спосо-
бов силикатизации грунтов ......................... 197
3.2. Исходные данные для составления проекта ... 198
3.3. Содержание проекта............................ 198
3.4. Основные расчетные данные для составления про-
екта производства работ ........................... 198
3.5. Оборудование для силикатизации грунтов .... 200
3,6. Состав контрольных работ.................... а 201
3.7. Пример составления проекта силикатизации , а 202
4. Термическое закрепление грунтов..................... 203
4.1. Условия и область применения термического за-
крепления грунтов.................................. 203
4.2. Исходные данные для составления проекта . . . 204
4.3. Топливо, применяемое при термическом закрепле-
нии грунтов........................................ 204
4.4. Определение количеств топлива и воздуха в за-
висимости от расчетных температур обжига . . . 205
4.5. Проектные значения прочности обожженного грун-
та, формы его массивов и расположение послед-
них ............................................... 206
4.6. Скважины для обжига грунтов, их оснащение . 207
4.7. Оборудование, применяемое при термическом за-
креплении грунтов, и контрольная аппаратура . 208
Литература ............................................ 209
Раздел VII
Устойчивость откосов
1. Общие положения...................................
2. Исходные данные для расчета откосов...............
2.1. Состав исходных данных.................. ,
2.2. Выбор расчетных поперечников и необходимые
исследования ....................................
2.3. Бурение инженерно-геологических скважин . . .
2.4. Расчистки на существующих склонах и бортах
выемок. Отбор монолитов и полевые испытания
грунтов на сдвиг ................................
2.5. Лабораторные работы..........................
2.6. Обработка результатов исследований...........
2.7. Определение расчетных характеристик грунтов .
2.8. ' Коэффициент запаса устойчивости............
3. Построение контуров откосов в однородном грунте . .
3.1. Поверхность грунтового массива горизонтальна и
свободна от нагрузки ............................
3.2. Поверхность грунтового массива горизонтальна
и на нее действует вертикальная равномерно рас-
пределенная нагрузка ............................
3.3. Поверхность грунтового массива горизонтальна,
и на нее действует сложная нагрузка..............
3.4. Поверхность грунта наклонена к горизонту под
углом а ........................................
3.5. Учет фильтрационных сил ....................
4. Построение контуров откосов в неоднородном грун-
товом массиве ......................................
5. Расчет откосов в сложных геологических условиях .
6. Проверка устойчивости грунтового массива при нали-
чии в нем ослабленной поверхности ..................
7. Указания по конструированию откосов .......
Литература...........................................
211
214
214
215
216
/
217
220
220
221
221
224
226
227
229
229
232
238
242
242
Раздел VIII
Расчет и проектирование фундаментов
под машины с динамическими нагрузками
1. Исходные данные для проектирования фундаментов
под машины............................................ 243
2. Нагрузки, передаваемые машинами на фундаменты . 243
2.1. Статические нагрузки......................... 243
2.2. Динамические нагрузки . 243
3. Расчетные характеристики грунтов.................. 250
3.1. Обобщенные упругие характеристики основания . 250
3.2. Л^одуль затухания колебаний.................. 251
4. Допустимые значения амплитуды колебаний . . . 251
5. Формулы для определения частоты собственных коле-
баний сплошных фундаментов........................ 252
5.1. Формулы для определения коэффициентов жест-
кости ........................................... 252
5.2. Вертикальные колебания фундаментов, имеющих
одну степень свободы............................. 252
Стр.
5.3. Вертикальные колебания фундаментов, имеющих
две степени свободы . . .........................
5.4. Горизонтальные и вращательные колебания фун-
даментов (без учета влияния боковой засыпки) .
5.5. Горизонтальные и вращательные колебания фун-
даментов при учете влияния боковой засыпки .
3. Формулы для расчета фундаментов на действие перио-
дических сил.......................................
6.1. Общие пояснения..............................
6.2. Формулы для расчета обычных фундаментов без
учета влияния неупругих сопротивлений, не содер-
жащие в явном виде частоты собственных коле-
баний ...........................................
6.3. Формулы для расчета обычных фундаментов без
учета влияния неупругих сопротивлений, содер-
жащие в явном виде частоты собственных коле-
баний ...........................................
3.4. Формулы для расчета обычных фундаментов с
учетом влияния неупругих сопротивлений . . .
6.5. Формулы для расчета виброизолированных фунда-
ментов на вертикальные колебания.................
6.6. Приближенные формулы для расчета обычных
фундаментов с учетом влияния неупругих сопро-
тивлений ........................................
253
253
254
254
254
254
255
255
257
257
1. Формулы для расчета фундаментов на действие удар-
ных нагрузок........................................... 257
7.1. Общие пояснения ............................... 257
7.2. Центральны’4 удар, наносимый падающей массой 257
7.3. Внецентре1и1ый удар, наносимый падающей мас-
сой ................................................ 259
7.4. Горизонтальный удар, наносимый движущейся
массой . .................................... . . 259
7.5. Действие вертикальной или горизонтальной мгно-
венной силы.....................................
7.6. Расчет фундаментов под молоты...............
8. Учет явлений промышленной сейсмики при проектиро-
вании генпланов и выборе типа фундаментов под
оборудование .......................................
8.1. Общие пояснения ............................
8.2. Определение амплитуд колебаний, распространяю-
щихся по грунту от различных источников . . .
8.3. Определение амплитуд колебаний фундаментов,
подвергающихся воздействию возмущающих коле-
баний ..........................................
8.4. Выбор расстояний между источниками вибрации
и объектами, чувствительными к колебаниям ос-
нования ........................................
8.5. Выбор типа фундаментов.....................
9. Основные положения по проектированию фундаментов
под машины..........................................
9.1. Общие пояснения............................
9.2. Выбор типа основания фундаментов и размеров
их нижней части ................................
9.3. Методика типового проектирования фундаментов
под машины .....................................
10. Примеры расчета.................................
10.1. Практические приемы расчета фундаментов на
колебания........................................
10.2. Пример расчета фундамента под горизонтальный
компрессор на колебания .........................
10.3. Пример расчета фундамента под ковочный мо-
лот па колебания............................ ,
Литература ...........................
Стр.
260
260
261
261
261
263
263
264
264
264
260
266
266
266
266
270
271
ПРЕДИСЛОВИЕ
«Справочник проектировщика сложных оснований
и фундаментов» подготовлен коллективом специалистов
Государственного института по проектированию основа-
ний и фундаментов Фундаментпроект. В справочник вклю-
чены данные о конструкциях фундаментов и подземных
сооружений, а также о методах устройства искусствен-
ных оснований, применяемых в промышленном и жи-
лищно-гражданском строительстве. В связи с тем, что
в 1964 г. был издан «Справочник проектировщика про-
мышленных, жилых и общественных зданий и сооруже-
ний. Основания и фундаменты», в котором подробно рас-
смотрены конструкции фундаментов мелкого заложения
в различных грунтовых условиях и методы расчетов фун-
даментов, оснований и подпорных стенок, в настоящий
справочник эти вопросы не включены.
Коллектив авторов стремился отразить в справочни-
ке многолетний личный опыт проектирования свайных
фундаментов, фундаментов машин с динамическими на-
грузками, кессонов, опускных колодцев, водопонижения
и дренажей, уплотнения и закрепления грунтов, расчета
устойчивости откосов. При этом учтены все действующие
строительные нормы и правила. Вместе с тем для мно-
гих видов работ и конструкций, приведенных в справоч-
нике, нет утвержденных норм и методов расчетов, как,
например, для устойчивости откосов, водопонижения
и др. В этих случаях в справочник включены лишь те ме-
тоды расчетов, которые выдержали проверку многократ-
ным их использованием при проектировании раз-
личных сооружений, построенных и успешно эксплуати-
руемых.
Фундаментостроение, как и строительная техника
и наука в целом, развивается быстро и вширь, и вглубь.
Это нашло отражение и в справочнике, в который, в ча-
стности, включены данные об уникальных опускных ко-
лодцах размером 78X28 м конвертерного цеха Ново-Ли-
пецкого металлургического завода и данные о расчете
откосов по теории предельного равновесия с использова-
нием современных вычислительных машин.
В составлении справочника" приняли участие следу-
ющие авторы:
I раздел — А. И. Смирницкий; II раздел — А. А. Обо-
довский; III раздел — А. А. Арсеньев, Е. Г. Кунаков,
Ц. Н. Мерзляк; IV раздел — М. А. Бабаджанян,
Ц. Н. Мерзляк, А. М. Рубинчик; V раздел — Д. М. Лу-
кацкнй, М. Н. Пинк; VI раздел — В. М. Карпиенко,
Е. Г. Кунаков; VII раздел — М. Л. Моргулис; VIII раз-
дел — М. М. Клатно, А. Д. Кондин.
При подготовке справочника использованы много-
численные проекты, эталоны расчетов и другие проект-
ные материалы, разрабатывавшиеся многими специали-
стами института на протяжении последних лет. Авторы
также постоянно пользовались советами своих коллег
по работе.
Коллектив авторов выражает глубокую благодар-
ность всем товарищам по работе, чьи усилия способство-
вали подготовке справочника, а также специалистам
НИИ оснований и подземных сооружений, взявших на
себя труд рецензирования справочника и высказавших
ряд ценных замечаний.
Справочник по проектированию сложных оснований
и фундаментов такого типа издается у нас в стране впер-
вые. Поэтому, естественно, при его практическом исполь-
зовании выявятся отдельные недостатки и в содержании,
и в его построении.
Все замечания и пожелания относительно содержа-
ния справочника, которые будут с благодарностью при-
няты авторами, просьба направлять по адресу: Москва,
А-80, Волоколамское шоссе, д. 1, Фундаментпроект.
РАЗДЕЛ I
СВОЙСТВА ГРУНТОВ
I. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ГРУНТОВ
1.1. ЗЕРНОВОЙ СОСТАВ
Зерновым составом грунта называется выраженное
в процентах весовое содержание различных' фракций
его (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Классификация фракций грунтов
Фракция Размер частиц в мм
Валуны (окатанные) и камни (угловатые): очень крупные крупные средине мелкие (булыжник) . . , Галька (окатанная^ и щебень (угловатый): очень крупные крупные средние • • • мелкие Гравий (окатанный) и дресва (угловатая): крупные средние мелкие Песчаные частицы (песок). очень крупные крупные средние мелкие Пылеватые частицы, крупные средние мелкие . . „ Глинистые частицы >800 800—400 400—200 200—100 100—60 60—40 40—20 20—10 10—6 6—4 4—2 2—1 1—0,5 0,5—0,25 0,25—0,1 0,1—0,05 0,05—0,01 0,01—0,005 <005
Одним пз примеров использования зернового соста-
ва является классификация песчаных и крупнообломоч-
ных грунтов
По зерновому составу определяют степень неодно-
родности песчаных грунтов
^60 = у1 2-. (1-1)
10 6/10
где б/бо !1 <^ю — диаметры частиц, мельче которых в дан-
ном грунте содержится соответственно
60 и 10% частиц (по весу).
1 Наименование этих грунтов устанавливается в со-
ответствии с номенклатурой грунтов основания, приве-
денной в СНиП И-Б.1-62.
1.2. УДЕЛЬНЫЙ ВЕС
Под удельным весом грунта (табл. 1.2) понимается
вес единицы объема составляющих его минеральных
частиц.
Таблица 1.2
Удельный вес *уч наиболее
распространенных видов грунта
Грунт 7Ч, т/м3
Гранит в Песчаник (разный) Песок кварцевый Супесь аллювиальная Лёсс Суглинок: аллювиальный моренный « Глина: аллювиальная моренная „ « коренная (юрская) Торф . . . . , 2,6-2,7 2,62—2,95 2,5—2,9 2,65-2,67 2,65-2,69 2,66—2,77 2,65—2,68 2,68—2,71 2,68—2,71 2,68—2,72 2,6—2,87 0,5—0,8
1.3. ОБЪЕМНЫЙ ВЕС
Под объемным весом грунта (табл. 1.3) понимается
вес единицы объема всего грунта (минеральных частиц
и содержащейся в порах воды).
Таблица 1.3
Объемный вес грунта у0 в зависимости от удельного
веса Тч, степени влажности О и пористости п
Тч’ т/м3 1 О То в т/м3 при пористости п в %
35 40 45 50
0 1,69 1,56 1,43 1,3
2,6 0,5 1,86 1,76 1,65 1,55
1 2,04 1,96 1,88 1.8
0 1,71 1,58 1,45 1,32
2,64 0,5 1,88 1,78 1,67 1,57
1 2,05 1,99 1,9 1,82
0 1.74 1,61 1,47 1,34
2,68 0,5 1,92 1,81 1,7 1,59
1 2,09 2 1,92 1,84
2,72 0 1,77 1,63 1,5 1,36
0,5 1,95 1,83 1,72 1,61
1 2,11 2,03 1,95 1,86
2,76 0 1,79 1,65 1,52 1,38
0,5 1,97 1,86 1.74 1,63
1 2,14 2,06 1.97 1,88
2-631
Объемный вес грунта природной влажности исполь-
зуется при вычислении природного (бытового) давления,
расчете устойчивости откосов, давления грунта на под-
порные стенки, нормативного давления на основание
и пр., а при сравнительной оценке плотности сложения
грунтов обычно используется так называемый объемный
вес скелета грунта (табл. 1.4):
Т«=-~. (1-2)
1 + 100
где — природная весовая влажность грунта в %.
Таблица 1.4
Объемный вес скелета Уск некоторых видов грунта
Грунт 7СК, т/м3
Гранит .. и ........... . Известняк (разный) ......... Туф известковый . Доломит .............. Песчаник (разный) .......... Песок коренной: верхний мел ........... верхняя юра ........... Песок четвертичный Суглинок: лёссовидный . аллювиальный ... моренный ..... . . коренной (верхняя юра) Глина коренная: Оксфорд, верхняя юра ....... волжский ярус, верхняя юра .... мергелистая (каменноугольная) ... 2,3—2,7 1,95—2,55 1,4—1,8 2,1—2,95 2—2,65 1,62—1,78 1,47—1,59 1,43—1,86 1,16—1,73 1,49—1,63 1,43—2,01 1,54—1,66 1,32—1,34 1,44—1,71 1,41—1,69
' 1.4. ВЛАЖНОСТЬ
Природная влажность грунта выражается весовой
влажностью У7 в процентах или долях единицы и сте-
пенью влажности О в долях единицы. Степень влажно-
сти показывает, какая часть объема пор заполнена
водой:
п е0
где и7 — весовая влажность в долях единицы;
6О — коэффициент пористости грунта в естественном
состоянии.
Степень влажности абсолютно сухого грунта равна
нулю, степень влажности грунта, лежащего ниже уровня
грунтовых вод, т. е. водонасыщенного, колеблется от
0,8 до 1.
1.5. ПОРИСТОСТЬ И КОЭФФИЦИЕНТ ПОРИСТОСТИ
Для количественной оценки объема, занимаемого
в грунте порами, служат два показателя: пористость п
и коэффициент пористости е (табл. 1.5). Эти величины
связаны между собой следующими соотношениями
(табл. 1.6):
п=—— 100; (1.4)
1
Таблица 1.5
Пористость п и коэффициент пористости &
некоторых видов грунта
Грунт п, % е
Мел ................ 8-45 0,09—0,82
Песчаник (разный) . 2—40 0,02—0,67”
Песок четвертичный аллювиальный « . , Песок коренной: 38-42 0,61—0,72
пылеватый (юрскнй) 41—45 0,7 —0,82
плотный (меловой) . 31—38 0,45—0,61
Лёсс и лёссовидный суглинок 38—60 0,61—1,5
Супесь коренная (меловая) Суглинок четвертичный: 39—43 0,64—0,75
аллювиальный .......... 36—44 0,56—0,79
моренный Глина четвертичная: 26—38 0,35—0,61
пойменная 40—60 0,67—1,5
моренная * » Глина коренная: 36—46 0,56—0,85
мергелистая (каменноугольная) . . . 28—43 0,39—0,75
юрская ......... 49—52 0,96—1,08
Ил 60—90 1,5—9
Таблица 1.6
Перевод пористости п, выраженной в %,
в коэффициент пористости &
п е п Б п п 6
25 0,33 33 0,49 41 0,7 49 0,96
26 0,35 34 0,52 42 0,72 50 1
27 0,37 35 0,54 43 0,75 51 1,04
28 0,39 36 0,56 44 0,79 52 1,08
29 0,41 37 0,59 45 0,82 53 1,13
30 0,43 38 0,61 46 0,85 54 1,17
31 0,45 39 0,64 47 0,89 55 1,22
32 0,47 40 0,67 48 0,92 56 1,27
1.6. ПЛОТНОСТЬ ПЕСКА
В зависимости от величины коэффициента пористо-
сти песчаные грунты согласно СНиП П-Б.1-62 подразде-
ляются на плотные, средней плотности и рыхлые
(табл. 1.7).
Таблица 1.7
Плотность сложения песчаных грунтов в зависимости
от коэффициента пористости в
Песок Величина е для песчаных грунтов
ПЛОТНЫХ средней плотности рыхлых
Гравелистый, круп- ный и средний . . Мелкий Пылеватый .... <0,55 <0,6 <0,6 0,55—0,7 0,6 —0,75 0,6 —0,8 >0,7 >0,75 >0,8
Для оценки плотности сложения песка используют
понятие его относительной плотности:
Р _, емакс ео
®макс в мин
(1.6)
где е0, емакс и емиВ — коэффициенты пористости песка
соответственно в естественном,
в наиболее рыхлом и в наиболее
плотном состояниях.
Величина й может изменяться от 0 до 1. При /)<
<0,33 песок называют рыхлым, при 2)=0,330,66 —
средней плотности и при Р>0,66 — плотным.
Плотность песка в природном залегании определяет-
ся методами динамического (табл. 1.8) и статического
(табл. 1.9) зондирования ].
Таблица 1.8
Характеристика плотности песка по данным
динамического зондирования пробоотборником
Число уда- ров для погружения пробоотборника на глубину 30 см Относитель- ная плотность песка О Песчаный грунт
1—4 0,2 Очень рыхлый
5—9 0,2 —0,33 Рыхлый
10—29 0,33—0,66 Средней плотности
30—50 0,66—1 Плотный
>50 ~1 Очень плотный
Таблица 1.10
Характеристики пластичности глинистых грунтов
разного происхождения и возраста
Грунт Гранина текучести В % Граница раскаты- вания № в % Число пла- стич- ности
Глина четвертичная: покровная >.»«.. аллювиальная 34—41 37—64 18—22 34—49 17—25 17—35
Глина коренная: юрская . , 61—88 19—37 33—61
мергелистая (каменно- угольная) 38—53 19—24 19—29
Суглинок четвертичный. 11—20
аллювиальный 19—31 8—16
лёссовидный (придне-, провский) лёссовидный (Барнаул) . моренный 28—34 21—23 23—32 14—20 14—16 10—17 12—17 7—9 10—17
Суглинок коренной (юрский) Супесь: 31—35 15—19 12-17
четвертичная, флювио- гляциальная коренная (меловая) . . 19—23 20—28 12—19 14—23 3—7 4—7
Лёсс 20-24 16—19 3—7
Таблица 1.9
Характеристика плотности песка
по данным статического зондирования
Песок Величина удельного сопротивления в кгс/см2 при глубине зондирования в м Песчаный грунт
5 10
Крупный >150 150—100 >220 220—150 Плотный Средней плотности
Средний >100 100—60 >150 150—90 Плотный Средней плотности
Мелкий >60 60—30 >90 90—40 Плотный Средней плотности
Таблица 1.11
Значения консистенции В
для различных глинистых грунтов
Г рунт в
Супесь: твердая пластичная текучая . ь м к < * . . . Суглинок и глнна твердые . . ... . полутвердые . тугопластичные . . н текучепластичные и . „ . . „ . . » текучие „ к . и к <0 0—1 >1 0—0,25 >0,25—0,5 >0,5 —0,75 >0,75—1 > I
1.7. ПЛАСТИЧНОСТЬ И КОНСИСТЕНЦИЯ
Характеристики пластичности (табл. 1.10) исполь-
зуются при классификации глинистых грунтов и при
определении консистенции.
Консистенция определяется по формуле
1.8. ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ, СКОРОСТЬ ФИЛЬТРАЦИИ,
КОЭФФИЦИЕНТ ФИЛЬТРАЦИИ
где и П7р — влажность в °/о соответственно при-
родная и на границе раскатывания;
П7п — число пластичности.
По СНиП П-Б.1-62 наименование глинистых грунтов
устанавливается в зависимости от значения В
(табл. 1.11).
* Ю. Г. Трофименков и др. Полевые методы
исследования строительных свойств грунтов. Стройиз-
дат, 1964.
Водопроницаемость грунта характеризуется коэффи-
циентом фильтрации (табл. 1.12), представляющем ско-
рость фильтрации при напорном градиенте, равном еди-
нице:
Гф — [ — ^Ф > (И8)
где Оф—скорость фильтрации;
кф — коэффициент фильтрации;
1—напорный градиент при разности напоров А/7
и длине пути /.
Таблица 1.12
Коэффициент фильтрации Аф некоторых грунтов
Г рунт А'ф, м/с у тки
Галечник >200
Гравий: чистый 200—100
с песком » „ 150—75
Песок: крупный . , 75—25
средний 25—10
мелкий 10—2
пылеватый и супесь 2—0,1
Суглинок 0,4—0,005
Глина <0,005
1.9. ВОДООТДАЧА
Водоотдача грунтов характеризуется коэффициентом
водоотдачи (табл. 1.13), который выражается в процен-
тах или долях единицы.
Таблица 1.13
Средние значения коэффициента водоотдачи Цв
некоторых видов песка
Песок
Пылеватый . , 0,1 —0,15
Мелкий 0,15—0,2
Средний 0,2 —0,25
Крупный и гравелистый 0,25—0,35
1.10. ПРОНИЦАЕМОСТЬ
В отличие от коэффициента фильтрации Аф, величи-
на которого зависит от фильтрационных свойств грунта
и свойств жидкости, коэффициент проницаемости А ха-
рактеризует только фильтрационную способность грунта.
За единицу проницаемости принимают 1 дарси =
10-«
= д"д^'СЛ|2' Коэффициент фильтрации грунта при дви-
жении несжимаемых жидкостей и коэффициент прони-
цаемости связаны следующим выражением:
Ар-
Аф (1.9)
* V
где V — кинематический коэффициент вязкости жидкости.
Приняв для грунтов, структура которых не изме-
няется под воздействием воды, V в см^сек. (стоксах)
и Аф в см^сек., можно получить из выражения (1.9) коэф-
фициент проницаемости А:
А= --дарси. (1.10)
Коэффициент проницаемости определяют лаборатор-
ным путем. Его значения для различных грунтов колеб-
лются в широких пределах.
2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ
2.1. СЖИМАЕМОСТЬ
Количественными характеристиками сжимаемости
грунтов служат модуль деформации, коэффициент уплот-
нения и модуль осадки.
Модуль деформации Ч Величина модуля деформации
грунта в зависимости от его вида, состава и состояния
колеблется в широких пределах (табл. 1.14 и 1.15).
Та б л и ц а 1.14
Нормативные значения модуля деформации Ен
для песчаных грунтов (по СНиП П-Б.1-62)
Песок Е11 в кгс!смг при коэффи- циенте пористости е
0,41— 0,5 0,51— 0,6 0,61— 0,7 0,71— 0,8
Гравелистый, крупный и средний . 500 400 300 —
Мелкий 480 380 280 180
Пылеватый ....... 390 280 180 ПО
Наиболее достоверные величины модулей деформа-
ции грунта получаются при полевых испытаниях его
статическими нагрузками, создаваемыми штампами1 2.
При использовании стандартных круглых штампов ве-
личину модуля деформации грунта определяют по фор-
муле
Др
Е = (1-ц2) , (1.11)
ад
где Ц—коэффициент Пуассона (табл. 1.16);
о)—безразмерный коэффициент, принимаемый рав-
ным 0,8;
д,— диаметр штампа в см;
Др—приращение давления на прямолинейном уча-
стке зависимости осадки от нагрузки в кгс/см2;
Д5— приращение осадки штампа в см, соответствую-
щее приращению давления Ар.
Коэффициент уплотнения. Коэффициент уплотнения
вычисляется с использованием результатов компрессион-
ных испытаний 3 по формуле
а = ———- см2/кгс, (1.12)
Р'2 - Р1
где и е2— коэффициенты пористости, соответствую-
щие удельным давлениям р1 и р2 в кгс/см2.
1 Модуль деформации грунтов изменяется в зависи-
мости от давления, и его величину можно принимать
условно постоянной лишь для небольших интервалов
изменения давления.
2 Величины модулей деформации, получаемые
в компрессионных приборах, являются сильно занижен-
ными и не должны использоваться при расчетах.
3 Из-за искусственности условий, в которых про-
изводятся компрессионные испытания, коэффициент уп-
лотнения не отражает реальных свойств и поведения
грунта в основании сооружений и может служить толь-
ко для приближенной сравнительной оценки сжимаемо-
сти грунтов.
Таблица 1.15
Нормативные значения модуля деформации Ен для глинистых грунтов
(по СНиП Н-Б.1-62)
Возраст и происхож- дение отложений Г рунт В в кгс/смг при коэффициенте пористости е
0,31— 0,4 0,41— 0,5 0,51— 0,6 0,61— 0,7 0,71— 0,8 0,81— 0,9 0,91— 1 1,01— 1,1 1,11— 1,3 1,31— 1,5 1,51— 1,7
Четвертичные 1 Аллювиальные, делювиальные, озерные,озерно- аллювиальные Супесь 0—1 — 320 240 160 100 70 — — — — —
Суглинок 0—0,25 >0,25—0,5 >0,5 —1 — 340 320 270 250 220 190 170 170 140 120 140 ПО 80 ПО 80 60 50 — — —
Глина 0—0,25 >0,25—0,5 >0,5 —1 — — 280 240 210 210 180 150 180 150 120 150 120 90 120 90 70 — — —
Флювиогляциаль- ные Супесь 0—1 — 330 240 170 ПО 70 — — — — —
Суглинок 0—0,25 >0,25—0,5 >0,5—1 — 400 350 330 280 270 220 170 210 170 130 140 100 70 — — — —
Моренные Супесь, суглинок <0,5 750 550 450 — — - — — — —
Юрские оксфорд- ского яруса Глина —0,25—0 >0—0,25 >0,25—0,5 — — — — — — 270 240 250 220 220 190 160 150 120 100
Таблица 1.16
Значения коэффициента Пуассона Р
Грунт Р-
Крупнообломочный . . . . , Песок и супесь Суглинок . . . „ Глина . . » 0,27 0,3 0,35 0,42
В зависимости от коэффициента уплотнения грунты
условно делят на спльносжимаемые, если его величина
выражается десятыми долями единицы, среднесжимае-
мые, если она выражается сотыми долями, и слабосжи-
маемые, если она выражается тысячными долями. Оцен-
ку следует производить по начальному участку ком-
прессионной кривой в интервале давлений 0,5—1,5 кгс/см2,
так как при относительно больших удельных давлениях
порядка 3—4 кгс/см2 даже самые слабые грунты настоль-
ко уплотняются, что становятся слабосжимаемыми.
Модуль осадки. Модуль осадки ер, как и коэффи-
циент уплотнения, вычисляется с использованием ре-
зультатов компрессионных испытаний:
е0 = 1000 —— мм/м ,
(1-13)
где А/г0—уменьшение высоты образца в мм, вызван-
ное изменением удельного давления на ве-
личину р;
Ио— начальная высота образца в м.
Переход от компрессионной кривой вида е = [(р)
к кривой вида ер=/(р) может быть сделан по формуле
€о —
—1000- 0 " , (1.14)
1 +е0
где Ед 11 —коэффициенты пористости, соответствую-
щие начальному давлению и давлению р,
при котором определяется модуль осадки.
2.2. СОПРОТИВЛЕНИЕ СДВИГУ
Сопротивление сдвигу является основным показате-
лем прочности грунта. В песчаных грунтах оно обуслов-
ливается внутренним трением:
т = о1^(р = о/, (1.15>
где т—сопротивление сдвигу;
о — нормальное напряжение;
Ф—угол внутреннего трения;
/ — коэффицент внутреннего трения.
Сопротивление сдвигу глинистых грунтов склады-
вается из сопротивления внутреннего трения и сопротив-
ления сил сцепления:
т = о1ёф4-с, (1.16)
где с — удельное сцепление.
На величину сопротивления сдвигу глинистого грун-
та влияют в первую очередь влажность, пористость, пла-
стичность и консистенция.
При проектировании оснований фундаментов для
предварительных расчетов, а также для назначения ха-
рактеристик грунтов, входящих в расчеты оснований
фундаментов зданий и сооружений II—IV классов,
можно пользоваться величинами угла внутреннего тре-
ния (табл. 1.17 и 1.18) и удельного сцепления
(табл. 1.19), рекомендованными СНиП П-Б.1-62 (из-
менение № 1, внесенное с 1 июля 1966 г.)
Таблица 1.17
Нормативные значения угла внутреннего трения <рн
для песчаных грунтов
Песок в град при коэффициенте пористо- сти Е
0,41—0,5 0,51—0,6 0,61—0,7 0,71—0,8
Гравелистый и круп-
ный 43 40 38 —
Средний 40 38 35 —
Мелкий . , . , . . 38 36 32 28
Пылеватый » . к . 36 34 30 26
Таблица 1.18
Нормативные значения угла внутреннего трения срн
для глинистых грунтов четвертичных отложений
Влажность грунта на гра- нице раска- тывания в % Фн в град при коэффициенте пористости г
0,41 — 0,5 0,51— 0,6 0,61— 0,7 0,71— 0,8 0,81— 0,95 0,96— 1,1
9,5—12,4 25 24 23
12,5-15,4 24 23 22 21 — —
15,5—18,4 22 21 20 19 18
18,5—22,4 — — 20 19 18 17
22,5—26,4 — — — 18 17 16
26,5—30,4 — — — — 16 15
Таблица 1.19
Нормативные значения удельного сцепления с
для глинистых грунтов четвертичных отложений
Влажность грунта на гра- нице раскаты- вания иур в % с в кгс/см.2 при коэффициенте пористости^}
0,41 — 0,5 0,51 — 0,6 0,61 — 0,7 0,71 — 0,8 0,81 — 0,95 0,96— 1,1
9,5—12,4 0,12 0,08 0,06
12,5—15,4 0,42 0,21 0,14 0,07 — —
15,5—18,4 0,5 0,25 0,19 0,11 0,08
18,5—22,4 0,68 0,34 0,28 0,19
22,5-26,4 — 0,82 0,41 0,36
26,5-30,4 — — — — 0,94 0,47
Глинистые грунты условно могут быть отнесены
к грунтам средней прочности при следующих сочетаниях
значений ср и с:
Ф в град
0—5
5—10
10—15
15—20
20—25
с в кгс/см?
0,85—0,7
0,7—0,55
0,55—0,4
0,4—0,3
0,3—0,2
Величина сопротивления сдвигу глинистых грунтов,
получаемая экспериментальным путем, в сильной степе-
ни зависит от методики проведения опыта: времени вы-
держивания грунта под уплотняющей нагрузкой и ско-
рости приложения сдвигающих усилий.
Различают две основные схемы проведения испыта-
ния сопротивления сдвигу глинистого грунта в .лабора-
торных условиях:
а) медленный сдвиг с полной консолидацией образ-
ца грунта при его предварительном уплотнении и изме-
нении пористости и влажности в соответствии с дейст-
вующими на него нормальными давлениями (консоли-
дированно-дренированное испытание);
б) быстрый сдвиг без консолидации или с неполной
консолидацией образца грунта при его предварительном
уплотнении при постоянной влажности (неконсолидиро-
ванно-недренированное испытание)'.
Кроме того, имеются варианты этих схем:
в) медленный сдвиг без предварительного уплотне-
ния образца (неконсолидированно-дренированное испы-
тание);
г) быстрый сдвиг с полной консолидацией образца
грунта при предварительном уплотнении (консолидиро-
ванно-недренированное испытание).
При испытании водонасыщенного глинистого грунта
по схеме «а» сопротивление сдвигу обычно бывает боль-
ше, чем при испытании по схеме «б» (рис. 1.1). Объяс-
Рис. 1.1. Сопротивление сдвигу
а — при консолндированно-дренированиом испытании;
б — при неконсолидированно-недренированном испы-
тании
няется это тем, что при испытании по схеме «а» нормаль-
ное давление почти полностью передается на скелет грун-
та, увеличивая трение между частицами, в то время как
при испытании по схеме «б» большая часть нормального
давления воспринимается водой, заключенной в порах
грунта.
Величины сопротивления сдвигу по схемам «в» и «г»
имеют промежуточные значения.
Сцепление в меньшей степени, чем внутреннее тре-
ние, зависит от метода испытания. Однако в большинстве
случаев оно получается меньше при испытаниях с пред-
варительным уплотнением.
При выборе методики определения сопротивления
сдвигу проектировщик должен учитывать: 1) тип соору-
жения, время, затрачиваемое на его возведение, порядок
загрузки; 2) вид грунта, степень его уплотненности, усло-
вия залегания, фильтрационные свойства и условия дре-
нирования; 3) скорость ожидаемых изменений напряже-
ний в грунте; 4) возможность изменения свойств и со-
стояния грунта в связи с проведением технических меро-
приятий (дренаж, повышение уровня грунтовых вод,
связанное со строительством).
При возведении зданий и сооружений с постоянными
нагрузками на основания из нормально уплотненных или
переуплотненных грунтов в сравнительно длительные
сроки, а также при расчете откосов глубоких выемок
и карьеров рекомендуется определять сопротивление
сдвигу по схеме «а» (консолидированно-дренированное
испытание).
В случаях строительства зданий и сооружений на
недоуплотненных водонасыщенных грунтах, а также со-
оружений с быстро изменяющимися нагрузками на осно-
вания (силосы, склады руды и другого сырья, нефте-
емкости и пр.) и, независимо от степени уплотненности
грунтов основания, зданий, возводимых в короткие сро-
ки, сопротивление сдвигу рекомендуется определять по
схеме «б» (неконсолидированно-недренированное испы-
тание).
При других сочетаниях факторов, влияющих на со-
противление сдвигу грунтов основания, может быть при-
нят один из приведенных выше вариантов промежуточ-
ных схем испытания («в» и <г»).
Относительно надежные данные о величине сопро-
тивления сдвигу грунтов при природном давлении могут
быть получены в полевых условиях с помощью лопаст-
ных приборов. Однако этот способ не позволяет разде-
лять получаемые величины общего сопротивления сдвигу
на внутреннее трение и сцепление. Поэтому его исполь-
зование ограничивается случаями, в которых можно об-
ходиться без этого разделения, например при расчетах
устойчивости откосов, и случаями испытания слабых во-
донасыщенных глинистых грунтов, у которых угол внут-
реннего трения близок нулю и величина общего сопро-
тивления сдвигу может быть приравнена величине сцеп-
ления.
3. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА
ПРОСАДОЧНЫХ И НАБУХАЮЩИХ ГРУНТОВ
3.1. ПРОСАДОЧНЫЕ ГРУНТЫ
Просадкой называют дополнительную деформацию
грунта, находящегося в напряженном состоянии, в ре-
зультате его уплотнения при замачивании. Просадоч-
ность обычно свойственна лёссам, лёссовидным грунтам
и некоторым видам покровных суглинков. Согласно
СНиП П-Б.1-62, к просадочным относятся глинистые
грунты со степенью влажности С < 0,6, для которых дей-
ствительно соотношение
во ет
1 + ео
(1.17)
где е0 и 8Т — коэффициенты пористости соответственно
грунта природного сложения и влажности
и того же грунта при влажности на грани-
це текучести.
Величина последнего коэффициента определяется по
формуле
ет — Гт уч,
(1-18)
где №т—весовая влажность на границе текучести;
уч — удельный вес грунта.
Для определения степени просадочности грунта
Н. Я. Денисовым предложен показатель просадочности
Ка, представляющий отношение коэффициента пористо-
сти при влажности на границе текучести к коэффициенту
естественной пористости грунта до замачивания:
бу
ка= — •
е0
Если Ка меньше единицы — грунт просадочный, если
Ко. больше единицы — грунт непросадочный.
Для количественной оценки просадочности служит
понятие относительной просадочности грунта (СНиП
П-Б.2-62):
с А — К
(1.19)
где Н — высота образца грунта природной влажности,
обжатого в условиях невозможности бокового
расширения давлением р/, равным сумме при-
родного давления и избыточного давления от
веса сооружения;
К' — высота того же образца грунта после замачи-
вания при сохранении давления р(,
—высота того же образца грунта природной
влажности, обжатого давлением, равным при-
родному.
Грунт с относительной просадочностью 6Пр<0,01 счи-
тается практически непросадочным.
Начальное давление, при котором проявляется про-
садка у различных видов просадочных грунтов, обычно
колеблется в пределах 0,5—1 кас/см2. При соответствую-
щей величине начального давления и достаточной мощ-
ности просадочных грунтов просадка при замачивании
может происходить от собственного веса грунтов. В свя-
зи с этим грунтовые условия строительных площадок,
сложенных просадочными грунтами, подразделяют на
два типа (СНиП П-Б.2-62):
I — просадка грунтов от собственного веса практиче-
ски отсутствует или не превышает 5 см\
II — величина просадки грунтов от собственного ве-
са превышает 5 см.
Если толща просадочных грунтов от уровня природ-
ного рельефа или (при планировке срезкой) от планиро-
вочной отметки не превышает 5 м, то на стадии проект-
ного задания, а также на стадии рабочих чертежей от-
дельных зданий и сооружений просадку от собственного
веса можно не учитывать.
3.2. НАБУХАЮЩИЕ ГРУНТЫ
Согласно СНиП П-Б.1-62* к набухающим относятся
глинистые грунты, для которых действительно соотно-
шение
Ео Ет
1 + Ео
< — 0,3,
(1.20)
где значения е0 и ет — те же, что и в формуле (1.17).
Для количественной характеристики набухания
и расчета величины деформации основания при набуха-
нии служит понятие относительного набухания грунта:
, 1г' — Л
= —(1-21)
п
где А' и А те же, что и в формуле (1.19).
Набухание характеризуется следующими показате-
лями: увеличением объема грунта в процентах к его пер-
воначальному объему, влажностью набухания, т. е. влаж-
ностью, при которой набухание прекращается, давлени-
ем набухания, которое выражается в кгс на 1 см2 пло-
щади набухающего образца. Чем меньше начальная
влажность и пористость, тем больше при прочих равных
условиях величина набухания. Переуплотненные грунты
(см. п. 5.3 данного раздела) при отсутствии жестких свя-
зей между частицами набухают больше, чем нормально
уплотненные или недоуплотненные. Чем больше давле-
ние, испытываемое грунтом, тем меньше он набухает.
Если природная влажность набухающих грунтов
в основании сооружения равна или больше влажности
набухания под бытовым давлением, деформация осно-
вания от набухания может не учитываться.
4. НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
4.1. НОРМАТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Нормативной характеристикой слоя грунта или его
части (инженерно-геологического элемента) называют
среднее значение показателя того или иного свойства,
полученное по данным испытаний, проведенных в коли-
честве, достаточном для статистического обобщения.
Нормативные характеристики устанавливают как для
основных, так и для производных показателей, незави-
симо от того, для чего их используют. За нормативную
характеристику Ан чаще всего принимают среднее ариф-
метическое значение показателя:
н 2 а-,
а=гЛн=—(1.22)
п
где а} — частное значение показателя;
п—число определений.
Для возможности статистической обработки необхо-
димо иметь не менее шести определений ', при значитель-
ных колебаниях значения какого-либо показателя вооб-
ще не рекомендуется проводить осреднение. Так, не сле-
дует осреднять классификационные показатели грунтов,
относящихся к различным номенклатурным видам.
Степень достоверности найденных нормативных ха-
рактеристик таких основных показателей, как угол внут-
реннего трения, удельное сцепление и модуль деформа-
1 НИИ оснований и подземных сооружений. Посо-
бие по проектированию оснований зданий и сооружений.
Стройиздат, 1964.
ции, может быть определена по величине коэффициента
изменчивости V:
V - 100%
/1
(1.23)
где о — средняя квадратичная ошибка, определяемая
по формуле
~ а)2
(1.24}
Если У>30%, то полученная нормативная характе-
ристика не может считаться достоверной, и слой, для ко-
торого ее определяли, должен быть разбит на более мел-
кие инженерно-геологические элементы.
4.2. РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Расчетная характеристика представляет собой про-
изведение нормативной характеристики на коэффициент
однородности, а в необходимых случаях и на коэффи-
циент условий работы.
Коэффициент однородности к определяют по фор-
муле
о
(1.25)
Значения а и Ан даны ранее.
Расчетные характеристики вычисляют лишь для уг-
ла внутреннего трения фи удельного сцепления с и ис-
пользуют при расчете оснований по несущей способности.
5. ВОЗРАСТ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ГРУНТОВ
5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Для обозначения времени и условий образования
горных пород используют специальную индексацию
(табл. 1.20, 1.21), причем генетический индекс ставят пе-
ред возрастным. Все отложения дочетвертичного возра-
Таблица 1.20
Относительное геологическое летоисчисление
Группа (эра) Система (период) Отдел (эпоха) Ярус (век)
Кайнозой- ская—Кх Четвертичная—ф Современный — О< Новый — Фз Средний — О2 Древний — 01 Названия и подразделения в разных странах и геоло- гических регионах различны
Неоген—Ы Плиоцен — К2 Миоцен — ГТ
Палеоген—Р& Олигоцен — Р^з Эоцен — Ря2 Палеоцен — Рд,
Мезозой- ская—Мг Меловая—Сг Верхнемеловой — Сг3 Датский — <1, маастрихтский—т, кампанский — ср, сан- тонский — 51, коньякский — сп, туронский — 1, сеноман- ский — ст
Нижнемеловой — Сг, Альбский — а1, аптский — ар. барремский — Ь, готерив- ский — Ь, валанжинский — V
Продолжение табл. 1.20
МН!
Группа (эра ) Система (период) Отдел (эпоха) Ярус (век)
Верхнеюрский — Л3 Верхний волжский — у2, нижний волжский — VI, кимме- риджский — кт, оксфордский — ох, келловейский — с!
Юрская—Л Среднеюрский — Л2 Батский — Ы, байосский — Ь]', ааленский — а!
Мезозой- ская—Мг Нижнеюрский — Л1 Тоарский—(, домерский — <1, плинсбахский — р, лота- рингский — И, синемюрский — 5, геттангский — Н
Верхнетриасовый — Т3 Рэтский — г, норийский — п, кариийский — к
Триасовая—Т Среднетриасовый — Т2 Ладинский — 1, анизийский — а
Нижнетриасовый — Т1 Скифский — з
Пермская—Р Верхнепермский — Р2 Татарский —(, казанский — кг, уфимский — иГ
Нижнепермский — Р] Кунгурский — кй, артинский — а, сакмарский — з
Верхнекаменноугольный — С3 Оренбурский — о, гжельский — к, касимовский — к
Каменпоугольна я—С Среднекаменноугольный — С2 Московский — т, башкирский — Ь
Нижнекаменноугольиып — С! Намюрский — п, внзейский — V, турнейский — 1
Верхнедевонский — О3 Фаменский — Гт, франский — Гг
Девонская—О Среднедевонский — О2 | Живетский — йу, эйфельский — е
Нижнедевоиский — О, Кобленцский — с, жединский — й
Палеозой- ская—Рг Силурийская—5 Верхнесилурийский — 52 Лудловский — 1(1
Нижнесилурийский — 5, Веилокский — IV, ландоверский — 1п
Верхнеордовикский — О3 Ашгильский — а, карадокский — с
Ордовикская—О Среднеордовикский — О2 Ландейльский — 1
Нижнеордовикский — О1 Аренигский — аг, тремадокский — 1
Верхнекембрийский — Ст3 —
Кембрийская—Ст Среднекембрийский — Ст2 Амгинский — а
Нижнекембрийский — Ст! —
Протерозой- ская— Р( — — —
Архейская—А 1 — — —
П р и м е ч а н и е. Примеры обозначения геологического возраста: оксфордский ярус верхнего отдела юрской системы — Л3ох; аптский ярус нижнего отдела меловой системы — С^ар.
Проонтный Институт № л й
я-
Тбхинчеснан ьмблиотенЕх
Характеристика и генетические индексы наиболее распространенных отложений
Таблица 1.21
Отложения Ин - деке Характеристика отложений
Аллювиальные а) Галечники, гравий, пески и глинистые грунты, отлагаемые реками н ручьями в русле, долине
Делювиальные а и устье. Отдельные слои состоят из сравнительно однородного материала, но могут значительно отличаться по характеру материала от ниже и выше лежащих слоев. По времени отложения раз- личают современный и древний аллювий. Современные отложения, как русловые., так и пойменные, наименее уплотнены и лишены структурной прочности Глинистые грунты (иногда с включениями и прослоями более крупного материала), отлагаемые
Ледниковые (тля- е1 дождевыми и талыми водами на склонах или в подножии гор и возвышенностей. Отложения обычно неоднородны, плохо отсортированы и мало окатаны, состав их не выдержан по прости- ранию и глубине Обломочный материал в виде валунных глин и суглинков (морена), переносимый и отлагаемый
циальные) Ледниковых пото- {&1 ледником. Для морены характерны исключительная неоднородность материала и значительная плотность Продукты переработки морены талыми водами ледников, представленные галечниками, гравием,
ков (флювиогляци- альные) Морские т песками, супесями и ленточными глинами. Отложения занимают большие площади (моренные поля) и относительно выдержаны по простиранию В зависимости от глубины, на которой образовались отложения, их подразделяют на прибрежные, мелководные и глубоководные. Прибрежные представлены в основном обломочными грунтами — валунами, галечниками, гравием и песками. Для них характерны частые переходы одних видов грунтов к другим, разнородность и непостоянство состава. Мелководные представлены конгломера- тами, брекчиями, песками и песчаниками, глинистыми грунтами, известняками и доломитами, же- лезными и марганцевыми рудами, фосфоритами и т. д. Песчаные и глинистые грунты обычно имеют плотное сложение и часто обладают значительной прочностью, обусловленной жесткими кристалли- зационными связями. Мелководные отложения занимают огромные площади, отдельные их слои, мощность которых достигает иногда нескольких десятков метров, характеризуются однородностью состава. Глубоководные в пределах современной суши распространения не имеют. Слои, созданные в результате деятельности человека
Насыпные (куль- к
турный слой) Пролювиальные Р1 Сходный с делювием комплекс грунтов, отлагаемый у подножия гор
Элювиальные е1 Продукты выветривания горных пород, оставшиеся на месте. Отложения характеризуются отсут-
Эоловые ео станем слоистости и сортировки материала, а также постепенным переходом в материнскую породу Дюнные и барханные пески, лёссы и лёссовидные грунты1, образованные в результате переноса
1 Лёссовидные грунт ы мог ветром минеральных частиц. Эти отложения покрывают огромные пространства, отличаются боль- шой однородностью, выдержанностью состава и, как правило, рыхлым сложением ут быть не только эолового происхождения.
ста называют коренными. Как правило, коренные осадоч-
ные породы (грунты), если они не подвергались процес-
сам выветривания, более однородны и прочны, чем их
четвертичные аналоги, и поэтому при прочих равных
условиях служат лучшим основанием для сооружений.
Установление происхождения грунта, его возраста и ус-
ловий залегания позволяет еще до получения результа-
тов лабораторных или полевых испытаний дать предва-
рительную характеристику свойств грунта, а при полу-
чении этих результатов оценить их достоверность.
5.2. СТЕПЕНЬ НЕОДНОРОДНОСТИ ГРУНТОВ
О степени неоднородности грунтов и неравномер-
ности осадок возведенных на них сооружений позволя-
ет судить коэффициент изменчивости модуля деформа-
ции а, представляющий .отношение максимального мо-
дуля к минимальному. При проектировании крупнопа-
нельных зданий на основаниях, характеризующихся
неравномерными осадками, НИИ оснований и подземных
сооружений рекомендует следующие величины этого ко-
эффициента:
Четвертичные отложения: а
песчаные..................................1.4
глинистые.................................1.8
моренные глинистые........................2,5
5.3. СТЕПЕНЬ УПЛОТНЕННОСТИ ГРУНТОВ
Степень уплотненности грунтов устанавливается при
геологических изысканиях с учетом климатических фак-
торов, условий формирования рельефа и происхождения
грунтов. В зависимости от этих факторов и условий сле-
дует различать три основных состояния грунта, характе-
ризующих соотношение между приложенным к грунту
давлением и степенью его уплотненности: нормально
уплотненное, недоуплотненное и переуплотненное.
Нормально уплотненное состояние характеризуется
соответствием пористости грунта действующему на него
природному давлению. При этом предполагается, что
грунт никогда не испытывал давления, превышающего
существующее, и что уплотнение его в процессе форми-
рования происходило при оптимальных условиях, т. е.
при заполнении пор водой и полной консолидации. За-
висимость пористости от давления при оптимальных ус-
ловиях для уплотнения выражает кривая аб (рис. 1.2).
Давлениям рь р2, Рз, которые испытывал грунт на раз-
личных стадиях своего формирования, соответствуют ко-
эффициенты пористости &1, е2, е3. Нормально уплотнен-
ными обычно бывают четвертичные грунты водного про-
исхождения.
Недоуплотненным называется грунт, пористость ко-
торого при существующем природном давлении больше
пористости, соответствующей такому же давлению при
оптимальных условиях для уплотнения. Кривая уплотне-
ния такого грунта ав (рис. 1.2) пройдет выше кривой аб.
Степень недоуплотнения при давлениях рг, р2, р3 будет
соответственно равна е2— ер е2 — е2, е3 — е3.
Недоуплотненность грунта обычно объясняется од-
ной из трех причин:
1) уплотнение грунта происходило при недостатке
влаги, вследствие чего трение между частицами скелета
превосходило природное давление, препятствуя переме--
щению частиц. К таким грунтам относятся некоторые эо-
ловые образования;
2) формирование грунта происходило в условиях,
когда образование жестких кристаллизационных связей
между частицами происходило быстрее, чем уплотнение
грунта. В случае ослабления этих связей или в случае
Рис. 1.2. Соотношение между давлением и ко-
эффицентом пористости в зависимости от усло-
вий уплотнения
превышения давления над их прочностью происходит
доуплотнение грунта. Такое состояние характерно для
просадочных лёссовидных грунтов;
3) грунт находится в состоянии незавершенной кон-
солидации вследствие затруднения по каким-либо услови-
ям выжимания воды из него, и давление от вышележа-
щих слоев частично передается на поровую воду. При-
мером таких грунтов являются морские илы, старичные
аллювиальные отложения и т. п.
Переуплотненным называется грунт, пористость ко-
торого при существующем природном давлении меньше
пористости, соответствующей такому давлению при опти-
мальных условиях для уплотнения.
Переуплотненное состояние грунта возникает вслед-
ствие одной из двух причин:
1) уменьшение природного давления на грунт в ре-
зультате размывания верхних слоев (например, в доли-
не рек) или таяния ледника при отсутствии условий для
полного набухания (кривая декомпрессии бг на рис. 1.2).
Такое состояние характерно для моренных отложений,
а также любых других грунтов осадочного происхож-
дения;
2) усадка глинистых грунтов вследствие их высыха-
ния при понижении уровня грунтовых вод (отрезок дг
на рис. 1.2).
Необходимо иметь в виду, что величина пористости,
рассматриваемая вне зависимости от условий образова-
ния грунта и давления, испытываемого им в прошлом
и настоящем, не может служить критерием степени уп-
лотненности грунта и его сжимаемости. Последнее по-
ложение наглядно иллюстрируется тем же рис. 1.2, на
котором видно, что грунт с коэффициентом пористости
е2 может быть как нормально уплотненным, так и недо-
уплотненным и переуплотненным (соответственно точки
е, ж и г). Поэтому при оценке грунта как основания
должна учитываться степень его уплотненности.
ЛИТЕРАТУРА
Герсеванов Н. М. и П о л । шин Д. Е. Теоретические
основы механики грунтов. Стройнздат, 1948.
Маслов Н. Н. Основы механики грунтов. Автотранс-
издат, 1961.
НИИ оснований н подземных сооружений. Пособие по про-
ектированию оснований зданий и сооружений. Стройиздат, 1964.
Флорин В. А. Основы механики грунтов, т. I. Госстрой-
издат, 1959.
Цытович Н. А. Механика грунтов. Госстройнздат, 1963.
РАЗДЕЛ II
СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
1. КЛАССИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА СВАЙ
Сваи классифицируют по материалу, из которого
их изготовляют, по методам изготовления и погружения,
по конструкции и по работе их под зданием или соору-
жением.
По материалу сваи бывают железобетонные, дере-
вянные и металлические.
По методу изготовления сваи делят на забивные
(изготовляемые на полигонах, стендах, центрифугах, ма-
шинах для формования многопустотных настилов и виб-
ропрессованием), набивные (изготовляемые непосредст-
венно на стройплощадке в заданной точке) и винтовые
(завинчиваемые' агрегатом).
По методу погружения различают сваи, погружае-
мые молотами, вибропогружателями или вибромолота-
ми, вибровдавливаемые сваи (совмещение действия виб-
ратора и груза) и сваи, вдавливаемые грузом (собствен-
ный вес агрегата и дополнительный груз). Для облегче-
ния погружения свай в плотных грунтах (плотных
песках, супесях и т. п.) применяют забивку с подмывом,
бурение передовых скважин (лидеры) или забивку тя-
желыми молотами.
По конструкции сваи подразделяют на железобетон-
ные квадратного сечения сплошные ненапряженные
и предварительно напряженные (применяют типовые
конструкции в соответствии с ГОСТ 10628—63 и ГОСТ
12587—67, табл. 11.1, 11.2 и II.3) *; железобетонные квад-
ратного сечения с круглой полостью (табл. П.4); железо-
бетонные круглого сечения полые с открытым нижним
концом (табл. 11.5); железобетонные круглого сечения
полые с закрытым нижним концом; железобетонные ци-
линдрические оболочки (сборные унифицированные
сваи- и трубы-оболочки из ненапряженного и предвари-
тельно напряженного железобетона); железобетонные
квадратного сечения с камуфлетным уширением (в ка-
честве ствола применяют обычную забивную сваю квад-
ратного сечения по номенклатуре табл. 11.1); железобе-
тонные прямоугольного сечения сплошные (табл. П.6);
железобетонные конические и пирамидальные (применя-
ют в отдельных случаях с использованием индивидуаль-
ных проектов, так как типовых конструкций и номенкла-
туры нет); железобетонные квадратного сечения сплош-
ные с продольным анкером (табл. 11.7); железобетонные
набивные Страуса; железобетонные набивные частотрам-
бованные; железобетонные буронабивные; железобетон-
* Взамен существующих типовых конструкций не-
ТУ 243-57
напряженных свай —--------— > а также предваритель-
Минстрои
но напряженных свай с высокопрочной проволокой серии
ОФ-02-02 и со стержневой арматурой серии ОФ-02-01
(выпуск I и II).
ные буронабивные с уширением в нижней части; железо-
бетонные набивные с камуфлетным уширением; металли-
Рис. 11.1. Конструкция винтовой
сваи с железобетонным стволом
а — ствол сваи; б—башмак сваи;
1 — ствол; 2 — продольная арматура;
3 — поперечная арматура; 4— труба;
5 — кольцо; 6 — шов сварки арматуры
с трубой; 7 — башмак; 8 — наконечник
ческие винтовые (максимальная длина 8—10 м при диа-
метре лопасти до 1,2 м, ствол металлический трубчатый,
типовых конструкций нет); винтовые с железобетонным
стволом (рис. 11.1); металлические трубчатые (применя-
ют с использованием индивидуальных проектов, так как
типовых конструкций и номенклатуры нет); металличе-
ские из швеллеров или двутавровых балок (также при-
меняют по индивидуальным проектам); деревянные цель-
ные (длина от 4,5 до 12 м, реже до 18 м, диаметр в от-
рубе от 16 до 30—35 см)\ деревянные пакетные (из не-
скольких бревен по длине и по поперечному сечению,
длина до 25 м, диаметр до 60 см) и сращенные (из двух
или трех бревен по длине).
По несущей способности сваи любой конструкции
подразделяют на сваи-стойки и висячие сваи. К сваям-
стойкам относят сваи, нижние концы которых достигают
скальных или других практически несжимаемых грунтов.
К висячим сваям относят сваи, воспринимающие нагруз-
ку сопротивлением грунта по боковой поверхности и под
острием. При этом, если под острием сваи залегают
плотные грунты, то большая часть нагрузки передается
на острие, а если свая погружена и заглублена в грун-
ты сильносжимаемые, то большая часть нагрузки вос-
принимается сопротивлением грунта по боковой поверх-
ности.
Таблица 11.1
Номенклатура и основные показатели ненапряженных железобетонных сплошных свай квадратного
сечения серии 1-011-1
мз-м-см-ц)
суз го-ае-35
।— с - /-5шт.
— С-! 5 шт
Марка сваи Основные размеры в мм Расход на одну сваю Вес сваи Марк а бето- на
Д а Д Ь С бето- на в м3 арма- туры в кг
СУЗ-20 3 000 200 250 600 0,12 16,4 0,31 200
СУЗ, 5-20 3 500 200 250 700 — 0,14 18,7 0,36 200
СУ 4-20 4 000 200 250 800 — 0,16 20,8 0,41 200
СУ4.5-20 4 500 200 250 900 — 0,18 23,1 0,46 200
СУ5-20 5 000 200 250 1000 — 0,2 25,3 0,51 200
СУ5.5-20 5 500 200 250 1100 1600 0,22 27 ,8 0,56 200
СУ6-20 6 000 200 250 1200 1800 0,24 30 0,61 200
СУ7-2о 7 000 200 250 1400 2100 0,28 34,5 0,71 200
СУЗ-25 3 000 250 320 600 — 0,19 17,9 0,48 200
СУЗ,5-25 3 500 250 320 700 — 0,22 20,1 0,56 200
СУ 4-25 4 000 250 320 800 — 0,26 22,1 0,65 200
СУ4.5-25 4 500 250 320 900 — 0,29 25 0,72 200
СУ5-25 5 000 250 320 1000 — 0,32 27,1 0,8 200
СУ5.5-25 5 500 250 320 1100 — 0,35 28,8 0,88 200
СУ6-25 6 000 250 320 1200 — 0,38 31,2 0,95 200
СУ7-25 7 000 250 320 1400 2100 0,44 35,7 1,11 200
СУ 8-25 8 000 250 320 1600 2400 0,51 39,9 1,27 300
СУЗ-ЗО 3 000 300 340 600 — 0,28 20,4 0,72 200
СУ 3,5-30 3 500 300 340 700 — 0,33 22,7 0,83 200
СУ 4-30 4 000 300 340 800 — 0,37 24,7 0,94 200
СУ4.5-30 4 500 300 340 900 — 0,41 26,9 1,05 200
СУ5-30 5 000 300 340 1000 — 0,46 30 1,16 200
СУ5.5-30 5 500 300 340 1100 — 0,51 32,3 1.23 200
СУ6-30 6 000 300 340 1200 — 0,55 34,4 1,39 200
СУ7-30 7 000 300 340 1400 2100 0,64 39,2 1,62 200
СУ8-30 8 000 300 340 1600 2400 0,73 43,5 1,84 300
С9-30 9 000 300 340 1800 2600 0,82 59,8 2,06 300
С10-30 10 000 300 340 2100 2900 0,91 65,4 2,29 300
С11-30 11 000 300 340 2300 3200 1 87,8 2,5 300
С12-30 12 000 300 340 2500 3500 1,09 94,9 2,74 300
СУ8-35 8 000 350 400 1600 2400 1 46,7 2,5 300
СУ9-35 9 000 350 400 1800 2600 1,12 51,3 2,8 300
С10-35 10 000 350 400 2100 2900 1,24 70,6 3,12 300
СП -35 11 000 350 400 2300 3200 1,36 93,1 3,42 300
С12-35 12 000 350 400 2500 3500 1,49 100,4 3,7 300
С13-35 13 000 350 400 2700 3800 1,61 132,2 4,03 300
С14-35 14 000 350 400 2900 4100 1,73 167,7 4,34 300
С15-35 15 000 350 400 3100 4400 1,85 178,7 4,64 300
С16-35 16 000 350 400 3300 4700 1,98 223,6 4,95 300
С13-40 13 000 400 450 2700 3800 2,1 162,4 5,28 300
С14-40 14 000 400 450 2900 4100 2,26 197,7 5,62 300
С15-40 15 000 400 450 3100 4400 2,42 239,1 6,05 300
С16-40 16 000 400 450 3300 4700 2,58 290,3 6,45 300
П р и м е ч а н и е. Марки свай расшифровываются следующим образом : СУ-
свая устойчивая; первое число — длина сваи сваи в см\ С — свая нетрещнностойкая. в м~ второе число — сторона сечения
Таблица II.2
Номенклатура и основные показатели напряженно-армированных с высокопрочной
проволокой и семипроволочными прядями железобетонных сплошных свай
квадратного сечения серии 1-011-1
’ СНпр5-20-СНпр20-35
- ши
30
СНпр8'35~СНпр2О-4О
Марка сваи Основные размеры в мм Расход на одну сваю Справоч- ный вес сваи в т Марка бетона
Ь а А Ь С бетона в м3 арматуры в кг
СНпрЗ-20 3 000 200 250 600 0,12 9,4 0,31 300
СНпрЗ,5-20 3 500 200 250 700 — 0,14 10,1 0,36 300
СНпр4-20 4 000 200 250 800 —- 0,16 10,9 0,41 300
СНпр4,5-20 4 500 200 250 900 —- 0,18 11,6 0,46 300
СНпр5-20 5 000 200 250 1000 0,2 12,4 0,51 300
СНпр5,5-20 5 500 200 250 1100 0,22 13,2 0,56 300
СНпрб-20 6 000 200 250 1200 —- 0,24 14 0,61 300
СНпр7-20 7 000 200 250 1400 2100 • 0,28 15,7 0,71 300
СНпрЗ-25 3 000 250 320 600 0,19 11,2 0,48 300
СНпрЗ,5-25 3 500 250 320 700 0,22 11,8 0,56 300
СНпр4-25 4 000 250 320 800 0,26 12,4 0,65 300
СНпр4,5-25 4 500 250 320 900 0,29 13,8 0,72 300
СНпр5-25 5 000 250 320 1000 0,32 14,3 0,8 300
СНпр5,5-25 5 500 250 320 1100 0,35 15 0,88 300
СНпрб-25 6 000 250 320 1200 0,38 15,5 0,95 300
СНпр7-25 7 000 250 320 1400 2100 0,44 17,1 1,11 300
СНпр8-25 8 000 250 320 1600 2400 0,51 18,4 1,27 300
СНпрЗ-ЗО 3 000 300 340 600 0,28 13,8 0,72 300
СНпрЗ,5-ЗО 3 500 300 340 700 0,33 14,6 0,83 300
СНпр4-30 4 000 300 340 800 0,37 15,2 0,94 300
СНпр4,5-30 4 500 300 340 900 0,41 15,9 1,05 300
СНпр5-30 5 000 300 340 1000 0,46 17,5 1,16 300
СНпр5,5-30 5 500 300 340 1100 0,51 18,3 1,28 300
СНпрб-30 6 000 300 340 1200 — 0,55 18,9 1,39 300
СНпр7-30 7 000 300 340 1400 2100 0,64 20,8 1,62 300
СНпр8-30 8 000 300 340 1600 2400 0,73 27,6 1,84 300
СНпр9-30 9 000 300 340 1800 2600 0,82 29,6 2,06 300
СНпрЮ-30 10 000 300 340 2100 2900 0,91 31,7 2,29 300
СНпрП-30 11 000 300 340 2300 3200 1 40,9 2,5 300
СНпр12-30 12 000 300 340 2500 3500 1,09 43,5 2,74 300
СНпр13-30 13 000 300 340 2700 3800 1,18 55,6 2,96 400
СНпр14-30 14 000 300 340 2900 4100 1,27 60,1 3,18 400
СНпр15-30 15 000 300 340 3100 4400 1,36 73,1 3,4 400
СНпр8-35 8 000 350 400 1600 2400 1 31,5 2,5 300
СНпр9-35 9 000 350 400 1800 2600 1,12 33,6 2,8 300
СНпрЮ-35 10 000 350 400 2100 2900 1,24 44 3,12 300
СНпр11-35 11 000 350 400 2300 3200 1,36 46,9 3,42 300
СНпр12-35 12 000 350 400 2500 3500 1,49 49,5 3,71 300
СНпр13-35 13 000 350 400 2700 3800 1,61 68,5 4,03 400
СНпр14-35 14 000 350 400 2900 4100 1,73 76,1 4,34 400
СНпр15-35 15 000 350 400 3100 4400 1,85 80,1 4,64 400
СНпр16-35 16 000 350 400 3300 4700 1,98 94,6 4,95 400
СНпр 17-35 17 000 350 400 3500 5000 2,1 135,4 5,25 400
СНпр18-35 18 000 350 400 3700 5300 2,22 141,9 5,55 400
СНпр19-35 19 000 350 400 3900 5600 2,35 172,8 5,88 400
СНпр20-35 20 000 350 400 4100 5900 2,47 206,3 6,18 400
СНпр16-40 16 000 400 450 3300 4700 2,58 116,3 6,45 400
СНпр17-4О 17 000 400 450 3500 5000 2,74 155,1 6,85 400
СНпр18-40 18 000 400 450 3700 5300 2,9 162,6 7,25 400
СНпр19-40 19 000 400 450 3900 5600 3,06 198,4 7,65 400
СНпр20-40 20 000 400 450 4100 5900 3,22 233,2 8,05 400
СНП11-30 11 000 300 340 2300 3200 1 37,3 2,5 300
СНп12-30 12 000 300 340 2500 3500 1,09 39,6 2,74 300
СНп13-30 13 000 300 340 2700 3800 1,18 59,4 2,96 400
СНП14-30 14 000 300 340 2900 4100 1,27 64,2 3,18 400
СНП15-30 15 000 300 340 3100 4400 1,36 67,7 3,4 400
СНпЮ-35 10 000 350 400 2100 2900 1,24 40,6 3,12 300
СНп11-35 11 000 350 400 2300 3200 1,36 57,5 3,42 300
СНП12-35 12 000 350 400 2500 3500 1,49 61,3 3,71 400
СНП13-35 13 000 350 400 2700 3800 1,61 67,4 4,03 400
СНП14-35 14 000 350 400 2900 4100 1,73 71,2 4,34 400
СНп15-35 15 000 350 400 3100 4400 1,85 99,5 4,64 400
СНп16-35 16 000 350 400 3300 4700 1,98 106,1 4,95 400
СНП17-35 17 000 350 400 3500 5000 2,1 134,6 5,25 400
Продолжение табл. 11.2
Марка сваи Основные размеры в мм Расход на одну сваю Справоч- ный вес сваи в т Марка бетона
Ь а А Ь С бетона в м3 арматуры в т
СНп18-35 18 000 350 400 3700 5300* 2,22 141 5,55 400
СНп19-35 19 000 350 400 3900 5600 2,35 209,7 5,88 400
СНп20-35 20 000 350 400 4100 5900 2,47 219,3 6,18 400
СНп16-40 16 000 400 450 3300 4700 2,53 136,3 6,45 400
СНп17-40 17 000 400 450 3500 5000 2,74 143 6,85 400
СНп18-40 18 000 400 450 3700 5300 2,9 149,6 7,25 400
СНП19-40 19 000 400 450 3900 5600 3,06 223,1 7,65 400
СНп20-40 20 000 400 450 4100 5900 3,22 232,9 8,05 400
Примечание. Марки свай расшифровываются следующим образом: СН — свая напряжен-
ная; пр — с арматурой из высокопрочной проволоки; п — с арматурой из семипроволочных прядей;
первое число-—длина сваи в м; второе число — сторона сечения сваи в см.
I— ‘—Л—4
Таблица 11.3
Номенклатура и основные показатели напряженно-армированных
со стержневой арматурой железобетонных сплошных свай
квадратного сечения серии 1-011-1
Марка сваи Основные размеры в мм Расход на одну сваю Вес Марка
Д а А Ь с бетона в л3 арма- туры в кг в т бетона
СН9-30 СН10-30 сни-зо СН12-30 СН13-30 СН14-30 СН15-30 СН10-35 сни-35 СН12-35 СН13-35 СН14-35 СН15-35 СН16-35 СН17-35 СН18-35 СН19-35 СН20-35 СН16-40 СН17-40 СН18-40 СН19-40 СН20-40 Приме напряженная 9 000 10 000 11 000 12 000 13 000 14000 15 000 10 000 11 000 12 000 13 000 14 000 15 000 16 000 17 000 18 000 19 000 20 000 16 000 17 000 18 000 19 000' 20 000 ч а н и е. М первое чис 300 300 300 300 300 300 300 350 350 350 350 350 350 350 350 350 350 350 400 400 400 400 400 арки С1 ДО—ДЛ1 340 340 340 340 340 340 340 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 450 450 450 450 450 зай расп сна сваи 1800 2100 2300 2500 2700 2900 3100 2100 2300 2500 2700 2900 3100 3300 3500 3700 3900 4100 3300 3500 3700 3900 4100 зифровы в М'. ВТ 2600 2900 3200 3500 3800 4100 4400 2900 3200 3500 3800 4100 4400 4700 5000 5300 5600 5900 4700 5000 5300 5600 5900 ваются эрое чис 0,82 0,91 1 1,09 1,18 1,27 1,36 1,24 1,36 1,49 1,61 1,73 1,85 1,98 2,1 2,22 2,35 2,47 2,58 2,74 2,9 3,06 3,22 следуюн ло—сто{ 41,8 45 61,2 65,4 89,6 96,3 124,3 50,7 67,1 71,5 96,4 102,2 131,1 167,1 212,8 263,1 345,1 443 209,9 220,6 287,4 372,3 467,9 сим обр зона сеч 2,06 2,29 2,5 2,74 2,96 3,18 3.41 3,12 3,42 3,71 4,03 4,34 4,64 4,95 5,25 5,55 5,88 6,18 6,45 6,85 7,25 7,65 8,06 азом: СР ения сва 300 300 300 300 400 400 400 300 300 300 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 —свая и в см.
Таблица II.4
Номенклатура и основные показатели свай квадратного сечения с круглой полостью
(разработана институтом Фундаментпроект)
Марка сван Основные размеры в мм Расход на одну сваю Процент пустотно- сти Вес сваи в т
Ь ь а бетона марки 200 в м1 арматуры ненапряжен- ной класса Л-1 в кг
СПЗ-25-11 3000 250 по 0,16 16,2 16 в,4
СПЗ,5-25-11 3500 250 по 0,18 18,6 16 0,45
СП4-25-11 4000 250 по 0,21 20,9 16 0,52
СП4,5-25-11 4500 250 по 0,24 23,3 16 0,6
СП5-25-11 5000 250 по 0,26 25,7 16 0,65
СПб,5-25-11 5500 250 по 0,29 28,8 16 0,72
СПб-25-11 6000 250 по 0,32 31,1 16 0,8
СПЗ-ЗО-16 3000 300 160 0,21 17,5 22 0,52
СПЗ,5-30-16 3500 300 160 0,24 20,1 22 0,6
СП4-30-16 4000 300 160 0,28 23,2 22 0,7
СП4,5-30-16 4500 300 160 0,32 25,8 22 0,8
СП5-30-16 5000 300 160 0,35 28,3 22 0,88
СПб,5-30-16 5500 300 160 0,38 30,8 22 0,95
СП6-30-16 6000 300 160 0,42 33,4 22 1,05
Примечая ня: 1. Марки свай расшифровываются следующим образом: СП—свая пусто-
телая; первое число — длина сваи в м; в торое числе — сторона сечения сваи см; третье число —
диаметр полости в СМ.
2. При изготовлении предварительно напряженных свай с арматурой из высокопрочной про-
волоки расход арматуры снижается до 70% указанного в таблице.
3. Конструкции свай как типовые в 1968 г. еще не действуют.
Таблица 11.5
Номенклатура и основные показатели ненапряженных железобетонных полых свай
круглого сечения с открытым нижним концом
(разработана институтом Фундаментпроект)
Основные размеры в мм Расход на одну сваю
Марка сваи Д бетона марки 300 в ж1 арматуры в кг Вес сваи в т
СТ53-380 СТ54-380 СТ55-380 СТ-,6-380 СТ37-380 СТ-3-500 СТ54-500 СТ55-500 СТ56-500 СТ-,7-500 СТ53 - 650 СТ-4-650 СТ-5-650 СТ-6-650 СТ57-650 П р и м е ч а тая; индекс 5 — наружный диаме 2. Конструкт шеиы в 1969 г. Н 3000 4000 5000 6000 7000 3000 4000 5000 6000 7000 3000 4000 5000 6000 7000 н и я: 1. Мар1 продольная ар1» тр сваи в мм. 1и свай разрабс эмеиклатура св 380 380 380 380 380 500 500 500 500 500 650 650 650 650 650 и свай расшис 1атура класса этаны в стадии 1й может измен 0,2 0,27 0,34 0,41 0,47 0,28 0,37 0,46 0,56 0,63 0,38 0,51 0,68 0,76 0,89 эровываются следу VII; первое число технических реше иться. 27,2 34,1 41,3 48,4 55,4 31,9 39,8 47,9 55,7 63,9 41,5 51,8 62 72,5 82,4 ющим образом: _С' — длина сваи в м; ний. Рабочие черте 0,5 0,68 0,85 1,02 1,2 0,7 0,95 1,18 1,43 1,65 0,95 1,27 1,7 1,9 2,22 Г — свая трубча- второе число — жи будут выпу-
Таблица 11.6
Номенклатура и основные показатели железобетонных
сплошных свай прямоугольного сечения
(разработана институтом Мосинжпроект)
Марка сваи Основные размеры в мм Расход на одну сваю Я сз д т к Марка бетона
длина сечение бетона в м3 арматуры в кг
св-4 4 000 200 X300 0,24 62,75 0,6 200
св-5,5 5 500 200X 300 0,33 104,41 0,83 200
сн-6 6 000 250X350 0,53 91,6 1,34 300
си-7 7 000 250X 350 0,62 101,3 1,56 300
сн-8 8 000 250X350 0,71 110,8 1,77 300
сн-9 9 000 250 X 350 0,8 120,5 2 300
сн-10 10 000 250 X 350 0,87 130,1 2,19 300
сн-11 11 000 250X350 0,96 139,8 2,41 300
сн-12 12 000 250X350 1,05 149,2 2,625 300
При меча т и е. Марки свай расшифровываются еле-
дующим образом св — сваи, предназначенные для устрой-
ства подпорных стенок при укреплении берегов городских
водоемов; сн — сваи, предназначенные для строительства на-
бережных число — длина свай в м.
Таблица П.7
Номенклатура и основные показатели железобетонных сплошных свай
квадратного сечения с продольным анкером для линий электропередачи
(разработана Энергосетьпроектом)
Марка сваи Основные размеры в мм Расход на одну сваю Вес сваи в т
Ь а бетона марки 200 в м3 арматуры в кг
СХ25-5-2 5000 250 0,3 133 0,82
СХ25-6-2 6000 250 0,36 149 0,97
СХ25-6-1 6000 250 0,36 146 0,97
СХ30-5-2 5000 300 0,42 144 1,1
СХ30-6-2 6000 300 0,51 160 1.3
СхЗО-6-1 6000 300 0,51 150 1,3
СХ35-5-2 5000 350 0,57 168 1,45
СХ35-6-2 6000 350 0,69 188 1,75
СХ25-5-4 5000 250 0,3 200 0,8
СХ25-6-4 6000 250 0,36 228 1
СХ30-5-4 5000 300 0,42 268 1,2
СХ30-6-4 6000 300 0,51 308 1,44
СХ35-5-4 5000 350 0,57 338 1,55
СХ35-6-4 6000 350 0,69 390 1,93
СХ40-6-4 6000 400 0,91 474 2,52
Сх35-5-1 5000 350 0,57 309 1,59
СХ35-6-1 6000 350 0,69 357 . 1,92
СХ40-6-1 6000 400 0,91 451 2,52
Примечание, Марки свай расшифровываются следующим образом: С — свая:
первое число—размер поперечного сечения в см; второе число —длина сваи в м; третье
число — количество анкерных болтов.
а) отчет или материалы инженерно-геологических
изысканий, в которых приводятся план скважин, шурфов,
и шурфов-скважин, а также точек зондирования и испы-
таний пробных свай, совмещенный с контуром и осями
проектируемого здания или сооружения, геологические
колонки и профили, результаты лабораторных анализов
грунтов, графики и таблицы зондирования, а также ди-
намических и статических испытаний пробных свай, если
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
таковые выполнялись, гидрогеологические условия пло
щадки в момент изысканий с учетом возможных измене-
ний в процессе эксплуатации, химический анализ грунто-
вых вод;
Для проектирования свайных фундаментов необхо-
димо иметь следующие исходные данные:
б) проектные материалы и конструктивные характе-
ристики проектируемого здания или сооружения, содержа-
шие планы, фасады и разрезы этого здания или сооруже-
ния с указанием всех размеров, осей несущих элементов,
конструкций, сечений и материалов, размеры и привязку
фундаментов под оборудование, расположенное вблизи
колонн (для промышленных зданий), характеристику
этого оборудования (наименование машины, возможные
источники колебаний и т. д.), размещение каналов, при-
ямков, заглубленных помещений и их глубины от уров-
ня пола первого этажа, абсолютные отметки пола перво-
го этажа и планировки вокруг здания, плановые и вы-
сотные привязки вводов и выводов трубопроводов и дру-
гих проводок.
Для проектирования свайных фундаментов под про-
мышленные здания необходимо иметь, кроме того, крат-
кую технологическую характеристику производственного
процесса, могущего повлиять в процессе эксплуатации на
свайные фундаменты, а также данные о постоянных
и временных (длительных и кратковременных) нагруз-
ках по всем несущим элементам здания или сооружения,
данные о возможности инфильтрации в грунт агрессив-
ных грунтовых вод, наличии блуждающих токов, возмож-
ном изменении физико-механических характеристик грун-
тов вследствие повышения или понижения уровня грун-
товых вод и др.
3. ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
3.1. МЕТОДЫ ИЗЫСКАНИЙ
При проектировании свайных фундаментов необхо-
димо знать геологическое строение площадки и физико-
механические характеристики грунтов на глубину, пре-
вышающую проектируемую длину свай. Для изысканий
используют преимущественно скважины диаметром 127
или 168 мм, шурфы сечением от 1,5X1,5 до 2x2 м и шур-
фы-скважины. Шурфы обычно применяют при наличии
насыпей, маловлажных песков и макропористых проса-
дочных грунтов. Шурфы-скважины применяют при не-
возможности проходки шурфа на всю необходимую глу-
бину (тогда с его дна бурится скважина).
Глубина скважин зависит от вида грунта под остри-
ем свай и расположения их:
при наличии сжимаемых грунтов и расположении
свай лентами в 1—3 ряда скважины следует бурить на
5 м ниже проектируемой отметки острия свай, а при ку-
стовом расположении свай глубину скважин определяют
с использованием формулы Н ^2 Ь (здесь Н — заглубле-
ние скважин ниже проектируемой отметки острия свай
в м; Ь— размер большей стороны куста свай в м)
при наличии слоя скальных или крупнообломочных
грунтов толщиной не менее 2 м скважины независимо от
формы и величины свайного поля (ленточное или кусто-
вое расположение) бурят не менее чем на 3 м ниже про-
ектируемой отметки острия свай.
Глубина шурфов зависит от грунтовых условий
и трудности их проходки. Как правило, глубина шурфов
не превосходит 8—10 м.
Общая глубина шурфа-скважины должна соответ-
ствовать требованиям, указанным выше для скважин.
Для определения степени неоднородности и плотно-
сти сложения отдельных напластований рекомендуется
1 При однородных сжимаемых грунтах заглубление
Л для куста, содержащего более 24 свай, можно прини-
мать как для куста с 24 сваями.
применять статическое или динамическое зондирование.
Для определения модулей сжимаемости грунтов, зале-
гающих под острием свай, в шурфах или при недостаточ-
ной их глубине в скважинах проводят испытания грун-
тов штампами площадью 1000 или 5000 см2 (в шурфах)
и 600 см2 (в скважинах).
При больших объемах свайных работ и при сильнб-
сжимаемых грунтах для более обоснованного и эконо-
мичного проектирования свайных фундаментов целесо-
образно в период изысканий провести динамические
и статические испытания пробных свай.
В процессе бурения скважин, проходки шурфов
и шурфов-скважин отбирают образцы грунтов с нена-
рушенной структурой при связных грунтах и нарушен-
ной структурой при несвязных грунтах. По отобранным
образцам определяют необходимые характеристики
грунтов.
3.2. ОБЪЕМ ИЗЫСКАТЕЛЬСКИХ РАБОТ
Объем изыскательских работ определяется проекти-
ровщиками совместно с геологами по специальной про-
грамме. Ориентировочно можно определять его следую-
щим образом.
Количество скважин (шурфов-скважин) при одно-
родных грунтах должно быть не менее двух для жилых
и гражданских зданий и не менее трех для промышлен-
ных корпусов при длине их до 70 м. Для зданий любо-
го типа длиной более 70 м, а также при неоднородных
грунтах количество скважин должно быть не менее пяти.
В каждом конкретном случае указанные рекоменда-
ции по количеству скважин (шурфов-скважин) следует
уточнять применительно к особенностям геологических
условий рассматриваемой площадки.
3.3. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
В процессе бурения или шурфования отбирают об-
разцы из всех имеющихся разновидностей грунтов, в том
числе обязательно из грунтов, залегающих под нижними
концами свай. Как правило, объем отбираемых образцов
должен позволять сделать в лаборатории анализы
с трехкратным повторением для определения следующих
характеристик:
Физико-механические
характеристики,
Грунты определяемые
по лабораторным анализам
Несвязные Зерновой состав, природ-
ная влажность, угол внут-
реннего трения, процент ор-
ганических веществ
Связные’............ Природная влажность,
влажность на границе рас-
катывания и на границе те-
кучести, объемный и удель-
ный вес, угол внутреннего
* трения, удельное сцепление,
процент органических ве-
ществ, компрессионные ис-
пытания (при просадочных
грунтах)
В процессе бурения устанавливают горизонты грун-
товых вод и разновидности грунтов, к которым эти го-
ризонты приурочены. Из грунтовых вод отбирают пробы
1 При применении в глинистых грунтах мягкопла-
стичной и текучей консистенции винтовых свай необхо-
димо проводить испытания на сдвиг с помощью лопаст-
ного прибора.
для химического анализа и определения степени их
агрессивности по отношению к бетону в соответствии
с «Инструкцией по проектированию. Признаки и нормы
агрессивности воды — среды для железобетонных и бе-
тонных конструкций» СН 249—63.
Объем анализов зависит от количества геологиче-
ских выработок и пестроты разновидностей грунтов.
3.4. ЗОНДИРОВАНИЕ
В целях уточнения степени неоднородности и плот-
Рис. 11.2. Общий вид установки
С-979
ности сложения грунтов, выбора оптимальной длины
свай и определения несущей способности свай проводят
статическое зондирование. Для статического зондирова-
ния грунтов применяют различные установки. Установка
С-979 конструкции института Фундаментпроект
(рис. 11.2) позволяет одновременно с зондированием
грунта определять его сопротивление прониканию кони-
ческого наконечника и по боковой поверхности зонда.
Техническая характеристика
зондирующей установки С-979
Максимальная глубина зондирования в м . . 15
Общее усилие вдавливания в г............ 10
Сопротивление вдавливанию конуса в г . . . 5
Диаметр конуса в мм .......... 36
Площадь поперечного сечення основания ко-
нуса в см2................................. 10
Угол заострения конуса в град................. 60
Диаметр штанги в мм:
наружной................................... 36
внутренней ........................... 16
Наружный диаметр обсадной трубы в мм . . 36
Длина звеньев труб и штанг в мм........... 1000
Рекомендуемая скорость зондирования в м/мин 0,25—0,5
Габаритные размеры в мм установки в транс-
портном положении:
длина........................... 4890
ширина.......................... 1006
высота .................................. 1155
Общий вес установки в г........... 0,57
Производительность установки при глубине
зондирования до 10 м в точках за смену . . 1,5—2,5
Количество обслуживающего персонала ... 3
Для получения более полной характеристики разно-
видностей грунтов рекомендуется брать отсчеты при зон-
дировании через каждые 10 см.
Количество точек зондирования задается проекти-
ровщиком фундаментов. Ориентировочно можно реко-
мендовать принимать одну точку зондирования примерно
на каждые 500 л*2 площади проектируемого здания при
однородных грунтах и на каждые 100 -и2 при неодно-
родных грунтах.
По результатам статического зондирования опреде-
ляется расчетное сопротивление свай
Р = кт(р*Р + <Ър~Л, (11.1)
\ 3 /
где к и т—коэффициенты однородности грунта и ус-
ловий работы, принимаемые равными со-
ответственно 0,7 и 1;
—нормативное сопротивление грунта прони-
канию конического наконечника, принимае-
мое равным 0,5 7. (здесь <7 — среднеариф-
метическое значение удельного сопротивле-
ния грунта прониканию конического нако-
нечника на участке, охватывающем слои
грунта, расположенные на 1 О* выше про-
ектируемой отметки острия сваи и 4 О ни-
же этой отметки; если значение у меньше
50 кгс/см2, то слои этого грунта не могут
быть приняты несущими); при получении
зондированием величины удельного сопро-
тивления грунта 7 более 200 кгс/см2 значе-
ние 7?н следует принимать равным
100 кгс/см2-,
Р—площадь поперечного сечения сваи в см2;
- Стр — сопротивление грунта по боковой поверх-
ности зонда, определяемое по графику зон-
дирования на уровне острия сваи, в кг;
^св—периметр поперечного сечения сваи в см;
Из— периметр поперечного сечеиия стандартного
зонда, равный И см.
Плотность сложения несвязных грунтов можно опре-
делять также динамическим зондированием, например
с помощью установки УБП-15 конструкции института
Гидропроект.
* О — диаметр или сторона сечения сваи.
Техническая характеристика
зондирующей установки УБ П-15
Максимальная глубина ударного зондиро-
вания в м................................. 20
Длина конуса в мм:
неизвлекаемого ....................
извлекаемого ...................
Максимальный диаметр конуса в мм
Угол заострения конуса в град . . .
Тип пенетрационного молота . . . .
Вес ударной части в кг .............
Высота падения ударной части в м .
95
155
74
60
свободного
падения
60
0,8
Габаритные размеры в мм установки в
транспортном положении:
длина.................................... 3800
ширина ................................. 1700
высота.................................. 2400
Рабочая высота мачты в мм................ 5500
Грузоподъемность мачты в кг............... 4000
Общий вес установки (с двигателем) в т 1
Количество обслуживающего персонала . . 2
Классификация плотности сложения песчаных грун-
тов по результатам статического и динамического зонди-
рования приведена в табл. 11.8.
свай выбираются с таким расчетом, чтобы нижние кон-
цы сваи заглублялись в относительно плотные пески,
твердые, полутвердые, тугопластичные связные грунты
или в скальные и крупнообломочные грунты.
2. Не следует нижние концы свай оставлять в отно-
сительно плотных прослойках грунтов малой мощности
(менее 1 м), если под ними залегают разновидности
грунта, обладающие слабой несущей способностью.
3. Если мощность грунтов, обладающих слабой не-
сущей способностью (илы, связные грунты в текучем или
текучепластичном состоянии и др.), настолько велика,
что их нельзя прорезать даже длинными сваями, нижние
концы свай оставляют в этих грунтах, но при этом учи-
тывают, что несущая способность свай определяется пре-
имущественно сопротивлением грунта по боковой поверх-
ности.
4. Если под грунтами, обладающими слабой несу-
щей способностью, залегает толща плотных песков или
твердых суглинков и глин с резко меняющейся по высо-
те в пределах длины проектируемого здания кровлей, то
следует назначать две или три длины свай.
5. При залегании близко к поверхности планировки
(на глубине менее 2 м) плотных песков, твердых суглин-
Таблица II.8
Степень плотности сложения песчаных грунтов по данным зондирования
Песок Число ударов при динамическом зондировании Удельное сопротивление грунта <7 в кгс/см* при статическом зонди- ровании Степень плотности сложения грунтов
пробоотборником М (для погружения зонда на 30 см) молотом М ^пр=^°
Крупный и средний >30 >20 >150 Плотные
10—30 7—20 50—150 Средней плотности
<10 <7 <50 Рыхлые
Мелкий >30 >15 >100 Плотные
10—30 4—15 30—100 Средней плотности
<10 <4 <30 Рыхлые
Примечание. Здесь Ып — число ударов мо. да, полученное при испытании; “— коэффициент, у ности зонда с глубиной зондирования: дота весом 60 кг при выс читывающий изменение ве ,оте подъема 80 см на ка^ са штанг и сопротивлени кдые 10 см погружения зон- т грунта по боковой поверх-
Глубина зондирования в м а , . , . <2 2—4 4—6 6—8 1 0,86 0,76 0,68 8—10 10—12 12—14 14—16 0,62 0,58 0,52 0,48
4. ВЫБОР ТИПА СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА,
ДЛИНЫ И СЕЧЕНИЯ СВАЙ
Тип свайных фундаментов выбирается в зависимости
от характера и величин нагрузок: при сосредоточенных
нагрузках применяют свайные фундаменты квадратной,
прямоугольной или трапецеидальной формы с располо-
жением свай кустами (под колонны, столбы, стойки рам),
при погонных нагрузках применяют ленточные свайные
фундаменты с расположением свай в один, два и более
рядов (под стены) или кольцевые свайные фундаменты
с расположением свай по окружности (под трубы, сило-
сы, резервуары и т. п.), или же сплошные свайные поля.
Выбор длины свай любого типа свайного фундамен-
та производится исходя из геологических условий с уче-
том нижеследующих принципов.
1. Как правило, подлежат прорезке залегающие ни-
же поверхности грунта насыпь, торф, илы, суглинки
и глины в текучепластичном и текучем состоянии, рых-
лые пески и другие разновидности грунта, , обладающие
слабой несущей способностью. В этих случаях длины
ков и глин, а также скальных и крупнообломочных грун-
тов свайные фундаменты проектировать нецелесооб-
разно.
6. Просадочные грунты, как правило, следует про-
резать сваями, заглубляя их нижние концы в относи-
тельно плотные пески, твердые, полутвердые или туго-
пластичные глины и суглинки.
Заглубление нижних концов свай в плотные грунты
(во всех случаях, когда это возможно по геологическим
условиям) должно составлять:
при скальных и крупнообломочных грунтах не менее 0,5 м
» плотных сжимаемых грунтах .... „ „ 1 я
» грунтах средней плотности ......... , „ 1,5 ,
Оптимальное сечение свай выбирается с учетом на-
грузок, передаваемых на сваи, максимального использо-
вания материала свай, а также физико-механических
свойств грунтов, прорезаемых сваей и залегающих непо-
средственно под ее нижним концом.
Сваи больших сечений целесообразно применять
в следующих случаях: 1) при передаче на сваю горизон-
тальных нагрузок и изгибающих моментов, величины ко-
торых не могут быть восприняты сваями меньших сече-
ний; 2) при наличии значительных сосредоточенных на-
грузок на фундаменты, ограниченности площади для
размещения кустов свай в плане и возможности переда-
чи на сваи расчетных нагрузок, приближающихся к пре-
делу прочности по материалу; 3) при проектировании
под колонны одиночных свай; 4) при длине свай более
12 м; 5) при устройстве свайных фундаментов в сейсми-
ческих районах; 6) при наличии значительных выдерги-
вающих нагрузок; 7) при набухающих грунтах.
Сваи малых сечений целесообразно применять в сле-
дующих случаях: 1) при фактических нагрузках на сваи,
меньших, чем расчетные, определяемые по грунту и ма-
териалу свай; 2) при необходимости проектирования по
конструктивным соображениям большего количества
свай, чем требуется исходя из расчетного сопротивления
свай по грунту; 3) при отсутствии на строительстве свай
больших сечений (в этом случае уменьшение сечения
свай компенсируется увеличением их длины и количест-
ва); 4) при длине забивных квадратных свай до 8 ,м\
5) при использовании вместо ненапряженных свай дли-
ной более 16 м предварительно напряженных свай.
5. МЕТОДЫ РАСЧЕТА СВАЙ
5.1. статический метод
5.1.1. Сваи забивные, набивные и сваи-оболочки
Расчетное сопротивление сваи-стойки определяется
только по первому предельному состоянию (несущей спо-
собности) по формуле
Р = ктРаР, (II.2)
где к — коэффициент однородности грунта, принимае-
мый равным 0,7 для забивных свай и 0,5 для
свай-оболочек и набивных свай;
т—коэффициент условий работы, принимаемый
равным 1;
Р— площадь поперечного сечения сваи в м2, прини-
маемая для свай сплошного сечения и квадрат-
ных свай с круглой полостью равной площади
поперечного сечения брутто, а для полых круг-
лых свай и свай-оболочек равной плошади по-
перечного сечения нетто (при заполнении по-
лости на высоту не менее трех ее диаметров
площадь Р принимается равной площади по-
перечного сечения брутто);
—нормативное сопротивление грунта под ниж-
ним концом сваи при расчете по грунту или
нормативное сопротивление бетона при расчете
по материалу1 сваи (в последнем случае
принимается в зависимости от марки бетона
сваи по СНиП П-В.1-62).
При расчете по грунту значение Рн принимается: для
забивных свай — или по табл. 11.9 (при забивке их в пес-
чаные и глинистые грунты), или равным 2000 тс)м2 (при
опирании их на скальные грунты и забивке в щебенистые
и галечниковые крупнообломочные грунты с песчано-гра-
велистым заполнителем); для свай-оболочек и набивных
свай, заполняемых бетоном, при заделке их в скальный
грунт не менее чем на 0,5 м, — по формуле
н / к3 \
Я =/?сж -Л+1.5 , (II.3)
\ “3 /
1 Свая рассчитывается как центрально сжатый эле-
мент (без учета продольного изгиба).
Таблица П.9
Нормативное сопротивление грунта под нижним
концом сваи /?н в тс/м2
Я 6 к Песчаный грунт средней плотности
я ь. л ю <и о « о _ граве- круп- сред- мелкий пыле-
СЗ С К К Ь л истый ный НИЙ ватый —
«О я Глинистый грунт консистенции В
а
и 3 & <0 0,1 0,2 0,3 0.4 0,5 0,6
750 650 290 180 120
3 — « 1 ’ 300 - - - « 1 Ч 60
700 400 200 120 100
660 300 190
4 830 510 380 — 125 70
250 160
670 310
5 830 620 400 280 200 130 80
7 970 690 430 330 220 140 85
10 1050 730 500 350 240 150 90
Г5 1170 750 560 400 280 160 100
20 1260 820 620 450 310 170 110
25 1340 880 680 500 340 180 120
30 1420 940 740 550 370 190 130
35 1500 1000 800 600 400 200 140
Примечание. В числителе приведены значении Ян
для песчаных грунтов, в знаменателе — значения /?Н для гли-
нистых грунтов.
где /?сж — среднее значение временного сопротивления
одноосному сжатию образцов скального грун-
та, испытанных в водонасыщенном состоя-
нии, в тс/м2-,
к3 — расчетная глубина заделки сваи в скальный
грунт в м-
д3— наружный диаметр части сваи-оболочки или
набивной сваи, заделанной в скальный грунт,
в м.
Из двух значений расчетного сопротивления, полу-
ченных при расчете по грунту и по материалу, выбирает-
ся меньшее. Для проверки прочности сечения ненапря-
Рис. П.З. График для проверки прочности сечения нена-
пряженных свай
женных свай можно пользоваться графиком, приведен-
ным на рис. П.З. Этот график составлен для ненапряжен-
ных железобетонных сплошных .свай квадратного сече-
ния с арматурой различного диаметра, подвергаемых в
период эксплуатации воздействию внецентренно прило-
женных сжимающих нагрузок. Расчет произведен на
прочность и трещиностойкость в соответствии со СНиП
П-В.1-62 (без учета продольного изгиба) в предположе-
нии, что свая полностью погружена в грунт. Ширина
раскрытия трещин при приведенных сочетаниях изгибаю-
щих моментов и нормальных сил не превышает 0,3 мм.
Принятое сечение сваи будет выдерживать эксплуа-
тационные нагрузки, если точка с координатами М и М
совпадает с кривой или расположена ниже ее. Если это
условие не соблюдается, следует увеличить диаметр ар-
матуры сваи.
Примеры пользования графиком
1. На сваю С10-30 с арматурой 4 0 14А-П действуют эксплуа-
тационные нагрузки М=75 тс и Л4=5,5 тс • м. Находим на графи-
ке точку / с координатами М=75 тс и Л4=5,5 тс • м. Так как
эта точка находится ниже кривой, соответствующей сечению
сваи 30X30 см с арматурой 4 0 14А-П, свая будет выдерживать
эксплуатационные нагрузки.
2. На сваю С13-35 с арматурой 4 0 18А-П действуют эксплуа-
тационные нагрузки М=115 тс и Л4 = 11,5 тс • м. Находим иа
графике точку II с координатами М=115 тс и Л4 = 11,5 тс • м.
Так как эта точка находится выше кривой, соответствующей
сечению сваи 35X35 см с арматурой 4 0 18А-Н, выбранная свая
не будет выдерживать эксплуатационные нагрузки. При задан-
ном сечении сваи нужно поставить арматуру, указанную иа
ближайшей верхней кривой, т. е. 4 0 22А-П.
Расчетное сопротивление висячей забивной сваи, ра-
ботающей на осевую сжимающую нагрузку, определяет-
ся по формуле
Р = кт (РНР + /,), (П.4)
где /?н—нормативное сопротивление грунта под нижним
концом сваи в тс!м2 (принимается по табл. II.9);
II—периметр поперечного сечения сваи в м;
$ — нормативное сопротивление 1-го слоя грунта по
боковой поверхности сваи в тс[м2(принимается
по табл. 11.10);
//—толщина 1-го слоя грунта по боковой поверхно-
сти сваи в м.
Значения к, т и Р те же, что в формуле (П.1).
Таблица 11.10
Нормативное сопротивление грунта по боковой
поверхности сваи /“в тс/м2
Глубина располо- жения середины слоя грун- та от по- верхности в м Песчаный грунт (для свай, забитых без подмыва)
крупный и средний мелкий пыле- ватый —• — —
Глинистый грунт^консистенции'В
<0,2 I 0,3 | 0,4 | 0.5 0,6 0,7
1 2 3 4 5 7 10 15 20 25 30 35 3,5 4,2 4,8 5,3 5,6 6 6,5 7,2 7,9 8,6 9,3 10 2,3 3 3,5 3,8 4 4,3 4,6 5,1 5,6 6,1 6,6 7 1.5 2 2,5 2,7 2,9 3,2 3,4 3,8 4,1 4,4 4,7 5 1,2 1,7 2 2,2 2,4 2,5 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 0,5 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1 1,2
При пользовании табл. 11.9 и 11.10 необходимо руко-
водствоваться следующими положениями.
1. При промежуточных значениях консистенции В,
глубин забивки свай и глубин расположения середины
слоя грунта величины А?" и /н находятся по интерпо-
ляции.
2. Значение консистенции В находится по данным
лабораторных определений двумя методами:
а) с использованием формулы
где V? — природная влажность;
1Гр—влажность на границе раскатывания;
—влажность на границе текучести;
б) с использованием балансирного конуса высотой
не менее 25 мм с углом заострения при вершине 30° и ве-
сом 760 г в соответствии с ГОСТ 5184—64 (табл. II.11).
Таблица 11.11
Определение показателя консистенции по глубине
погружения конуса в образец грунта
Глубина погружения конуса в образец грунта в мм Консистенция Показатель консистенции
Ь<2 2<Л<4 4<Н<6 6</к8 8<Н<10 Л>10 Твердая Полутвердая Тугопластичная Мягкопластичная Текучепластичная Текучая В<0 0<В<0,25 0,25<В<0,5 0,5<В<0,75 0,75<В<1 В>1
Из полученных методами «а» и «б» значений В вы-
бирается наибольшее. В случае резкого расхождения
между найденными значениями В необходимо провести
повторные исследования.
3. Для плотных песчаных грунтов значения /?н
в табл. П.9 увеличиваются на 30%.
4. Если показатель консистенции В больше 0,6, зна-
чение Р’1 определяется либо по данным геологических
изысканий и результатам испытаний свай статической
нагрузкой, произведенных непосредственно на данной
площадке, либо по материалам, имеющимся для других
площадок с аналогичным грунтом; к грунтам с ненорми-
руемым сопротивлением Рн относятся пески рыхлые, гли-
нистые грунты текучей консистенции или с коэффициен-
том пористости в больше 0,7 для супесей, больше 1 для
суглинков, больше 1,1 для глин, илы, заторфованные
грунты и торфы, насыпные и искусственно намытые
грунты.
5. Значения показателя консистенции В при опреде-
лении относятся к несущим слоям грунтов, залегаю-
щих под нижними концами свай. При выборе показателя
консистенции В следует тщательно изучать геологиче-
ские условия, в частности необходимо учитывать несу-
щий слой, залегающий под нижними концами свай, если
толщина его составляет не менее 1 м. Если слой грунта,
залегающий под нижними концами свай, обладает сла-
бой несущей способностью, следует удлинить сваю и за-
глубиться в более плотные грунты.
6. При определении значений А?11 и /н по табл. 11.9
и 11.10 глубину забивки сваи и глубину расположения
середины слоя следует считать от природного рельефа
без учета планировки срезкой или подсыпкой, а также
выемки грунта для подвала.
7. При большом расхождении значений показателя
консистенции В для образцов из различных скважин од-
ного несущего слоя следует принимать среднюю вели-
чину из максимальных значений с учетом их количества.
8. Значения /?н и /н в таблицах относятся к сваям,
забиваемым молотами, а также к частотрамбованным
сваям.
9. При погружении свай вибратором значения
и /н в таблицах в зависимости от вида грунтов под
острием сваи и в прорезаемой толще следует умножать
на следующие коэффициенты:
Грунты под острием свай:
пески водонасыщенные средней плотности:
крупные................................ 1,2
мелкие................................. 1,1
пылеватые.............................. 1
связные грунты консистенции В <0........... 1
то же, консистенции 5=0,5:
супеси ................................... 0,9
суглинки .................................. 0,8
глииы...................................... 0,7
Прорезаемые грунты:
пески водонасыщенные средней плотности . . 1
связные грунты консистенции В<0.......... 1
то же, консистенции 5=0,5...................... 0,9
Если сваи, погружаемые вибратором, на последнем
этапе добиваются молотами, понижающие коэффициенты
для связных грунтов принимать не следует.
10. Если свая прорезает толщу просадочных грунтов
и заглубляется в непросадочные грунты, сопротивление
грунтов в пределах просадочного слоя в расчет не
принимается. В тех случаях, когда производится испыта-
ние свай с замачиванием, вопрос об учете сопротивления
грунтов по боковой поверхности решается по результа-
там полевых испытаний.
11. Если в процессе эксплуатации возможно повы-
шение или понижение уровня грунтовых вод по сравне-
нию с положением, зафиксированным в процессе изыска-
ний, показатель консистенции В следует определять в ла-
боратории по образцам, влажность которых соответству-
данным. При наличии слоя торфа мощностью более
30 см значения /н для торфа принимаются равными
—0,5 тс/м2 и для грунтов, залегающих над торфом, при
подсыпке мощностью до 2 м равными 0,4 значений, ука-
занных в табл. 11.10, а при подсыпке мощностью более
2 м (до 5 м) равными 0,4 значений, указанных в
табл. 11.10, со знаком минус.
Расчетное сопротивление висячих набивных свай
и свай-оболочек определяется по формуле
Р = кт + % 1(), (11.6)
где к — коэффициент однородности грунта, принимае-
мый равным 0,7;
т—коэффициент условий работы, принимаемый
равным 1;
/?и— нормативное сопротивление грунта в тс[м2 под
нижним концом сваи, принимаемое при глини-
стых грунтах под нижним концом сваи соглас-
но пп. 5.10, 5.11, 5.12 СНиП П-Б.1-62, при пе-
счаных грунтах под нижним концом набивной
сваи, погружаемой в этот грунт на глубину не
менее диаметра и не менее 2 м, а также под
нижним концом сваи-оболочки, погружаемой
с сохранением песчаного ядра на высоту не
менее 2 м, по формуле Рн=^(уйА0+ау]1гВ0)
(здесь а, р, Д° и В0—коэффициенты, принимае-
мые в зависимости от величины нормативного
угла внутреннего трения основания ср по
табл. II.12; у—объемный вес грунта в основа-
нии сваи с учетом взвешивания в воде в тс{м\
Ух—приведенный объемный вес грунтов, «рас-
положенных выше нижнего конца сваи, в тс/м3,
(1 — диаметр сваи в м\ к,— глубина заложения
нижнего конца сваи, отсчитываемая от отметки
природного рельефа);
Р—площадь поперечного сечения сваи в м2 (при
наличии уширения у набивной сваи Р прини-
мается по наибольшему диаметру уширения;
Таблица 11.12
Значения коэффициентов Д°, В°, а и Р
ф в град 5° а при К/д ;3 при д в м
4 5 7.5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 0,8 4
26 9,5 18,6 0,78 0,75 0,68 0,62 0,58 0,55 0,51 0,49 0,46 0,44 0,29 0,21
28 12,6 24,8 0,79 0,76 0,7 0,65 0,61 0,58 0,55 0,53 0,51 0,49 0,26 0,19
30 17,3 32,8 0,8 0,77 0,71 0,67 0,63 0,61 0,58 0,57 0,55 0,54 0,24 0,17
32 24,4 45,5 0,82 0,8 0,74 0,7 0,67 0,65 0,62 0,61 0,6 0,59 0,23 0,17
34 34,6 64 0,84 0,81 0,76 0,73 0,7 0,68 0,66 0,65 0,64 0,63 0,22 0,16
36 48,6 87,6 0,85 0,82 0,78 0,75 0,73 0,71 0,69 0,68 0,67 0,67 0,21 0,16
38 71,3 127 0,85 0,83 0,8 0,77 0,75 0,73 0,72 0,72 0,71 0,7 0,2 0,15
40 108 185 0,86 0,84 0,82 0,79 0,78 0,76 0,75 0,75 0,74 0,74 0,18 0,14
Примечания: 1. 2. Для промежуточн Значение Н то же, что и в формуле ых значений ф, Л/й и д величины (П.6). коэффиц: 1ентов А° В0, а И 3 опреде пяются п э интерполяции-
ет влажности грунта с измененными гидрогеологически-
ми условиями.
12. При применении подмыва значения /н
в табл. 11.10 умножаются на коэффициент 0,9. Если свая
на последнем метре добивается молотом, понижающий
коэффициент 0,9 принимать не следует.
13. Значение в пределах насыпи и торфов, как
правило, не учитывается. При насыпях, не содержащих
строительного мусора и не имеющих органических вклю-
чений, значение р1 может быть учтено по опытным
при заполнении сваи-оболочки бетоном Р при-
нимается брутто, при наличии в полости сваи-
оболочки грунтового ядра Р принимается
нетто);
и — периметр поперечного сечения сваи в м (при-
нимается по наружному диаметру);
а, — коэффициент, зависящий от способа выполне-
ния скважины, вида сваи и характеристики
грунта (табл. 11.13);
Таблица 11.13
Значения коэффициента а I
Вид. сваи или сваи-оболочки и способы выполнения скважины Значения а*, при видах грунтов
пески супеси суг- линки глины
Набивные частотрамбован- иые с забивкой инвентарной стальной трубы 0,7 0,6 0,6 0,6
Набивные с уширением и без него 0,6 0,5 0,5 0,5
Сваи-оболочки, погружае- мые вибрированием с после- дующей выемкой грунта из НИХ * ... . ... . . 1 0,9 0,7 0,6
/”—нормативное сопротивление 1-го слоя грунта по
боковой поверхности ствола сваи, принимаемое
по табл. 11.10; при наличии в основании набив-
ной сваи уширения принимается только
в верхней ее части (см. СНиП П-Б.5-67, п. 5.7);
— толщина 1-го слоя грунта по боковой поверх-
ности ствола сваи.
5.1.2. Вдавливаемые сваи
Расчетное сопротивление свай для воздушных линий
электропередачи, погружаемых вдавливанием в пробу-
ренные скважины (лидеры), при количестве свай под от-
дельные опоры не более трех определяется на осевую
сжимающую нагрузку в соответствии с указаниями
СНиП П-И.9-62 по формуле
Р =кттк (0,57?нГ + ^2^ /,) — 1,10ф, (II.7)
где к—коэффициент однородности грунта, принимае-
мый равным 0,85;
т— коэффициент условий работы, принимаемый
в зависимости от вида фундамента:
» Значе-
Фундамеит иие т
Под прямые промежуточные опоры ... 1
Под прямые анкерные опоры без разности
тяжений проводов в смежных пролетах 0,85
Под анкерно-угловые, угловые, концевые
и анкерные опоры с разностью тяжений
проводов ............................... 0,75
Под специальные опоры через большие
реки, ущелья и т. п................... 0,6 ,
тк — коэффициент условий работы сваи в кусте, при-
нимаемый равным 0,9 при двух сваях в кусте
и 0,8 при трех сваях в кусте (этот коэффициент
вводится при расчете куста, состоящего из двух
или трех свай с глубиной погружения более 4 м
и с расстоянием между их осями 1 менее 6 Ф
где (I — диаметр круглого или сторона квадрат-
ного поперечного сечения сваи);
/?“—нормативное сопротивление грунта под острием
сваи, принимаемое по табл. 11.9 (0,5 — коэффи-
циент, учитывающий влияние скважины-ли-
дера) ;
Р— площадь поперечного сечения сваи в м2-,
С—периметр поперечного сечения сваи в м;
1 Расстояние между осями свай не должно быть
менее 4 <1.
Таблица 11.14
Нормативное сопротивление грунта по боковой поверхности сваи при погружении
ее методом вдавливания в предварительно пробуренные скважины (лидеры) /н в тс/м2
Глубина расположения середины слоя грунта от поверхно- сти в м Пески Супеси сухие и сухие пылеватые пески Суглинки и глины консистенции В
крупные и средние мелкие <0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 >0,6—0,75 >0,75-1
св—100 мм
1 2,6 1,7 1,2 3,5 2,6 1,9 1,5 1,1 0,6 0,45
2 3,1 2,2 1,5 3,9 3,4 2,4 2,1 2,5 1.6 0,65 0,45
3 3,6 2,6 1,9 4,7 4,1 3 1.8 I 0,75
4 4,1 2,8 о 5,2 4,4 3,3 2,9 9 1 0,75
5 4,5 3 2,2 5,4 4,6 3,5 3,2 2,3 1 0,75
6 4,6 3,8 3,6 5,5 4,7 3,6 3,3 2,6 1 0,75
а ~а л ,в—150 мм
1 3,2 2,1 1,3 4 3,1 2,1 1,8 1,3 0,65 0,5
2 3,8 2,7 1,8 4,6 4,1 2,9 2,5 1,8 1 0,5
3 4,3 3,1 2,2 5,5 4,8 3,6 3 2,1 1,3 1
4 5 3,4 2,4 6,1 5,2 3,9 3,3 2,4 1,3 I
5 5,4 3,6 2,6 6,4 5,5 4,2 3,6 3 1,3 I
6 5,5 4,5 4 6,6 5,7 4,4 3,8 3,2 1,3 1 •
Приме1 а н и я: 1. Дл — диаметр лидера (скважины) в мм; Дсв—диаметр круглого или сторона квадратного поперечного
сечения сваи в ММ.
2. Формула (11.7) и табл. И.14 не распространяются на проектирование свайных фундаментов, погружаемых в просадочные
грунты, а также свайных фундаментов из полых железобетонных свай с открытым нижним концом.
3. Для насыщенных водой рыхлых и пылеватых песков, а также супесей расчетное сопротивление свай следует определять
по данным испытаний свай статической нагрузкой.
4. При погружении свай в песчаные грунты вибромолотом или вибропогружателем следует принимать значения указанные
для случая й л=Йсв~1^) мм' при >том диаметр лидера должен быть не более Дсв — 150 мм.
— нормативное сопротивление 1-го слоя грунта по
боковой поверхности сваи, принимаемое по
табл. 11.14;
// — толщина 1-го слоя грунта по боковой поверх-
ности сваи в м;
Оф—вес сваи и части ростверка, приходящейся на
одну сваю, в тс.
5.1.3. Винтовые сваи (см. рис. 11.1)
Расчетное сопротивление винтовых свай (диаметром
лопасти до 1,2 м и длиной до 10 м) вдавливанию или
выдергиванию определяется по формуле
Р = ктРпр, (II. 8)
где к — коэффициент однородности грунта, принимае-
мый равным 0,6 (при использовании результа-
тов статических испытаний к принимается рав-
ным 0,7);
1 т — коэффициент условий работы, принимаемый по
табл. 11.15;
Рпр—предельное сопротивление винтовой сваи, опре-
деляемое по формуле (П.9) или (11.10) либо
по данным испытаний.
Таблица 11.15
Коэффициент условий работы т
Грунты Значения"™ при нагрузке
ВИД состояние сжимаю- щей (вдавли- вающей) выдерги- вающей знако- пере- менной
Глини- стые Твердые, полутвердые и тугопластичные Мягкопл астич иые Текучепластичные 0,8 0,8 0,7 0,7 0,7 0,6 0,7 0,6 0,4
Пески Маловлажные Влажные Водонасыщенные 0,8 0,7 0,6 0,7 0,6 0,5 0,5 0,4 0,3
Супеси Твердые Пластичные Текучие 0,8 0,7 0,6 10,7 «0,6 [0,5 0,5 0,4 0,3
II римечание. При определении расчетного сопро-
тивления свай вдавливанию приведенные характеристики
относятся к грунтам, залегающи» к гиванию — над лопастью. л под лопастью, а выдер-
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
А В
7,1 2,8
7,7 3,3
8,6 3,8
9,6 4,5
П.1 5,5
13,5 7
16,8 9,2
21,2 12,3
26,9 16,5
34,4 22,5
44,5 31
59,6 44,4
с—удельное сцепление грунта в рабочей зоне
в тс/м2-,
у — средневзвешенный объемный вес грунтов,
залегающих от природного рельефа до от-
метки заложения лопасти свай, в тс/м3-,
к— глубина заложения лопасти от природного
рельефа в м;
Р—площадь лопасти в м2 (при работе на вы-
дергивание принимается равной 0,785
(7)2—б!^), а при работе на вдавливание —
равной 0,785 В2; здесь В — диаметр лопа-
сти сваи в м и д. — диаметр ствола сваи
в м)\
/н—удельное сопротивление грунта по боковой
поверхности свай в тс/м2, определяемое по
табл. 11.10;
67 — периметр поперечного сечения ствола сваи
в м\
Ь—длина ствола сваи в м.
Расчетное сопротивление винтовых свай по деформа-
циям определяется по формуле
Р=гтРарг (П.Ц)
Рис. 11.4. Расчетный график зависимо-
сти коэффициента г от отношения 5/7)
Формулы для определения предельного сопротивле-
ния винтовой сваи имеют вид:
сопротивление выдергиванию
- (Ас + Вук) Г + /н 67 (7, - Р); (II. 9)
сопротивление вдавливанию
Р™ = 1,2 (Лс + ВуЛ) Г+/н 67 (I — Б), (И. 10)
где А и В— безразмерные коэффициенты, зависящие от
угла внутреннего трения грунта ср в рабо-
чей зоне 1:
1 Рабочая зона — слой грунта (толщина которого
равна диаметру лопасти), непосредственно примыкаю-
щего к лопасти со стороны ее рабочей поверхности.
3—631
где
г — коэффициент, определяемый по графику
5
рис. 11.4 в зависимости от отношения — (здесь
5 — допускаемое перемещение сваи в м; О —
диаметр лопасти сваи в м)\
т—-то же, что в формуле (П.8);
Рпр—предельное сопротивление винтовой сваи в т,
найденное по формуле (П.9) или (11.10).
Глубина заложения лопасти (диаметром В) от по-
верхности планировки в глинистых грунтах должна при-
ниматься более 57? и не менее глубины промерзания
плюс 7), а в песчаных грунтах более 6Э.
Расстояние между осями винтовых свай при выдер-
гивании следует принимать не менее 1,57), а расстояние
в свету между лопастями винтовых свай при вдавлива-
нии должно быть не менее 1 м.
Шаг лопасти рекомендуется принимать не более
0,42).
Конструкции лопастей винтовых свай рассчитывают-
ся на нормативные нагрузки с коэффициентом перегруз-
ки, равным 1,2.
Контрольное уточнение несущей способности свай
любого вида производится по результатам испытаний
статической нагрузкой.
5.2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ СВАЙ
Для определения предельных и расчетных сопротив-
лений железобетонных свай по результатам их испыта-
ний статической нагрузкой строят графики зависимости
осадки от нагрузки 5=[(Р) и осадки от времени по сту-
пеням нагрузки 5=[(!). Для раздельного определения
с помощью статических испытаний сопротивления грун-
тов под острием и по боковой поверхности сваи приме-
няют инвентарную металлическую сваю-штамп (рис. 11.5),
а под острием и по боковой поверхности цилиндрических
оболочек — специальную схему (рис. 11.6).
Используя график зависимости осадки от нагрузки,
можно в зависимости от вида грунта под острием сваи
определять ее расчетное сопротивление по формуле 1
Ри = Ро>1 к тс (II. 12)
или по формуле2 * *
Ри = Рмакс & тс > Щ • 12а)
где Ро!— нагрузка в тс, принимаемая по графику
5=^(Р) при осадке, соответствующей одной
десятой предельной величины средней осадки
основания фундаментов зданий и сооруже-
ний, приведенной в табл. 11 СНиП И-Б.1-62;
Рмакс — максимальная нагрузка при испытании в тс,
большая или равная 1,5 Р, где Р определяет-
ся по формуле (11.4) *;
к — коэффициент однородности грунта, принима-
емый равным 0,8.
Примеры расчета свай по изложенному методу (рис. 11.7)
1. Проектируется свайный фундамент под промышленное
здание с шагом колонн 6 м. Расчетное сопротивление свай по
формуле (11.4) равно 80 тс. Результаты статических испытаний
свай представлены в виде графика 5=((Р) на рис. 11.7, а. На-
грузка 7’макс при испытании составила 150 тс, т. е. ^макс
Расчетное сопротивление свай при испытании определяется по
формуле (II. 12а)
Рн = 150-0,8 = 120 тс.
2. При том же задании, что в примере 1, результаты ста-
тических испытаний представлены в виде графика 5=^(Р) на
рис. П.7, б. Нагрузка Рмакс при испытании составила 95 тс,
т. е. 7>макс<-1'5^’- Испытание следует повторить.
1 Формула (11.12) используется для расчета при за-
легании под нижними концами свай следующих грун-
тов: пески средней плотности и рыхлые, супеси пла-
стичные и текучие, суглинки и глины тугопластичные,
мягкопластичные, текучепластичные и текучие. Для ука-
занных грунтов осадка при испытаниях свай статиче-
ской нагрузкой не должна быть меньше 30 мм.
2 Формула (II.12а) используется для расчета при
залегании под нижними концами свай плотных песков
(гравелистых, крупных и средних) и твердых глинистых
грунтов. В этом случае максимальная осадка, фикси-
руемая при испытании свай, не лимитируется.
* Если Рмакс по каким-либо причинам меньше 1,5Р,
то испытание следует повторить.
Рис. 11.6. Схема ста-
тического испытания
цилиндрических обо-
лочек большого диа-
метра (1,6 м и более)
раздельным способом
1— анкерные тяги; 2— ан-
керная балка; 3 — допол-
нительная нагрузка;
4— домкрат; 5 — оболоч-
ка; 6—колонка;
7 — штамп
Рис. 11,5. Конструкция сваи-штампа
3. При том же задании, что в примере 1, результаты ста-
тических испытаний представлены в виде графика 3=-((Р)
на рис. 11.7, в. По грунтовым условиям расчетное сопротивлеине
свай при испытании определяется по формуле (11.12), где Рр,!
берется по графику при -$пр“0,1-$ пр ср (^пр.ср пРНнимается
по табл. 11 СНиП П-Б.1-62):
5пр = 0,1-8 = 0,8 см; РОд= 50 Гс:
50-0,8 = 40 тс.
Для определения предельных н расчетных сопротив-
лений винтовых свай производят испытания их статиче-
ской нагрузкой на выдергивание и
вдавливание при воздействии нагру-
зок следующего вида: а) непрерывно
возрастающих ступенями по 2,5—5 тс;
б) возрастающих ступенями по 2,5—
5 тс с выдержкой во времени до ста-
билизации перемещения (т. е. до того
момента, когда за 2 ч наблюдений
перемещение сваи возрастает не бо-
лее чем на 0,1 мм); в) пульсирую-
щих, возрастающих ступенями по
2,5—5 тс (нагрузка и разгрузка до
нуля в пределах каждой ступени осу-
ществляется непрерывно без выдерж-
ки до стабилизации перемещения, но
переход на каждую последующую
ступень нагрузки производится пос-
ле стабилизации перемещения сваи
от предыдущей ступени нагрузки —
перемещение считается стабилизиро-
ванным, если в течение трех циклов
действия пульсирующей нагрузки оно
возрастает не более чем на 0,1 мм);
г) знакопеременных, многократно из-
меняющихся в пределах каждой сту-
пени от — Р (выдергивание) до + Р
(вдавливание) с переходом через
нуль (переход на каждую последую-
щую ступень производится после ста-
билизации перемещения сваи от пре-
дыдущей ступени нагрузки).
При испытании винтовых свай на
выдергивание за предельную прини-
мается такая нагрузка, при которой
выход сваи составляет не более 0,11)
при непрерывно возрастающей на-
грузке и 0,057) при пульсирующей,
знакопеременной или возрастающей
ступенями нагрузке.
5.3. ДИНАМИЧЕСКИЙ МЕТОД
В процессе погружения свай не-
сущая способность их определяется
по динамическим формулам.
Расчетное сопротивление свай,
погружаемых забивкой, определяется
по результатам динамических ис-
пытаний пробных свай по фор-
муле
Пр
Р = кт----
2
(3 + 0,2?
<2 + 9
Величина отказа (погружение
при проектировании определяется
ктпРОН
Р (—Р + пР
\кт >
Рис. 11.7. Определение предель-
ных и расчетных сопротивле-
ний по результатам испытаний
свай статической нагрузкой
а и б — под нижними концами свай
залегают пески гравелистые, круп-
ные и средние плотные, а также
супеси, суглинки и глины твердые;
з — под нижними концами свай за-
легают пески средней плотности,
суглинки и глины тугопластичные
и мягкопластичные, а также супеси
пластичные
— 1
(11.13)
сваи от одного удара)
по формуле
(2 + 0,2?
<2 + 9
см.
(П-14)
п—коэффициент, зависящий от материала сваи
и способа ее забивки (для железобетонных
свай, забиваемых с наголовником, принимается
равным 150 тс/м2);
Г—площадь поперечного сечения сваи (нетто) в м2;
—вес ударной части молота одиночного действия
или дизель-молота в тс;
Н — расчетная высота падения ударной части моло-
та в см;
? — вес сваи и наголовника в тс (для дизель-моло-
тов плюс вес стационарной части молота).
В формулах (11.13) и (II.14) приняты следующие обоз-
начения:
к и т — коэффициенты однородности грунта и условий
работы, принимаемые равными соответственно
0,7 и 1;
При использовании штанговых дизель-молотов про-
изведение (}Н в формулах (П.13) и (П.14) заменяется
энергией удара молота Э (табл. 11.16).
Применение динамических формул облегчается при
пользовании номограммой, приведенной на рис. 11.8.
3;
Таблица 11.16
Средние значения энергии удара Э в тс • см
Дизель-молот Э
марка вес ударной части в тс
С-222А С-268А С-330 Примечани осредненные. 2. Значения энег лены опытным путем 1,25 1,8 2,5 я: 1. Величины эне >гии удара Э могут 61 ИЗ 147 195 ргии удара даны <ть также опреде-
200
кОО
100
гоо-^
303^
* 5(7(7“-
ООО2.
\ 300^
воо\
5 ж<
^1000^
§1100 4
А
э л
Дано ц
Ответл
\ДаноН/е
Сиена
пользования ноногранмои
ударной части иоло^0-
§ /Ж-|
Л а но Д.
1500~-
' ‘-Дано Т
1600-
Рис. 11.8. Номограмма для определения расчетного со-
противления свай по динамической формуле Р = ктР
Пример пользования номограммой
Дано: /?=1225 см2; <?=3000 кгс; <2=3500 кас; -=200.
е
Находим по номограмме 2?=82 т.
Наибольшая сходимость расчетных сопротивлений,
определенных по динамическим формулам, с результата-
ми статических испытаний получается при достижении
нижними концами свай песчаных грунтов. При заглубле-
нии свай в глинистые грунты, особенно водонасыщенные,
естественная структура грунтов в процессе забивки на-
рушается, и они переходят в текучепластичное состоя-
ние. Кроме того, вследствие прилипания грунта к поверх-
ности сваи изменяется инерционная масса. В результате
данные по забивке искажаются. Поэтому использование
динамических формул для определения расчетного со-
противления свай, погружаемых в глинистые грунты,
весьма условно.
Предельная несущая способность оболочек, погру-
жаемых вибраторами без выемки грунта, ориентировочно
может быть определена по приближенной формуле
„ /150^ \
Рпр = ^ —— +0)тс, (11.15)
\ Ап /
где А. — коэффициент, учитывающий соотношение ста-
тического и динамического сопротивлений грун-
та, принимаемый ориентировочно в зависимо-
сти от вида грунта:
Грунты X
Пески и супеси:
водонасыщенные......................... 4,5
влажные................................. 3,5
сухие................................. 3
Суглинки с консистенцией В:
>0,75 ............................. 4
0,75—0,5.............................. 3
0,5—0,25 ............................. 2,5
Глины с консистенцией В:
>0,75 ............................. 3
0,75—0,5................................ 2,2
0,5—0,25 ............................. 2
IV — мощность, расходуемая электродвигателем на
погружение оболочки в кет;
А—амплитуда колебания оболочки, принимаемая
равной половине полного размаха колебания
на последней минуте погружения, в см;
п— число оборотов эксцентриков вибратора в 1 мин;
О — суммарный вес оболочки, наголовника и вибра-
тора в т.
Величина IV определяется по формуле
11 = -^-К*,
где 1] — коэффициент полезного действия электродвига-
теля, принимаемый по паспортным данным
в зависимости от величины Мп;
IV П—мощность, потребляемая двигателем вибратора
на последнем залоге, в квт;
— мощность холостого хода двигателя вибратора,
подвешенного на крюке крана в горизонталь-
ном положении, измеряемая при работе вибра-
тора, в квт.
Сваи, погруженные вибраторами, выборочно испы-
тывают статической нагрузкой.
5.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА СВАИ В КУСТЕ
Расчетная нагрузка на сваю в кусте (нормальная
к плоскости подошвы ростверка) определяется по фор-
мулам:
при фундаменте квадратной или прямоугольной
формы
IV Мх у Му х _
(П.16)
при фундаменте круглой или кольцевой формы
IV 2МХ
— + —
п 2x2
(11.17)
где IV—расчетная нормальная сжимающая сила
в тс;
п—число свай в свайном фундаменте;
Л4Х и Му—расчетные моменты относительно глав-
ных центральных осей х и у в плоскости
подошвы свайного фундамента в тс • м;
хну—расстояния в м (в плане) от главных
осей свайного фундамента до оси сваи,
для которой определяется расчетная на-
грузка;
Х1 11 У1 — расстояния в м (в плане) от главных
осей свайного фундамента до оси каж-
дой сваи.
При расчете свай по несущей спосионости нагрузки
от здания подсчитываются с коэффициентами перегрузок
в соответствии с указаниями СНиП П-А.11-62 по всем
несущим элементам дифференцированно.
При расчете свайных фундаментов по второму пре-
дельному состоянию (по осадкам) нагрузки от здания
или сооружения подсчитываются без коэффициентов пе-
регрузок.
Фактическая нагрузка на сваю в кусте не должна
быть более расчетного сопротивления сваи по материа-
лу и по грунту.
При кратковременных нагрузках (краны, ветер
и т. п.) допускается перегрузка крайних свай в кусте до
20% расчетного сопротивления.
5.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
СВАЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ
НАГРУЗОК
При воздействии на свайный фундамент горизон-
тальных нагрузок его проектируют в предположении
равномерного распределения нагрузок на все сваи фун-
Устойчивость свайного фундамента при действии
горизонтальных нагрузок проверяется по формуле
где 2 Н—сумма внешних расчетных сил, действующих
параллельно подошве ростверка, в тс-,
п — число вертикальных и наклонных свай в фун-
даменте;
Рг—расчетное сопротивление сваи горизонталь-
ной нагрузке в тс, определяемое по резуль-
татам испытаний в зависимости от величины
горизонтального перемещения сваи Дг, за-
данной в проекте (если испытания не произ-
водились, значение Рг при Дг = 1 см прини-
мается по табл. II.17, а при Дг<1 см опре-
деляется интерполяцией между значением
Рг при Дг = 1 см и Рг =0 при Дг=0);
2ЯИ — сумма составляющих продольных расчетных
сил в наклонных сваях, действующих парал-
лельно подошве ростверка, в тс;
ч т—коэффициент условий работы, принимаемый
равным 0,9.
5.6. РАСЧЕТ ОСАДОК СВАЙНЫХ КУСТОВ
Расчет осадок свайных кустов из висячих свай ’
производится на усилия от нормативных нагрузок, рав-
нодействующая которых переносится до уровня нижних
концов свай. При этом к нормативным нагрузкам от
здания или сооружения прибавляется вес грунта и свай
в объеме условного массива аЬсйе[ (рис. 11.9). Для
определения места расположения точек а и [ подсчи-
тывается средневзвешенное значение нормативного угла
внутреннего трения грунта:
Таблица 11.17
Нормативные сопротивления свай горизонтальной нагрузке Рг в тс при горизонтальном перемещении головы сваи
Дг = 1 см
Грунты, залегающие от подошвы ростверка до глубины 1,5 10=кй Расчетная глубина заделки в грунте свай Нормативные сопротивления Рг свай
деревянных диаметром в см железобетонных сечением в см
деревян- ных железо- бетонных 28 30 32 30X30 35X35 40X40
Пески (кроме пылеватых) средней плотности; суглинки и глины тугопластичиые ...... Пески пылеватые; супеси пластичные; суглинки и глины мягкопластичиые - . ч Илы, суглинки и глины текучепластичные , Примечания: 1. к — коэффициент, изменяющийся большая сторона прямоугольного поперечного сечения сваи 2. Если в проекте з_адано дг>1 см, то значение Ргслед< нагрузкой. 4,5 а 5 а 6 а от 4,5 до /ет опреде 6 а 7 а 8 а 8; й — дна лять по рез 2,6 1,4 0,5 метр в ультата 2,8 1,5 0,5 см круг и испыта 2,8 1,6 0,6 лого ил иий сва 6 2,5 1 и сторона Й Г0РИ30Н1 7 3 1,5 квадратн альнойет 8 3,5 2 ого либо этической
дамента. Расчетное сопротивление одиночной сваи, за-
деланной в ростверк, определяется по результатам ис-
пытаний куста свай или в крайнем случае одиночных
свай статической нагрузкой на вдавливание.
Если величина горизонтальной нагрузки, воздейст-
вующей на свайный фундамент, превышает допустимую
горизонтальную нагрузку на вертикальные сваи, то
проектируются наклонные или козловые сваи. Расстоя-
ние между осями наклонных свай в плоскости подошвы
ростверка принимается равным 1,5^ и более, где й —
сторона поперечного сечения сваи.
Ф1 + фг ^2 Н-------И Фп ,тт 1СП
Фер — Щ
где ф1, Фг.—, фп— нормативные значения углов внут-
реннего трения для отдельных пройденных сваями слоев
грунта толщиной соответственно Ц, /г. —, 1п,
I — глубина погружения свай в грунт считая от подош-
вы ростверка.
1 Расчет осадок свайных кустов из свай-стоек, опи-
рающихся на скальные и крупнообломочные грунты, не
производится.
Сопротивление грунта срезу по боковым поверхно-
стям аЬ и е/ условного массива аЬсйе? не учитывается.
Нормативное давление на грунт от равнодействую-
щей нормативных нагрузок, а также от веса грунта
Рис. 11.9. Схема условно-
го массива для расчета
осадки куста свай
/?н—нормативное давление на грунт в плоско-
сти подошвы условного массива, определяе-
мое по формуле (12) СНиП П-Б.1-62.
Осадка фундамента 5 подсчитывается по формуле
(20) СНиП П-Б.1-62. Полученное значение осадки свай-
ного фундамента 5 не должно быть более осадок, допу-
стимых для проектируемого здания или сооружения
(табл. 11 СНиП П-Б.1-62).
6. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РОСТВЕРКОВ
6.1. МОНОЛИТНЫЕ И СБОРНЫЕ РОСТВЕРКИ
и свай в объеме условного массива аЬсйе^ определяется
формуле
.по
где
Ы М
О =--- 4---- <
Рп
М—вертикальная нагрузка
мент от нормативных
/?и,
(11.20)
на свайный фунда-
нагрузок и от веса
условного массива (сваи плюс грунт);
М— момент от нормативных вертикальных на-
грузок относительно центра тяжести фунда-
мента в плоскости подошвы свайного фун-
дамента;
Рм 11 Н'м— соответственно площадь и момент сопротив-
ления условного массива в плоскости его
подошвы а/;
Монолитные ростверки целесообразно применять
при положительной температуре наружного воздуха, ма-
лом количестве однотипных элементов, укладке их
в траншею враспор или с бортовой опалубкой. Моно-
литные ростверки армируются пространственными кар-
касами.
Сборным ростверкам следует отдавать предпочтение
при большом количестве однотипных элементов, необ-
ходимости устройства ростверка в зимнее время, распо-
ложении его подошвы выше поверхности грунта, а так-
же в целях ускорения процесса устройства ростверка.
Вес элементов сборного ростверка, как правило, не дол-
жен превышать 5 т для балочных ростверков и 20 т
для кустовых ростверков.
Рис. 11.10. Примеры сопряжения голов железобетонных свай с ростверком
<1 — ростверк для куста свай, совмещенный со стаканом для установки колонны; б — заделка ого-
ленной стержневой арматуры при эксцентриситете е<0,2а, где а — сторона поперечного сечения
сваи; в — то же, при е>0,2 а; / =35 Л, где (1 — диаметр продольной арматуры, определяемый рас-
четом на эксплуатационные нагрузки; г — сван с арматурой из высокопрочной проволоки н допол-
нительным каркасом в голове, устанавливаемым при недобивке сваи ие более чем на 0,5 м (оголен-
ная высокопрочная проволока и каркас из стержневой арматуры заделываются в ростверк на глу-
бину (П=35Ц; количество стержней каркаса определяется расчетом на эксплуатационные нагрузки
при е>0,2я); д — сваи погружены е недобивкой иа ±10 см- продольная арматура ие оголяется;
^<0,2 а; е — то же, е>0,2 а (величина заделкн головы в ростверк уточняется расчетом на эксплуа-
тационные нагрузки)
Глубина заложения подошвы ростверка принимает-
ся в зависимости от конструктивных решений нулевого
цикла (наличия подвала, технического подполья и про-
екта планировки), а также в зависимости от толщины
ростверка. Отметка верха ростверка под колонны при-
нимается, как правило, на 0,15 м ниже отметки уровня
чистого пола.
эпюре с максимальной ординатой над осью сваи. Дли-
на полуоснования эпюры нагрузки определяется по
формуле
Н = 3,14
см,
Рис. 11.11. Конструкция ростверка с изо-
ляцией от агрессивных грунтовых вод
или от блуждающих токов
1 — изоляция; 2 — сваи железобетонные дли-
ной 12 м, сечением 30X30 см
где Е и Ек—модуль упругости соответственно бетона
ростверка и кладки стены в кгс [см1-,
I — момент инерции поперечного сечения рост-
верка в см4;
Ьк—толщина стены, опирающейся на рост-
верк, в см.
Величина ординаты эпюры нагрузки над гранью
сваи определяется по формуле
I
р0 = кгс/см,
а
а над осью сваи — по формуле
41 /
р = кгс/см,
а
где 7—равномерно распределенная расчетная нагруз-
ка от здания на уровне плоскости подошвы
ростверка в кгс/см\
Ьр— расчетный пролет в см, принимаемый рав-
ным 1,05 Ь (здесь Ь — расстояние между свая-
ми в свету);
I—расстояние между осями свай в см.
Изгибающие моменты и поперечная сила от на-
грузок, возникающих в строительный период, опреде-
ляются по формулам:
Для кустов свай монолитные и сборные ростверки
делаются совмещенными со стаканами для установки
колонн (рис. 11.10).
Марка бетона для замоноличивания колонны в ста-
кан ростверка, а также оголовков на сваи при ленточ-
ных ростверках принимается согласно п. 25 СНиП
П-В.1-62, но не ниже 150.
При толщине швов более 10 см для заделки сты-
ков необходимо применять бетон прочностью не ниже
проектной марки бетона соединяемых элементов. При
меньшей толщине швов допускается применять бетон
и раствор прочностью на одну ступень ниже проект-
ной марки бетона соединяемых элементов.
При необходимости изоляции свай и ростверков от
действия блуждающих токов, а также изоляции рост-
верков от агрессивных грунтовых вод применяется спе-
циальная конструкция ростверка (рис. 11.11).
6.2. РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНЫХ РОСТВЕРКОВ
Расчет ростверка, расположенного лентой под кир-
пичным или крупноблочным зданием, производится ана-
логично расчету рандбалки по указаниям СНиП
П-В.2-62, пп. 9.54 и 9.55, но вместо опор здесь исполь-
зуются сваи.
Ростверк рассчитывается на нагрузки, возникаю-
щие в строительный и эксплуатационный периоды. Кро-
ме того, следует проверять прочность кладки над сваей
на смятие.
Согласно СНиП П-В.2-62, нагрузка от вышележа-
щей кладки передается на ростверк по треугольной
Моп — — 0,083 <7К кгс-см; (11.21)
7Ипр = 0,042 <7К Ьр кгс-см\ (11.22)
С=^-кгс, (11.23)
где — вес свежеуложенной кладки высотой 0,5 I
с коэффициентом 1,1, но не менее веса одно-
го ряда блоков, в кгс/см (если высота кладки
Н от верха ростверка до низа проема менее
’/з /, как показано на рис. 11.12, расчетную
высоту /71 кладки следует принимать от вер-
ха ростверка до верхней грани железобетон-
ной перемычки над проемом).
Рис. 11.12. Схема расче-
та ростверка при высоте
кладки от верха роствер-
ка до низа проема менее
’/з/
/ — перемычка; 2 — ростверк;
3 — свая
Расчетные опорные и пролетные моменты от на-
грузки, возникающие в эксплуатационный период, оп-
ределяются по формулам, приведенным в табл. 11.18.
Таблица 11.1 &
Формулы для определения расчетных опорных А10П и пролетных ЛТПр моментов
Для облегчения вычисления опорных и пролетных
моментов в ростверке можно пользоваться графиками,
составленными в институте Фундаментпроект инженерами
В. Ф. Соколовой и Б. С. Соминской для наиболее
часто встречающихся величин ширины ростверка и тол-
щины стен из кирпича марки 100 (рис. П.13—И.17)..
Рис. ПЛЗ. График для определения опорных и пролетных моментов в
риной 6 = 40 см при ширине цоколя
ростверке высотой 6=30 и 40 см.
6К=38 см
ши-
Рис. 11.14. График для определения опорных и пролетных моментов в ростверке высотой 6=30 и 40 см, ши-
риной 6=40 см при ширине цоколя 6К = 51 см
Рис. 11.15. График для определения опорных и пролетных моментов в ростверке высотой 6—30 и 40 см,
шириной 6=50 см при ширине цоколя 6К=51 см
Рис. 11.16. График для определения опорных и пролетных моментов в ростверке высотой 6—30 и 40 смг
шириной 6=50 см при ширине цоколя 6к = 55 см
Рис. 11.17. График для определения опорных и пролетных моментов в ростверке высотой й=30 и 40 см, ши-
риной 6 = 60 см йри ширине цоколя 6к=64 см
Пример пользования графиками на рис. 11.13—11.17.
Дано (см. рнс. 11.15): ширина цоколя дк=51 см, кирпич
марки 100 на растворе марки 50; ширина ростверка 6=50 см; вы-
сота ростверка Л=40 см; бетон марки 150; расстояние между
осями свай /—2 м; сторона поперечного сечения свай а=30 см;
длина расчетного пролета 1^= (2—0,3)1,05=1,78 м; 9=20 тс/пог. м.
На оси Ьр откладываем 1,78 м и из найденной точки вос-
ставляем перпендикуляр / до пересечения в точках а и б
с соответствующими заданным условиям кривыми для про-
летного и опорного моментов. Из точек а и б проводим гори-
зонтальные прямые 2а и 2$. На оси д откладываем 20 тс!пог. м
и из найденной точки восставляем перпендикуляр 3 до пересе-
чения с прямыми 2я и 2 & в точках г и в. Получаем Л4Пр=
=2,4 тс м, М0П =5 тс • м.
Прочность кладки над сваей на смятие проверя-
ется путем соблюдения условия
^-<₽см, (П.24)
Йк
где /?см — расчетное сопротивление кладки на смятие
(местное сжатие).
/?см определяется по формуле
₽см=У₽ = 1/Г (П-25)
г ‘см
где Р — нормативное сопротивление, принимаемое со-
гласно указаниям п. 4.15 СНиП П-В.2-62;
Р— расчетная площадь сечения в см2 [при 1>а* +
4- 24 4- 26к площадь Р = ЬК (а 4- 24 4" 26к);
при а 4- 24 < I < а + 24 + 26к площадь Р = Ьк I;
при / <а4-24 площадь Р = РСм, %см = В]'>
рси— площадь смятия в см2 [если 6К<6** 1, то
рсм = Ьк (а 4- 24), а если Ьк > Ь, то Рси = Ь(а + 24)] .
* а — сторона поперечного сечения сваи в см.
** Ь — ширина ростверка в см.
в.З. РАСЧЕТ РОСТВЕРКОВ ДЛЯ КУСТОВ СВАИ
6.3.1. Расчет на продавливание1
Этот расчет может производиться по одной из сле-
дующих формул 2а
при Ь > о4-2Л0
при Ь < о4-2й0
Р
(о 4“ Йо) й0
< кРр;
С Л/?р,
(11.26)
(11.27)
где Р — расчетная продавливающая сила, равная сум-
ме реакции всех свай, расположенных за пре-
делами плоскости продавливания (рис. П.18)]
а — сторона колонны в плоскости продавливания]
йо— рабочая высота ростверка от оси нижней ар-
матуры до верха ростверка (при толщине сте-
нок стакана менее двух третей высоты верх-
ней ступени рабочая высота ростверка прини-
мается от оси нижней арматуры ростверка до
дна стакана);
к— безразмерный коэффициент, зависящий от от-
ношения с/йо (с—расстояние по горизонтали
от грани колонны до грани рассматриваемого
ряда свай в плоскости продавливания):
1 Реактивное давление грунта между сваями не учи-
тывается.
2 Формулы используются в институте Фундамент-
проект при проектировании свайных фундаментов.
с/Лд, .... 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2
к......... 0,75 0,79 0,84 0,9 0,97 1,05 1,14 1,25 1,38
Рр— расчетное сопротивление бетона растяжению
(принимается в зависимости от марки бетона
по п. 3.3 СНиП П-В.1-62);
Ь — сторона подошвы ростверка, параллельная гра-
ни пирамиды продавливания.
Рис. 11.18. Схема расчета
ростверка на продавливание
1 — колонна; 2 — сваи; 3 — плоскости продавливания
6.3.2 Расчеты на изгиб
и на образование наклонных трещин
Л^Н^см^см, (П.29)
где IV — расчетная нагрузка, приложенная к части рас-
сматриваемого сечения (местная или сумма
местной и основной нагрузки);
Ц— коэффициент, принимаемый равным единице
при равномерном распределении нагрузки по
площади смятия;
Рем — расчетное сопротивление бетона при местном
сжатии, определяемое по формуле /?см=,У^пр
(здесь у=У Р/Рсм ’> расчетная площадь сече-
ния Р принимается согласно указаниям п. 6.12
СНиП П-В.1-62);
Рем — площадь смятия.
И
При расчете ростверков на про-
давливание, изгиб и образование на-
клонных трещин толщина ростверка
ниже дна стакана должна быть не
менее 40 см.
Рис. 11.19. Схема расчета стенок ста-
кана под колонну
Расчет на изгиб производится как для консоли
на действие реактивных нагрузок от свай относительно
линии, проходящей через грань колонны или ступени.
Рабочая высота ростверка Ло принимается до верха
ростверка.
Расчет на образование наклонных трещин (как кон-
соли) производится по одной из следующих формул:
при 6>а+Л0
Р = (а + Ло)ЛоКР; (II.26а)
при Ь<а+Н0
Р = ЬН0Рр, (II.27а)
где Р — суммарное усилие в сваях, расположенных
между плоскостью, проходящей через грань
колонны или ступени, и ближайшим краем
ростверка.
Рабочая высота ростверка й0 во всех случаях при-
нимается до его верха.
6.3.3. Расчет на прочность стенок стакана
При действии на ростверк момента М и нормаль-
ной силы IV (рис. 11.19) расчет стенок стакана произво-
дится по формуле
Лк
Мх = М — 11~.
х 2
(11.28)
Расчет стенок стакана на внецентренное сжатие
производится в соответствии с указаниями п. 7.47 «а»
и «б» СНиП Н-В.1-62.
Участок ростверка под колонной необходимо про-
верить на смятие в соответствии с указаниями п. 6.11
СНиП П-В.1-62 по формуле
* При с/Л0>1 продавливание происходит по пира-
миде с углом наклона боковых граней 45°; при проме-
жуточных значениях с/Л0 коэффициент к определяется
интерполяцией.
7. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ
СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
7.1. для ЖИЛЫХ ЗДАНИИ
Существует несколько типов свайных фундаментов,
применяемых в зависимости от характера нагрузок,
а также расположения и конструкции несущих элемен-
тов здания.
Для каменных зданий высотой до пяти этажей, на-
пример серии 1-447С, сваи располагают по осям про-
дольных несущих стен в один ряд (рис. 11.20) или
в два ряда (при сваях, допускающих малые нагрузки).
Шаг свай во всех случаях принимают в зависимости от
погонных нагрузок от здания и расчетных нагрузок на
сваи, но не менее Зс! (д — сторона или диаметр попе-
речного сечения свай). При отсутствии подвала или
технического подполья ростверк укладывают по голо-
вам свай так, чтобы верх его располагался на глубине
0,15 м от планировочных отметок.
Для крупнопанельных зданий высотой до пяти эта-
жей с техническим подпольем, например серии 1-464А
(рис. 11.21), серии 1-335 (рис. 11.22) и серии 1-467 (рис.
11.23), сваи располагают по осям несущих поперечных
стен. Головы свай могут выступать над полом техни-
ческого подполья на такую высоту, чтобы верх роствер-
ка располагался непосредственно под полом первого
этажа.
Для крупнопанельных каркасных домов повышенной
этажности сваи располагают кустами, а ростверк возво-
дят со стаканом для установки колонны.
Для крупнопанельных бескаркасных домов повы-
шенной этажности сваи располагают по осям несущих
стен в один или два ряда.
7.2. ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИИ
Свайные фундаменты для промышленных зданий
и сооружений в основном бывают следующих типов:
квадратной, прямоугольной и трапецеидальной форм
о
>--6000-
7 8 3
2400
10
11
-------------------16800---------------
12 13 14 15 16 17 18 13 20
2400 \
21 22
— 6000—*
23 24 25
1
32
83
84
5
4
33
34
5152 53 54 555Ь
'$7 58
3
2
50 49 48 47 46
за
85
82
27
31
86
5960 61 62 63 64 65 66 67 68 63 70 7172
73 74
81
28\
7576 77 78 7380
35
36
Контур ростберка.
87
88
45 44 43 42 41 40\ 39 38 37
23
30
36 35 34 33 32
31
33600
Рис. 11.20. Свайное поле
для жилого здания серии 1-447С
\ а25 30 ,31 32 зз_ 34 35 ,36 >7 Т 4’
\60 )— ' — & э )57 ) « ) ф < $3 137 43 5 8
О27 ( -Л Р ( Д —ч 55 > <р —( р л Г - .5» =С
Г \1760
0092 1_Ь
</^ С ]03_ —< С Д. □ < к )^7 . 39 г > - > -ч 1оо
/45 150 № 354 155 ПВО
< ,/м ( ' V /40 . ^52 > —< ) < /53 т~~ • зии
& 2500
/4/ 1/44 Д7-1^
,,168 ' ,167 \166 , > ЬбЗ Ьб2 ' > \м ^159
2601 1*2 \_3200 260 9*2 3200 . 2600*3 1 _ 3200 _
Рис. П.22. Свайное поле для крупнопанельного
здания серии 1-335
Рис. 11.21. Свайное поле для крупнопанельного здания серии 1-464А
80000
Рис. 11.23. План свай и оголовков для крупнопанельного здания серии 1-467
в расположением свай кустами (под колонны, столбы,
стойки рам и т. п.), площадные с расположением свай
под всем зданием или сооружением, фигурные с рас-
положением свай соответственно опорным несущим эле-
ментам (под разные сооружения, оборудование и т. п.).
Во всех случаях ростверк совмещается со стаканом
для колонн.
7.3. ПОД ОТДЕЛЬНО СТОЯЩИЕ АГРЕГАТЫ
Свайные фундаменты под отдельно стоящие агре-
гаты, такие как силосы, резервуары и др., решаются
с расположением свай под круговые несущие элементы.
8. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАЙ
Железобетонные сплошные сваи квадратного сече-
ния типовых конструкций изготовляют, как правило,
в металлической опалубке на действующих заводах же-
лезобетонных изделий полигонным или стендовым спо-
собом. Сваи длиной от 3 до 6 м можно изготовлять
также на вибростолах. Напряженно-армированные сваи
с высокопрочной проволокой или со стержневой арма-
турой изготовляют на стендах длиной 50—100 м. Сваи
длиной до 8 а можно также изготовлять электротер-
мическим способом.
Железобетонные сваи квадратного сечения с круг-
лой полостью длиной от 3 до 8 м изготовляют на ма-
шинах, предназначенных для изготовления многопустот-
ных настилов.
Железобетонные полые сваи круглого сечения и
цилиндрические оболочки изготовляют на центрифугах
длиной до 12 м.
Железобетонные сваи квадратного сечения с ка-
муфлетным уширением изготовляют в такой последо-
вательности: а) бурение скважин диаметром 400 мм;
6) установка обсадной трубы с воронкой; в) опуска-
ние в скважину заряда ВВ и заполнение ее литым бе-
тоном марки 200; г) производство взрыва и образование
полости; д) дополнение скважины бетоном до заданной
отметки; е) извлечение обсадной трубы; ж) забивка
железобетонной сваи.
Железобетонные набивные сваи Страуса диаметром
325—400 мм изготовляют в такой последовательности:
а) бурение скважин; б) установка обсадной трубы;
ч) заполнение скважин бетоном отдельными порциями
с постепенным трамбованием его и постепенным извле-
чением обсадной трубы.
При применении этих свай для усиления фундамен-
тов деформированных зданий каждая производственная
свая обжимается домкратом (с упором в систему ба-
лок) под действием нагрузок от здания, равных 90%
фактических нагрузок.
Железобетонные набивные частотрамбованные сваи
изготовляют непосредственно на строительной площадке
в такой последовательности: а) забивка молотом оди-
ночного действия инвентарной трубы наружным диа-
метром 406 мм (диаметр нижнего уширенного ободка
422 мм) с теряемым чугунным башмаком; б) опускание
в трубу арматурного каркаса и установка в устье трубы
приемной воронки, через которую подается бетон;
в) заполнение трубы литым или пластичным бетоном
марки 150—200 на щебне крупностью не более 3 см
в два-три приема в зависимости от длины сваи (после
загрузки каждой порции бетона приемную воронку из-
влекают, а молот опускают на трубу); г) присоединение
к трубе и молоту специальной тяговой конструкции;
д) включение молота, производящего 60—80 ударов
в 1 мин по трубе (от каждого удара вверх труба извле-
кается на 3—4 см. а от удара вниз труба погружается
на 1,5—2 см)—периодическими ударами вверх и вниз
бетон трамбуется. В течение всего периода извлечения
трубы над нижним концом ее должен оставаться слой
бетона высотой 1—2 м.
Железобетонные буронабивные сваи изготовляют
непосредственно на строительной площадке в такой пос-
ледовательности: а) бурение скважин диаметром 400—
600 мм станками АВБ-400 или УРБ-ЗАМ с закрепле-
нием стенок скважин глинистым раствором объемным
весом 1,2—1,4 тс!м?\ б) расширение скважин ниже за-
боя специальным шарнирным расширителем; в) запол-
нение скважины литым бетоном марки 150—200 на
щебне крупностью не более 3 см через плавающую во-
ронку с трубой, диаметр которой меньше диаметра
скважины (вследствие разности объемных весов бетона
и глинистого раствора бетон выдавливает глинистый
раствор через зазор между трубой и стенкой скважин);
на окончание изготовления сваи указывает появление
бетона из устья скважины.
Железобетонные набивные сваи с камуфлетным
уширением изготовляют в такой последовательности:
а) бурение скважины автоямобуром диаметром 400 мм;
б) опускание в скважину обсадной трубы с приварен-
ной воронкой; в) установка заряда ВВ и заполнение
скважины литым бетоном марки 150—200 (осадка ко-
нуса 12—16 см) в объеме, необходимом для заполне-
ния полости, образующейся после взрыва; г) производ-
ство взрыва и добавление бетонной смеси пластичной
или литой консистенции; д) уплотнение бетона глубин-
ными электровибраторами; е) забивка в свежий бетон
арматурных стержней для связи головы сваи с рост-
верком.
Металлические трубчатые сваи диаметром 300—•
600 мм с закрытым нижним концом погружают до за-
данной отметки и после этого заполняют бетоном.
Свая может опускаться отдельными звеньями, сваривае-
мыми на месте по мере погружения.
Металлические сваи из балок или швеллеров изго-
товляют из прокатных двутавровых балок или швелле-
ров, к полкам которых для увеличения жесткости при-
варивают ребра жесткости.
Заготовка деревянных длинномерных свай длиной
более 16 м весьма сложна как по условиям отбора
бревен такой длины, так и по транспортировке их из
лесной делянки. Для деревянных свай должны приме-
няться лесоматериалы (преимущественно сосна и лист-
венница) в соответствии с требованиями ГОСТ 9463—60
и ГОСТ 8486—66.
9. МЕТОДЫ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ
ПО УСТРОЙСТВУ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
9.1. ПОГРУЖЕНИЕ СВАЙ ЗАБИВКОЙ МОЛОТАМИ
Погружение свай забивкой молотами можно осуще-
ствлять при любых сжимаемых грунтах.
В настоящее время наибольшее применение для по-
гружения свай получили штанговые дизель-молоты, хо-
тя и уступающие механическим молотам одиночного
действия в величине энергии удара, однако имеющие
существенное’ преимущество автономности, не нуж-
даясь в компрессоре или паровом котле. В последнее
время для погружения свай начинают применять труб-
чатые дизель-молоты, которые обладают повышенной
энергетической мощностью по сравнению со штанго-
выми, хорошо заводятся при любых грунтах, в том
числе и при слабых, и могут нормально эксплуатиро-
ваться при отрицательных температурах воздуха.
Для успешного погружения свай молотами одиноч-
ного действия и штанговыми дизель-молотами необхо-
димо, чтобы отношение веса ударной части молота
к весу сваи было не менее 1,5 при плотных грунтах,
не менее 1,25 при грунтах средней плотности и рав-
но единице при слабых водонасыщенных грунтах. Чем
больше будут указанные отношения, тем меньше бу-
дет величина недобнвок свай и количество случаев не-
добивок.
При применении трубчатых дизель-молотов отноше-
ние веса ударной части молота к весу сваи может быть
снижено до 0,7—0,8.
В целях обеспечения правильного погружения свай
согласно заданному проектом положению необходимо
в начальной стадии забивки (при погружении сваи на
глубину 1,5—2 м) поднимать молот на высоту 0,3—
0,4 м.
9.2. ПОГРУЖЕНИЕ СВАИ ВИБРАТОРАМИ
Успешное применение вибропогружателей (табл.
11.19) для устройства свайных фундаментов возмож-
но только в водонасыщенных песчаных грунтах и связ-
ных грунтах текучей и текучепластичной консистенции.
Большое значение для успешного вибропогружения
имеет вес вибратора, например, для погружения свай
длиной 12—15 м в слабых грунтах он должен быть не
менее 5 т, г в плотных грунтах — не менее 7,5—10 т.
9.3. ПОГРУЖЕНИЕ СВАИ
ВИБРОВДАВЛИВАЮЩИМИ АГРЕГАТАМИ
В целях увеличения веса вибропогружателей соз-
даны вибровдавливающие агрегаты ВВПС-20/11 п
ВВПС-32/19 (дополнительный вес от установки в пер-
вом случае составляет 11 т, а во втором—19 т). Эти
агрегаты используются преимущественно для погруже-
ния свай сечением 30X30 см, длиной до 6 м, пред-
назначенных для линий электропередачи. В отдельных
случаях указанные агрегаты используются и для жи-
лищного строительства.
Поскольку вибровдавливающие агрегаты не обла-
дают необходимой мощностью для полного погруже-
ния свай при встрече плотных прослоев грунтов
в комплект их включено сменное оборудование, поз-
воляющее до начала погружения свай бурить лидер-
ные скважины диаметром, несколько меньшим или
равным стороне сваи. Лидерные скважины проходятся
станками вращательного или шнекового бурения. Глу-
бина лидерных скважин может быть на 20—30% мень-
ше длины свай.
Кроме указанных вибровдавливающих агрегатов
существует вдавливающий агрегат конструкции Орг-
энергостроя АВС-35.
Агрегаты для вдавливания можно применять толь-
ко при связных грунтах текучей и текучепластичной
консистенции и сваях длиной до 6—7 м.
Таблица 11.19
Технические данные вибропогружателей
1 Параметры ВП-1 ВП-3 ВП-30 ВП-80 ВП-160 ВП-170 В П-250 ВУ-1,6
Возмущающая сила в тс Максимальный момент эксцентриков 17,5 43,2 39-57 59—91 100—160 100—170 184-280 96
в кгс • л* 100 236 202 275 352 510 565 346
Число оборотов грузовых валов в 1 мин , 408 408 414—505 408—545 404—505 408—550 540—667 498
Число грузовых валов * . < 4 4 4 4 8 8 2 4
Мощность электродвигателя в кет , , . 60 100 75 100 160 160 250 2X75
Габаритные размеры в мм:
высота 1975 2130 1988 2432 3326 3750 2232 1800
ширина 1100 1540 1759 1447 1226 1425 1894 2700
длина 860 1560 1822 1955 2050 2050 2380 2700
Вес вибропогружателя в т >»>,«. . , 4,5 8 6,1 9,2 11,2 13,3 11 И I 1
Тип вибропогружателя следует выбирать в зави-
симости от веса погружаемой оболочки и физико-ме-
ханических свойств грунта. Для ориентировочного вы-
бора параметров вибропогружателей в зависимости от
диаметра погружаемых оболочек можно пользоваться
табл. 11.20.
Таблица 11.20
Параметры вибропогружателей при различной величине
диаметра погружаемых оболочек
1 Диаметр } оболочек в м Момент эксцент- риков вибропо- гружателя в кгс-м Возмуща- ющая сила в тс Мощность электро дви- гателя в кет
1 : 0,4; 0,6 100—200 27-50 60—100
: 0,6—1,6 200-300 50-100 80—100
1,6-2 300—500 100-150 100—160
Существенным преимуществом способа вдавлива-
ния является возможность точного погружения свай
при достаточно высокой производительности — 30—
35 свай длиной до 6 м в смену одним агрегатом.
9.4. ПОГРУЖЕНИЕ СВАИ ПОДМЫВОМ
Подмыв целесообразно применять при погруже-
нии длинных свай, а также при прорезании плотных
прослоев несвязных грунтов (песков и супесей).
В глинистых грунтах, а также вблизи существующих
зданий и сооружений во избежание размыва грунта под
подошвой фундаментов и просадки последних подмыв
применять не следует.
Как правило, подмыв применяется в сочетании
с забивкой молотами, т. е. на последнем метре до
проектной отметки свая добивается молотами. В неко-
торых случаях, например в слабых илистых грунтах
при длине сваи до 10—12 м, возможно применение
подмыва без забивки молотами.
Для погружения длинных свай наиболее целесо-
образно применять центральный подмыв, а в осталь-
ных случаях — боковой подмыв, осуществляемый с по-
мощью двух подмывных труб, снабженных наконечни-
ками (рис. 11.24). Подмывные трубы являются инвен-
тарными и после окончания подмыва извлекаются.
Необходимые для проведения подмыва величины
напора и расхода воды в зависимости от грунтов
и глубины погружения свай приведены в табл. 11.21.
Рис. 11.24. Конструкции наконечников для под-
мывных труб
а — с центральным выходным отверстием; б — с бо-
ковыми выходными отверстиями
Таблица 11.21
Расходы и напоры воды, необходимые для проведения подмыва
Г руиты Глубина по- гружения сваи в грунт в м Необходимый иапор у нако- нечника под- мывной тру- бы в ат Внутренние диаметры центральных подмывных труб 4 в мм и расход воды на сваю О в л/мин прн диа- метре сваи в см
30—50 50—70
О а
У 5-15 4—8 37 400—1000 50 1000—1500
Илы, илистые пески, мелкозернистые пески, супеси ( 15-25 8—10 68 1000—1500 80 1500—2000
Пески и супеси слежавшиеся, пески с примесью гравия у 5—15 6—10 50 1000-1500 68 1500—2000
и гальки ( 15—25 10—15 80 1500—2500 106 2000—3000
Примечание. Через тире указаны величины расхода воды для минимальной и максимальной глубины погружения сваи.
10. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СВАЙ
И МЕТОДОВ ИХ ПОГРУЖЕНИЯ
Таблица П.22
Тип свай Методы погружения или изготовления свай Сечение или диаметр в см Длина в м Ориентировочная расчетная нагрузка в тс Область применения
Сваи сплошные квадратного сечения Забивка молотами 20x20—45x45 3—25 15—160 При любых сжимаемых грунтах, в том числе проса- дочных и набухающих. Огра- ничивается применение: . а) при иасыпях. в которых имеются включения обломков кирпичной кладки, бетонных и других камней, остатков деревянных срубов и т. д.; б) при возможности повреж- дения смежных существую- щих зданий от сотрясений при забивке; в) иа площад- ках, неустойчивых в ополз- невом отношении
То же Погружение вибра- торами 20X20—45X45 3—25 15—160 (с учетом коэффици- ентов, указанных на стр. 31) Прн водонасыщеиных пес- ках, текучих, текучепластич- иых и мягкопластичных су- песях, суглинках и глинах
10. Рекомендуемая область применения различных конструкций свай и методов их погружения
49
Продолжение .табл. 11.22
Тип свай Методы погружения пли изготовления свай Сечение или диаметр в см Длина в м Ориентировочная расчетная нагрузка в тс Область применения
Сваи сплошные квадратного сечения Погружение вибро- вдавливаиием агрега- том ВВПС-20/11 или ВВПС-32/19 20Х20-30Х.30 3-6 . До 35 При водонасыщенных пес- ках, текучих, текучепластич- ных и мягкопластичных су- песях, суглинках и глинах, а также при суглинках туго- пластичной консистенции с предварительным бурением лидерных скважин. Преиму- щественно применяются для опор высоковольтных линий электропередачи
То же Погружение вдавли- ванием с помощью груза весом 40—50 тс 20X20—30x30 3—10 До 20-25 При текучих и текучепла- стичиых суглинках
» Забивка молотами в предварительно про- буренные скважины диаметром, равным стороне поперечного сечения сваи 20X20—35X35 До 12 До 40-60 При связных грунтах лю- бой консистенции
> Опускание в сква- жины диаметром больше диагонали по- перечного сечения сван 20X20—35X35 « 12 До 20—25 с конт- рольной проверкой статическими испыта- ниями При любых грунтах, если забивка свай невозможна, а нижние концы свай по кон- структивным соображениям должны быть доведены до заданной отметки
» Погружение с под- мывом и добивкой на последнем метре мо- лотами 30X30—40X40 8-20 Аналогично забив- ным квадратным сва- ям При песках и супесях, а также при текучих и текуче- пластичиых суглинках. Ис- ключается применение в гли- нистых грунтах, а также вблизи зданий с фундамен- тами на естественном осно- вании
Сваи сплошные пря- моугольного сечения Забивка молотами 1 25X36 До 12 То же При любых сжимаемых грунтах. Преимущественно применяется для сооруже- ний, в которых иа сваи пере- даются горизонтальные на- грузки (подпорные стенки, набережные и др.). Нецеле- сообразно применение взамен квадратных свай при нали- чии только вертикальных на- грузок. Исключается приме- нение при возможности по- вреждения смежных сущест- вующих зданий от сотрясе- ний при забивке
Сваи квадратного сечения со сквозной круглой полостью То же 25X25; 30X30 и 40x40 До 6-8 Аналогично забив- ным квадратным сва- ям, но не должна пре- вышать нагрузки по материалу с учетом площади нетто При связных грунтах с консистенцией, не превышаю- щей тугопластичиую. а так- же при песках и супесях средней плотности
Полые сваи кругло- го сечения с откры- тым нижним концом > До 80 Одно звено до 12, состав- ные нз не- скольких зве- ньев до 40 То же При прорезании связных грунтов с консистенцией, не превышающей тугопластич- иую, и опирании нижних концов иа относительно плот- ные грунты. Исключается применение при возможности повреждения смежных суще- ствующих зданий от сотрясе- ний при забивке
Продолжение табл. 11.22
Тип свай Методы погружения или изготовления свай Сечение или диаметр в см Длина в м Ориентировочная расчетная нагрузка в тс Область применения
Полые сваи кругло- го сечения с откры тым нижним концом Погружение вибра- торами До 80 Одно звено до 12, состав- ные из не- скольких звеньев до 40 То же, с учетом коэффициентов, ука- занных на стр. 31 При прорезании водонасы- щенных песков или связных грунтов и заглублении в от- носительно плотные грунты
Полые сваи кругло- го сечения с закры- тым нижним концом Забивка молотами или погружение виб- раторами . 80 Одно звено до 12, состав- ные из не- скольких зве- ньев до 20 Соответстйенно при- меняемому способу погружения При связных водонасыщен- ных грунтах текучей и те- кучепластичной консистен- ции. залегающих мощным слоем
Сваи-оболочки Погружение тяже- лыми вибраторами ВП-80, ВП-160 , 300 До 50 Определяется по формулам (II.2) и (11.6) и проверяется контрольными стати- ческими испытаниями При любых сжимаемых грунтах, за исключением твердых глинистых, а также мощных прослойков галеч- ников, скальных н крупнооб- ломочных грунтов
Набивные сваи Страуса Бурение скважин и заполнение их бето- ном 32,5 и 40 . 12 Аналогично фунда- ментам глубокого за- ложения с дополни- тельным учетом со- противления грунтоц по боковой поверхно- сти, но не более 30—35 Применяются преимущест- венно для усиления фунда- ментов деформированных зданий
Частотой мбова иные сваи Забивка молотами 42 . 20 Аналогично забив- ным сваям, но не бо- лее 70—80 При любых сжимаемых грунтах, за исключением илов и связных грунтов в текучем состоянии, и при температуре наружного воз- духа не ниже —5° С
Набивные сваи е камуфлетным ушире- нием Бурение скважин, взрыв для образова- ния уширенной по- лости и заполнение скважин пластичным или литым бетоном ) Диаметр ствола 40, диаметр ка- муфлетного уширения до 120 , ю Аналогично фунда- ментам глубокого за- ложения с дополни- тельным учетом со- противления грунтов по боковой поверхно- сти . Возможно применение для отдельных зданий и соору- жений при обеспечении круг- лосуточного пооперационно- го контроля за сплошностью бетонного ствола и каму- Флетного уширения. Исклю- чается применение при водо- насыщенных и пылеватых песках, текучих и текучепла- стичных связных грунтах и скальных грунтах, при воз- можности повреждения взры- вами смежных зданий и соо- ружений или нарушения нор- мального движения транс- порта вблизи строительной площадки, а также при тем- пературе наружного воздуха ниже —5° С
Сваи с камуфлет- ным уширением и сборным стволом Бурение скважин, взрыв для образова- ния уширенной поло- сти, заполнение по- лости литым или пла- стичным бетоном, опускание в скважи- ну сваи сечением ЗОХ ХЗО или 35X35 см. за- полнение зазора меж- ду сваей и стенкой скважин литым песча- ным бетоном 45—60 . 12 То же То же — _ _ (
Продолжение табл. 11.22
Тип свай Методы погружения или изготовления свай Сечение или диаметр в см Длина в м Ориентировочная расчетная нагрузка в тс Область применения
Сваи с камуфлет- иым уширением и за- бивным металличе- ским или железобе- тонным полым ство- лом с закрытым ииж- иим концом Забивка ствола с закрытым нижним концом, опускание заряда и прикрытие его литым бетоном, взрыв. образование полости. заполнение ее бетоном и заполне- ние полого ствола ли- тым бетоном Диаметр ствола 50—60, диаметр уши- рения до 120 До 12 Аналогично забив- ным сваям по Форму- ле (П.6) с понижаю щими коэффициента- ми согласно табл. 11.13 Возможно применение при передаче иа сваи нагрузок до 100—120 тс и любых грун- тах, кроме скальных. Исклю- чается применение при воз- можности повреждения взры- вами смежных зданий или сооружений, нарушения нор- мального движения транс- порта вблизи строительной площадки, а также при тем- пературе наружного воздуха ниже —5° С
Буронабивные сваи с уширением в ниж- ней части Бурение скважин с закреплением стенок глинистым раствором или обсадными труба- ми, бетонирование скважины литым бе- тоном, выдавливаю- щим глинистый рас- твор, уширение ниж- ней части при помо- щи специального рас- ширителя Диаметр ствола 40—60, диаметр уши- рения 80—160 . 14-16 Из расчета нагруз- ки по площади уши- рения не более 50 кгс/см2 Возможно применение во всех случаях, когда забивка сваи не может быть выпол- нена (вследствие влияния со- трясения на смежные здания и сооружения. отсутствия сваебойного оборудования, наличия в толще прорезае- мых грунтов крупных вклю- чений, препятствующих за- бивке свай и др.). Не реко- мендуется применение, когда уширение устраивается в пес- ках и при температуре на- ружного воздуха ниже —5° С
Буронабивные сваи без уширения в ниж- ней части То же, за исключе- нием работ, связан- ных с образованием уширения 40—60 . 14-16 Из расчета нагрузки по площади ствола ие более 50 кгс/см'1 То же
Винтовые сваи Завинчивание в грунт при помощи специального само- ходного агрегата Диаметр ствола 40, диаметр ло- пасти до 120 । . 8 Определяется по формуле (11.9) или (11.10) Рекомендуется применять при любых сжимаемых грун- тах для зданий и сооруже- ний. в ко.орых основные не- сущие элементы восприни- мают выдергивающие нагруз- ки (линии электропередачи, мачты и др.). Исключается применение при торфах, илах и других слабых грунтах
Деревянные сваи Забивка молотами 22—36 Длина цель- ного ствола 6,5—12 Определяется проч- ност ью ма гериала свай и проверяется по грунту Допускается применение в лесистых районах, где лес является местным строитель- ным материалом, пои отмет- ке верха сваи ниже стабиль- ного уровня грунтовых вод не менее чем на 0.5 м
11. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОГРУЖЕНИЯ СВАЙ
Технические данные машины МЗС-13,
предназначенной для завинчивания свай
Базовая машина........................Автомашина
КРАЗ-214
Мощность двигателя в л. с............ 205
Максимальный крутящий момент в тс • м 15
Максимальная осевая пригрузка, переда-
ваемая на сваю, в тс................. 4,5
Возможный предел наклона сваи в град . 45
Скорость завинчивания сваи в об/мин. . .
Потребная мощность для завинчивания
сван в л. с..............................
Максимальная сменная производительность
при длине свай 6 м и диаметре лопасти
0,8 м (в сваях).........................
Габаритные размеры в транспортном по-
ложении в мм:
8
длина ............................
ширина ............. .............
высота ...........................
Полный вес машины в т................
Количество обслуживающего персонала . .
1,62—7,3
45
10 120
3 155
4 200
22
2
Технические данные навесного сваебойного
оборудования на базе крана МРСК-ЮО
Высота направляющей стрелы в лс
полная................................... 13.4
полезная................................... 7,5
Максимальный вылет стрелы в м ... . 14,6
Грузоподъемность установки прн наиболь-
шем вылете стрелы в т................... 8
Рабочий орган........................... Дизель-мо-
лот С-268
Лебедка для подтаскивания свай .... Т-224
Суммарная мощность электродвигателей
в квт................................... 44,5
Скорость передвижения установки в км/ч 18
Вес установки в г............................ 44,9
В том числе навесного оборудования ... 1,8
Габаритные размеры в мм:
длина....................................... 18 700
ширина ................................... 6 500
высота................................... 13 600
Организация, разработавшая рабочие чер-
тежи .................................. Институт
НИИ Мос-
строй
Таблица 11.23
Технические данные сваебойных агрегатов на базе
тракторов и трубоукладчиков
Параметры С-870 С-878 С-714
Высота направляющей стрелы в м: полная ..... полезная .... Угол наклона направ- ляющей стрелы в град: вперед (при выд- винутой раме) назад ..... вправо влево Рабочий орган . . . Грузоподъемность копра вг .... Базовая машина . . Вес навесного обору- дования в г ... Габаритные размеры установки в мм: длина ширина ..... высота ..... Завод-изготовитель Организация, разра- ботавшая рабочие чертежи 13 8 5 5 5 5 Дизе 3,25 Трактор 3,6 9000 3200 4200 Стерлита- макский строительных машин То же 13 8 И 20 7 7 ль-молот 4,5 3-100 3,9 8800 4240 4580 И нети 12,5 8 13 20 7 7 С-268 4 Трубоук- ладчики ТЛ-3; ТЛ-4; ТО-12/24 4,8 8000 4400 4400 тут Башнии- строй
Таблица 11.24
Технические данные сваебойных агрегатов
на базе экскаваторов
Параметры Э-505 Э-652 Э-1003
Полезная высота стрелы в м 8 8 15 -
Поворот стрелы вокруг вер- тикальной оси в град . . — 45 —
Максимальная длина погру- жаемой сваи в м .... 8 8 15
Вес ударной части днзель- молота в кг ...... 2500 2500 4,25 (паро- воздушный)
Общий вес установки в т 27 23 40
Максимальный вес навесно- го оборудования (без ди- зель-молота) в т .... — 3 —
Количество обслуживающего персонала 4 4 4
Сменная производительность в сваях 8—12 10—15 5-8
Таблица 11.25
Технические данные копровых агрегатов на траверсной тележке
Параметры Мостовой агрегат НИИОМТП Установка на траверс- ной тележке Фундамент- проекта
Высота копра в м:
полная 15,3 12,2
полезная Ширина колен рельсового пути 8 7
траверсной тележки вл... Установленная мощность элек- 18 16
тродвигателей в квт .... 16,4 10
Лебедка .......... — Т-136
Электродвигатель ...... Вес ударной части дизель-моло- АОЭ41-6 —
та в кг 1250-2500 1800
Максимальная длина свай в м 8 7
Сечение свай в см ... ... 30X30 30X30
Общий вес установки в кг . . Сменная производительность 24 14,93
в сваях Скорость передвижения в м!мин: 18—25 15—20
моста .......... 20 —
копра . Количество обслуживающего 20 —
персонала . Время монтажа и демонтажа 2 —
в ч , 4
Таблица 11.26
Технические данные копров на рельсовом ходу
Параметры С-428 С-429 1 С-532 ПМК-2-12
Высота копра в лс:
полная , « и 14,44 18 23,4 19
полезная . . 10 13 17,5 12
Грузоподъемность копра в кг * . 4000 7500 5000 8000
Ширина колеи в м 4 5,5 5,5 3,4
Удлинение направляющих ниже основания копра в м .... — 4 — —
Лебедка . . .. «... Т -136
Электродвигатель , А-62-6 А-62-6Ш2 — —
Дизель-молот . . с _. С-222 С-268 С-330 Паровоздуш-
ный молот
Вес ударной части дизель-молота в кг Наклон стрелы: 1200 1800 2500 4250
вперед « « . » . — — 1:8 —
назад ........ — — 1:3 —
Поворот платформы в гцад ...... — — — 360
Вес копра с лебедкой в т * ....... 3,796 6,106 10,5 (без лебедки) 17,6
Таблица 11.27
Технические данные агрегатов для вибровдавливания
и вдавливания свай
Параметры ВВПС 20/11 ВВПС 32/19 АВС-35
Наибольшая возмущающая сила вибропогружателя в тс Частота вибрирования (коле- баний в 1 мин) .... Максимальное усилие вдав- ливания сваи вт .... Мощность трактора в л. с. . Базовая машина (трактор) . Мощность в кет: генератора электродвигателя вибро- погружателя электродвигателя лебед- ки Наибольшая длина погру- жаемой сваи в м .... Наибольшее сечение погру- жаемой сваи в мм . . . Скорость передвижения в км/ч „ « . « ч ...( Количество машин в агрега- те .. Л ...... . Вес в г: рабочего трактора .... прнгрузочного трактора 20 710 11 100 С-100 60 40 6.5 6 300 X300 2,36—5,4 1 23,86 28 850 19 140 Т-140 100 75 9 7 400 X 400 2,4—5,8 1 28,67 35 100 С-100 6 300X300 5,4,- 10 2 21,4 18,2
12. КОНТРОЛЬ И ПРИЕМКА СВАЙ
И РОСТВЕРКОВ
Контроль за забивными сваями и элементами сбор-
ного ростверка должен начинаться с их изготовле-
ния на заводе.
Для обеспечения надлежащего качества забивных
свай необходимо контролировать следующие поло-
жения:
а) при изготовлении — соблюдение диаметров про-
дольных стержней, числа и шага хомутов; центри-
рование острия по продольной оси сваи; соблюдение
одинаковой толщины защитного слоя; приготовление
плотного бетона и соблюдение марок по типовым кон-
струкциям свай; соблюдение перпендикулярности тор-
ца головы сваи к продольной оси; проведение испыта-
ний кубиков для проверки прочности бетона;
б) при транспортировке — укладка сваи на под-
кладки вблизи петель; подъем и укладка сваи на
транспорт с помощью траверсы при длинных сваях
и за петли при коротких сваях;
в) при хранении — укладка свай остриями в одну
сторону; расположение подкладок вблизи петель; вы-
дача на стройплощадку свай для забивки при 100%-ной
прочности заданной марки бетона;
г) при забивке — запрещение забивки свай с тре-
щинами толщиной более 0,3 мм; установка центра
острия сваи точно на заданную точку при сохранении
строгой вертикальности сваи; размещение строп для
подъема сваи у штыря, указанного в типовых конст-
рукциях; отклонение сваи от заданного проектом
положения не должно быть более допускаемого
(табл. 11.28); недопущение забивки свай без наголовни-
ков и деревянных прокладок; подъем молота при за-
бивке на первые 1,5—2 м на высоту не более 0,3—
0,4 м; погружение сваи преимущественно молотами
большой мощности с отношением веса ударной части
молота к весу сваи не менее 1,25—1,5 при грунтах
средней плотности и плотных и не менее 1 при слабых
грунтах.
Для обеспечения надлежащего качества набивных
свай необходимо контролировать следующие положе-
ния:
а) при приготовлении бетона—организация бетон-
ного узла на 100—250 л непосредственно на строитель-
ной площадке с целью обеспечения бесперебойной по-
дачи бетона к копру; крупность щебня не должна пре-
вышать 20—30 мм;
б) при устройстве арматурного каркаса — обеспе-
чение качественной приварки спирали или хомутов
к продольной арматуре;
в) при изготовлении свай — производство работ
в два этапа: первый этап — устройство свай через
Таблица 11.28
Таблица 11.29
Допускаемые отклонения свай и свай-оболочек в плане
от заданного проектом положения по СНиП Ш-Б.6-62
Допускаемые отклонения от размеров свай, оболочек
и элементов ростверка по СНиП 1-Б.З-62
и ГОСТ 10628—63
Тип свай Допускаемые откло- нения при длине свай в м
<10 | >10
Сваи и
до 60
при
при
сваи-оболочки диаметром 4
см:
однорядном расположении
двух- и трехрядном располо-
0, 24
о,за
жении в виде лент и при кус-
товом расположении
при расположении более чем в
три ряда в виде лент н при
расположении в виде свайных
полей
Сваи-оболочки диаметром 4=60—
200 см
То же, диаметром (I более 200 см
0,44
но не более 40 см
0,44
но не более
40 см
50 см
Не более 60 см
Примечания: 1. При отклонении
проектом положения расстояние в свету от
свай от заданного
сваи до края рост-
верка должно быть не более 0,15 4 (4 — диаметр ствола обо-
лочки или максимальный размер поперечного сечения сваи —
сторона сваи), но не менее 5 см; при отклонении свай-оболо-
чек от заданного проектом положения расстояние в свету
от оболочки до края ростверка ’ должно быть не менее тол-
щины стенкн оболочки, но не меньше 10 см.
2. Для свай-оболочек длиной более 20 м допуски указы-
ваются в проекте.
Конструктивные размеры Допускаемое отклонение
Длина железобетонных свай в м: >10 и . ...... Длина секции составных полых свай и ци- линдрических оболочек * с . Длина, ширина и толщина элементов рост- верка ......... Размер сторон поперечного сечения желе- зобетонных сплошных свай и полых свай квадратного сечения Наружный диаметр свай и оболочек диа- метром в мм: <2000 .............. >2000 ....... Диаметр деревянных свай (в верхнем отру- бе) ... ...к, в Длина острия . Кривизна сваи (стрелка вогнутости или выпуклости) ............ Кривизна секций свай и цилиндрических оболочек , , ...... Смещение острия от центра ...... Наклон плоскости верхней торцовой грани к плоскости, перпендикулярной осн: сваи квадратного сечения сплошной или ПОЛОЙ .«...и*....., сваи полой круглого сечения и цилин- дрической оболочки Расстояние от центра подъемных петель до конца сван ........... Смещение положения подъемных петель от продольной оси сваи Толщина защитного слоя бетона .... Шаг спирали или хомутов ........ Расстояние между продольными стержня- ми арматуры ±30 мм ±50 > ±30 » ±10 > 4-5 » + 5 > ± 5 » —20 » ±30 » 10 > '/воо длины секций 10 мм Уклон 1% » 0,5% ±50 мм 20 » + 5 > ±10 * ±10 »
одну, второй этап — устройство пропущенных свай;
расположение низа инвентарной (обсадной) трубы
в течение всего периода изготовления сваи на 1,5—2 м
ниже верха свежеуложенного бетона; непрерывное из-
готовление свай (график изготовления свай должен
быть составлен с таким расчетом, чтобы разрыв между
окончанием приготовления бетона в бетономешалке
и окончанием укладки бетона в скважину был бы не
более срока схватывания цемента, т. е. не более 2—
3 ч); обеспечение трамбования бетона вибрированием
или другим способом в течение всего периода изготов-
ления сваи.
Для обеспечения надлежащего качества ростверков
необходимо контролировать следующие положения:
а) при изготовлении ростверков — правильность
изготовления арматурных каркасов и точность поста-
новки закладных частей; проведение испытаний кубиков
для проверки прочности бетона; правильность изготов-
ления каркасов на заводе и точность сварки каркасов
на площадке при применении монолитного ростверка;
б) при укладке ростверков на головы свай — про-
ведение укладки только после установления надлежа-
щего качества погружения свай (отсутствие поломан-
ных свай, отклонения в пределах допустимых вели-
чин— табл. 11.29, нижние концы свай заглублены до
проектной отметки и т. д.); верх срубленных голов свай
должен быть выше подошвы ростверка не менее чем
на 5 см.
Свайное поле принимается но результатам геодези-
ческой исполнительной съемки, в материалах которой
должны быть отмечены величины отклонения свай
в плане от заданного проектом положения, абсолютные
отметки нижних концов свай и их голов, величины от-
казов на проектной отметке и общее количество ударов
при забивке. Все эти данные наносятся на план после-
довательно пронумерованных свай.
Для приемки свайного поля должна быть пред-
ставлена следующая документация: а) акты о забивке
свай по проекту с учетом дублированных свай, если
таковые были; б) ведомости и журналы забивки свай;
в) паспорта свай и элементов ростверка; г) акты геоде-
зической разбивки осей несущих стен, осей свайных ря-
дов; д) проект свайного фундамента; е) материалы гео-
логических изысканий; ж) результаты испытания свай
динамической нагрузкой; з) результаты испытания свай
статической нагрузкой (если последние проводились) ’.
Форма исполнительной документации приведена на
рис. 11.25.
1 До приемки свайного поля срубка голов свай
и демонтаж сваебойного или копрового агрегата не раз-
решается.
Исполнительная съемка погруженных свай
А
7 — сваи для динамического испытания; II—сваи для испытания статической нагрузкой;
///—геологические скважины; /V —точки статического зондирования; V — производствен-
ные сваи; /за(-— глубина забнвки сваи от поверхности грунта в м; е3—отказ сваи от
одного удара в последнем залоге в см; отказ сван от одного удара при добивке в см;
п — общее число ударов при забивке; а — абсолютная отметка острия сван в м; Ь—откло-
нение оси сваи от проектного положения в плане в см; — номер сваи по проекту; I — от-
клонение оси сваи от вертикали в % (для свай, забитых с наклоном)
Журнал № забивки свай
Наименование строительной организации
Объект________________________________________________
№ сваи _____________________________________________——.
Система копра _______________________________________—
Тип молота ___________________________________________
Вес ударной части молота _____________________________
Энергия удара молота (по паспорту)
Давление пара (воздуха) по паспорту
X а р актер истика н а гол о вника____________________
Свая № (по плану)
Дата забивки___________________________________________
№ сваи по журналу изготовления_________________________
Длина сваи ____________________________________________
Поперечное сечение сваи________________________________
Отметка поверхности грунта у сваи________________________
Отметка острия сваи ___________________________________
Проектный отказ________________________________________
Давление пара (воздуха) по манометру
№ залога Высота подъема ударной части мо- лота в м Число ударов в залоге Глубина погруже- ния сван в м Отказ от одного удара в залоге в см Примеча- ние
Итого:
Подписи:
Сводная ведомость №
забитых свай
Наименование строительной организации _________________________________________________
Объект_________________________________________________________________________________
№ п/п К® сваи Длина сваи в м Поперечное сечение сваи в см Дата забивки Глубина забнвки в м Абсолютная отметка острия сваи в м Общее количество । ударов Отказ от од- ного удара на проектной отметке в см Отклонение оси сваи от вертикали в % Тип молота Вес ударной части в тс или энергия удара молота в тс-м Примечания
по плану по журна- лу изгото- вления по проек- ту фактиче- ская по про- 1 екту фактиче- ская при за- бивке 1 при до- бивке
Рис. 11.25. Форма исполнительной документации
ЛИТЕРАТУРА
ГОСТ 5686—51. Сваи пробные. Методы испытаний. Стан-
дартгиз, 1951.
ГОСТ 10628—63. Сваи забивные железобетонные сплошные
квадратного сечения. Стандартгиз, 1963.
Временные указания по проектированию и устройству свай-
ных фундаментов из коротких забивных свай. СН 216—62. Гос-
стройиздат, 1962.
Инструкция по проектированию. Признаки и нормы агрес-
сивности воды — среды для железобетонных и бетонных кон-
струкций. СН 249—63. Госстройнздат, 1963.
Новые конструкции свайных фундаментов. Вып. 38. Транс-
желдориздат, 1960.
Пособие по проектированию свайных фундаментов из за-
бивных свай. Госстройнздат, 1964.
СНиП 1-Б.З-62. Фундаменты н опоры из свай и цилиндри-
ческих оболочек сборной конструкции. Госстройнздат, 1962.
СНиП П-А.10-62. Строительные конструкции и основания.
•Основные положения проектирования. Госстройнздат, 1962.
СНиП П-А.11-62. Нагрузки и воздействия. Госстройнздат,
1962. /
СНиП П-Б.1-62. Основания зданий и сооружений. Госстрой-
нздат, 1962.
СНиП П-Б.5-62. Свайные фундаменты из забивных свай.
Госстройнздат, 1962.
СНиП Н-Б.5-67. Свайные фундаменты. Стройиздат. 1968.
СНиП Ш-Б.6-62. Фундаменты и опоры из свай и оболочек.
Шпунтовые ограждения. Госстройнздат, 1962.
СНиП 11-В.1-62. Бетонные и железобетонные конструкции.
Госстройнздат, 1962.
СНиП П-В.2-62. Каменные п армокаменные конструкции.
Нормы проектирования. Госстройнздат, 1962.
СНиП П-И.9-62. Линин Электропередачи напряжением выше
1 кет. Госстройнздат, 1962.
Схемы комплексной механизации работ по возведению под-
земной части крупнопанельных зданий серии 1-464 на свайных
фундаментах. НИИОМТП. Стройиздат, 1965.
РАЗДЕЛ Ш
опускные колодцы
1. УСЛОВИЯ и ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ
Опускные колодцы применяют в различных обла-
стях строительства в качестве глубоких фундаментов
и заглубленных помещений.
В настоящем разделе рассматриваются опускные
колодцы, применяемые для устройства заглубленных
помещений, таких как подземные части насосных стан-
ций, водозаборные сооружения, помещения установок
для непрерывной разливки стали, подземные гаражи,
скиповые ямы доменных печей, подземные части дро-
бильных корпусов горнообогатительных предприятий
и др. Во всех этих случаях колодцы оставляют незапол-
ненными и под защитой их стен сооружают днище, слу-
жащее основанием пола помещений. Применение опуск-
ных колодцев позволяет устраивать заглубленные поме-
щения на застроенных площадках и в тяжелых грунто-
вых условиях.
Применение опускных колодцев во многих случаях
целесообразно уже при заложении основания сооруже-
ния на 12—15 м ниже поверхности земли; наибольшая
глубина опускания колодцев в настоящее время дости-
гает 60 м, т. е. превышает почти вдвое максимально
допустимую (по условиям вредного воздействия сжа-
того воздуха) глубину опускания кессонов.
Площадь опускных колодцев, применяемых при со-
оружении заглубленных помещений, нередко составля-
ет 200—300 м2 и более. Так, из практики отечественного
строительства известны случаи сооружения опускных
колодцев размером 78,6X28,6 м с целью устройства за-
глубленных помещений для установок непрерывной раз-
ливки стали.
Опускные колодцы могут применяться в самых
разнообразных гидрогеологических условиях. Осложне-
ния при производстве работ возможны лишь при на-
личии крупных включений в грунтовой толще и боль-
шом притоке грунтовых вод. В этих случаях при
проектировании надлежит учитывать необходимость
осуществления дополнительных мероприятий (см. п. 9
данного раздела).
Выбор опускных колодцев как способа производ-
ства работ должен основываться на технико-экономиче-
ском сравнении различных вариантов (кессоны, опуск-
ные колодцы и т. п.). Опускные колодцы, как правило,
предпочтительнее кессонов, так как дешевле последних
и могут быть сооружены в более короткие сроки.
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ И СОСТАВЛЕНИЯ
ПРОЕКТА ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ
Проект опускного колодца составляют согласно
заданию на проектирование заглубленного подземного
сооружения, содержащему следующие исходные мате-
риалы: а) внутренние размеры заглубленного помеще-
ния и его конфигурацию; б) план площадки в масшта-
бе 1 : 500 в горизонталях через 0,5—1 м с указанием
планировочных отметок и привязочных данных, а так-
же всех существующих на площадке объектов, подъ-
ездных путей, инженерных сетей и точек их подсоеди-
нения; в) описание геологического строения площадки
на глубину не менее 5 м ниже ножа опускного колодца
(должно быть указано наличие крупных включений —
валунов и крупных обломков горных пород, производ-
ственных и других отходов — при насыпном грунте,
а также должна быть приведена их характеристика,
например размеры и прочность обнаруженных при изы-
сканиях валунов); г) режим грунтовых вод на пло-
щадке; д) физико-механические характеристики грун-
тов, слагающих площадку (объемный вес, удельный вес
частиц, природная весовая влажность, угол внутрен-
него трения, коэффициент фильтрации, пористость, зер-
новой состав для песчаных грунтов, консистенция, сцеп-
ление и число пластичности для глинистых грунтов);
е) нормативное сопротивление грунтов; ж) требования
к заглубленному помещению в отношении влажности
стен и пола (эти требования должны быть изложены
в виде показателей, характеризующих категорию поме-
щений по табл. 111.7).
Кроме того, задание должно содержать следующие
данные, необходимые для составления проекта произ-
водства работ; з) существующие источники водоснаб-
жения (максимальные и минимальные расходы и на-
поры) ; и) места, которые могут быть использованы для
отвалов грунта (сухого и пульпы); к) существующие
бетонные хозяйства и другие вспомогательные пред-
приятия (сюда относятся, в частности, сведения о воз-
можности изготовления элементов сборного колодца на
местных заводах железобетонных изделий); л) сущест-
ствующие источники электроэнергии (мощность, напря-
жение и места возможного подключения); м) сущест-
вующие временные сооружения, которые можно исполь-
зовать для нужд строительства опускного колодца;
н) гидрологическая характеристика водоема (для со-
оружений, возводимых на берегах рек и озер).
Исходные данные, перечисленные в пп. «б», «з», «и»,
«к», «л», «м» и частично «н», должны обладать доста-
точной полнотой для возможности проектирования
материально-технической базы строительного участка..
Для осуществления работ в вариантах, отвечающих ос-
новным схемам сооружения и опускания колодцев
(см. п. 9 настоящего раздела), необходимы следующие
объекты: 1) контора; 2) арматурная мастерская; 3) ме-
ханическая мастерская с кузницей; 4) опалубочная ма-
стерская; 5) бетоносмесительный узел; 6) склад леса;
7) склад цемента; 8) склад песка; 9) склад гравия
(щебня); 10) склад арматуры; 11) материальный склад;
12) трансформаторная подстанция; 13) подъездные до-
роги, доведенные до постоянных или общепостроечных
дорог; 14) пути башенных кранов; 15) линии водоснаб-
жения и электроснабжения; 16) линии водостока;
17) система водопонижения; 18) санузел; 19) линии
электроснабжения гидравлических установок; 20) насос-
ная, подающая воду к гидроустановкам. Пункты 12,15,
16 и 20 подлежат развитию в случае применения гид-
ромеханизации. Исходные данные, необходимые для
размещения объектов по указанному перечню, должны
корректироваться на основе принятой схемы опуска-
ния колодца и возможности удовлетворения потребно-
стей строительства опускного колодца из общестрои-
тельных средств. Выбор необходимых механизмов при
проектировании производства работ также следует увя-
зывать с парком машин и механизмов, которым распо-
лагает строительная организация.
3. ФОРМА И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ
Форму опускного колодца выбирают в зависимости
от конфигурации проектируемого заглубленного поме-
щения. Чаще всего применяют круглые или прямоуголь-
ные в плане колодцы (рис. 111.1); кроме того, могут
Рис. III.1. Различные формы опускных колодцев
/ — нож; 2 — первый ярус бетонирования; 3 — второй ярус
бетонирования; 4 — днище; 5 — стяжка: 6—гидроизоляция;
7 — подготовка; 8—дренажный слой; 9 — внутренняя пере-
городка
применяться колодцы смешанной формы, например
прямоугольные с закругленными торцовыми стенами.
Внутренние размеры колодца, расположение внут-
ренних перегородок и отметку пола помещения (верха
днища колодца) принимают в соответствии с заданием
на проектирование (см. п. 2 настоящего раздела). Тол-
щину стен бет, днища и внутренних перегородок на-
значают по расчету, приведенному в пп. 4, 5 и 6 на-
стоящего раздела. Высоту первого яруса бетонирова-
Рис. III.2. Опускной колодец из сбор-
ных плитчатых элементов
ния И назначают в зависимости от вылета и высоты
подъема стрелы экскаватора с грейфером, от высоты
подъема крюка крана, применяемого для установки
щитовой опалубки, армокаркасов, для бетонирования
или монтажа стен колодца и для выемки грунта, но не
более высоты, определяемой по расчетному сопротивле-
нию грунта. Высоту последующих ярусов назначают,
как правило, равной высоте первого яруса. В случае
невозможности соблюдения этого требования высоту
последующих ярусов нужно принимать кратной разме-
рам опалубочных щитов. Число ярусов назначают в за-
висимости от глубины опускания колодца; при глубине
до 10 м колодец сооружают в один ярус.
В настоящее время применяют железобетонные ко-
лодцы со сборными или монолитными стенами. Верти-
кальные размеры сборных элементов принимают рав-
ными или кратными высоте яруса Н. Днище колодца во
всех случаях делают монолитным. При сборной конст-
рукции колодца его стены выполняют либо из плит, сое-
диняемых между собой вертикальными швами
(рис. 111.2), либо из блоков, укладываемых горизон-
тальными рядами (рис. Ш.З). В первом случае сбор-
ный элемент (панель) состоит из ножа и стены колод-
ца. Элементы соединяют сваркой с использованием ме-
таллических накладок и с дальнейшим замоноличива-
нием соединений пневмобетоном, шприцбетоном или
торкретом.
Режущей частью опускного колодца является его
нож, выполняемый из железобетона (рис. III. 4). Ме-
таллическая конструкция или облицовка ножа неэф-
фективна, так как при встрече ножа с различными пре-
пятствиями приводит к затруднениям в опускании ко-
лодца вследствие ее деформации. При опускании
колодцев насухо, с водоотливом или водопонижением
рекомендуется применять ножи типов а и б, а при опу-
скании колодцев подводным способом — ножи типов
в а г. При бетонировании ножа в траншее или на приз-
ме (рис. III.5) ложно применять все типы ножей. Ши-
колодцев, погружаемых насухо (при отсутствии грун-
товых вод, с использованием водоотлива или водопо-
нижения); б) бетонной подушки, устраиваемой методом
подводного бетонирования, и железобетонной плиты,
укладываемой насухо по подушке,—для колодцев, по-
гружаемых без водоотлива с разра-
боткой грунта под водой.
В некоторых случаях следует
проектировать опускание колодцев
в рубашке из тиксотропной жидкости.
При этом в конструкции колодцев
Рис. Ш.6. Конструкция ножа при ис-
пользовании тиксотропной жидкости
1 — резиновый манжет; 2 — труба
предусматриваются обрез шириной 5—10 см, распола-
гаемый на 100—150 см выше банкетки ножа, с резино-
вым манжетом шириной 20—25 см и трубы диаметром
40 мм, располагаемые по периметру колодца на расстоя-
ний 2—3 м друг от друга (рис. III.6).
Рис. III.3. Опускной колодец из сборных
элементов (блоков)
I — кладка из блоков без перевязки вертикаль-
ных швов; 2 — монолитный пояс; 3 — нож ко-
лодца
с) б) 6) г)
Рис. III.4. Типы ножей опускных колодцев
Рис. Ш.5. Схемы устройства ножа
а — в траншее; б — на призме; 1 — подкладка под режущую
часть ыожа; 2 — щит опалубки или плита-оболочка; 3 — под-
кладка под упор; 4 — песчаная приема; 5 — щебеночная или гра-
вийная призма
рина банкетки ббап (см. рис. II 1.4) принимается равной
0,2—0,6 м, размер с упора плиты — от 0,2 до 0,4 м.
Размер е для ножей типов а и б соответствует толщи-
не днища, а для ножей типов в и г — толщине бетонной
подушки. Размер йп соответствует толщине железобе-
тонной плиты днища.
Днища опускных колодцев по своей конструкции
выполняются в виде: а) железобетонной плиты — для
4. РАСЧЕТ ОПУСКАНИЯ КОЛОДЦЕВ
Для преодоления сил трения грунта о стены ко-
лодца, возникающих при его опускании, увеличивают
вес колодца путем утолщения его стен до величины,
большей, чем требуется по расчету прочности колодца.
Вес стен опускного колодца должен удовлетворять сле-
дующим условиям:
1) при опускании его насухо, с водоотливом или
с водопонижением
6СТ > 1,15Тст, т. е. к =-^ > 1.15; (III. 1)
/ ст
2) при опускании его без водоотлива при подвод-
ной разработке грунта
- °ст — Дт
°ст-°сг> '15 7’ст, т. е. к = —------»1,15,(111.2)
* ст
где Ост—собственный вес стен опускного колодца в тс;
Ост— вес воды, вытесненной стенами колодца, в тс;
Тст—полная сила трения стен колодца о грунт
в тс;
к—коэффициент опускания.
Полная сила трения Тст складывается из удельной
силы трения для каждого слоя грунта (зависящей от
полной глубины опускания колодца), умноженной на
площадь трения. Для определения удельной силы трения
можно пользоваться графиками (рис. 111.7 и 1П.8).
Для уменьшения силы трения в проектах может
предусматриваться опускание колодцев с помощью гид-
ропневматических подмывных устройств или инъекций
тиксотропной жидкости за стены колодца. При приме-
нении гидропневматических подмывных устройств при-
веденные на графиках рис. 1П.7 и Ш.8 величины умень-
шаются на 25%, а при использовании тиксотропной
жидкости действие сил трения принимается только по
той части поверхности опускаемого колодца, которая не
соприкасается с тиксотропной жидкостью.
В приближенных расчетах потребную толщину стен
колодца можно определять исходя из его опускания до
проектной отметки по следующей формуле;
1,15 Уст
Ьст =-------------ж, (III. 3)
С
Устойчивость сооружений на сдвиг проверяется по
схеме плоского сдвига и по круглоцилиндрическим по-
верхностям.
Простейшая проверка на сдвиг по подошве соору-
жения по схеме плоского сдвига иллюстрируется
где Тб— объемный вес бетона в тс/м3;
йп—длина наружного периметра колодца в м;
Н— глубина опускания колодца в м.
/лубина опускания колодца Н д м
Рис. Ш.7. Удельная средняя сила трения /п
песчаных грунтов
] — пески гравелистые, крупные и средние при е <
<0,55; 2 — то же, при 0,55< е<0,7; 3 — пески граве-
листые, крупные и средние при е >0,7; пески мелкие
при 0,6< е<0,75; пески пылеватые при 0,6< е <0,8;
4 — пески мелкие при е>0,75; пески пылеватые
при е >0,8
Рис. Ш.8. Удельная средняя сила трения
глинистых грунтов
/ — глины при В<0,5 и суглинки при В<0,25; 2 — су-
песи, суглинки при 0,25<В<0,75 и глнны при В>0,5;
3 — илы, суглинки при В>0,75
Опускание колодцев сборной конструкции из-за
небольшой толщины их стен и, как следствие этого,
малого веса рекомендуется проектировать с примене-
нием гидропневматических подмывных устройств или
с использованием тиксотропной жидкости.
5. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОПУСКНЫХ
КОЛОДЦЕВ
Расчет устойчивости сооружений на сдвиг выпол-
няют для заглубленных помещений, располагаемых по
условиям эксплуатации на косогоре, например для на-
сосных станций берегового типа.
Рис. III.9. Расчетная схема проверки ус-
тойчивости сооружения на сдвиг
рис. III.9. При этом коэффициент запаса устойчивости
определяется по формуле
к _ Гдн + Рп + 27б-п
Кед — р , (Ш • 4)
'а
где
Тдн и 27б.п — полная сила трения о грунт соответ-
ственно основания (днища) и боковых
поверхностей сооружения в тс;
РП и Ра — соответственно сила пассивного и ак-
тивного давления грунта в тс, завися-
щая от напластования, физико-механи-
ческих характеристик грунтов и укло-
на поверхности косогора.
Сила трения о грунт днища сооружения опреде-
ляется по формуле
Сст Сдн — 0,5Тст
1 дн — ~ ~
(III. 5)
где Одн — собственный вес днища колодца в тс;
/б — коэффициент трения при сдвиге по основа-
нию сооружения, принимаемый равным
0,2'—0,25 при глинистом грунте и бетонной
кладке и равным 0,45—0,55 при песчаном
грунте и бетонной кладке.
Остальные обозначения даны в расшифровке фор-
мул (III.1) и (111.2).
Сила трения о грунт боковых поверхностей соору-
жения Гбп определяется с использованием графиков
рис. Ш.7 и III.8.
Значения допускаемых коэффициентов запаса ус-
тойчивости на сдвиг Лсд в зависимости от класса ка-
питальности сооружений даны в табл. 1 СНиП П-Б.3-62.
При расчете на сдвиг опускных колодцев круглого
очертания в плане контур сооружения заменяется квад-
ратом со сторонами, равными /), и расчет производится
как для прямоугольных опускных колодцев.
В сложных случаях сооружения проверяются по
схеме плоского сдвига согласно указаниям СНиП П-Б.
3-62.
Проверка сооружения на сдвиг по круглоцилинд-
рическим поверхностям производится при залегании
ниже отметки опускания колодца слабых, преимущест-
венно аллювиальных, отложений, по которым может
произойти скольжение. Этот расчет следует выполнять
по формулам, применяющимся для расчета устойчи-
вости гидротехнических сооружений, согласно
СНиП П-Б.3-62.
После опускания колодца до проектной отметки
и устройства днища возможно всплытие колодца под
действием гидростатических сил грунтовых вод. Про-
верка на всплытие колодца осуществляется по формуле
^ст + ^дн 4~ 0,5Г(
Квс —
Н-вУв
(III.6)
где Нъ — глубина опускания колодца в грунтовые
воды в л/;
у в—удельный вес воды в тс!м3\
Рк—площадь опускного колодца по наружной
кромке ножа в м2.
Остальные обозначения приведены ранее.
Величина коэффициента всплытия колодца Л вс
должна составлять:
Лвс 1 >25.
(Ш-7)
Если при проверке на всплытие колодца, опускае-
мого с использованием тиксотропной жидкости, вес кон-
струкций (стен, днища, перекрытий, фундаментов под
оборудование и т. п.) оказывается недостаточным, сле-
дует предусматривать откачку этой жидкости и замену
ее цементным раствором, после чего в расчете может
быть принята удельная сила трения, равная 1—2 тс/м2.
6. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ ОПУСКНЫХ
КОЛОДЦЕВ
При проектировании опускных колодцев необходи-
мо рассчитывать прочность отдельных их элементов при
воздействии таких нагрузок, как активное давление
грунта и воды, различные перегрузки и неравномер-
ности, вызванные перекосами и смещениями при опу-
скании колодцев, и т. п. (табл. Ш.1).
Расчету прочности подвергаются следующие эле-
менты колодца:
1) ограждающие стены — при воздействии актив-
ного давления грунта и воды (табл. Ш.2 и III.3), при
снятии колодца с подкладок или при установке его на
зоны опирания (табл. Ш.2 и III.4), при опускании ко-
лодца (табл. П1.4), на разрыв стен при зависании ко-
лодца (при расчете исходят из предположения, что
верхняя часть опускного колодца высотой к1 защемлена
окружающим грунтом, а нижняя высотой И2 подвеше-
на— рис. 111.10; вертикальную арматуру подбирают по
растягивающим усилиям, а практически ставят конст-
руктивно);
Рис. III.10. Расчетная
схема проверки прочно-
сти стен опускного ко-
лодца на разрыв
2) внутренняя перегородка (табл. III.5);
3') нож — в вертикальной плоскости при воздей-
ствии активного давления грунта и воды;
4) бетонная подушка или железобетонная плита
днища (табл. Ш.6).
При проектировании колодца, опускаемого с по-
мощью тиксотропной жидкости, стены колодца подле-
жат проверке на прочность с учетом давления этой
жидкости. При этом исходят из положения, что давле-
ние тиксотропной жидкости рс превосходит давление
грунта ргр, т. е. Рс>Ргр- Для обеспечения этого соот-
ношения объемный вес тиксотропной жидкости должен
быть назначен на основании выражения
Лс Ус > *ё2 45° —
(111.8)
где Лс—высота столба жидкости на глубине Н, где оп-
ределяется давление;
ус — объемный вес тиксотропной жидкости;
ф—угол внутреннего трения грунта;
у0— объемный вес грунта с учетом перегрузки.
Тогда
рс = усйс. (III.9)
За расчетное значение рс приближенно принимают
давление на уровне центра тяжести эпюры гидростати-
ческого давления.
Трение стен о грунт при наличии в промежутке
между ними тиксотропной жидкости в расчете не учи-
тывают.
Таблица III.1
Расчетные нагрузки, воздействующие на различные элементы опускного колодца
Нагрузка Схема Формулы для вычисления
Сила трения при опускании колод- ца Тст в тс Ь 2 — •» * У? • тхаг тст=(Н-1,5)^н ;0, ГПР , _ ^А1+^А2+ - + ААП
— 0 А1 + й2+...+ Лл (!п дано на графиках рис. 1П.7 и 1П.8)
Горизонтальное давление грунта и воды на стены колодца Ра в тс/пог. м ?а = М Для связных грунтов и несвязных грунтов естественной влаж- ности а„ — х п '0 п п Для несвязных грунтов при суммарном давлении грунта и воды ап ~ ^взв Ал ^'п "Г ?в» где Хл =-- (8* ^45° ; •взв^Оуд-1):"1-1-^
Мн —
Ц
Вес 1 пог. м стены колодца (по длине периметра) Р в тс Р = НК &СГ ?б
1
Нагрузка на днище (бетонную подушку) <?дн в тс/м1 9дн 5? *дн = 7в Нв - едн 16 при 2 < 0 п °С.к + 0СТ-°'5ГСТ „„ ,.>п (7 при 2 > 0, Гк Оск + Ост-°’5Гст где 2 = - Нв 1в + едн 7б г к
Нагрузка
Нагрузки на нож
Формулы для вычисления
Р
РгР~ *бан+°’5дск
~ Ргр &бан
У2 = 0,5 ргр &ск
Я = у2(е (а - ср)
Примечание. В таблице приняты следующие обозначения, кроме указанных на схемах и приведенных ранее в тексте:
7О — объемный рес грунта в тс/м3; 7ВЗВ —то же, в водонасыщенном состоянии; <рл—угол внутреннего трения грунта для дан-
ного слоя; п — пористость; О с к — вес строительных конструкций, опирающихся на стены, в тс.
Таблица Ш.2
Формулы для расчета прочности стен круглого в плане опускного колодца
Нагрузка
Расчетная схема и эпюра моментов
Расчетный момент М в те м
и расчетная нормальная сила
М в тс
При воздействии активного давления грунта
Горизонтальное давление грунта и воды
Р& в тс/пог. м
МА= — 0,1488 Ра г2 (Кк — 1)
ЛГВ= 0,1366 Ра г2 (Л-д-1)
ЛГВ=/’аг[1 + 0-5^-1)]
При снятии колодца с подкладок
Примечания: 1. Коэффициент неравномерности Кн, практически принимаемый равным 1,25, вводится в расчет для
учета дополнительных нагрузок, возникающих вследствие кренов и перекосов при опускании колодцев. Основная нагрузка, ко-
торой подвергается круглый в плане колодец при опускании, — равномерное давление грунта, направленное радиально к его
стенам. Эта нагрузка вызывает появление в стенах колодца только сжимающих усилий, которые могли бы быть восприняты
бетонным сечением без армирования.
2. Количество расчетных сечений при воздействии активного давления грунта: при Я<6 м — одно сечение (на глубине
примерно 0,6 Н), при //>6 м — два сечения (одно на глубине примерно 0,6 И, а второе на глубине Н).
3. При снятии колодца с подкладок расчет его производится из предположения опирания кольца колодца на четыре точки
Таблица Ш.З
Формулы для расчета прочности стен прямоугольного
в плане опускного колодца при воздействии
активного давления грунта
Расчетная схема и эпюра
моментов
Продолжение табл. 111.3
Расчетный момент
М в тс -м
Расчетная схема и эпюра
моментов
Расчетный момент
М в те м
МАВ, СО, АС, ВО ~
. 1
12 ’ * + 1
МА,В, С,О =
ра А' Зх+1
24 х + 1
При А Ф В:
*А, С, Е,Р =
ра А* 14-232 х
12 1-]-2х
1 + (3 — (3*) л?
1 4- 2х
М.„ РР=°'125РаВ2 +
АС, ЕР а
+ МА, С, Е, Р ’
В
где 3 — ---
А
При А — В:
МА, В, С, О, Е, Р =
:.= — 0,08333 Ра Л*
М.. рр=°>04166 Ра
АС, ЕР а
МА, В, С, О, АВ, СО
ра В* Х
12 х + 1
МАС, ВО =
_ Ра 2* + 3
~ 12 х+1
А
1-«-А •*];
м
А, О, Е, Н, АЕ, НЕ
= _ раА* _ 3x4-1
12 &
мл =мпр —
В, Р с, о
ра А* 6х24-6х 4- 1
~ 12 ?
ра Аг х
М „„ ---------
Вр, СО 12 с
МА, С, Е, Р, АС, ЕР
_ РаА* 1
12 2x4-1
РаА^ 3x4- 1
в> ° 12 2x4-1
где МПР — Мл~ М
О О ОГ
= Л^Р - м
со
Л/пр = Мл - М
Г Г ГО
мл = М"Р - м
и О
ОС;
= 5х2 4- 5х 4- 1
МА, О, Е, Н
ра В* 5x4-2
12 е
= 12 ’ е
м
ВР, СО 12 ’
с, 5х24-5х -|- 1
где V = ----!---!—
Примечания: 1. Прямоугольные в плане колодцы
рассчитываются в горизонтальной плоскости как одно-, двух-
и трехпролетные замкнутые рамы по поясам. Расчетные поя-
са принимаются через каждые 2—3 м по высоте колодца.
В
2. Величина х=~7~ • ~~Р-
Таблица III.4
Формулы для расчета прочности стен прямоугольного в плане опускного колодца
при снятии его с подкладок1 или при его опускании2 (для одной стены длиной А)
Колодец
Прямоугольный
Прямоугольный с внутренней
перегородкой
Прямоугольный с двумя
внутренними перегородками
Расчетная схема
и эпюры моментов
и поперечных сил
Зоны ооирания
мизг
<2^= = Р1 +
-^(-Т-ьст)
<?лр = <?в = Трл
Расчетная попереч-
ная сила <2 в тс
~ РВН.ПХ
х (т “ М
<?л==^Р = р/ + р(т-дст)
= РЛ + Рвн.пХ
X (— -^ст]
\ 2 С17
1 Колодцы рассчитываются исходя из равенства опорных и пролетных моментов, в связи с чем расположение зон опи-
рания определяется методом подбора.
2 При расчете колодцев на опускание без водоотлива с подводной разработкой грунта расчетные моменты и поперечные
силы, приведенные в таблице, увеличиваются на 15% из-за сложности контроля за положением зон опирания.
Таблица Ш.5
Формулы для расчета прочности внутренней перегородки опускного колодца на изгиб
под действием собственного веса (Л^), собственного веса и нагрузки от днища (М2)>
на внецентренное сжатие (М3)
Таблица Ш.6
Формулы для расчета прочности бетонной подушки или
железобетонной круглой1 плиты днища опускного
колодца
нию гидроизоляции подземных частей зданий и соору-
жений» СН301—65.
Расчетная схема и эпюры моментов
Расчетный момент М
в тс-м и расчетная
поперечная сила С? в тс
Радиальный момент
<7Р
мо=— (3 + р.) (1-р2)
Р 16г:
Уди
|Ш1ННШ1111Н1И«Ш»1?ШИП1|
Тангенциальный момент
Мт=-^.х
т 16тс
х [3 4- р. — (1 + Зр.) р2]
<7Р
О = 2™.
Оп 2т: г
(Здесь дР — о г2
\ чдн чди
1 Прямоугольные плиты следует рассчитывать по таб-
лицам обычным способом.
Рис. 111.11. Металлическая гидроизоля-
ция днища и стен опускного колодца
1 — листы гидроизоляции днища; 2 — заклад-
ные части; 3 — металлическая гидроизоляция
стен; 4 — анкеры; 5—армоблоки или армо-
каркасы
7. ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ
Гидроизоляция опускных колодцев должна соот-
ветствовать требованиям «Указаний по проектирова-
Схемы устройства гидроизоляции стен и днища
опускных колодцев приведены на рис. III.11—III.15.
Тип гидроизоляции выбирается в зависимости от
эксплуатационных требований, предъявляемых к поме-
Таблица Ш.7
Рекомендуемые типы гидроизоляции для заглубленных помещений
Эксплуатационные требования в отношении влажности стен Тип гидроизоляции
категория помещения допустимая влажность для стен для днища
I Небольшие пятна сырости общей площадью не более 1% внутренней поверхности ограждающих конструкций Металлическая Металлическая
II Пятиа сырости общей площадью не более 20% внут- ренней поверхности ограждающих конструкций Торкрет Торкрет, оклеенная при ?к < 20» литая асфальтовая
III Капельная влага (потение) на участках общей пло- щадью ие более 20% внутренней поверхности ограждаю- щих конструкций Горячая асфальтовая шту- катурка; торкрет То же
Примечания: 1. При использовании в качестве гидроизоляции торкрета и литого асфальта конструкция должна быть проверена на трешиноустойчивость при любом градиенте, а при использовании в качестве гидроизоляции горячей асфальтовой штукатурки — при градиенте /к> 12. 2. Материалы, используемые для изготовления асфальтовой гидроизоляции, должны соответствовать требованиям СНиП 1-В.25-62. Для гидроизоляции запрещается применять кровельные пергамин, рубероид и толь. Не исключается применение новых материалов после соответствующих испытаний их в лабораторных н производственных условиях.
Таблица 111.10
щению в отношении влажности стен (сырости), и гра-
диента /к (напор грунтовых вод, деленный на толщину
конструкции, несущей гидроизоляцию) с учетом тре-
щиноустойчивости конструкции, подлежащей гидроизо-
ляции (табл. Ш.7).
Характеристика основных материалов для устрой-
ства гидроизоляции опускных колодцев дана
в табл. 111.8—III.12.
Виды оклеечной гидроизоляции
Основной материал гидроизоляции Допусти- мый напор воды в м Число слоев изоляции Мастика (заводского изготовления)
Асфальтовые арми-
рованные маты 30 2 Битумная МБК-Г
Гидроизол . . . Полиэтиленовая 10 2—3 То же
пленка ....... 10 2 Гудрокамполи- мерная МПТ-70
Таблица Ш.8
Состав в % (по весу) разжиженного битума
для грунтовки
Слой Битум БН-Ш или БН-1У Бензин автомобильный
Первый Второй н последующие .... 30—35 50 70—65 50
Таблица III. 11
Расход материалов на изготовление 1 м2 асфальтовой
литой гидроизоляции из двух слоев
(нижний — асфальтовая мастика, верхний — литой
асфальт)
Толщина в мм слоя Расход в кг
нижнего верхне- го битума минераль- ного на- полнителя песка общий
7-8 20—25 10,6—12,9 16,1—19,7 22-27,5 52—60
7-8 25—30 12,2—14,5 19-22,6 27,5—33 62—70
Таблица III.12
Таблица Ш.9
Расход материалов на изготовление 1 м2
гидроизоляции из горячей асфальтовой штукатурки
Количество слоев асфальтовой мастики Общая тол- щина гидро- изоляции в мм Расход в кг
битума БН-1У наполнителя общий
порош- кового ВОЛОК- НИСТОГО
3 15 8,4 13,7 1,9 24
2 10 5,6 9,1 1.3 16
Химическая стойкость порошка-наполнителя,
применяемого при заводском изготовлении паст и мастик
(«+» стойкий, «—» нестойкий)
Порошок Водная среда
прес- ная мор- ская суль- фатная кислая щелоч- ная
Известковый + + + +
Доломитовый .... Кварцевый (молотый + + + — +
песок) Портландцемент, кир- •— + + + —
пичный, шамотный . + + + + +
Устойчивость асфальтовой гидроизоляции при уст-
ройстве заглубленных помещений, эксплуатируемых
в условиях высоких температур, определяется темпера-
турой размягчения как покрасочных или склеивающих
паст и мастик, так и рулонных или штучных материалов:
ление воды, подаваемой к соплу, должно быть на
0,5—1,5 ати больше давления воздуха.
При использовании для гидроизоляции стен и дни-
ща пневмобетона состав раствора (соотношение цемен-
та и песка по весу) следует принимать в пределах
Материал гидроизоляции Температура
размягчения
в °С
Пасты и мастики..........................65—90
Асфальтовые армированные маты .... 90
Полиэтиленовая пленка .................... 100
асфальтовой
Рис. III.14. Устройство торкрет-гидроизоляции днища
а — колодцев, опускаемых насухо; б — колодцев, опускаемых
без водоотлива с выемкой грунта из-под воды; / — дренаж-
ный слой; 2 — бетонная подготовка; 3 — два слоя торкрета
по 10—12 мм; 4 — железобетонное днище; 5 — торкрет; 6 — бе-
тонная подушка; 7 — стяжка из цементно-песчаного раствора
Рис. III.12. Порядок нанесения
гидроизоляции
/ — полосы первого слоя (6=5-7 мм); 2 — полосы
второго слоя (о =5 -т- 7 мм); 3 — стена
Рис. III.13. Порядок нанесения торкрет-гид-
роизоляции
/ — полосы первого слоя (о = 10-.= 12 мм); 2—по-
лосы второго слоя (8=10^-12 мм); 3 — третий слой
(о = 10-^12 мм); 4 — стена
Рис. III.15. Устройство оклеенной гидроизоляции
днища
/—дренажный слой; 2 — бетонная подготовка толщиной не
менее 10 см; 3 — стяжка из цементно-песчаного раствора;
4 — оклеенная гидроизоляция; 5—железобетонное днище;
6 — торкрет
Химическая стойкость асфальтовой гидроизоляции
определяется химической стойкостью порошка-наполни-
теля (табл. III.12).
Торкрет-гидроизоляция устраивается согласно
СНиП Ш-В.2-62, а также согласно «Указаниям по
торкретированию бетонных и железобетонных обделок
тоннельных сооружений» (УТ 21—58, Минтрансстрой).
Состав сухой смеси (соотношение цемента и песка
по весу) для торкретирования следует принимать рав-
ным 1 : 4,4. Марка цемента для торкретирования выби-
рается та же, что и для конструкций опускного колод-
ца, но не ниже 400. Расход воды устанавливается опыт-
ным путем при соблюдении требований, чтобы
нанесенный слой торкрета не оплывал и на нем не об-
разовывались сухие пятна. Давление воздуха в цемент-
пушке должно находиться в пределах 1,5—3,5 ати, а дав-
1 :2—1 : 2.51 при водоцементном отношении В/Ц не бо-
лее 0,5. Давление воздуха для нанесения пневмобетона
выбирается в зависимости от дальности и высоты транс-
портировки раствора по шлангам, но не менее 5 ати.
8. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ
СООРУЖЕНИЯ ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ
Для сооружения железобетонных опускных колод-
цев монолитной конструкции используют гидротехниче-
ский бетон марки не ниже 200, а сборной конструкции —
гидротехнический бетон марки не ниже 300.
В качестве арматуры обычно применяют сталь пе-
риодического профиля классов А-П и А-Ш, причем
Таблица III.13
Размер зерен крупного заполнителя при подводном бетонировании подушки днища колодца
Метод подводного бетонирования Вид подушки Размер в мм зерен
наиболее крупных наиболее мелких
допустимый рекомендуемый допустимый рекомендуемый
। Бетонная 80 60 5 5
ВПТ* I Железобетонная Меньше половины просвета между стержнями арматуры 5 О
рр** Бетонная 100 80 40 60
* Метод вертикально перемещающейся трубы.
** Метод восходящего раствора.
Таблица III.14
Рекомендуемый зерновой состав песка при подводном
бетонировании подушки днища колодца
Метод подводного бетонирования Процентное содержание частиц, прошед- ших через сита с отверстиями в мм
0,15 0,3 1,2 2,5
ВПТ 5-15 20—30 50-80 80—90
ВР 30-40 60—70 80—100 100
предпочтительнее устанавливать ее в виде армоблоков
или армокаркасов.
В качестве опалубки могут быть применены сбор-
ные железобетонные плиты-оболочки толщиной
8—15 см.
При устройстве подушки днища колодца способом
подводного бетонирования к применяемым материалам
наряду с общими требованиями предъявляется ряд до-
полнительных. Так, цемент должен иметь марку не ни-
же 300 с началом схватывания не менее чем через 3 ч
после укладки, а зерновой состав крупного и мелкого
заполнителей должен соответствовать указанному
в табл. III.13 и III.14.
Марку бетона при подводном бетонировании мето-
дом вертикально перемещающейся трубы следует на-
значать на 20% выше требуемой по расчету.
Для приготовления тиксотропной жидкости (сус-
пензии) используют бентонит или местную глину, в по-
следнем случае применяют добавки, повышающие тик-
сотропные свойства суспензии. Количество бентонита
или глины в составе суспензии должно обеспечивать
получение заданного объемного веса ее ус в пределах
1,05—1,5 тс/м3. Ориентировочно в проекте могут быть
приняты следующие количества твердой фазы су-
спензии:
Бентонита 130 г/л............... 7С “ 1>05тс/м!
> 200 >................. Тс ~ 1,25 >
Глнны 400 »................. ус » 1,3 »
Для увеличения объемного веса суспензии можно
добавлять в нее утяжелители, например окись железа,
барит.
Для проходки суглинков, глин и мелкозернистых
песков предварительно1 можно принимать объемный
1 Определение расчетного ус дано в п. 6 настоя-
щего раздела.
вес суспензии равным 1,2—1,25 тс/м3, а для проходки
гравийно-галечных грунтов — от 1,15 до 1,2 тс/м3.
Окончательно состав суспензии для заданных ус-
ловий, а также ее параметры устанавливаются опыт-
ным путем.
9. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ОПУСКАНИЯ КОЛОДЦЕВ
Колодцы опускаются в грунт в соответствии с од-
ной из следующих схем: 1) насухо, с водоотливом или
водопонижением грунтовых вод (рис. 111.16); 2) без
водоотлива с выемкой грунта из-под воды (рис. II 1.17).
В обоих случаях имеется в виду опускание колодца под
действием собственного веса; колодцы малого диамет-
ра (до 5 м) опускают, кроме того, с помощью вибро-
машин, при этом выемка грунта может быть запроек-
тирована согласно одной из упомянутых схем.
При опускании колодца по первой схеме для раз-
работки и выемки грунта используют экскаваторы, обо-
рудованные прямой или обратно?! лопатой, а также
грейфером, бульдозеры и краны с бадьями
(см. рис. III. 16, а) либо средства гидромеханизации
(см. рис. III.16, б). Выбор необходимого оборудования
определяется габаритами колодца и гидрогеологически-
ми условиями площадки. Грейферы наиболее целесооб-
разно применять для разработки легких грунтов, на-
пример песчаных.
Применение средств гидромеханизации (гидромо-
ниторов и землесосов) целесообразно при легкоразмы-
ваемых грунтах, например таких, как пески, супеси,
легкие суглинки; для отсоса разжиженного грунта кро-
ме землесосов можно применять гидроэлеваторы. Зем-
лесосы устанавливают на понтонах в колодцах, кото-
ре должны иметь для этого достаточно большие раз-
меры (рис. III.Г8).
При первой схеме для облегчения производства ра-
бот большое значение имеет правильный выбор способа
осушения колодца. При грунтах с малыми коэффициен-
тами фильтрации (^ф<1 м/сутки) и слабой водоотда-
чей наиболее рационален открытый водоотлив, осущест-
вляемый путем откачки воды насосами из водосборных
траншей и приямков внутри колодца (рис. III.19). В тех
случаях, когда возможны местные наплывы грунта
внутрь колодца, применяют водопонизительные опере-
жающие скважины, располагаемые внутри колодца
(рис. Ш.20); следует, однако, иметь в виду, что при
этом способе осушения затрудняется проведение работ
по выемке грунта.
При опускании колодца в водонасыщенпых грун-
тах по второй схеме (см. рис. III. 17) разработку и вы-
емку грунта осуществляют преимущественно экскавато-
рами, оборудованными грейфером. Эту схему применя-
ют в случае нецелесообразности откачки воды из
колодца в процессе его опускания вследствие большо-
го притока грунтовых вод или из-за наличия неустой-
чивых грунтов, грозящих наплывами из-под ножа.
Рис. III.16. Основные схемы опускания колодцев
насухо
а — выемка грунта с помощью экскаватора, бульдозера
и крана; б — выемка грунта с помощью средств гидромеха-
низации; 1 — подводящая труба подмывных устройств;
2 — перфорированная труба; 3 — пульповод; 4 — гидроэлева-
тор; 5 — гидромонитор; 6 — напорный водовод; 7 — подмыв-
иые устройства
Применение подводной разработки грунта грейфе-
ром не следует предусматривать в проекте производ-
ства работ в тех грунтах, в которых стенка котлована
у иожа плохо обрушается; к таким грунтам, в част-
ности, относятся галечники. В этом случае следует пре-
дусматривать осушение колодца методом глубинного
водопонижения.
Осушение колодца при второй схеме производится
после устройства на его дне бетонной подушки или
после отсыпки щебеночной (либо гравийной) пригру-
зочной дренажной подушки.
При составлении проекта производства работ по
опусканию колодца по обеим схемам следует учиты-
вать определенное чередование и последовательность
проведения этих работ и работ по его сооружению.
Рис. III.17. Опускание колодца с выемкой грунта
из-под воды
Сооружение колодца начинают с отрывки котлова-
на, устройства подкрановых путей, монтажа крана, ус-
тановки опалубки и арматуры ножа и его бетонирова-
ния; в необходимых случаях перед установкой опалуб-
ки и арматуры укладывают подкладки или отсыпают
Рис. III.18. Опускание колодца способом гидромеха-
низации
1 — водовод; 2 — гидромонитор; 3 — землесос; 4 — пульповод
песчаную призму. Затем бетонируют стены колодца
(первый ярус)—устанавливают опалубку и арматуру
стен, монтируют подмывные устройства и укладывают
бетонную смесь (рис. Ш.21). После распалубки стен на
их поверхность наносят наружную гидроизоляцию; для
выполнения работ по нанесению гидроизоляции исполь-
зуют инвентарные трубчатые леса или подвесные пло-
щадки. Затем осуществляют собственно опускание ко-
лодца (первого яруса) по одной из двух описанных
выше схем. Здесь надо заметить, что все подготови-
тельные работы для опускания колодца (монтаж водо-
понизительных установок и др.) к этому моменту уже
должны быть выполнены. В дальнейшем цикл работ
Рис. III.19. Осушение колодца способом откры-
того водоотлива
1 — насос; 2 — радиальная траншея; 3 — кольцевая
траншея
в основном повторяется. Завершающим этапом соору-
жения колодца является устройство днища; конструк-
ция его зависит от выбранной схемы опускания колодца
(рис. Ш.22). Последовательность укладки слоев бетона
при устройстве днища должна соответствовать указа-
ниям СНиП Ш-Б.7-62 (рис. III.23).
Для устройства бетонной подушки при второй схе-
ме опускания колодца пользуются методом восходяще-
го раствора ВР (рис. Ш.24) или методом вертикально
перемещающейся трубы ВПТ (рис. 111.25). При бето-
нировании подушки методом восходящего раствора
цементный раствор или тесто подают по трубам диа-
метром 50—200 мм в предварительно засыпанный на
дно колодца крупный заполнитель. Подающие трубы
закрепляют в постоянном положении до окончания бе-
тонирования. Максимальный радиус распространения
цементного раствора или теста от каждой трубы состав-
ляет 2,5 м. При бетонировании подушки методом вер-
тикально перемещающейся трубы бетонную смесь по-
дают по трубе диаметром 200—300 мм, нижний конец
которой погружают в ранее уложенную, но еще не
схватившуюся массу бетона. По мере бетонирования
трубу, заполненную на всю высоту бетонной смесью,
постепенно поднимают с помощью крана. В момент
подъема трубы подачу бетонной смеси в подушку пре-
кращают. Бетонная смесь должна иметь консистенцию
от сильно пластичной до литой, с тем чтобы смесь мог-
Рис. Ш.20. Осушение колодца с помощью
опережающих скважин, размещаемых внут-
ри него
/ — насос; 2 — водопонизительная скважина;
3 — коллектор
Рис. II 1.21. Сооружение стен опускного
колодца (первого яруса бетонирования)
/ — лестница; 2— хоботы; 3 — щитовая опа-
лубка
ла постепенно выходить из трубы под действием соб-
ственного веса. Максимальный радиус распространения
бетонной смеси от трубы составляет 4,5 м.
Осушение колодца производится после окончания
твердения бетона подушки. Бетонирование плиты дни-
ща при второй схеме опускания осуществляется также
насухо после осушения колодца и укладки гидроизо-
ляции.
лодца по второй схеме, а в нижней части — слои, раз-
работку и выемку которых подводным способом осу-
ществить невозможно. В таких случаях целесообразно
предусматривать сочетание обеих схем, выбирая по
Рис. Ш.22. Конструкции днища опускных колодцев
а — при опускании колодца с открытым водоотливом; б—при
опускании колодца без водоотлива с подводным бетониро-
ванием подушки; в — при опускании колодца без водоотли-
ва с устройством дренажной пригрузки; 1 — дренажный
слой; 2— прокладка из толя или рубероида; 3—бетонная
подготовка; 4 — гидроизоляция; 5 — стяжка из цементно-
песчаного раствора; 6 — железобетонное днище; 7 — торкрет;
8 —бетонная подушка; 9 — дренажная пригрузка пз круп-
ного гравия
Рис. Ш.23. Порядок бетонирования плиты дни-
ща колодца, опускаемого насухо
1—23 — последовательность укладки слоев бетона
Рис. III.24. Устройство бетонной подушки методом вос-
ходящего раствора ВР
1 — трубы для подачи цементного раствора; 2 — смесительная
установка; 3 — крупный каменный заполнитель
Рассмотренные схемы предполагают наличие одно-
родной грунтовой среды; однако на практике нередко
встречаются условия, не позволяющие выбрать какую-
либо одну схему. Например, в верхней части грунтовой
толщи могут залегать слои, требующие опускания ко-
Рис. Ш.25. Устройство бетонной по-
душки методом вертикально переме-
щающейся трубы ВПТ
1 — хомут для закрепления трубы; 2—вер-
тикально перемещающаяся труба; 3 — гра-
вийный слой; 4 — укладываемый бетон;
5 — верх кладки
возможности оборудование, пригодное для работ как
по той, так и по другой схеме.
Особое место занимает водопонижение с помощью
скважин, располагаемых вокруг колодца, за его преде-
лами (рис. Ш.26). Оно может быть предусмотрено
в проекте при обеих схемах опускания для полного или
частичного снятия напора грунтовых вод на все время
Рис. III.26. Водопонижение с помощью скважин, рас-
положенных за пределами колодца
опускания колодца или же только на время устройства
его днища; система водопонижения может оказаться
эффективной и в качестве меры против наплыва грунта
внутрь колодца.
10. РАСЧЕТ ДАВЛЕНИЯ НА ГРУНТ,
возникающего при сооружении
ОПУСКНЫХ колодцев
Расчетное давление на грунт от веса колодца в пе-
риод его сооружения определяют исходя из предпо-
ложения, что расчетной площадью опирания колодца
является горизонтальная проекция поверхности сопри-
касания колодца с грунтом. Распределение давления на
грунт по всей расчетной площади принимают равно-
мерным.
С целью уменьшения давления на грунт, а также
для удобства проведения работ на дне котлована уст-
раивают песчаную подушку, по которой укладывают
подкладки, втапливаемые в подушку на половину вы-
соты их сечения.
Толщину песчаной подушки назначают в зависи-
мости от расчетного сопротивления грунта /?гр:
7?гр в кгс/см2.............2 1,65 1,4 1,25
Толщина подушки Н' в м . . . 0,3 0,4 0,5 0,6
Длину подкладок /п определяют в зависимости от
толщины стен опускного колодца:
1п = бст + (0,5 4- 1) м. (111.10)
Площадь подкладок Еп, приходящихся иа 1 пог. м
стены колодца, определяют в зависимости от высоты
первого яруса бетонирования Н с использованием гра-
фика на рис. Ш.27*. При /г'=0,3 м и /?гр =2 кгс[см2
площадь Гп находится непосредственно по графику.
При иных значениях /?гр по оси ординат этого графика
вместо Н следует откладывать йпр
/^пр=—• (III.11)
Зная длину и площадь подкладок, по табл. III.15
определяют необходимое их количество на 1 пог. м сте-
ны колодца, учитывая при этом сортамент имеющегося
лесоматериала.
Рис. Ш.27. Зависимость площади подкладок РП от вы-
соты первого яруса бетонирования Н (при /? = 0,3 м
и /?гР = 2 кгс!см2)
Таблица III.15
Количество подкладок, приходящихся на 1 пог. м
стены опускного колодца
Ширина постели подкла- док в см Площадь подкладок в см2 при их длине в см Коли- чество под- кладок
150 200 250 300
16 4 800 6 400 8 000 9 600 2
7 200 9 600 12 000 14 400 3
9 600 12 800 16 000 19 200 4
18 5 400 7 200 9 000 10 800 2
8 100 10 800 13 500 16 200 3
10 800 14 400 18 000 21 600 4
20 6 000 8 000 10 000 12 000 2
7 500 10 000 12 500 15 000 2,5
9 000 12 000 15 000 18 000 3
10 500 14 000 17 500 21 000 3,5
22 6 600 8 800 11 000 13 200 2
8 250 11 000 13 750 16 500 2,5
9 900 13 200 16 500 19 800 3
11 550 15 400 19 250 23 000 3,5
* Площадь подкладок, превышающая 16 000 см2,
находится методом экстраполяции.
Необходимую площадь опирания банкетки ножа
опускного колодца рекомендуется определять по вели-
чине предельной нагрузки на грунт основания в зонах
опирания. Значение предельной нагрузки на основание
для непрерывных прямоугольных фундаментов мелкого
заложения определяется по двум формулам 1 в зависи-
мости от относительного заглубления банкетки ножа
----(Л — заглубление банкетки ножа в грунт),
^бан
Когда 0< —— <0,5,
О бан
Рпр = (Л Торбан + Во <7гр + Со с)&бан тс/пог. м, (III. 12;
где Ао, Во, Со — коэффициенты, определяемые по
, табл. III. 16 в зависимости от угла
* внутреннего трения грунта основа-
ния ф;
у0—объемный вес грунта, расположенного
ниже банкетки ножа опускного колод-
ца, в тс!м3',
'Угр — вертикальное равномерно распреде-
ленное давление от веса грунта, рас-
положенного выше банкетки ножа,
в тс/м2',
с — удельное сцепление в тс/м2.
Когда 0,5 < ----- < 1,5— 2,
^баи
Рпр = АПН Торбан тс/пог. м, (III. 13)
где Лпй — коэффициент, определяемый по табл. III.17
в зависимости от угла внутреннего трения
грунта основания ф и относительного за-
глубления фундамента.
Величины коэффициентов Ло, Во и Со
в формуле (111.12)
Угол внутреннего трения грунта основания ф в град А Во с0
12 1,1 3 9,3
14 1,4 3,6 10,4
16 1,7 4,4 11,7
18 2,3 5,3 13,2
30 3 6,5 15,1
32 3,8 8 17,2
24 4,9 9,8 19,8
26 6,8 12,3 23,2
28 8 15 25,3
30 10,8 19,3 31,5
32 14,3 24,7 38
34 19,8 32,6 47
36 26,2 41,5 55,7
38 37,4 54,8 70
40 50,1 72 84,7
Длины расчетных зон опирания определяют по фор-
муле
Сет
= (Ш.14)
хРпр
где х — количество зон опирания.
1 В. Г. Березанцев. Расчет прочности оснований
сооружений. Госстройнздат, 1960.
Таблица III.17
Величины коэффициента АПь в формуле (III.13)
Угол внутреннего трения грунта основания ф в град Величины прн значе1 й П1И — ^бан
0,5 | 1
26 14 21,8 36,3
28 17,5 29,4 48,5
30 22,5 34,8 58,9
32 29,2 45,2 76,2
34 41,7 59 99
36 52,7 79,5 138
38 72 105 177
40 98,5 146,2 242
42 137 204 331
44 200 295 472
46 285 412 667
11. РАСЧЕТ ПОДВОДНОГО БЕТОНИРОВАНИЯ
ПОДУШКИ ДНИЩА
Диаметр подающих труб, применяемых при подвод-
ном бетонировании подушки днища колодца методами
ВПТ или ВР, подбирают в зависимости от интенсив-
ности подачи бетонной смеси или цементного раствора
(табл. III.18).
Таблица III.16
Таблица 111.18
Подбор диаметра подающих труб
при подводном бетонировании подушки днища
Метод подводного бетонирования Интенсивность подачи бетона или раствора в мР/ч Диаметр труб в мм
ВПТ 3-5 200—250
5—10 250—300
10—20 300
ВР <2 50—75
2—3 75—100
3—6 ЮС—200
При использовании метода ВПТ труба в верхней
части (устье) должна , состоять из отдельных звеньев,
демонтируемых по мере их подъема при повышении
уровня уложенного бетона. Соединение звеньев трубы
фланцевое на четырех—шести стяжных болтах с при-
менением плотных, не пропускающих воду прокладок.
Длину звеньев рекомендуется принимать равной 1,6 м.
Общую длину трубы находят методом подбора, исполь-
зуя формулу избыточного давления столба бетонной
смеси на уровне выхода смеси из трубы:
ри = 0,25 Нт -ф 0,15Нв кгс/см2, (III.15}
где йт—расстояние от уровня воды до верха трубы в м;
Кв—расстояние от уровня воды до уровня клад-
ки бетона в м.
От величины избыточного давления ри зависит ра-
диус действия подающей трубы:
избыточное давление ри в кгс/см1 >3 2,5 1,5 1
радиус действия трубы в м ... . 4,5 4
Объем крупного заполнителя (камня) в деле при-
нимают равным объему подушки.
Расход цемента Ц определяют по формуле
тс, (111.16)
Иц
где Уп — объем пустот заполнителя, принимаемый
равным 0,45;
Рц — выход цементного камня в м3 на 1 тс цемен-
та, принимаемый по лабораторным данным;
Уц— удельный вес цемента в тс)м3, обычно при-
нимаемый равным 1,2—1,4 тс)м3.
Объем жидкого раствора Гр определяют по фор-
муле
6В ЦУн
Гр =— м3, (III. 17)
Ув Уц
где Ов — вес воды в тс;
ув — объемный вес воды в тс]м3;
Ц — расход цемента в тс.
12. РАСЧЕТ ВОДОПОНИЗИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Расчет водопонизительных установок, применяемых
при опускании колодцев насухо в водонасыщенных
грунтах, аналогичен расчету водопонижения при обыч-
ных строительных работах (см. далее раздел V).
Для ориентировочного расчета приток грунтовой во-
ды к замкнутому водопонизительному контуру (вокруг
опускного колодца) может быть найден по формуле
3 = м3/ч, (III. 18)
где а' — коэффициент размерностью в м, определяемый
в зависимости от площади Р, оконтуренной
водопонизительной установкой, и коэффициен-
та фильтрации кф водоносного слоя по гра-
фику на рис. 111.28;
&ф—- коэффициент фильтрации в Алеутки;
5 — глубина необходимого понижения уровня во-
ды в м.
Понижение уровня грунтовых вод при опускании
колодцев принято производить глубинными или по-
гружными насосами типов АТН, АП и ЭЦНВ. Ориен-
тировочное количество оборудования, применяемого
для водопонижения при опускании круглых в плане ко-
лодцев, можно принимать согласно табл. III.19.
Рис. Ш.28. График для определения ко-
эффициента а'
При малых величинах коэффициента фильтрации
грунтов (Лф <1 м/сутки), в которые опускается коло-
дец, для его осушения можно использовать открытый
водоотлив. При этом производительность насосов, уста-
новленных для откачки воды из колодца, должна на
20—30% превышать приток грунтовой воды, подсчитан-
ный по формуле (III.18).
Необходимое количество насосов для понижения уровня грунтовых вод
на глубину 5 при опускании круглых в плане колодцев
Таблица 111.19
Площадь колодца Рк в ж3 Периметр водопони- зительной установки в м ^ф в м/с утки 5 = 20 м 5= 15 м 10 ж
в м.3/ч количество насосов а в м'/ч количество насосов <? в ж3/ч количество насосов
АТН-8 илн 8АП АТН-10 АТН-8 или 8АП АТН-10 АТН-8 или 8АП АТН-10
80 50 5 190 6 142 5 95 3
10 364 12 273 9 — 182 6 —
20 673 — 10 505 — 7 336 — 5
50 1240 — 20 930 — 13 620 — 9
300 80 5 222 7 166 6 111 4
10 436 —— 7 325 11 — 218 7 —
20 800 — 12 600 9 400 — 6
50 1500 — 23 1120 17 750 — 11
1250 140 5 275 9 206 7 138 5
10 530 8 397 13 —— 265 9 ——
20 960 14 720 и 480 — 7
50 1800 — 26 1350 — 20 900 — 13
13. ОСНОВНЫЕ МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ,
ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ СООРУЖЕНИИ И ОПУСКАНИИ КОЛОДЦЕВ
Таблица Ш.20
Рекомендуемые типы кранов при устройстве опускных колодцев
Вид работ Тнп крана при размере колодца (О или В) в м
<10 >10
Подъем грунта в бадьях, подача бетона в бадьях, уста- новка щитовой опалубки, плит-оболочек, армосеток и армокаркасов, бетонирование днища Гусеничный или башенный Башенный
Выемка грунта из-под воды Гусеничный Гусеничный
Таблица III.21
Производительность кранов в циклах за смену
Тип крана Марка крана Производительность крана
при подаче бетона в бадьях емкостью 1—1,6 ж3 при подъеме грунта в бадьях емкостью 2—2,5 ж3 при установке щитовой опалубки, плит-оболочек, армосеток и армокар- касов
Гусеничный Э-652О-505) Э-1252(Э-1003) 82 79 96—119 94—117 27 27
Башенный | БКСМ-5-5А Примечание. В скобках даны марки кранов, снятых 83 с производства. 97—120 27
Таблица III.22
Характеристика вибраторов
Марка вибратора Продолжи- тельность вибрирования в сек Толщина уплотняемого слоя в см Радиус действия 7? и производительность при уплотнении бетонной смеси
на портландцементе на пуццолановом портландцементе
К в см <2 В в см (?
В М‘/ч | в м3 /ч в м2/ч | в м3/ч
И-50 20 20—40 30—40 30 9 25 15—20 5
И-86 30 20—50 60 70 20 45 40 12
И-21 диамет- ром в мм: 75 20 20—40 25—35 20 6 20 15 3
50 20 20—40 20 10 3 15—20 10 2
Таблица III.23
Характеристика землесосов
Тип землесоса Производи- тельность по пульпе в м3/ч Наибольший напор в м Диаметр патрубков в мм Габаритные размеры в м Общий вес землесоса в кг Рекомендуе- мая мощность электродви- гателя в кет
всасы- вающего напор- ного длина ширина высота
8НЗ 800 25 250 200 2,28 1,2 1.17 2130 но
6НЗ 400 27 200 150 1,75 0,95 0,74 1260 75
8ГР-8 400 36,7 200 150 2,55 0,95 1,195 2225 125
5ГР-8 150 33 125 100 1,856 0,856 0,85 860 100
ЗГР-8 50 15 80 72 1,411 0,485 0,625 385 40
14. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА
ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
14.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА КРАНОВОГО
ОБОРУДОВАНИЯ, НЕОБХОДИМОГО ДЛЯ БЕТОНИРОВАНИЯ
КОЛОДЦЕВ
Потребное количество кранов подсчитывают исхо-
дя из условий полного перекрытия стрелами кранов ра-
бочей площади бетонирования и создания возможности
укладки следующего слоя бетона через 2 ч по формуле
Р б ^сл
кр Уб2Пц’
(III. 19)
где Р(,— рабочая площадь бетонирования в л<2;
йсл—'толщина слоя бетонирования в м\
Уб—объем бадьи в л<3;
77ц—производительность крана в циклах за 1 ч.
14.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА АВТОТРАНСПОРТА,
НЕОБХОДИМОГО ДЛЯ ОТВОЗКИ ГРУНТА
(ПРИ РАЗРАБОТКЕ ГРУНТА В КОЛОДЦЕ ЭКСКАВАТОРОМ)
Потребное количество автомашин подсчитывают по
формуле
77э
= (П1.20)
где П3 — производительность экскаватора в м3 за
смену;
77с— производительность автосамосвала в м3 за
смену, определяемая по формуле
Опускание колодца осуществляется в один этап из котло-
вана (отметка дна 67,6 м) без водоотлива. Вес перекрытий
и строительных конструкций Ос к составляет 200 тс. Объемный
вес бетона равен 2,4 тс/м3.
На основании исходных данных получаем следующие рас-
четные характеристики:
средний периметр ограждающих стен колодца У - = 17,2-2+
+7 -2=48,4 м; Р
наружный периметр ограждающих стен колодца
= 17,2 • 2+9,4 • 2=53,2 м -,
площадь опускного колодца ^ = 17,2-9,4=161 л<2;
=0,321; Х^ = со52 <Р| =0,734 (для учета давления от грунта,
расположенного выше дна котлована);
^2=0,455; Х3=о.ЗЗЗ; твзв = (1—0,38) (2,67-1) = 1,04 тс/м3.
Расчетные нагрузки (см. табл. III.1)
Собственный вес ограждающих стен колодца
$ст ~ ^^ср ~ "к &ст Тб ср
0,4+1 \
1 + 1-0,9 + 8,1-1,2 2,4-48,4 = 27,1-48,4= 1310 тс,
2 )
Собственный вес внутренней перегородки колодца
С?вн п = 8,1-0,8-7-2,4 = 109 тс.
Общий вес стен и перегородки колодца
°ст + °вн.п = 1310 + 109 = 1419 тс-
Вес днища
О™ = 15,2-0,9-7,4-2,4 = 242 тс.
Дн
Вес грунтовой воды, вытесненной станами и внутренней пе-
регородкой колодца:
С ’ = |7°’4_+_!. 1 у 1.о,9 + 1,1.1,2'1 43,4 + 1,1 -0,8-71 1 = 147 тс.
Сила трения по наружной поверхности стен колодца
В формуле (Ш.21) приняты следующие обозна-
чения:
Ук— емкость кузова автосамосвала в м3;
/ц—время в мин одного цикла работы автосамо-
свала, определяемое по формуле
7ц = 71 + 1г + 1з + 7$ + /5 + ,
где 71—время подачи автосамосвала под погрузку,
1г — время погрузки;
/3—время груженого хода автомашины, равное
607,
----(здесь 7, — дальность возки в км-, ог—
скорость груженого хода в км/ч)-,
74 — время разгрузки;
601
/Б— время порожнего хода, равное ------- (здесь
рп —скорость порожнего хода в км/ч)-,
и—время задержки под разгрузкой и погрузкой.
15. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ
Гст = (9,5- 1,5) 53,2
2,4-3,5 + 2,4-1 + 2,75-5
3,5 + 1 + 5
= 1100 тс
Горизонтальное давление грунта и воды на стены колодце
находим, определяя ординаты ап эпюры давления в точках 0,
1, 2, 3, 4, 5 (см. рис. III.29) на приведенных глубинах Л0=2,5 м,
, 2(3,5 +2,5) _ , 2,1(1+ 5,7) , „
й1 =--------------=э,7 м, й2=---------~-----=7 м\ у=2+7=9 м:
2,1 2
2-9
й,=-------+1,1 = 18,4 м, й5 = 18,4+1,9=20,3 м.
1,04
Величины ординат составляют:
а® = 2-3,17-0,734 = 4,65 тс/м* (с учетом дополнительной
нагрузки от откоса котлована);
а» = 2,1-5,7-0,455 = 5,45 тс/м*-.
а® = 2,1 (1 + 5,7) 0,455 = 6,4 тс/м*;
а» = 2-7-0,333 = 4,65 тс/м*',
а3 = 2-9-0,333 = 6 тс/м*-,
а, = 1,04-18,4-0,333 = 6,4 тс/м*'.
а6 = 1,04-20,3-0,333 = 7,1 тс/м*.
15.1. РАСЧЕТ ОПУСКНОГО КОЛОДЦА ПРЯМОУГОЛЬНОЙ
ФОРМЫ В ПЛАНЕ С ВНУТРЕННЕЙ ПЕРЕГОРОДКОЙ
Исходные данные. Такие исходные данные, как
внутренние размеры в плане, отметки верха днища, верха
колодца, поверхности земли, расчетная отметка уровня грун-
товых вод, а также физико-механические характеристики грун-
тов, приведены на рис. 111.29.
15.1.1. Расчет опускания колодца
По формуле (Ш.2) находим коэффициент опускания:
, 1419 - 1447 ,
к --------------------- 1,16 > 1,1э.
1100
т. е. принятая толщина стен достаточна.
Зпюра суммар-
ного давления
грунта
Физико-механические характеристики грунтов
1 н/ц «м 1 Г рунт То ’уд п <Р ! $
1 Супесь 2 2,69 35 31 2,4
2 Суглинок 2,1 2,71 34 22 2,4 —
3 Пески мелкие 2 2,67 38 30 2,75 0,71
Рис. Ш.29
15.1.2. Расчет колодца на всплытие
По формуле (Ш.6) находим коэффициент всплытия ко-
лодца:
Къе =
1419 + 242+ 0,5-1100
3-1-161
15.1.3. Расчет прочности ограждающих стен колодца
а) На горизонтальную нагрузку (см. табл. Ш.З)
Принимаем по высоте колодца четыре расчетных пояса
и каждый рассматриваем как замкнутую двухпролетную раму.
Интенсивность давления грунта по нижнему поясу (см. эпю-
ру суммарного давления грунта на рис. 111.29)
+ + а» 1 д
2 ’ 6,75-1,9 „
р — а I_______________ = 6,4 ч------- 12,8 тс/пое. м.
а 2 2
Величина расчетного момента на опорах и в пролетах со-
ответственно равна:
МА. В, О, В, Е. Г
0,08333-12,8-7,8* = — 64,6 те м:
М АВ, ВЕ, СВ. Вр, АС, ЕЕ
0.04166-12,8-7.8'= 32,2
тем.
По полученным величинам строим эпюру моментов
(рис. III.30).
Рис. Ш.30
б) На изгиб в вертикальной плоскости (см. табл. Ш.4)
При снятии с подкладок (рис. Ш.31)
Ориентировочная длина пролета АВ:
Ь = (0,65 ч- 0,7) (/.+ 2/) .
Методом подбора исходя из равенства пролетного и опор-
ного моментов находим /. = 11,64 м.
вв.п
^вн.п
2
109 г
---— 54,5 тс;
2
15.1.4. Расчет прочности ножа колодца
(см. табл. 111.1)
а) I случай (рис. 111.33)
^оп
‘>7.1-2,78*
* - + 27,1-2,18
2
— 1.2
— 308 тс м.
27,1-11,64*
^пр=--------—
54,5-11,64
-------------- 308 = 310 тс-м;
4
тс;
— 1.2
= (?ПР = 27,1-2,78
“ А
аВ
[1>ПГт1Ш1ИТ<ПТТПИПТ]
1Л = 38,8-0,4 = 15,5 тс;
У2 = 0,5-38,8-0,6 = 11,6 тс;
Н = 11,6 12 (60° — 31°) = 6,45 тс;У
М*с = 0,3-15,5 — 0,1-11,6+ 1 + 0,9^ 6,45 +
+ 0,1-38,8= 17,37 те м;
д = Н = 6,45^7-с: М = Р = 27,1 тс.
1=2,78
М
О
95те
4«//,54
308 том
Д!1КЭ11*а
I = 2,78
Рис. 111.33
185,2 тс 310тс-"
170ТС
б) II случай (рис. 111.34)
Рис. Ш.31
По максимальной перерезывающей силе проверяется сече-
ние колодца на скалывание.
В процессе опускания без водоотлива
По конструктивным соображениям внешнюю и внутреннюю
арматуру проектируем одинаковой подбирая ее по величине мо-
мента Мес
Для этого случая моменты, принятые при расчете на сня-
тие с подкладок, увеличиваются иа 15%:
МоП = — 1,15-308 = 354 тс-м;
Мпр = 1,15-310 =356 тС-м-
в) На разрыв стен при зависании колодца (рис. 111.32)
М = 0,65Р = 0,65-27,1 = 17,6 тс.
Рис. 1П.32
15.1.5. Расчет бетонной подушки (рис. 111.35)
Бетонная подушка рассчитывается как плита, опертая по
контуру по середине скоса иожа. Нагрузка иа бетонную подуш-
Физико-механические характеристики грунтов
Рис. Ш.35
ку (вес вышерасполагаемых строительных конструкций не учи-
тываем) составляет (см. табл. III.1)
?дн
1419 — 0,5-1100
161
= 5,38 тс/м2.
с' Грунт То ГУД п ср I Е
1 2 Супесь Пески мелкие 1,9 2 2,68 2,65 42 33 31 30 2,6 2,8 0,7
Гидростатическое давление равно 3 тс/м2. Принимаем
<7 н =5,38 тс/м2.
ЛТ„= 0,0975-5,38-82 = 33,4 тс-м.
МдпС
Подбор сечения бетонной подушки производится согласно
указаниям СН 55—59 по формуле
_ ЬН2 КМ
6 ’р.и
где — коэффициент запаса;
М — изгибающий момент на 1 пог. м подушки;
°р.и — допускаемое напряжение растяжения при изгибе.
К = 1/" 6-3,3-3 340 000 = 1>9
V 17,5-100
Принимаем толщину подушки в центре 2 м.
\ д9„
14,ЗтС‘М
Рис. 111.36
Рис. Ш.37
15.1.6. Расчет железобетонной плиты днища (рис. III.36)
Днище колодца рассчитывается как плита, опертая по кон-
туру с промежуточной опорой. Нагрузка на днище (с учетом
веса вышерасполагаемых строительных конструкций) состав-
ляет:
1419 + 200- 0,5-1100
<7 =--------!-------------- = 6,5 тс/м2.
дн 161
Величины моментов определяем по таблице расчета желе-
зобетонных плит.
При х — 0 и у — 0 момент Мх = 0,038-6,5-7,62 = 14,3 те м.
При х = —— и у = 0 момент Мх =
= — 0,084-6,5-7,62 = —32,3 тс-м.
При х = 0 и у = 0 момент Му = 0,032-6,5-7,62 = 12,4 те м.
15.2. РАСЧЕТ ОПУСКНОГО КОЛОДЦА КРУГЛОЙ ФОРМЫ
В ПЛАНЕ БЕЗ ВНУТРЕННЕЙ ПЕРЕГОРОДКИ
Исходные данные. Такне исходные данные, как
внутренний диаметр колодца, отметка верха днища и поверх-
ности земли, расчетная отметка уровня грунтовых вод, а также
физико-механические характеристики грунта, приведены на
рис. III.37.
Опускание колодца осуществляется с поверхности земли
с водопонижением из скважин, расположенных вокруг колодца,
в два этапа. Высота первого яруса бетонирования й = 8 м. Вес
перекрытий и строительных конструкций Оск составляет 300 тс.
Объемный вес бетона 7$ равен 2,4 тс/м3.
На основании исходных данных получаем следующие рас-
четные характеристики:
средний периметр стен колодца С7ср =2 • 3,14 • 8,65 = 54,3 м\
наружный периметр стен колодца С7Н =2 • 3,14 • 9,3 = 58,4 м;
площадь опускного колодца Гк=3,14 • 9,32=271 м2\
\ =0,321; Х2 =0,333; 71взв“ (’-0,42) (2,68-1) =0,97 тс/м3-. 72взв“
= (1-0,33) (2,65-1) = 1,1 тс/м3.
Расчет производится для двух случаев:
I_ на действие нагрузок при опускании колодца с водо-
понижением;
II — на действие эксплуатационных нагрузок.
Расчетные нагрузки (см. табл. 111.1)
Собственный вес стен колодца
$ст = ^^ср = 77 к ^ст "ср =
= °’4+ . 1,1 1,3-14,9^ 2,4-54,3 = 48,5-54,3 = 2640 тс.
Вес днища
„ 3,14-8,2* + 3,14-8,9* . . „ . сп_
О = —1:---------------------1,1 • 2,4 = 605 тс.
дн о
Сила трения по наружной поверхности стен колодца
Т — (15,5 — 1,5 ) 58,4 2’6-7'5 + 2’8'8 — 2290 тс.
ст 7,5 + 8
Горизонтальное давление грунта на стены колодца находим,
определяя ординаты ап эпюр давления для строительного и экс-
плуатационного случаев в точках 1, 2, 3, 4, 5 (см. рис. III.37)
на приведенных глубинах:
строительный случай — 11з = 7,5 м; ---— =14 м; =
2
= 1,1 + 14 = 15,1 м;
величины ординат составляют:
ав = 1,9-7,5-0,321 = 4,58 тс/м2;
з
а” =1,9-7,5-0,333 = 4,75 тс/м*',
а1 = 2-14-0,333 = 9,35 тс/м2;
а6 = 2-15,1-0,333 = 10,6 тс/м2;
, . , 3,5-1,9
эксплуатационный случаи — п2=3,5 м; 1г3=44-----------=10,8олг;
0,97
А4=6 9+ ,10’85'0'97.. =16,45 м; (г5= 16,45 +1,1 = 17,55 м;
1.1
величины ординат составляют: ,
ав = 1,9-3,5-0,321 = 2,14 тс/м2;
= 0,97-10,85-0,321 = 3,38 тс/м2-
ан = 0,97-10,85-0,333 = 3,51 тс/м2;
а< = 1,1-16,45-0,333 = 6,05 тс/м2;
с„ = 1,1-17,55-0,333 = 6,44 тс/м2.
Гидростатическое давление на уровне подошвы диища равно
90,9 — 78,9 = 12 тс/м2.
15.2,3. Расчет прочности стен колодца
а) На горизонтальную нагрузку (см. табл. 111.2)
Строительный случай
Принимаем по высоте колодца шесть расчетных поясов
и делаем расчет для нижнего пояса толщиной Н=2,9 м.
Интенсивность давления грунта по нижнему поясу (см. эпю-
ру бокового давления грунта на рис. III.37)
?‘-+ Д|>. 1,1
2 9 97-1 1
Ря= -------------------- 9,35 :----— = 13,13 тс/пог. м;
2,9 2,9
МА = —0,1488-13,13-8,652-0,25 = — 36,3 те м;
Мо = 0,1366-13,13-8,652-0,25 = 33,6 тс-м;
а
ЫА = 13,13-8,65 (1 + 0,7854-0,25) = 135 тс;
= 13,13-8,65 (1 + 0,5-0,25) = 126 тс.
По полученным величинам строим эпюру моментов
(рис. 111.38).
15.2.1. Расчет опускания колодца
По формуле (111.1) находим коэффициент опускания
к = 2640_= 115>
2290
т. е. принятая толщина стен достаточна.
15.2.2. Расчет колодца на всплытие
По формуле (III.6) находим коэффициент всплытия колод-
ца в строительный период без учета веса перекрытий и строи-
тельных конструкций
/< — 2640 + 605 + 0,5-2290 _ } 3?)
вс 12-1-271 ~
и в эксплуатационный период с учетом веса перекрытий н стро-
ительных конструкций
2640 + 605 + 300 + 0,5-2290
Ав = -------------------------= 1,44.
вс 12-1-271
Эксплуатационный случай
(днище забетонировано)
Интенсивность давления грунта на уровне верха днища
Р& =6,05 тс/пог. м.
М. = — 0,1488-6,05-8,653-0,25 = — 16,8 те м;
А
М = 0,1366-6,05-8,652-0,25= 15,5 те м;
О
IIА = 6,05-8,65 (1 + 0,7854-0,25) = 62,5 тс;
/У = 6,05-8,65 (1 + 0,5-0,25) = 58,9 тс.
Сжимающее усилие от гидростатического давления и ак-
тивного давления грунта на уровне верха днища составляет:
М= Рг = 10,9-8,65= 94 тс (см. рис. III. 39).
Расчетные усилия принимаем по наибольшим зиачеппям-
М и ЛГ;
М , = — 36,3 тс.м; М , = 94 + 135 = 229 тс;
А А
М _ = 33,6 тс-м; V = 94 + 126 = 220 тс.
В В
Арматура стен подбирается на виецентренное сжатие.
Р- 10,9тс /пог. м
V, =31,2-0,4 = 12,5 тс;
Г2 = 0,5-31,2-0,7 = 10,9 тс;
Н = 10,9 4г (57°30' — 31°) = 5,4 тс;
М1 = 0,35 12,5 — 0,08-10,9 4------ 1,1-5,4 = 7,47 те м;
се з
б) На изгиб в вертикальной плоскости и на кручение
при снятии колодца с подкладок (см. табл. II 1.2)
Нагрузка принимается равной весу 1 пог. м первого яруса
бетонирования стены колодца (по длине периметра):
1,1 4- 1,3-6,9 2,4 = 23,4 тс/пог. м:
М п = — 0,215-23,4-8,65’ = — 377 те м;
М = 0,1103-23,4-8,65° = 193 тс-м;
(И = 0,0297-23,4-8,65° = 52 те м.
КР
ргр^>г
Рис. III.41
б) II случай (рис. И 1.42)
/и1»
сс
],25-1,1а 9,35-1,1° п _
------------------------с= —6,1э тс-ж;
3 2
<2„ = 1’25 9,35• 1,1 = 11 тс.
н 2
По конструктивным соображениям внешнюю и внутреннюю
вертикальную арматуру проектируем одинаковой, подбирая ее
по максимальному моменту М и проверяя на максимальную по-
перечную силу.
Горизонтальную арматуру ставим ту же, что и для выше-
лежащего пояса.
По полученным величинам расчетных моментов строим эпю-
ры моментов (рис. 111.40).
в) На разрыв стен при зависании колодца
Я = 0,65 Р = 0,65-48,5 = 31,6 тс.
15.2.5. Расчет железобетонной плиты днища (рис. 111.43)
Днище колодца рассчитывается как плита, опертая по кон-
туру. Нагрузка на днище составляет (см. табл. III.1):
1 300 + 2640 - 0,5-2290 с г__
о1 = ---------------------=6,50 тс м3;
ДИ 271
в11 = 12-1 — 1,1-2,4 = 9,4 тс/м*.
дн
Принимаем <?дН“9.4 тс!мЗ.
Расчетная нагрузка на круглую плиту днища и расчетные
усилия при коэффициенте Пуассона Р- = 1/6=0,167 составляют
(см. табл. III.6):
«Р = 9,4-3,14-8,55’= 2157 тс;
дн
15.2.4, Расчет прочности ножа колодца (см. табл. 111.1)
а) 1 случай (рис. 111.41)
23,4 э, о I а
п ----------!----= 31,2 тс/м3;
г₽ 0,4+0,5-0,7
при гр = О
М = М = — (3 + 0,167) = 135,4 тс-м;
р т 16-3,14
при гр = 2 (р -=0,234)
91 57
М =——— (3 + 0,167) (1 — 0,234’) = 128 тс-м;
р 16-3,14
Мр
при гр =4 (р =0,468)
Мп = 2157 ( 3 4- 0,167) (1 — О,4682) = 105 тс-м;
р 16-3,14
2157
М„ =---------— [3 4-0,167 — (1 4- 3-0,167) 0,468=] = 121 тс-м:
Т 16-3,14
при гр =6(р=0,701)
2157
Мп = - .. (3-|- 0,167) (1 — 0.7012) = 80 7-с-ж;
р 16-3,14
2157
М =--------- [3 4-0,167— (1 4- 3-0,167) 0,701=] = 103 тс-м;
т 16-3,14
при гр =8,55 (р “1)
Мп = 0; М = -21-57 [3 4-0,167— (1 4-3-0,167) I2] = 71,5 тс-м.
р 1 16-3,14
О 2 4 6 8,55
О 2 Ь 6 8,55
Рис. III.43
М = 2157 ... [3 4-0,167-(1 4- 3-0,167) 0,234=] = 133 тем;
т 16-3,14
ЛИТЕРАТУРА
Воробков Л. Н., Гаврнлко В. М., Лоба-
чев П. В., Шестаков В. М. Водопонижение в гидротех-
ническом строительстве. Госстройнздат, 1960.
Климов В. Т., Маричев В. И., Рубинчик А. М.
Строительство опускных колодцев и кессонов. Госстройнздат,
1963.
Подводный способ разработки грунта и бетонирования
в опускных колодцах. Информационное сообщение № 6. Тех-
ническое управление Минстроя СССР, 1955.
Справочник по гидротехнике. Госстройнздат, 1955.
Четвернин Л. А. Проектирование, расчет и конструи-
рование водопроводно-канализационных опускных сооружений.
Госстройнздат, 1953.
РАЗДЕЛ IV
КЕССОНЫ
1. УСЛОВИЯ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
КЕССОНОВ
Кессоны (кессонный способ производства работ)
применяются в различных областях промышленного,
транспортного и гидротехнического строительства для
двух целей: а) как глубокие фундаменты, когда проч-
ное основание, на которое необходимо передать нагруз-
ку от сооружения, залегает на большой глубине (при
этом глубина опускания кессона определяется особен-
ностями геологического строения площадки); б) как за-
глубленные (подземные) помещения различного назна-
чения (при этом глубина опускания кессона определяет-
ся технологическими требованиями).
Выбор кессона для использования в качестве фун-
дамента или заглубленного помещения должен быть
в каждом конкретном случае обоснован с точки зрения
технико-экономической целесообразности по сравнению
с другими возможными решениями (опускными колод-
цами, свайными фундаментами, искусственным закреп-
лением грунтов основания химическим или термическим
способом, закладкой сооружения в открытом котловане
с применением глубинного водопонижения или искус-
ственного замораживания бортов котлована). В послед-
ние годы использование кессонов в качестве глубоких
фундаментов почти полностью вытеснено применением
более прогрессивных опор — цилиндрических свай-обо-
лочек большого диаметра, опускных колодцев, буровых
свай и др. Поэтому в настоящем справочнике рассмат-
риваются лишь кессоны, применяемые в качестве за-
глубленных помещений различного технологического
назначения: водозаборных сооружений и насосных стан-
ций, колодцев для дробления руды, скиповых ям и ям
окалины, устройств для непрерывной разливки стали,
погрузочно-разгрузочных сооружений и др.
Кессону следует отдавать предпочтение в следую-
щих случаях:
1) когда по геологическим и гидрогеологическим
условиям применение другого способа производства ра-
бот исключается или крайне затруднено (например, при
обильном притоке грунтовых вод в крупнообломочных
и скальных грунтах);
2) когда заглубленное помещение проектируется
в непосредственной близости от существующих соору-
жений (в частности, в действующих цехах), предохра-
нение которых от осадок другими способами невоз-
можно или невыгодно;
3) когда стоимость строительства кессонным спо-
собом ниже по сравнению с другими решениями;
4) когда кессонный способ производства работ да-
ет значительный выигрыш во времени (продолжитель-
ности строительства) по сравнению с другими реше-
ниями.
Во всех случаях при выборе кессонного варианта
следует удостовериться в наличии строительной орга-
низации, которая может осуществить в натуре проект
сооружения.
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
КЕССОНОВ
Для составления проекта кессона, а также проекта
производства работ по изготовлению и опусканию кес-
сона необходимо располагать исходными материалами
в объеме, предусмотренном для опускных колодцев
в п. 2 раздела III.
3. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ
Заглубленные помещения, сооружаемые кессонным
способом, обычно выполняются в монолитном железо-
бетоне с маркой бетона не менее 200. Конструкция за-
глубленного помещения состоит из надкессонного строе-
ния с вертикальными стенками и самого кессона, ко-
торый в свою очередь состоит из перекрытия и консоли
(рис. IV.!). Длина консоли, определяемая высотой ка-
12 5 6
Рис. 1У.1. Вертикальный разрез
заглубленного помещения, устраи-
ваемого кессонным способом
1 — консоль; 2 — заглубленное помеще-
ние; 3 — надкессонное строение; 4—кес-
сон; 5 — камера кессона; 6 — перекры-
тие
меры кессона, необходимой по условиям удобства и бе-
зопасности производства работ, обычно принимается
равной 2,2 м.
Сечения стенок надкессонного строения, перекры-
тия и консоли назначаются конструктивно с дальней-
шей проверкой принятых размеров расчетом. В целях
уменьшения расчетного сечения стенок надкессонного
строения по их высоте как с внутренней, так и с на-
ружной стороны можно делать уступы. При устрой-
стве в заглубленном помещении перекрытий, необходи-
мых по технологическим требованиям, уступы делают
на уровне этих перекрытий. Если в пределы призмы об-
рушения грунта попадают другие сооружения, то во
избежание их осадок делать уступы с наружной сто-
роны стенок не рекомендуется.
Очертание и размеры в плане заглубленных поме-
щений, устраиваемых кессонным способом, определяют-
ся их технологическим назначением. Наиболее распро-
странены кессоны прямоугольной и круглой формы
в плане. Кроме того, встречаются разновидности этих
форм, например кессоны прямоугольной формы с за-
кругленными торцовыми сторонами или со срезанными
углами. Преимущество заглубленных помещений пря-
моугольной формы в плане заключается в возможности
лучшего использования площади помещения. Кессоны
круглой формы в плане также имеют ряд преимуществ:
1) в стенках надкессонного строения вследствие воз-
действия по периметру сооружения равномерно распре-
деленного наружного давления возникают главным об-
разом сжимающие усилия; 2) при одинаковой площади
кессонов круглой и прямоугольной формы в плане пе-
риметр первого меньше периметра второго, благодаря
чему уменьшаются силы трения по наружной поверх-
ности сооружения и тем самым облегчается опускание
кессона.
Отношение длины кессона прямоугольной формы
в плане к его ширине в большинстве случаев колеблет-
ся от единицы до трех-четырех. Кессоны с отношением
сторон более четырех обычно применяются при соору-
жении отдельных участков туннелей, галерей и т. п.
В некоторых случаях в заглубленных помещениях
по технологическим требованиям устраивают перего-
родки, например перегородки, разделяющие насосное
и водоприемное отделения в насосных станциях совме-
щенного типа. Эти перегородки желательно использовать
в качестве дополнительных опор для потолка камеры
кессона и стенок,надкессонного строения.
В кессонах большой площади или сильно вытяну-
тых желательно ставить перегородки, даже если это не
вызывается технологическими требованиями, с целью
уменьшения сечений конструкции.
Все конструктивные решения должны быть приняты
с учетом особенностей производства кессонных работ
по рекомендациям СНиП Ш-Б.7-62.
4. РАСЧЕТ КЕССОНОВ-
4.1. ОБЩИЕ ДАННЫЕ
На кессон оказывают воздействие следующие на-
грузки: 1) собственный вес; 2) вес пригрузки (при опу-
скании кессона с пригрузкой); 3) давление сжатого воз-
духа на перекрытие камеры кессона и на консоль;
4) сила трения грунта по наружной поверхности соору-
жения; 5) активное давление грунта с учетом нагру-
зок, действующих в пределах призмы обрушения; 6) го-
ризонтальное давление грунтовой воды; 7) реакция
грунта в основании кессона; 8) вертикальное давление
грунтовой воды на кессон после его опускания до про-
ектной отметки; 9) вес технологического оборудования
и конструкций.
Вес пригрузки определяется расчетом на опускание
кессона.
Давление сжатого воздуха определяется по фор-
муле
Рвоз — Рк. тс, (IV.!)
где Рк— площадь кессона, ограниченная наружной
кромкой ножа, в лс2;
Лг—интенсивность давления сжатого воздуха на
уровне ножа кессона в тс[м2.
Сила трения грунта по наружной поверхности стен-
ки кессона при его опускании определяется согласно
п. 4 раздела III с понижающим коэффициентом 0,8.
Активное давление грунта и горизонтальное давле-
ние грунтовой воды определяются в соответствии с ука-
заниями, приведенными в п. 6 раздела III.
Реакция грунта в основании кессона определяется
с учетом сопротивления силы трения грунта по наруж-
ной поверхности стенок кессона, принимаемого равным
половине силы трения при опускании кессона.
Вертикальное давление грунтовой воды на кессон
определяется как сумма давлений на потолок камеры,
на наклонную поверхность консоли и на банкетку ножа
кессона.
При проектировании кессонов их рассчитывают
в строительный период: а) на прочность — при снятии
с подкладок или распалубливании кессона (при отсут-
ствии подкладок) и при опускании; б) на опускание;
в) на всплытие сооружения, опущенного до проектной
отметки1; и в эксплуатационный период: а) на всплы-
тие; б) на прочность при разных случаях воздействия
нагрузок на сооружение.
Кроме указанных расчетов в случае, если требует-
ся определение устойчивости сооружения (например,
для сооружения, опускаемого на склоне речной доли-
ны), производится проверка его на сдвиг согласно ука-
заниям п. 5 раздела III.
4.2. РАСЧЕТ КЕССОНА ПРЯМОУГОЛЬНОГО ОЧЕРТАНИЯ
В ПЛАНЕ НА ПРОЧНОСТЬ
4.2.1. Расчет кессона в начальной стадии опускания
(общие положения)
В начальной стадии опускания кессона рекоменду-
ется рассчитывать его на следующие случаи: 1) кессон
погружен на высоту песчаной подушки, т. е. опирается
на естественный грунт (при наличии ниже поверхности
заложения сооружения прослоек слабых грунтов полу-
ченную при расчете площадь опирания кессона необхо-
димо проверить применительно к этим грунтам);
2) грунт под банкеткой ножа частично выбран и кессон
опирается на него только в фиксированных зонах
(в этом случае определяют усилия в стенках кессона,
в консоли, а при наличии шпальных клеток — в пере-
крытии камеры кессона). 4
Расчет давления на грунт, возникающего при со-
оружении кессона, расчет количества подкладок и не-
обходимой площади опирания банкетки ножа кессона
производят в соответствии с указаниями п. 10 раз-
дела III.
Вес кессона и надкессонного строения I этапа бе-
тонирования передается основанию либо полностью
через банкетку, либо частично через банкетку, а частич-
но через шпальные клетки, т. е.
= + (IV.2)
где О"—вес кессона и надкессонного строения I эта-
па бетонирования;
0$—часть веса, передаваемая основанию через
банкетку;
0“ —часть веса, передаваемая основанию через
шпальные клетки.
1 См. указания п. 5 раздела III.
Следует стремиться к тому, чтобы вес кессона I эта-
па бетонирования передавался основанию полностью
через банкетку, т. е. чтобы 6*1= Это достигается ли-
бо увеличением высоты песчаной подушки, либо воз-
можным уширением банкетки (с учетом особенностей
разработки грунтов под ножом кессона), либо умень-
шением высоты I этапа бетонирования, т. е. уменьше-
нием нагрузки на 1 пог. м периметра ножа. Если же
вследствие чрезмерно большого веса кессона или малой
несущей способности грунтов основания невозможно обес-
печить вышеуказанное требование, необходимо преду-
Рис. 1У.2. Опирание кессона
на фиксированные зоны и на
шпальные клетки
1 — оси фиксированных зон;
2 — шпальные клетки
смотреть дополнительное опирание кессона на шпаль-
ные клетки. Нагрузка, передаваемая в этом случае
шпальным клеткам, определяется по формуле
оу = 0? —О?.
Количество устанавливаемых шпальных клеток
должно быть не менее четырех. Клетки устанавливаются
по оси фиксированных зон (рис. 1У.2). Размеры клетки
в плане могут быть следующими; 1,6X1,6; 1,6X3,2;
3,2X3,2 и 2,5X2,5 м.
Предельную нагрузку на основание одной шпальной
клетки при квадратном очертании ее подошвы рекомен-
дуется определять по формуле
(Л -у + Вв <?гр + ск с) тс, (IV. 3)
где Ьк— размер шпальной клетки в плане
в м;
Лк, Вк и Ск— коэффициенты, являющиеся функци-
ей угла внутреннего трения <р (опре-
деляются по табл. 1У.1);
Уо—объемный вес грунта, расположенно-
го ниже подошвы шпальных клеток,
в тс/м? (при заложении их подошвы
выше уровня грунтовых вод на ве-
Ьк.
личину < ~ значение у0 принима-
ется с учетом взвешивающего дейст-
вия воды);
<7гр— давление грунта, расположенного
выше банкетки ножа, в тс/м2;
с — удельное сцепление в тс[м2.
Таблица IV.1
Значения коэффициентов Дк» Вк и Ск
<Р в град •^к Вк Ск
16 4,1 4,5 12,7
18 5,7 6,5 16,8
20 7,3 8,5 20,9
22 9,9 10,8 24,6
24 14 14,1 29,9
26 18,9 18,6 36,4
28 25,3 24,8 45
30 34,6 32,8 55,4
32 48,8 45,5 71,5
34 69,2 64 93,6
36 97,2 87,6 120
38 142,5 127 161
40 216 185 219
4.2.2. Проверка стенок надкессонного строения на отрыв
в процессе опускания
Стенки надкессонного строения рассчитывают на
отрыв под воздействием вертикальных сил в соответст-
вии с указаниями, приведенными в п. 6 раздела III.
Расчетное растягивающее усилие определяют по фор-
мулам:
при опускании кессона без форсированной посадки
^ = 01 + <2пр-/’воз тс- (IV.4)
при опускании кессона с форсированной посадкой
= С?1 + Спр — 0,5 Рвоз тс, (IV.4а)
где 01—вес зависшей части кессона и надкессонного
строения в тс;
^пр— вес пригрузки в тс;
РЬоз—давление сжатого воздуха в тс.
При подборе сечения вертикальной арматуры из
расчета на отрыв принимают следующие коэффициенты
запаса: К\—1,7 при опускании кессона без форсирован-
ной посадки и 7(^2= 1,0 при опускании кессона с форсиро-
ванной посадкой. Если в вертикальном направлении
кроме усилия на отрыв действуют другие усилия, на ко-
торые подобрана арматура, последняя проверяется на
сумму действующих усилий с коэффициентом запаса
К, равным 1,7.
4.2.3. Расчет кессона в продольном и поперечном
направлениях. Расчет консоли
а) Расчет кессона в продольном направлении. Рас-
чет кессона в продольном направлении производят по
шести расчетным схемам (рис. ^.3 — 1У.8). По указан-
ным схемам определяются усилия — моменты Л1 и попе-
речные силы О. — и производится подбор сечений и про-
дольной арматуры. За рабочее сечение принимается се-
чение стенок надкессонного строения с консолью
(рис. 1У.9).
б) Расчет консоли. Прочность консоли проверяют
в сечении I — I на два случая:
I) кессон опущен почти до проектной отметки, и
грунт удален из-под банкетки (в этом случае моменты
в сечении I—I могут возникнуть от воздействия следую-
щих сил: давления воздуха внутри камеры, сниженного
на 50%, давления воды и грунта на наружную грань
консоли, собственного веса консоли);
2) кессон снимается с подкладок, вес его и надкес-
сонного строения передается на подкладки (в этом слу-
I,
Рис. 1У.5. III расчетная схема
опирания кессона — давление
на грунт передается через всю
площадь банкетки, за исключе-
нием участка между фиксиро-
ванными зонами
Основное уравнение
Рис. 1У.З. I расчетная схема
эпирания кессона — давление
на грунт передается только
через площадь фиксированных
зон
Основное уравнение
0=^ ^+2^ = 48^ /ф
(здесь и далее: О — вес кессона
и надкессонного строения в тс;
71 — интенсивность нагрузки от
веса продольных стен надкес-
сонного строения, консоли и
перекрытия кессона в тс/м-,
— вес торцовой стенки над-
кессонного строения и консоли
в тс; О1, о2, Оз — напряжение
под банкеткой ножа в тс/м2)
Рис. 1У.4. II расчетная схема
опирания кессона — давление
на грунт передается через пло-
щадь фиксированных зон и пло-
щадь банкетки между ними
Основное уравнение
° = ^ /1+22с = 2оа2( ^-2^)
0 == 11 + 2^с = 22’з
+ 2'ф)
( 'г + 2'з +
------------г,------------------
Рис. IV.6. IV расчетная схема
опирания кессона —• давление
на грунт передается через клет-
ки и площадь фиксированных
зон
Основное уравнение
0 = 11 +?*с = 43о1 'ф + 4а« ак ьк
(здесь Од— напряжение в осно-
вании клеток в тс/м2)
Рис. 1У.7. V расчетная схема
опирания кессона — давление
на грунт передается через клет-
ки, площадь фиксированных
зон и площадь банкетки меж
ду последними
Основное уравнение
О •= 1! + 2яс~ 28а2 ( 1Х - 2?3) +
+ 4а4 ак
Рис. 1У.8. VI расчетная схема
опирания кессона —• давление на
грунт передается через клетки и
всю площадь банкетки, за исклю-
чением участка между фиксиро-
ванными зонами
Основное уравнение
/1+2^с = 2оа,( /а + 2/3 +
+ 2/ф) +4а‘ак Ьк
чае момент в сечении / —/ возникает от воздействия
реакции грунта в основании подкладок и от собственно-
го веса консоли; при этом реакция грунта от веса кес-
сона и надкессонного строения принимается с коэффи-
циентом 1,2, учитывающим неравномерность распреде-
ления реакции под банкеткой).
Рис. IV.9. Рабочее сечение кес-
сона при расчете его в продоль-
ном направлении (очертание
консоли принимается по штри-
ховой линии)
Рис. ^.10. Схема рас-
чета кессона в по-
перечном направле-
нии
Если по расчету в
Если по расчету в обоих случаях арматуры не тре-
буется, то предусматривается конструктивное армиро-
вание в сечении /—I как с внутренней, так и с наруж-
нои стороны.
в) Расчет кессона в поперечном направлении. В на-
чальной стадии опускания кессонов с клетками перекры-
тие рассчитывают в поперечном направлении в предпо-
О
0,20
0,40
ЦБП
0,80
100
Распределение нагрузок от
бокового давления на стенки 1
в вертикальном и горизонтальном направлении
У Р"г (^в=°) н =0,5 1 К =1 1 н =1,5 1 Н =2 1
Рв Рг Рв Рв Р'г Рв Р'г
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0,2 Н 0,2 п 0,05 п 0,15 п 0 0,2 л 0 0,2 л 0 0,2 л
0,4 Л 0,4 п 0,2 п 0,2 п 0,02 л 0,38 п 0 0,4 л 0 0,4 п
0,6 К 0,6 п 0,46 п 0,14 п 0,1 п 0,5 л 0,02 п 0,58 л 0 0,6 л
0,8 Н 0,8 л 0,74 п 0,06 п 0,35 п 0,45 л 0,11 л 0,69 п 0,04 п 0,76 п
1 о. — 1 п 0 1 л 0 1 л 0 1 п 0
в
таблице
и я:
максимальные значения ординат Рв. При
даны
Пр
расчете
и м е ч а
стенки ;
вертикальном направлении максимальная ордината Рв принимается
в пределах от 0,25 I до 0,75 I. На остальной части пролета стенки ордината принимается
в 2 раза меньше.
2. В случае, когда эпюра бокового давления имеет ступенчатую Форму, следует
приводить ее к эквивалентной треугольной эпюре. Ордината основания треугольной
эпюры определяется при этом из равенства площадей эпюр бокового давления ступен-
чатой и треугольной форм.
ложении, что давление на грунт от веса кессона и над-
кессонного строения передается только через клетки
(рис. IV. 10). Ширина расчетной полосы В принимает-
ся равной ак + 2Нп, где Лп — толщина перекрытия. При
наличии клетки, расположенной в середине пролета /4,
ширина В принимается равной 2/3 /4, но не менее ак +
+ 2йц-
г) Расчет стенки надкессонного строения на гори-
зонтальное внешнее давление от грунта и воды. Расчет
ведется в зависимости от соотношения высоты стенки
Н с длиной ее I.
При Н11<а,Ъ стенка рассчитывается в вертикальном
направлении или как консольная плита, заделанная ниж-
ней частью в перекрытие камеры при свободной верхней
части, или (при наличии наверху опоры) как плита, за-
деланная нижней частью в перекрытие и свободно лежа-
щая в верхней части.
При /г//>2 стенка рассчитывается в горизонтальном
направлении как замкнутая рама. При этом она разби-
вается по высоте на зоны, и каждая зона рассчитыва-
ется на горизонтальную нагрузку, приходящуюся на нее.
Наиболее загруженная зона принимается на расстоянии
0,8/г от верха стенки.
При К/1 в пределах от 0,5 до 2 стенка рассчитывает-
ся в горизонтальном и вертикальном направлении. Рас-
пределение горизонтальной нагрузки на эти направле-
ния определяется из условия равенства прогибов двух
полос стены, вырезанных во взаимно перпендикулярных
направлениях, в месте их пересечения и из условия
Рг + Рв = п> (IV.5)
где Рг и Рв — ординаты эпюр нагрузки, полученных
для расчета стенки соответственно в го-
ризонтальном и вертикальном направ-
лении;
п—ордината эпюры полного горизонтально-
го давления на стенку.
Распределение нагрузок от треугольной эпюры бо-
кового давления в вертикальном и горизонтальном на-
правлении в зависимости от соотношения НЦ приведено
в табл. IV.2.
При распределении нагрузок горизонтальная поло-
са рассчитывается как однопролетная балка, заделан-
ная на опорах, а вертикальная полоса при отсутствии
наверху стенки балки
Таблица 1У.2
' треугольной эпюры
надкессонного строения
(опоры)—как консоль, заделан-
ная в перекрытии кессона, и
при наличии наверху опоры —
как балка, заделанная одним
концом и опертая другим.
Для упрощения расчета
распределения нагрузок в вер-
тикальном направлении можно
принять только одну верти-
кальную полосу, вырезанную
в середине пролета стенки.
Формулы для расчета пря-
моугольной рамы, а также
рамы с симметрично располо-
женными внутренними перего-
родками приведены в п. 6 раз-
дела III. Расчет прямоугольной
рамы с несимметрично распо-
ложенной внутренней перего-
родкой производят по форму-
лам, приведенным в табл. 1У.З
(для упрощения расчета рама
заменяется пятипролетной пли-
той).
Таблица IV.3
Формулы для расчета прямоугольной рамы кессона с несимметрично расположенной внутренней перегородкой
Расчетная схема
Формулы для определения моментов сил в соответствующих узлах прямоугольной рамы
_ Р1 /1+2/2)
111 4 [т, (34 + 44) + 6т4 (4 + 4)]
м Р1 11 (тз + 3т1).
2’2' 4[щ, (34 + 44) + 6/П, (Л + /2)]
М3,3' = °
рз 1з т1 ( г1+ 7г)
2 [т3 (3/, + 44) + 6т, (I, + 4)]
2,2 4[тэ (34 + 44) +6т4 (4+ /2)!
^з.з^0
Р3 13 12 т2
4[щ3(34 + 44)+ 6т2 (4 + 4)]
Р3/2 т2(/1+/2)
2 [/п3 (3/2 4/1) 4~ 6^2 (/) 4“
м1,1-=0:
м ______Р2 12 (тз+3гп2)
2>2' 4 [щ, (34 + 44) + 6т2 (4+4)]
м =__________Р2 12 т3 ( /2 + 2/1)
3,3 4 [т, (34 + 41,) + 6т 3 (,1, + 4)]
Примечания: 1. в приведенных формулах приняты следующие обозначения: Р,, Рг, Р3 — интенсивность давлений на стен-
ки длиной /ь 4, ^з; т — погонные жесткости элементов при Е = \ (т, =——; т.,= —— . _ —— , где /ь I,, /3 — моменты инерции
Л 11 ’ 3~ I,
сечений соответствующих стенок длиной /1, /2, 4).
2. При одновременном действии всех указанных нагрузок на раму моменты в узлах определяются как сумма моментов от
действия отдельных нагрузок по приведенным расчетным схемам.
Внутренняя перегородка надкессонного строения
рассчитывается на нагрузку от ее собственного веса и
нагрузку, передающуюся от перекрытия камеры кессо-
на. При соотношении высоты перегородки к пролету
более 0,8 перегородка рассчитывается как балка-стенка,
а в остальных случаях — как балка на двух опорах.
4.2.4. Расчет перекрытия камеры кессона
Перекрытие камеры кессона рассчитывается на ука-
занные в табл. 1У.4 комбинации нагрузок для случая,
когда кессон опущен до проектной отметки.
Таблица IV. 4
короткой стороны), а при соотношении его сторон —=
^2
= 1-т-2 — в двух направлениях.
Нагрузки по двум направлениям распределяются
согласно таблицам Маркуса как для плиты, опертой по
контуру. При наличии в расчетном направлении внут-
ренней перегородки перекрытие рассчитывается как не-
разрезная плита (табл. 1У.5).
Таблица 1У.5
Формулы для расчета перекрытия кессона
прямоугольного очертания в плане
при наличии внутренней перегородки
Расчетная схема
Расчетные случаи комбинаций нагрузок,
действующих на перекрытие
Расчетный случай Нагрузки
I Собственный вес, максимальное давле- ние сжатого воздуха
II Собственный вес, максимальное давление сжатого воздуха, вес пригрузки
III Собственный вес, давление сжатого воз- духа при форсированной посадке (50% мак- симального давления), вес пригрузки
IV Собственный вес, давление сжатого воз- духа снижено До 50% (аварийный случай при опускании кессона без форсированной посадки), вес пригрузки, соответствующий опусканию кессона без форсированной по- садки
V -(эксплуатацион- ный период! Собственный вес, гидростатическое дав- ление грунтовых вод
VI | Собственный вес, вес пригрузки Примечание. На VI случай рассчитываются кес- соны, заглубляемые в глинистые грунты с малым коэффи- циентом фильтрации, так как в указанных грунтовых усло- виях при прекращении подачи воздуха грунтовая вода будет медленно поступать в камеру, в результате чего некоторое время потолок не будет испытывать давления снизу.
Л?
№
Д7
ДТ
Формулы для опре-
деления расчетного
момента
Р13
М.=— 1 1
8(/гН2)
Р,/$
Л12=-_1±_
8(^4-/*)
М
Мг=-~
Следует отметить, что для кессона с предусмотрен-
ной расчетом пригрузкой перекрытие камеры нужно
рассчитывать по I случаю, так как в натуре может ока-
заться возможным опускание кессона без пригрузки, а
кроме этого, в период работы по заполнению камеры,
когда пригрузка снимается, перекрытие будет испыты-
вать нагрузки по I расчетному случаю.
Кроме указанных нагрузок следует учитывать уси-
лия (момент и нормальную силу), передающиеся пере-
крытию через консоль и надкессонную кладку. При этом
усилия, передающиеся через консоль, следует учитывать
только при увеличении ими усилий от других нагрузок
на перекрытие, а усилия, передающиеся через надкессон-
ную кладку, следует учитывать как при увеличении ими
усилий от других нагрузок на перекрытие, так и при
уменьшении их. В последнем случае рекомендуется учи-
тывать полностью усилия от давления грунтовых вод
и в размере 50% усилия от давления грунта.
/1
При соотношении сторон перекрытия —— >2 оно
‘2
рассчитывается в одном направлении (в направлении
При расчете сечения перекрытия на внецентренное
сжатие необходимо принимать следующие коэффициен-
ты запаса Д':
случай (см. табл. IV.4) .... I. II III IV VI
и V
К............................. 1.8 1,7 1,6 1,5
Кроме приведенного расчета перекрытие рассчитыва-
ют на давление снизу вверх, передаваемое через клетки,
в соответствии с указаниями п. 4.2. 3«б» данного раз-
дела.
4.3. РАСЧЕТ КЕССОНА НА ОПУСКАНИЕ
При расчете кессона на
удовлетворено условие
О
Т’трЧ-^’ воз
опускание должно быть
1,05, (IV.6)
где 0 — вес кессона и надкессонного строения в тс\
Ттр—суммарная сила трения грунта по наружной
поверхности кессона и надкессонного строе-
ния в тс;
Рвоз — давление сжатого воздуха в тс.
В случае, если для опускания данного сооружения
применяется форсированная посадка, допускаемая сог-
ласно указаниям СНиП Ш-Б.7-62 при 50% полного дав-
ления сжатого воздуха, это условие несколько изменя-
ется:
0
Утр 0,5 Рвоз
1,05 1,1.
(IV.ба)
Если указанное условие не удовлетворяется из-за
недостаточного веса кессона и опускаемой части надкес-
сонного строения, необходимо предусмотреть пригрузку
следующей величины:
4.4. РАСЧЕТ КЕССОНА КРУГЛОГО ОЧЕРТАНИЯ
В ПЛАНЕ НА ПРОЧНОСТЬ
при
опускании кессона без форсированной посадки
$пр > (1,05 — 1,1)(Ттр4-Рвоз) -С тс, (IV.7)
при
опускании кессона с форсированной посадкой
@пр
(1,05-^ 1,1)(7’тр + 0,5Рвоз)-С тс. (IV.7а)
а) Расчет кессона при снятии с подкладок. При сня-
тии с подкладок стенки кессона рассчитывают на изгиб
в вертикальной плоскости и на кручение в предположе-
нии опирания кессона на четыре подкладки согласно ука-
заниям, приведенным в п. 6 раздела III.
б) Расчет консоли кессона. Для упрощения консоль
кессона круглого очертания рассчитывается так же, как
консоль кессона прямоугольного очертания. При этом
моменты в сечениях консоли получаются преувеличен-
Таблица ^.6
Формулы для расчета перекрытия
кессона круглого очертания в плане
Расчетная схема Усилия в сечениях перекрытия
радиальный момент тангенциальный момент попереч- ная сила нормальное усилие
Воздействие на перекрытие равно- мерно распределенной нагрузки Р Мр =— — (3 + р.) X г 16 х (№ - г2) + мр МР= — [/?2(3+ )_ 16 -(1 -фЗр.) г2] + мр 2 мр ^р=нр== — 1 8
р
где М1 —опорный момент в сечении 1—1, равный:
г I —
п 2/
РК3 (1 -р.)
Р (1 р.) т ( здесь [х—коэффициент
п
Пуассона; /п — момент инерции сечения единицы длины перекрытия, равный________Е; 1С — мо-
12
Ле
мент инерции сечения единицы длины стенки, равный --------, 8 — характеристика жесткости
12
стенки, равная 0,76
Воздействие на стейку надкессон-Г
ного строения наружного горнзон- {
тального давления, изменяющегося
по линейному закону
М/ =М-,
Лп
,.п
где
п2 83
4/.
— момент в
сечении 1—1, равный------
8
2/.
п2 8
~2~
8* (п2 — п,)
4И.1,
Мп
2
(здесь п, — верхняя ордината эпюры давления на стенку; п2 — нижняя ордината эпюры
давления на стенку; й — высота стенки)
(}п = 0
К (1-Р-)
п
8
Примечание. Положительные значения для М приняты при растяжении нижнего волокна; для М — при сжатии сечеиия;
для <2 —при направлении вверх от действия левой части на правую.
ними, так как не учитывается работа консоли как коль-
ца. Несмотря на увеличение значений моментов, армиро-
вание консоли в большинстве случаев принимается кон-
структивно, поэтому уточнение расчета консоли практи-
ческого значения не имеет.
в) Расчет перекрытия кессона. Перекрытие кессона
круглого очертания рассчитывают на те же случаи, что
и перекрытие кессона прямоугольного очертания (см.
табл. 1У.4). Так же как и для кессона прямоугольного
очертания здесь следует учитывать наряду с указанны-
ми в табл. 1У.4 нагрузками усилия (с теми же рекомен-
дациями), передающиеся перекрытию через надкессон-
ную кладку, но усилиями, передающимися перекрытию
через консоль, можно пренебречь, так как при цилиндри-
ческой оболочке они незначительны.
Перекрытие рассчитывается как круглая плита с
учетом упругой заделки в цилиндрическую стенку над-
кессонного строения. Формулы для определения усилий
на них. Остальные действующие силы определятся в процессе
расчета.
Собственный вес кессона и нэдкессонного строения
(рнс. IV.11) при объемном весе железобетона 2,4 тс!м\ объеме
надкессонного строения V,, объеме перекрытия У2 и объеме
консоли составляет:
0 = 2,4 (V! Ч- У2+ У3) = 2,4 3,14-12,32-10,8 - 3,14- 1Р-10,8 +
3 14-2.° /
+ 3,14-12,32-2 + 3,14-12,32-2,2 — - (122
+ 10,73 + 12-10,7 ) = 5150 тс.
Ординаты эпюры горизонтального давления грунта
(рис. IV. 12) определяются по формуле
Таблица IV.7
Формулы для расчета стеики надкессонного строения кессона круглого очертания
Нагрузки Усилия в сечениях стенки
момент поперечная сила | кольцевое усилие
Воздействие на перекрытие равномерно распределенной нагрузки Р МР =МР е~~& соз ф где ф = “ и е т1 — гиперболи1 Р Р емого сечения); 2И1/71 и НР =НР ( е~соз ф + е 31 п ф) <еские функции (г— расстояние от 5 — усилия, формулы для подсчет р 2Р р _ф т =-"у Н\ е + оси перекрытия до рассматрива- а которых даны в табл. IV.6
Воздействие на стенку на- ружного горизонтального давления, изменяющегося по линейному закону Примечание. Положг ца; для Н—при направлении Мп =Му ( е~^ соз ф + +е~з!п ф) — —5//” е з!п ф где Л41 и /71 — усилия, формул давления на сте тельные значения для М принят от центра кольца при рассмотрен Нп = Н” ( е~ф соз ф — — е~'^ 31п ф) + /И? е~'^ 31 п ф +2 5 ы для подсчета которых даны в нку ы при растяжении наружного во ни действия нижней части на ве; п 2/? X ри” ( соз Ф — —е з1п ф) — 5/7^ е & соз ф^ габл. IV.6; п — ордината эпюры локна; для Т — при сжатии коль- )хнюю„
в перекрытии при постоянном сечении стенки надкессон-
ного строения приведены в табл. 1У.6.
г) Расчет стенки надкессонного строения. В верти-
кальном направлении стенка рассчитывается как цилин-
дрическая оболочка с учетом упругой заделки в пере-
крытие камеры. Формулы для определения усилий в
стенке при постоянном ее сечении приведены в
табл. 1У.7.
В горизонтальном направлении стенка рассчитыва-
ется как кольцо на неравномерную нагрузку от давле-
ния грунта в соответствии с указаниями, приведенны-
ми в п. 6 раздела III.
5. ПРИМЕР РАСЧЕТА КЕССОНА
И НАДКЕССОННОГО СТРОЕНИЯ КРУГЛОГО
ОЧЕРТАНИЯ В ПЛАНЕ
а) Определение сил, действующих на кессон и иадкессон-
ное строение. Найдем собственный вес кессона и надкессониого
строения, а также ординаты эпюры горизонтального давления
Рис. IV.! 1. Схематический раз-
рез кессона круглого очертания
в плане
В точке 0, где /7=0, ордината л = 0; в точке 1 верхняя орди-
ната л 1=1,7 • 3 (Д2 ^45-— ^ = 1,71 тс/м2, нижняя ордината «” =
= 1,7 • 3 1е2 ^45-—^ = 1,84 гс/ж2; в точке 2 верхняя ордината
\ 2 )
Пр=(5,1+4Ие2 ^45 —-------)=3,28 тс[м2, нижняя ордината л“.=9,1Х
Рис. 1У.12. Эпюры горизонтального давления, воздейст-
вующего на кессон круглого очертания в плане
(20
45---— | =4,46 тс/м2; в точке 3 верхняя ордината =
/ 20 \
«=(9,14- 5) | 4э — —— I =6,91 тс/м2, нижняя ордината п8 =
= 14,1 ^45----7_. =5,08 тс/м2; в точке 4 ордината =
(28 \
45----— =6,16 тс/лс2.
Для расчета эпюра горизонтального давления грунта на
надкессонное строение приводится к треугольной эпюре. При
этом основание треугольной эпюры является наибольшей рас-
четной интенсивностью давления грунта и определяется из усло-
вия равенства площадей треугольной эпюры и эпюры давления
грунта:
11,8 1,71-3 , 1,84 + 3,28 л , 4,46 + 6,91
--------------------------------4 +---------------
Отсюда /г = 6,8 тс/м2.
Наибольшая ордината эпюры горизонтального давления во-
ды пв=12 тс/м2.
б) Расчет кессона на опускание. Наибольшее расчетное
давление сжатого воздуха на кессон при полном гидростатиче-
ском давлении грунтовых вод /7=12 тс/м2 составляет:
Рвоз== 3’14-12,3'-12 = 5700 тс-
Сила трения по наружной поверхности кессона и надкес-
сонного строения при приведенных на рис. IV. 12 значениях
удельной силы трения будет равна:
?тр = 3,14-24,6 + 4-2 + 5-1,5 + 3-2^ = 1895 тс.
Для обеспечения опускания кессона без форсированной по-
садки в соответствии с формулой (IV.7) требуется пригрузка
<?пр = 1,1 (1895 + 5700) — 5150 = 3200 тс.
Интенсивность давления пригрузки на потолок кессона
в) Расчет кессона при снятии с подкладок. Определим уси-
лия в вертикальных сечениях прн опирании кессона на четыре
подкладки.
Изгибающий момент над подкладной опорой
/И = — 0,215 РК2 = — 0,215 — —Ч>651 = _ 2050 тем.
оп 2-3,14-11,65
Изгибающий момент в пролете между подкладками
5150- И, 652
М =О,ПРД2 = 0,11------------:---= 1050 тем.
пр 2-3,14-11,65
Крутящий момент
Мкп = 0.03Р7?2 = 0,03 3150-11’63'_ _ 287 тс.м_
1 2-3,14-11,65
г) Определение усилий в сечениях перекрытия камеры кес-
сона от действия внешних нагрузок. По формулам, приведенным
--------------------------------------------- 23
в табл. 1У.6, при К = 11,65 м, 5=0,76 У 1,3 • 11,65=2,95, 1 =-=
п 12
1 З3
=0,67 м\ 1 = —:—=0,18 л/4 чр-=о,17 находим усилия в перекры-
с 12
тии от вертикальной равномерно распределенной нагрузки, дей-
ствующей снизу вверх:
МР=___________= ю.8 Р;
1 8.0>67 Г_2^_+П-65 (1-0,17)3 .
[ 2-0,18 0,67 ]
Л4Р =------- (3 + 0,17) (11,65® — г2) + 10,8Р =
т 16
= — 0,198 (136 — г2) Р+ 10,8Р;
МР=-----— [11,65® (3 + 0,17) - (1 + 3-0,17) г2] +
1 16
+ 10,8Р = —0,0625 (432 — 1,51г2) Р+ Ю.8Р;
(?р=- —;
2
^е=нР=^=3,7Р.
1 2,95
Усилия в сечениях перекрытия кессона от действия гори-
зонтальных нагрузок (давления грунта и грунтовой воды) на
стенку надкессонного строения также находим по формулам,
приведенным в табл. 1У.6 (вторая расчетная схема прн П| = 0);
2,953п2 2,954пг
2-0,18 0,67
нп = Ы5пг. 1.18Пг 1 <86л2.
1 2 2,95
и» 2
/Vя = 1,86п2 -{----— = 1,86л2 + п”.
Усилия от давления грунта, когда п2=6,8 тс/м2, а п” =
=5,08 тс/м2 (5,08 — ордината эпюры давления грунта у оси пере-
крытия на уровне кровли песчаногс слоя), составляют:
Мя = Мя = 1,18-6,8= 8тс-м; Н” = 1,86-6,8 = 12,6 тс;
Ип = 1,86-6,8 + 5,08= 17,7 тс.
Усилия от давления грунтовых вод, когда п2=8,8 тс/м2,
составляют:
Мп = Мп = 1,18-8,8=10,4 тем; Н” = 1,86-8,8 = 16,4 тс;
г 7 1
Л/”= 1,86-8,8 + 8,8 = 25,2 ?с
Усилия, возникающие в перекрытии камеры от горизон-
тального давления на стенку надкессонного строения воды
слоем Л=8,5 м, используемой для пригрузки, принимаем рав-
ными и противоположно направленными усилиям от давления
грунтовых вод, так как давление воды на стенки изнутри и сна-
ружи почти одинаково.
Значения усилий в сечениях перекрытия от различных на-
грузок даны в табл. IV.8 и на эпюрах рис. IV.13.
д) Определение усилий в сечениях стенки надкессонного
строения от действия различных нагрузок. По формулам, при-
веденным в табл. IV.7, находим усилия в стенке надкессо^нного
строения от следующих нагрузок (значения Л41 и для
различных нагрузок даны в первой строке табл. IV.8):
от веса перекрытия Р — —4,8 тс/м2 на 1 пог. м
Мр = — 51,8е~Ф соз ф; Нр = — 17,8 ( е~Ф соз ф + е~~'^ з!п ф);
„р 2-11,65-17,8 х . , . ,
?Р=----------- е тзш^=140,5е тзшф;
2,95
Таблица IУ.8
Усилия в сечениях перекрытия камеры кессона от действия нагрузок
Расчетное сечение Расстоя- ние г от сечения до центра перекры- тия в м Усилия от единичной на- грузки Р=1 тс/м2 на 1 пог. м, действующей снизу вверх Усилия от собственного веса перекрытия Р=-—4,8 тс/м* на 1 пог. м Усилия от максимального давления пригрузки Р=—8,4 тс/м? на 1 пог. м Усилия от максимального давления сжатого воздуха Р==12 тс/м* на 1 лог. л Усилия от сниженного до 50% давления сжатого воз- духа Р=6 тс/м* на 1 пог. м
Л1Р <ЭР МР 7 (?Р 1<Р мр 0Р Мг (1р Ыр л^р
1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
1 11.65 10,8 —3,4 —5,8 3,7 —51,8 16,3 27,8 —17,8 —90,7 28,6 48,7 —31,1 129,5 —40,8 —69,6 44,4 64,8 —20,4 —34,8 22,2
2 9 0,1 —8,5 —4,5 3,7 —0,5 40,7 21,6 —17,8 —0,9 71,4 37,8 -31,1 1,2 —102 —54 44,4 0,6 —51 —27 22,2
3 6 —9 —12,8 —3 3,7 43,5 61,5 14,4 —17,8 75,6 107,5 25,2 —31,1 —108 —153,5 —36 44,4 —54 —76,8 -18 22,2
4 3 —14,4 —15,3 —1.5 3,7 69,2 73,5 7,2 —17,8 121 128,5 12,6 -31,1 —172,8 —183,5 —18 44,4 —86,4 —91,8 —9 22,2
5 0 —16,1 —16,1 0 3,7 77,2 77,2 0 —17,8 135,2 135,2 0 —31,1 —193,3 —193,3 0 44,4 —96,7 —96,7 —0 22,2
Продолжение табл. IV.8
Расчетное сечение Расстоя- ние г от сечения до центра перекры- тия в м Усилия от пол- ного давления грунта, дейст- вующего иа надкессонное строение Усилия от дав- ления грунтовых вод, действую- щих на надкес- сонное строение Суммарные усилия от комбинации нагрузок
собственный вес, максималь- ное давление воздуха, полное давление грунта и грунтовых вод (1 расчетный случай) собственный вес, максималь- ное давление воздуха, полное давление грунтовых вод и давление грунта в размере 50% (11 расчетный случай) собственный вес, пригрузка, давление воздуха, сниженное до 50%, полное давление грунта и грунтовых вод (III расчетный случай)
Л?" Мг <? Мг М1 <? Мг М1 0
1 2 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38
1 11,65 8 17,7 10,4 25,2 96,1 —6,1 —41,8 69,5 92,1 —10,1 —41,8 60,6 —69,7 32,8 41,7 16,2
2 9 8 17,7 10,4 25,2 19,1 —42,9 —32,4 69,5 15,1 —46,9 -32,4 60,6 7,2 69,1 32,4 16,2
3 6 8 17,7 10,4 25,2 —46,4 —73,6 —21,6 69,5 —50,4 —77,6 —21,6 60,6 72,8 100,2 21,6 16,2
4 3 8 17,7 10,4 25,2 —85,2 —91,6 —10,8 69,5 —89,2 —95,6 —10,8 60,6 111,8 118,7 10,8 16,2
5 0 8 17,7 10,4 25,2 —97,7 —97,7 0 69,5 —101,7 —101,7 0 60,6 123,7 123,7 0 16,2
Примечание, Для III расчетное пригрузки. Усилия от горизонтального да грунтовой воды. э случая определена сумма вления пригрузки (давление усилий от собственного веса, от давления воздуха, грунта на стенкн при пригрузке водой) не учтены, так как приняты и от вертикального давления равными усилиям от давления
Раздел IV. Кессоны
Рис. IV.13. Эпюры усилий в
перекрытии камеры кессона
от пригрузки Р=—8,4 тс/м2 на 1 пог. м
Мр = — 90,7е“Ф соз ф: Нр<= — 31,1 ( Ф соз ф 4- е~^ 81п ф);
Тр= 245,3 е~Ф з!п ф;
от максимального давления сжатого воздуха Р=12 тс]мг на
1 пог. м
Мр = 129,5е_Ф соз ф; Нр— 44,4 ( е~Ф соз <р + е~Ф з!п ф);
Тр= —351<?~Фз1пф;
от сниженного до 50% давления сжат'го воздуха Р=6 тс/м2
на 1 пог. м
Мр = 64,8е~Ф соз ф; Я₽= 22,2 ( е~Ф соз ф + е~Ф з!п ф)з
Тр= — 175,5е—Ф 81П ф.
Усилия в сечениях стенки надкессонного строения от дей-
ствия горизонтальных нагрузок также находим по формулам,
приведенным в табл. IV.? (значение для различных нагру-
п
зок даны в первой строке табл. Р',8, а значение усилия
от давления грунта равно: 1,86 • 6,8 = 12,6 тс, а от давления грун-
товых вод равно: 1,86 8,8=16,4 тс).
Усилия от горизонтального давления грунта составляют:
Мп = 8 ( е~’Ф соз ф + е Ф з1п ф) — 2,95-12,6е—Ф зШ ф =
= 8е—Ф соз ф — 29,4е Ф з!п ф;
Я71 = 12,6 ( е~^ с°8 ф — е~Ф 81П ф) + — е~Ф з1п ф <=
2,95
= 12,6е~Ф созф — 7,2е~Ф з1п ф;
Т«<= 11,65л + —1>65- [8 ( е~Ф соз ф — е~Ф з1п ф)—
2,95’ г
— 2,95-12,6е~Ф соз ф] = 11,65л — 2,68 (8е~Фз1пф+
4- 29,4е Ф соз ф).
Усилия от горизонтального давления грунтовых вод со-
ставляют:
Мп = 10,4 ( е Ф соз ф 4- е Ф з1п ф) — 2,95-16,4 е Ф з!п ф=
= 10,4е Ф соз ф — 38,1е Ф з!п ф;
/7° = 16,4 ( е Ф соз ф — е~Ф з1п ф) 4- 2 10,4 е~Ф з!п ф =
2,95
= 16,4е Ф соз ф —9,4е Ф з1п ф;
Г” = 11,65л 4- 2-11,65 [ю,4 ( е~Фсозф —е~Фз1п ф) —
2,95я
—2,95-16,4е Ф соз ф] =
= 11.65П —2,68-(10,4е—Фз1пф4-38,1 ё~Ф соз ф)'.
Усилия от внутреннего давления воды принимаем равными-
усилиям от давления грунтовых вод.
Значения усилий в стенке иадкессонного строения от раз-
личных нагрузок даны в табл. IV.9 и на эпюрах рис. IV.14.
Подбор арматуры перекрытия камеры кессона и стенки над-
кессонного строения производится для элементов с внецентрен-
ным сжатием или растяжением.
Рис. IV.!4. Эпюры усилий в стенке надкессонного строе-
ния
------1 расчетный случай:----III расчетный случай
При неравномерном давлении грунта стенка надкессонного
строения рассчитывается также в горизонтальном направлении.
Расчет производится по указаниям, приведенным в п. 6 раз-
дела III.
6. РАСЧЕТ РАСХОДА ВОЗДУХА В КЕССОНЕ
Расход воздуха в кессоне подсчитывается по не-
скольким формулам:
уу
V = У' + а/ —— + ц м3/ч,
10,33
(^.8)
где —суммарный объем рабочей камеры кессона,
шахтных и воздушных труб от низа потолка
камеры до рабочего уровня воды;
Усилия в сечениях стенки надкессонного строения от действия нагрузок
Таблица 1У.9
Расчетное сечение 4 ю оГ <о 1! ы 51П ф СОЗ ф С с/) т «и —ф е соз ф Усилия от собствен- ного веса перекрытия Р = — 4,8 тс/мг на 1 пог. м Усилия от вертикаль- ного давления при- грузки Р— — 8,4 тс/м* на 1 пог. м Усилия от максималь- ного давления сжатого воздуха Р = 12 тс/мг на 1 пог. м
Мр Нр Тр Мр Нр тр Мр Нр Тр
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
1 0 0 0 1 1 0 1 —51,8 —17,8 0 —90,7 —31,1 0 129,5 44,4 0
2 0,5 1.5 0,479 0,878 0,607 0,29 0,53 —27,5 —14,6 40,7 —48 —25,5 71 68,7 36,5 —102
3 1 3 0,841 0,54 0,368 0,31 0,2 —10,4 — 9,1 43,6 —18,1 —15,8 76 25,9 22,7 —109
4 1.5 4,4 0,997 0,071 0,223 0,22 0,02 — 1 — 4,3 30,9 — 1,8 — 7,5 54 2,6 10,6 — 77,2
5 2 5,9 0,909 —0,417 0,135 0,12 —0,06 3,1 — 1,1 16,9 5,5 — 1,8 29,4 —7,8 2,7 — 42,2
6 4 11,8 —0,758 —0,652 0,018 —0,01 —0,01 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Продолжение табл. IV.9
Усилия от снижен- ного до 50% дав- ления сжатого воздуха Р=6 тс[м"- на 1 пог. м Усилия от пол- ного давления грунта Усилия от дав- ления грунтовых вод Суммарные усилия от комбинации нагрузок
собственный вес перекрытия, макси- мальное давление воздуха, полное дав- ление грунта и грун- товых вод (1 расчет- ный случай) собственный вес перекрытия, макси- мальное давление воздуха, полное дав- ление грунтовых вод и давление грунта в размере 50% (II расчетный случай) собственный вес перекрытия, пригрузка, давление возду- ха, сниженное до 50%, пол- ное давление грунта и грун- товых вод (III расчетный случай)
Мр нр 19 ТР Мп рП Мп Нп рП М Н Т М Н Т М Н Т
18 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
64,8 34,4 13 1,3 —3,9 0 22 2 18*3 11,4 5,3 1,3 0 0 —51 —54,5 —38,5 —21,1 6 8 —4,4 —7,5 —6,3 —4 0 12,6 4,6 0,2 — 1,3 —1,7 0 0 21,7 39,5 45 42 0 10,4 —5,7 —9,8 —8,2 —5,2 0 16,4 6 0,3 —1,7 —2,2 0 0 22,5 38,6 43,1 36,9 0 96,1 31,1 — 1,8 —12,9 —13,9 0 55,6 32,5 14,1 3,3 —2,3 0 0 —17,1 12,7 41,8 53,6 0 92,1 33,3 2 — 9,8 —11,9 0 49,3 30,3 14 4 —1.4 0 0 —27,9 — 7 19,3 32,6 0 —69,7 —45,5 —23 — 7,8 0 0 —14,1 —17,2 —13,3 — 7,8 — 3,3 0 0 82,5 104,6 91,3 67,2 0 —29,6 —29,6 —29,6 —29,6 —23,5 0
Примечания: 1. Суммарные нормальные силы для I и II расчетных случаев получаются сжимающими и поэтому не
учитываются (частные значения МР в таблице не приводятся).
2. См. примечание к табл. 1У.8.
а — коэффициент, принимаемый в зависимости от
характера грунта:
Грунты а
Глины от мягкопластичных до твердых,
суглинки, супеси, пески илистые, плывуны,
пылеватые пески, слабые известняки, мелы,
мергели, способные при вскрытии к раз-
мягчению .............................. 0,85—1
Пески мелкие, средние и крупные с не-
большой примесью гравия, песчаные грун-
ты с модулем крупности 1,5—2,5 .... 1.05—1,35
Пески крупные гравелистые, мергели,
крепкие и твердые известняки разборного
и глыбового строения, доломитизированные
известняки, известняки трещиноватые сред-
ней твердости с прослойками............ 1,75—2
Галечниковые, гравийные, щебенистые и
скальные породы, песчаники, граниты, осо-
бо твердые известняки глыбового строения,
очень твердые доломиты................. 2,25—2,35
Р — объем I' плюс объем шахтных и воздушных
труб выше рабочего уровня воды, а также
объем шлюзовых аппаратов, воздухопроводов,
воздухосборников и воздушных цилиндров
компрессоров;
Н— наибольшая глубина опускания кессона ниже
рабочего уровня воды плюс высота, соответст-
вующая падению давления при подаче воздуха
от компрессорной станции до кессона в м, и
плюс дополнительная высота для отжатия во-
ды при удалении препятствий под ножом;
7 — расход воздуха за 1 ч на шлюзование грунта
и рабочих, а при проходке малопроницаемых
грунтов, если не выдерживаются санитарные
нормы по воздухообмену, также расход на
сифонирование (расход воздуха на шлюзова-
ние грунта должен подсчитываться в каждом
конкретном случае в зависимости от системы
установленного шлюзового аппарата; расход
воздуха на шлюзование рабочих обычно быва-
ет весьма незначителен, и поэтому им можно
пренебречь) •
(н \
1±-—-]м3/ч, <1У-9)
10,ОО /
где /(—коэффициент, учитывающий расход воздуха
на шлюзование грунта (в среднем может быть
принят равным 1,25);
а — потеря воздуха за 1 ч через 1 м2 стен и потолка
камеры кессона (при плотном бетоне без шту-
катурки значение а принимается равным 0,5—
0,6 м3/ч, при торкретировании внутренней по-
верхности равным 0,35 м3/ч)-,
Р— суммарная внутренняя поверхность стен и по-
толка камеры кессона в м2;
(3—потеря воздуха за 1 ч, приходящаяся на
1 пог. м периметра ножа (принимается в за-
висимости от степени проницаемости грунтов:
для нескальных от 1 до 3 м3/ч, для скальных
от 4 до 6 м3/ч);
1У — периметр ножа кессона в м;
Н — разность отметок рабочего уровня воды и ножа
кессона в проектном положении плюс 2—3 м;
V = 25 .4 14
Н \
10,33 У
Л43/Ч,
(IV.10)
где А — количество людей, находящихся в рабочей и
аппаратных камерах кессона;
Н — то же, что в формуле (1У.9);
V = (0,5 0) + си) /о,1Рвоз4-1 4-
4-140/г К0,1Рво3 (0,1РВоз4-1) *3/ч, (IV. 11)
где со—площадь потолка камеры кессона, ограничен-
ная внутренними гранями консолей;
С — коэффициент, учитывающий утечку воздуха;
принимается в зависимости от характера
грунта:
Грунты С
Глины и суглинки.........................2
Супеси и пылеватые пески.................4
Мелкие пески.............................6
Пески средние и крупные..................9
» и супеси с крупными включениями . . 11
Скальные грунты..........................13
и — то же, что в формуле (1У.9);
РВоз—избыточное воздушное давление в кессоне
в м вод. ст.;
п — число шлюзовых аппаратов в кессоне.
Формула (IV.! 1) дает средние результаты, наиболее
близкие к фактической потребности в сжатом воздухе.
При определении расхода сжатого воздуха по фор-
мулам (1У.8)— (IV.! 1) следует учитывать коэффициент
полезного действия компрессоров, который для новых
компрессоров составляет не более 0,85—0,9, для старых
компрессоров — не более 0,75—0,8.
Р 10 330
29,27 Т~ 29,27(273 4-0
где Р — атмосферное давление в кгс[м2;
I — температура сжимаемого воздуха в °С.
Расход всасываемого воздуха (весовой) за I ч
О = <2-60у кг/ч, (IV. 13)
где 0. — количество воздуха, всасываемого компрессо-
ром, в м3/мин.
Удельный вес воздуха после сжатия его в компрес-
соре до давления Р1 ати и охлаждения в воздухосборни-
ке до температуры Ц равен:
10 330 4- 10 000 Рх
у, =-------------------кгс/м3. (IV. 14)
и 29,27 (273 4-М 4
Минутный расход сжатого воздуха (объемный)
О
(& = —— м3!мин. (IV. 15)
60?!
Скорость движения сжатого воздуха
<21
V — —----м сек,
60-0,785 с!2
(IV. 16)
где д — внутренний диаметр воздухопровода в м.
При турбулентном характере движения воздуха по
трубопроводу потери давления в нем Др могут быть
приняты пропорциональными квадрату скорости:
Др=Хух о2 — ат, (IV. 17)
а
где X — коэффициент, определяемый по формуле
Шведлера (табл. IV. 10);
VI—удельный вес сжатого воздуха в кгс[м3;
о—средняя скорость в м{сек;
I и д, — соответственно длина и диаметр воздухопро-
вода в м.
Таблица 1У.10
Значения коэффициента X, подсчитанные по формуле Шведлера
м Значения л при О в кг/ч
250 325 400 500 650 800 1000 1200 1500 2000 2500 3250 4000 5000 6500 8000 10 000
0,08 1886 1814 1759 1702 1637 1588 1536 1495 1446 1386 1342 1290 1251 1211 1164 изо 1093
0,1 1897 1825 1770 1712 1647 1597 1545 1504 1455 1394 1349 1298 1258 1218 1171 1136 1099
0,125 1909 1836 1780 1722 1657 1607 1554 1513 1464 1403 1358 1305 1266 1225 1178 1143 1106
0,15 1918 1845 1789 1731 1665 1615 1562 1521 1471 1410 1364 1312 1272 1231 1184 1149 1111
0,2 1803 1745 1678 1628 1574 1533 1483 1421 1375 1322 1282 1241 1194 1158 1120
0,25 — — — — 1688 1637 1584 1542 1492 1430 1383 1331 1290 1248 1200 1165 1127
П р и м е ч а н и е. В таблице даны значения 4 увеличенные в 107 * * 10 раз.
7. РАСЧЕТ ВОЗДУХОПРОВОДА Потери давления в фасонных частях и запорных
приспособлениях приведены в табл. 1У.11, где сопротив-
Удельный вес всасываемого воздуха (в соответст- ления выражены эквивалентными длинами прямых участ-
вии с уравнением Клапейрона) составляет: ков воздухопровода.
7—631
Таблица IV.! 1
Длины прямых участков воздухопроводов,
эквивалентные по сопротивлению фасонным частям
и запорным приспособлениям 1 *
ВП-50/8 не имеет автоматической аварийной защиты
и предупредительной сигнализации.
Компрессор вместе с его электродвигателем (и про-
межуточным холодильником в компрессоре ВП-50/8)
устанавливают на общем фундаменте (рис. IV. 15—
Фасонные части и запорные
приспособления
Эквивалентные длины прямых
участков в пог. м при внут-
реннем диаметре воздухопро-
вода в мм
50 | 100 | 150 I 200 | 250
Колено гнутое (90°):
/?=4 а................... 1
Я=3</................... 1,5
Колено складчатое (90°):
Я=4 4.................... 2
................2,5
Колено, сваренное из сег-
ментов
Тройник ..................
Нормальный вентиль . . .
Обратный клапан ..........
Параллельная задвижка . .
Воздухосборники-водоотде-
лигели . л „ , . . . ,
7,5
4,5
13
3,5
1
2 2,5 3,5
2,5 4 5
3 4,5 5,5
4 6,5 8
4
6
56
26
100
24
4
1 Н. В. О з е р о в. Кессонные фундаменты. М„ 1940.
8. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПРЕССОРАХ,
ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ
КЕССОННЫХ РАБОТ
Для питания кессона сжатым воздухом рекоменду-
ется применять поршневые компрессоры общего назна-
чения производительностью от 10 до 50 м3]мин, давле-
нием до 8 ати (табл. IV. 12). Эти компрессоры представ-
ляют собой двухступенчатые поршневые крейцкопфные
машины двойного действия с угловым расположением
цилиндров: цилиндр I ступени — вертикальный, цилиндр
II ступени — горизонтальный.
Компрессоры ВП-10/8 и ВП-30/8 имеют систему ав-
томатического двухпозиционного (100 и 80%-ного) ре-
гулирования производительности. Компрессор ВП-20/8
имеет систему автоматического трехпозиционного (100-,
50- и 0%-ного) регулирования производительности.
В случае повышения давления воздуха в пневматичес-
кой сети сверх установленной нормы производитель-
ность компрессоров ВП-10/8 и ВП-30/8 автоматически
падает до 60%, а компрессора ВП-20/8 — до 50% номи-
нальной (в случае дальнейшего повышения давления
в сети производительность падает до нуля). Компрес-
сор ВП-50/8 не имеет системы автоматического регули-
рования производительности.
Компрессоры ВП-10/8 и ВП-30/8 снабжены преду-
предительной звуковой и световой сигнализацией, дейст-
вующей при чрезмерном повышении температуры сжи-
маемого воздуха в цилиндрах I и II ступени, а также
имеют блокировку, выключающую электродвигатель с
одновременной подачей звуковой и световой сигнализа-
ции при падении давления масла в системе смазки меха-
низма движения ниже установленной нормы и при пере-
греве обмотки статора электродвигателя. В компрессоре
ВП-20/8 имеется аварийная защита, выключающая
электродвигатель с одновременной подачей световой сиг-
нализации при чрезмерном повышении температуры
сжимаемого воздуха в цилиндрах I и II ступени, при
повышении температуры масла, а также при падении
его давления ниже установленной нормы. Компрессор
Рис. ^.15. Фундамент компрессора ВП-10/8 с элект-
родвигателем А 91-4
IV. 17). Ротор электродвигателя насаживается на кон-
сольный конец коленчатого вала компрессора. Исключе-
ние составляет компрессор ВП-10/8, на консольном кон-
це вала которого устанавливается шкив-маховик, слу-
жащий для привода компрессора от асинхронного элек-
тродвигателя через клиноременную передачу. Компрес-
сор ВП-20/8 также может поставляться с приводом от
асинхронного электродвигателя через клиноременную
передачу. В этом случае электродвигатель устанавли-
вается на салазках. Статор электродвигателя крепится
к фундаменту. Для компрессора ВП-20/8 предусматри-
вается, кроме того, фланцевый электродвигатель с не-
посредственной установкой статора на станине компрес-
сора.
Воздухосборник устанавливается вне помещения
машинного зала. Рекомендуемая емкость воздухосборни-
ка (согласно ГОСТ 9028—59):
Компрессор
ВП-10/8................................
ВП-20/8................................
ВП-30/8................................
ВП-50/8................................
Емкость
в м3
2
3,2
4
6,3
Таблица VI.12
Технические данные компрессорных установок
Параметры ВП-10/8 ВП-20/8 ВП-30/8 ВП-50/8
Производительность в м3!мин . « , ► Давление всасывания ....... Давление нагнетания в ати . , .......... Число оборотов вала в 1 мин > , . ХОД ПОРШНЯ В ММ Диаметр в мм цилиндра: I ступени Номинальное поршневое усилие в кгс ........ Мощность, потребляемая на валу, в квт Вес в кг: компрессора со встроенным промежуточным холодиль- ником без электродвигателя наиболее тяжелой детали (станины) ....... промежуточного холодильника . Расход масла для смазки цилиндров и сальников в г/ч Расход охлаждающей воды при перепаде 10° в м3/ч . . Внутренний диаметр в мм воздухопровода: всасывающего . , , ► . » а . . . нагнетательного Условный диаметр в мм трубопровода: для подачи воды » слива » . . Габаритные размеры в мм: длина ширина высота ........ ............ Эл Марка х , и . . • .• х ч 1 ТИП», ? • • • X К Е > к • > е е > • Исполнение « , х . ж > > Мощность в квт или ква!квт Скорость вращения в об!мин Род тока „ ........ Напряжение в в ...... г, Вес в кг , Компое Габаритные размеры в мм: длина чкл-л *•«,».* ........ ширина л > V . высота Завод-изготовитель . . ., . Примечание. Габаритные размеры компрессорной а, кроме того, для компрессора ВП-20/8 — с промежуточным лодильника. Компрессор 10 735 125 305 190 2000 60 1400 415 50 2,7 150 92 20 70 1600 950 1550 гктродвигатель А 91-4 Асинхронный трехфазного тока с корот- козамкнутым ротором Щ2 75 1460 220/380 590 ссорная устано 2880 1100 1750 «Борец» установки для холодильником | 20 Атмосфе 8 500 210 400 230 3000 112 2460 535 250 70 6 150 100 40 70 2170 1590 2165 1) СМО 160-500 2) ДСК 12-24-12 3) А 101-4 1) Синхронный 2) Синхронный 3) Асинхронный с ко- роткозамкнутым ротором 1) Открытое 2) Открытое 3) Щ2 1) 160/130 2) 154/125 3) 125 1) 500 2) 500 3) 1470 Переменный 5 1) 380 2) 380 3) 220/380 1) 1575 2) 1050 3) 970 вка 1) 2475 2) 2355 3) 3970 1) 1685 2) 1680 3) 1435 2305 Краснодарский компрессорный всех компрессоров да а для компрессора В | 30 рное 500 220 470 300 5000 176 4500 1165 70 8,4 230 125 25 70 2405 1700 2400 СМО 275-500 Синхронный трехфазного тока Открытое 275/197 500 0 пер!сек 380 2370 2610 1810 2600 «Борец» ны без учета П-50/8 — без П[ | 50 375 300 600 350 7000 290 7530 1250 930 100 10 220 150 100 150 3100 1590 ЗОЮ ДСК 170/16-16 Синхронный трехфазного тока Открытое 405/300 375 6000/3060 4200 3700 3100 3300 Краснодарский компрессорный электродвигателя, юмежуточного хо-
§
Рис. 1У.16. Фундамент ком-
прессора ВП-20/8 с электродви-
гателем СМО 160-500
Раздел IV. Кессоны
П-П
Ось цилиндра II ступени
Ось коленчатого бала и злектроддигателя
г-71'
150 х
2060
150
1470
980—4
^760
700М
^200
План
1940
ЕЭ
НЭД0-
Ц.т. цилиндра
Пступени
Ось цилин-у
драП ступени
Рис. IV.! 7. Фундамент компрессора ВП-50/8 с электродвигателем ДСК 170/16-16
Ь—1065
0,.т. статора
электродви-
гателя
1065-
120*120
ШЧП
— 2750— <& —
1860
2905
ц.т. компрессора
и ротора электро-
двигателя
^Ось цилиндра Iступени
В случае необходимости сжатый воздух до поступ-
ления в воздухосборник может быть охлажден в конеч-
ном холодильнике, располагаемом в непосредственной
близости от компрессора.
Установка щита управления производится по месту
в зависимости от планировки машинного зала компрес-
сорной станции. Для компрессоров ВП-10/8 и ВП-30/8
щит управления рекомендуется устанавливать не далее
6 м от оси цилиндра I ступени и не ближе 2 м от края
фундамента.
На нагнетательной линии, соединяющей компрессор
с воздухосборником, должен быть установлен обратный
клапан, а между компрессором и обратным клапаном —
отвод с вентилем для сообщения нагнетательной линии
с атмосферой прн пуске и остановке компрессора.
9. ТРЕБОВАНИЯ К КОМПРЕССОРНЫМ СТАНЦИЯМ
И ВОЗДУХОПРОВОДАМ
При проектировании компрессорной станции и раз-
водящей сети для питания кессона сжатым воздухом
должны учитываться следующие правила безопасности:
а) компрессорная станция обеспечивается двумя не-
зависимыми источниками питания электроэнергией;
б) на компрессорной станции устанавливается ре-
зервный компрессор с производительностью, не меньшей,
чем производительность самого мощного из работающих
компрессоров;
в) сжатый воздух поступает из коллектора компрес-
сорной станции в наружный воздухопровод не менее
чем через два последовательно поставленных воздухо-
сборника, общий объем которых определяется в зависи-
мости от количества всасываемого компрессором воз-
духа:
Количество всасываемого воздуха Минималь-
в м^мин ный объем
воздухо-
сборников
в м3
3
5
7
9
11
13
15
16
5........................................
10........................................
20........................................
30........................................
70
100
120......................................... 18
140........................................... 19
160........................................... 20
180........................................... 21
200 .......................................... 22
220 .......................................... 23
240 .......................................... 24
250 .......................................... 25
г) наружный воздухопровод (от воздухосборника
до кессона) прокладывается не меньше чем в две линии
и защищается от • воздействия наружной температуры
(воздухопроводы укладываются с уклоном; в понижен-
ных местах устанавливаются спускные краны или авто-
матические конденсационные горшки);
д) сжатый воздух подается в кессоны одновремен-
но по двум воздухопроводам, проложенным непосредст-
венно в рабочую камеру; от одного из воздухопроводов,
кроме того, воздух подается в центральную камеру
шлюзового аппарата;
е) количество и размеры сифонных труб, заклады-
ваемых в камере кессона для удаления избытка воздуха
и для его обмена, определяются из расчета, чтобы их
площадь сечения составляла не менее 20% суммарной
площади сечения воздухоподающих труб (но не менее
двух сифонных труб);
ж) температура воздуха в рабочей камере поддер-
живается в пределах от 16 до 20° С при давлении до
2 ати, от 17 до 23° С при давлении от 2 до 2,5 ати и от
18 до 26° С при давлении свыше 2,5 ати (при производ-
стве работ путем гидромеханизации температура возду-
ха в рабочей камере поддерживается в пределах от 18
до 22°С);
з) количество подаваемого в кессон сжатого возду-
ха принимается не менее 25 м3/ч на каждого работаю-
щего в кессоне.
Потребность в сжатом воздухе увеличивается по ме-
ре опускания кессона, поэтому типы и количество комп-
рессоров должны быть подобраны так, чтобы питание
кессона сжатым воздухом было равномерно возрастаю-
щим — от минимума, соответствующего начальному пе-
риоду опускания, до максимума, соответствующего про-
ектному положению кессона. Этому требованию отве-
чает набор компрессоров разной производительности.
В то же время количество компрессоров должно быть
минимальным, так как в противном случае возрастает
стоимость компрессорной станции (здания и оборудова-
ния). Во всех случаях производительность самого мощ-
ного компрессора должна быть не больше 50% общей
мощности компрессорной станции (табл. IV. 13).
Таблица IV.13
Рекомендуемый состав компрессоров
Расчетная производи- тельность компрессор- ной станции в Производитель- ность рабочих компрессоров в м'/мин Производи- тельность резервного компрессора в м3/мин У стаиовлен- ная мощное ть в мъ1ми.н
10 10 10 20
20 104-10 10 30
30 104-104-10 10 40
. 40 104-Ю4-20 20 60
50 104-204-20 20 70
60 104-204-30 30 90
90 104-204-304-30 30 120
100 204-204-304-30 30 130
120 204-204-304-50 50 170
При рабочем давлении в камере кессона до 2 ати
цилиндры двухступенчатых компрессоров могут быть
переключены на параллельную работу, что дает повы-
шение их производительности на величину, зависящую
от диаметра цилиндра II ступени, хода поршня и числа
оборотов вала компрессора.
Схема временной компрессорной станции установ-
ленной мощностью 80 м3[мин приведена на рис. 1У.18.
10. РАСЧЕТ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИОННОЙ
УСТАНОВКИ
Расчет гидромеханизационной установки проводит-
ся с целью определения расходов и напоров насосной
станции, обеспечивающих размыв грунта гидромонитора-
ми и удаление пульпы гидроэлеватором с производитель-
ностью на каждом этапе опускания кессона, отвечающей
заданной интенсивности его погружения.
Установку можно рассчитывать по двум вариантам:
1) при раздельной сети питания водой гидроэлеватора
и гидромониторов; 2) при совмещенной (общей) сети.
Выбор варианта зависит от числа одновременно дейст-
вующих гидроэлеваторов и гидромониторов, а также от
характеристик насосного оборудования, необходимого
для обеспечения раздельных или совмещенных напоров
и расходов гидроэлеваторов и гидромониторов.
Расчет установки рекомендуется вести по каждому
этапу опускания кессона для двух его положений — в
начале и конце этапа. Кроме того, в пределах каждого
этапа производится расчет применительно к отдельным
разновидностям грунта, размыв и гидротранспорт кото-
рых может потребовать расходы и напоры воды, отлич-
ные от полученных в начале и конце этапа.
Условия баланса воды, поступающей в камеру кес-
сона:
Рп — Ргм Ргр — Рф — Ргр (^гр+ 0 —
Рн — Ргм Ргэ>
Рс = Ргм — Рф = ^гр Ргр >
(IV. 18)
где Рп— расход, подсасываемый гидроэлеватором, в
м3/ч;
Ргм — расход гидромониторов в м3[ч\
Ргр — количество удаляемого из камеры кессона
грунта в Л13/ч;
Рф — фильтрационный приток воды в камеру или,
наоборот, количество отжимаемой воды из
камеры в №/«;
6гр — объемная консистенция пульпы (при грунте
в естественном состоянии), равная
(Угр—Уп)( 1—0,01 п))
-----------------(здесь угр, уп и ув— удель-
(Уп—Ув)
ный вес в тс/м3 соответственно грунта, заса-
сываемой пульпы и воды*; п — пористость
грунта в %);
а — коэффициент подсоса, равный Рп/Ргэ5
Рн — расход насосной станции в м3/ч\
Ргэ — рабочий расход воды гидроэлеватора в м3/ч-,
Рс — количество воды, необходимое для образова-
ния пульпы, в м3/ч.
Количество воды, поступающей в камеру кессона
(фильтрационный приток), для предварительных расче-
тов можно определять по формуле
Рф = 4&ф г0 (Н — Рвоз) м3/ч = 46ф г0 5, (IV. 19)
* Среднее значение уп при отсутствии необходимых
данных можно принимать равным 1,1 тс/м3-, ув=1.
Рис. IV.!8. Схема временной компрес-
сорной станции установленной мощ-
ностью 80 м3[мин
! — шкаф; 2— верстак; 3— стеллаж;
4 — стол; 5—компрессоры ВП-20/8 с парал-
лельным соединением цилиндров; 6 — ком-
прессор ВП-10,'8 с параллельным соедине-
нием цилиндров: 7 — компрессор ВП-10/8
с параллельно-последовательным соедине-
нием цилиндров; 8— распределительный
пункт электропитания; 9— воздухосборник
В-4 емкостью 4 м3; 10 — труба напорная
Оу = 100 мм; // — реостат пусковой с мас-
ляным охлаждением типа РМ 16341;
/2—коллектор главный конечный; 13—элек-
тродвигатель А 91-4 мощностью 75 кет;
14 — коллектор главный промежуточный;
15 — электродвигатель А 101-4 мощностью
125 кет; 16—реостат пусковой с масляным
охлаждением типа РМ 1651; /7 — пусковой
автомат; /8 — коллектор главный выход-
ной; 19 — умывальник; 20 — труба Р у=
= 150 мм; 21—холодильная установка
с тремя холодильниками 20/8; 22 — коллек-
тор сборный; 23— воздухосборник В-6 ем-
костью 6 м3; 24 — соединительная труба;
25 — выходная развилка; 26—всасывающий
воздуховод; 27 — фильтр рамочный
1-1
где Аф— коэффициент фильтрации грунта
в ж/ч;
/"о —радиус круглого кессона в м;
Я —расстояние от статического уровня
водоносной породы вокруг кессона
до обреза ножа в ж;
?воз — избыточное давление в камере кес-
сона в м вод. ст.-,
8~Н—Рв03 —разность гидростатического давления
на уровне обреза ножа и избыточно-
го давления в камере в м вод. ст.-,
или для прямоугольных кессонов по формуле
<2ф=4Лф5 \/ — , (1У.20)
I л
где Р — площадь кессона в м2.
Допускаемая разность гидростатического давления
на уровне обреза ножа кессона и избыточного давления
в камере кессона, определяемая из условия предотвра-
щения наплыва грунта внутрь камеры кессона, зависит
от вида грунта:
Грунт 5 в м
вод.ст.
Пески пылеватые, мелкие и средние 1—2
» крупные и гравелистые . . . 3—4
Супеси............................ 3—5
Суглинки и глины (в зависимости
от степени пластичности) .... 5—8
Аэ — разность отметок напорного патрубка насоса и
насадки гидроэлеватора в м [в случае, если
насадка гидроэлеватора находится выше на-
порного патрубка насоса (первая стадия опус-
кания), значение Аэ принимается со знаком
плюс].
Необходимый напор насосной станции для питания
гидромониторов составляет:
= -*» + *» +Р.03. СУ.24)
где ЯОпт — оптимальный напор на насадке гидромони-
тора, необходимый для размыва грунта дан-
ного состава, в м (см. далее);
Ам — разность отметок напорного патрубка насоса
и насадки гидромонитора в ж;
Ам — потеря напора в водоводах гидромониторной
линии в м.
При варианте с совмещенной сетью из вычисленных
значений Якас и Янас принимается максимальное.
Расход насосов, питающих гидроэлеватор, <?н.э ра-
вен фгэ.
Расход насосов, питающих гидромониторы, состав-
ляет:
Рн.м ~ Фгм = аФгэ Ргр Сф- (IV. 25)
Значение а в формуле (1У.25) принимается в зави-
симости от принятой в расчетах величины 0 (рис. IV. 19):
Высота нагнетания или полезный напор, развивае-
мый гидроэлеватором, составляет:
+ (IV.21)
где — геодезическая высота от уровня засасывае-
мой пульпы до оси насадки гидроэлеватора
в м;
А2 — геодезическая высота от оси смесительной
камеры гидроэлеватора до уровня излива
пульпы (геометрическая высота нагнетания
в м;
Ап — потеря напора во всасывающем трубопрово-
де гидроэлеватора в м\
Ап — потеря напора в нагнетательном трубопрово-
де гидроэлеватора в м\
РВоз — избыточное давление в камере кессона в
м вод. ст.
Рабочий напор на насадке гидроэлеватора (напор,
под которым происходит истечение жидкости из насад-
ки) составляет:
Яг
Яэ = —, (IV. 22)
Ф20
где Ф — скоростной коэффициент, приблизительно рав-
ный 0,95;
0 — коэффициент, величина которого колеблется
(применительно к кессонам) в пределах от 0,18
до 0,3.
Необходимый напор насосной станции для питания
гидроэлеватора составляет:
«нас = (IV.23)
где Ад—потери напора в водоводе гидроэлеваторной
линии в м;
(1У.26)
.2
ао
а2,
горл
Рис. 1У.19. График зависимости а=^(0)
График на рис. IV.19 составлен для гидроэлеваторов с
соотношением г = 2с?0, где г — расстояние от устья на-
садки до начала горловины; — диаметр насадки (рис.
1У.20). Если для гидромеханизации кессонных работ
принят гидроэлеватор с иным соотношением г и д0, сле-
дует пользоваться такой зависимостью между а и 0.
М 0,9(2у„.с-1)(1+а?
пг т?
где
Тп.с — удельный вес пульпы в смешанном
равный
Тв + Тп а .
1-|-а
пг— отношение
2
горл
потоке.
Когда гидроэлеватор оборудован съемной насадкой,
оптимальный диаметр последней при заданном диа-
метре горловины ^горл определяется из равенства:
, ^горл
До = “ Т_. -------------•
У (2уп.с-!)(!+«)
Коэффициент полезного действия гидроэлеватора
равен:
«ар. [(IV.28)
Уп Фп( ^1 + ^2 + + ^п)
Ув Фгэ ф2 Нрэ
Рис. 1У.20. Схема гидроэлеватора улучшенной
конструкции
Скорость в горловине гидроэлеватора, соответствующая
максимальному коэффициенту полезного действия,
равна:
(IV. 29)
где фдиф — коэффициент скорости пульпы в диффузоре,
равный 0,8—0,85.
Фактическая скорость в горловине гидроэлеватора
составляет:
4 (фп фгэ)
^горл.ф — 9
Чорл
(IV.30)
Необходимое условие оптимального режима работы
гидроэлеватора: Огорл.ф^" Дгорл-
Значения оптимальных напоров на насадке гидромо-
ниторов НОпт и удельных расходов гидромониторов для
размыва и транспорта 1 м3 грунта ум зависят от вида
грунтов:
Грунты
Пески:
^опт
в м
гравелистые с содержанием
гравия свыше 40% . . . 50—60
то же, до 40%..............40—50
крупные ................. 40
средине....................зи—ад
Удель-
ный
расход
<7мв ж’
20
12—14
8—10
6—8
Супесн:
твердые....................
пластичные ................
текучие ...................
Суглинки:
твердые .
пластичные
текучие .
Глины:
твердые ....
полутвердые . .
тугопластичные
мягкопластичные
текучепластнчные
60—70 9—11
40—50 7—9
30—40 6—8
80—90 10—14
50—60 8—12
40—50 7—9
130—150 20
120—130 18
100—120 16
80—100 12
60—80 10
Диаметр насадки гидромонитора, обеспечивающий
расход <2ГМ м3/ч при напоре на насадке гидромонитора
Ям , составляет:
(1У.31)
где — площадь поперечного сечения насадки гидро-
<2гм
монитора в Л12, равная --------- (здесь
3600
р—коэффициент расхода, равный 0,9—0,91).
Расходы (?гм при разных диаметрах насадки гидро-
монитора Дм и разных напорах на насадке приведе-
ны в табл. IV.14.
Общие потери энергии (напора) при движении жид-
кости по трубопроводу
^общ — ^п Ч- 2 /гм,
(IV. 32)
где Ап—потери напора по длине данного участка трубо-
провода в м вод. ст., определяемые по формуле
I V2
Нп—К— • “(здесь л — коэффициент сопротив-
ления трубопровода, который рекомендуется
принимать по табл. IV. 15; I — длина данного
участка трубопровода в м-, й — диаметр тру-
бы в м\ V — скорость движения жидкости
в м/сек);
/гм — отдельные местные потери в м вод. ст., опре-
V2
деляемые по формуле /гм — % — (здесь — ко-
ё
эффициент сопротивления местного «препятст-
вия», принимаемый по табл. IV.16; V — ско-
рость течения за данным «препятствием»
в м/сек).
Таблица 1У.14
Значение расходов Ргм в зависимости от Ом и Ям
, мм <?гм в м3/ч при ЯМ в Ж
40 50 60 70 80 90 100 ПО 120 130 140 150 160 170 180
40 116 130 143 154 165 175 184 193 201 210 218 226 232 239 245
38 102 115 126 136 145 154 162 171 179 186 193 200 206 212 218
36 93 104 114 122 131 139 147 154 161 168 175 181 186 192 198
34 84 94 103 111 119 126 133 139 145 152 158 163 169 173 178
32 74 83 91 99 105 112 118 124 129 134 139 144 150 155 160
30 66 73 80 87 93 98 104 109 113 118 123 127 133 137 142
28 57 64 70 75 81 86 90 95 99 103 107 ПО 114 118 121
26 49 55 60 65 70 74 78 82 85 89 92 95 99 102 105
24 42 47 51 56 59 63 66 69 73 76 79 81 84 87 90
22 35 39 43 47 50 53 56 59 61 64 66 69 71 73 76
Таблица 1У.15
Коэффициент сопротивления трубопровода Л
Диаметр трубопро- вода в мм Значения X при коэффициенте шероховатости п
0,011 0,012 0,0125
200 0,021 0,026 0,03
300 0,019 0,024 0,026
400 0,017 0,022 0,024
500 0,016 0,02 0,022
600 0,016 0,019 0,021
700 0,015 0,019 0,021
800 0,015 0,018 0,02
900 0,014 0,017 0,019
1000 0,013 0,017 0,018
1250 0,013 0,016 0,017
1500 0,012 0,015 0,016
Коэффициент сопротивления X зависит от коэффи-
циента шероховатости п и от диаметра или гидравличес-
кого радиуса трубы К:
Л
(IV.33)
где С = /?у (при /? < 1 м показатель степени
п
при /?>1 м значение у^\,3у^п );
п — коэффициент шероховатости, принимаемый
равным для труб металлических сварных 0,012,
для труб металлических бесшовных новых
0,011, для труб бесшовных, находящихся в нор-
мальных эксплуатационных условиях, 0,0125.
Для предварительных расчетов можно принимать,
что2йм составляет 5—10% от йп, причем 5% соответст-
вует трубопроводам длиной 500 м и более, а 10% —ко-
ротким трубопроводам.
Толщина стенки металлических труб определяется
по формуле
. рП
д = —— -}-а мм, (IV. 34)
2/?^
где р — давление на стенку трубы в кгс/см2;
О — диаметр трубы в см;
Р.г— допускаемое напряжение на растяжение метал-
ла в кгс/см2;
а — добавляемый запас, равный 0,5—1 мм.
Критическая скорость пульпы ок> (скорость, пред-
шествующая началу осаждения на дно твердых час-
тиц) определяется для двух случаев: для однородных
и разнородных песков.
Условие однородности песков:
^ = ^<3, (IV.35)
“10
где дйо и б71О — крупности частиц, соответствующие 90
и 10% по графику зернового состава.
Значение Окр.одн для песков с крупностью </=0,1 ч-
-т- 10 мм при транспортировании в трубах диаметром
200 мм
Укр.одн =0,2 Л0-65 еаУЧ Р0’54 м/сек, (IV.36)
где д — крупность зерен песка в мм;
2,86
а — коэффициент, равный ~,^0> 13~ ;
Тп — удельный вес пульпы;
Г)— диаметр трубопровода в м.
Значение Окр.разн для разнородных грунтов (при Кудн>
>3)
^кр.разн = ^кр.одн △() » (IV.37)
где До—коэффициент разнородности, равный:
3 3(110
Ад —- " == «
^ОДН ^90
Ориентировочные значения критических скоростей
для разных условий приведены в табл. IV. 17.
Поправочные коэффициенты для
определения потери напора
в пульпопроводе
(по сравнению с потерями в водоводе)
Консистенция пульпы по объему
1
I
1
1
1
: 3 ................................................
: 5 ................................................
: 8 ................................................
: 10.....................................................
: 12.....................................................
Поправочный
коэффициент
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
Таблица IV.! 6
Значения коэффициента 5 для различных местных «препятствий»1
Наименование «препятствия* Схема Зависимость для определения значения 6
Внезапное расширение
Внезапное сужение
Вход в трубу с заостренными кромками
— площади сечений
ш/2
0,1
0,2
0,4
0,6
0,8
6=0,5
Плавный вход
Цилиндрическая труба, примыкающая
к трубопроводу под углом &
Колено без закругления
6
0,5
0,42
0,33
0,25
0,15
6=0,044-0,1; в.среднем 6=0,08
6=0,505+0,303 51П&+0.226 51п+
0 в град
20 .
40 .
60 .
80 .
90 .
100 .
120 .
140 .
6
0,046
0,139
0,364
0,74
0,985
1,26
1,861
2,431
ш Н й —
1 Б. Э. Фридман. Разработка россыпных месторождений гидромеханизацией. Металлургиздат, 1957.
Продолжение табл. IV. 16
Наименование „препятствия* Схема Зависимость для определения значения 6
Колено закругленное с углом закругле- ния ₽ =90° * Г 1 1 4/0 е 0,1 0,131 0,2 0,138 0,3 0,158 0,4 0,206 0,5 0,294 0,6 0,44 0,7 0,661 0,8 0,977 0,9 1,408 1 1,978
Задвижка 5/0 с 0 0 1/8 0,07 1/4 0,26 3/8 0,81 1/2 2,05 5/8 5,52 3/4 19 7/8 97,8
Поворотный кран — — « в град Н 5 0,24 10 0,52 15 0,9 20 1,54 25 2,51 30 3,91 35 6,22 40 10,8 45 18,7 50 32,6 55 58,8 60 118 65 256 70 751
Шарнирный клапан а в град Н 70 1,7 65 2,3 60 3,2 55. ... • .... 4,6 50 6,6 45 9,5 40 14 35 20 30 30 25 42 20 62 15 90
Выход из трубы в бассейн, реку и т. д. (истечение под уровень) — — — $=1
Наименование .препятствия* **
Схема
Продолжение табл. IV. 16
Зависимость для определения
значения 5
Сетка с обратным клапаном
Сетка без обратного клапана
е==ю
Переходный конус
* При других значениях 3 приведенные в таблице данные следует умножать на отношение 3: 90°.
** Для больших значений “ величина К=0,2.
Таблица IV.17
Ориентировочные значения цкр в м/сек
Диаметр пульпопрово- да в мм Значения г» прн грунтах кр
глины, суглин- ки, не дающие при разра- ботке комков супеси, пески мелкие и средние пески крупные с небольшим количеством гравия пески крупные с большим количеством гравия
250 1,7 2 2,5 2,8
300 1,8 2,1 2,8 3,1
350 2,1 2,2 3 3,4
400 2,2 2,4 3,3 3,7
450 2,35 2,6 3,6 4
500 2,5 2,9 3,9 4,3
600 2,7 3,2 4,2 4,6
11. ПРИМЕР РАСЧЕТА
ГИДРОМЕХАНИЗАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ
Исходные данные приведены на рис. IV.21. Принимаем, что
в процессе разработки грунта способом гидромеханизации в кес-
соне для предотвращения выноса грунта внутрь камеры уста-
навливается давление ниже гидростатического: для мелких пе-
Пески-
положение кессона
^-2,0 - --- - -_______
л® = /2 м /сутки
положение хгО=2,б;
'^-9,0 "////Суглинки мягкорпастичны^//^^ *$==
^-12,0 ° Пески?.?.-
4 'эд
гравелистые
'ЛГ положение ,
КЧ>= 24 м сутки
ГгР= 2,86> 4=^35
Рис. 1У.21. Исходные данные для расчета гидромехани-
зационной установки (е — пористость в долях едини-
цы, т. е. п/100)
сков на 1,5 м; для суглинков и гравелистых песков на 4 м
Режим работы гидромеханизационной установки (рис. 1У.22)
рассматриваем для трех положений кессона, указанных на
рис. IV.21. Определение расчетных данных сводим в табл. IV 18.
Уровень излива
Рис. 1У.22. Расчетная схема гидромеханизационной
установки
1 — нагнетательный трубопровод гидроэлеватора; 2 — во-
довод гидроэлеваторной линии; 3 — всасывающий трубо-
провод гидроэлеватора
Полезный напор, развиваемый гидроэлеватором, подсчиты-
ваем по формуле (1У.21);
для I положения
Нг1 = 1,5 + 6 + 0,92 + 1,44 ~ 10 мз
для II положения (на контакте с суглинками)
Нгп = 1,54- 8,5 + 0,92+ 1,56 — 2,5 » 10 м;
для III положения
ягШ = 1-5+ 14,5+ 0,92+ 1,92 — 6 м 13 л.
Принимаем /?г=13 м.
Таблица 1У.18
Определение величин показателей, необходимых для
расчета гидромеханизационной установки
Показатели Величины показателей при положении кессона
I | II И1
Задано Высота всасывания /ц в м ... > 1,5 1,5 1,5
Высота нагнетания в м . » . > 6 8,5 14,5
Длина всасывающего трубопровода (1 гндроэлеватора в м 2 2 2
Длина нагнетательного трубопрово- да /2 гндроэлеватора вл.... 14 16 22
Интенсивность удаления грунта в м3/ч 20 (в средн ем)
Подсчитано Избыточное давление воздуха в ка- мере /’воз в м вод. ст. . . . „ , 0 2,5 6
Потеря напора во всасывающем тру- бопроводе гидроэлеватора йп в м 0,92 0,92 0,92
Потеря напора в нагнетательном трубопроводе гндроэлеватора Нп в м 1,44 1,56 1,92
Количество воды, необходимое для образования пульпы,
находим по формуле (IV.18), где принимаем тп=1,1; 7В = 1. Тог-
да объемная консистенция пульпы Дррдля мелких песков будет
равна 9, для суглинков—11, для гравелистых песков — 10. При-
нимаем Дгр ср =10. В результате получим
(?с = 20-10 = 200 м3/ч = 0,056 м3/сек.
Суммарный расход, подсасываемый гидроэлеватором:
фп = 200 + 20 = 220 м3/ч.
По формуле (IV.22) определяем рабочий иапор на насадке
гндроэлеватора (задаемся коэффициентом 3 = 0,263, тогда по
графику рис. IV. 19 коэффициент а=1);
13
7Д = ------------ ш 55 м.
0,952-0,263
Рабочий расход гидроэлеватора
220
<?гч =----м3/ч = 0,061 мЧсек.
, 1 л 1
Скорость истечения напорной воды через насадку гидро-
элеватора находим по формуле
о0= Ф 2ёНэ = 0,95 2-9.81 -55 = 31,2 м/сек.
Диаметр насадки определяем по формуле
Тогда диаметр горловины будет равен:
Фактическая скорость в горловине по формуле (IV.30) со-
ставит
4 (220 4- 220)
г/ , =--------------------—
горл.ф 3,14-0,0982-3600
16,2 м/сек.
Скорость в горловине, соответствующую максимальному
коэффициенту полезного действия гидроэлеватора (для поло-
жения кессона III), находим по формуле (1У.29):
игорл
1/'2-9,81 (14,5+1,92) ,
= I/ -------—!———- = 19,4 м/сек.
Т 0,85
Так как прн принятых значениях а и 3 не соблюдается усло-
вие оптимального режима работы гндроэлеватора (угорл.ф <
<1>горл)’ необходимо вычислить величины ^горл.ф прн ДРУГИХ
значениях а и 3 (табл. 1У.19). Как видно из табл. IV.19, в по-
ложении кессона III ^горл.ф при любых значениях а и 3 равно
в среднем 16 м/сек и меньше огорл-
Для дальнейшего расчета выбираем значения «!о=47 мм и
г/горл=96 мм’ соответствующие средним значениям /7э=60 М
и <?гэ =200 м3/ч, применительно к которым подбираем насос по
табл. IV.20 н IV.21. Принимаем насос бНДс с расходом 216 м3/ч,
напором 69 м, мощностью электродвигателя 75 кет, к. п. д. на-
соса 77%.
Определим по формуле (IV.23) рабочий напор гидроэлева-
тора Нэ при напоре насосной станции /7нас =69 м (табл. 1У.22).
Проверяем режим работы гидромеханизационной установки
при трех положениях кессона.
Положение I: Н т=10 м; Н- =62 м; 3 из формулы (1У.22)
равно: -------- =0,18; а по графику на рис. ^.24 равно 1,5.
0,952-62
Принимаем условно, что Сс= <?гэ=216 м3/ч. Тогда
9п = 216-1.5 = 324 = (?гр( Дгр+1).
Так как среднее значение $гр.Ср=10, то максимальная про-
изводительность по грунту составит:
О „ =------= 29 м3/ч > 20 м3/ч\
гр п
— 1/ '2~9-81 <6 + !»44)
угорл ~ у о,85
= 13 м/сек-.
4 (324 + 216) ,
г» _ „ . =-----------!----— = 21 м/сек > 13 м/сек,
горл.ф з 14.о,0962-3600
4-0,061
3,14- 31,2
* 50 мм.
т. е. соблюдается условие, необходимое для оптимального ре-
жима работы гидроэлеватора.
Значения г+орл-фпри разных значениях а и Р (для положения кессона III)
Таблица 1У.19
3 а 1 V <?гэ’ 1Л31Ч Н3, м Ро, м/сск ^горл ^горл.ф | игорл
ММ м/сек
0,263 1 3,8 220 55 31,2 50 98 16,2 19,4
0,28- 0,9 3,57 244 52 30 54 102 15,8 19,4
0,24 1,1 4,17 200 60 32,5 47 96 16,1 19,4
0,225 1,2 4,4 184 64 33,1 44 92 16,6 19,4
Таблица 1У.20
Основные данные насосов, рекомендуемых для гидромеханической разработки грунтов
Марка насоса Подача (} (максимальные и минимальные значения) Полный напор Н в м Число оборотов в 1 мин Мощность ДО в квт К. п. д. насоса в % Допустимая вакуумметри- ческая высота всасывания в м
в м3/ч в л/сек на валу насоса электродви- гателя
бНДс 330 216 92 60 64 69 2950 77,4 53 100 75 76 77 3 5,3
12НДс 1260 900 350 250 64 51 1450 250 148 270 160 88 84 3,6 5
14НДс 1260 800 1800 1080 350 220 500 300 37 33 86 78 | 960 } 1450 147 84,6 478 280 160 100 500 300 87 84 88,5 82 5 5 0,8 4,8
18НДс 1980 2700 550 750 34 58 730 960 200,8 470 225 520 91 91 4,8 1,3
бНДв 360 216 100 60 46 42 1450 60,5 35,3 75 40 75 71 4 5,5
8НДв 600 400 720 540 165 ПО 200 150 35 32 89 74 } 960 11450 72 44 216 138 100 55 240 160 79 79 81 79 3,8 6,5 1.4 4
8М-8Х4 150 230 41,7 63,9 185 155 1450 ПО 138 155 155 68,5 70 6,4 5,6
| 1000 10НМКХ2 ! 720 Примечание. Ма ного для многоступенчатог чего колеса; с — средненап быстроходности, уменьшенн 280 200 рки насосов р э насоса 8М-8> эрный; в — выс ый в 10 раз; п 182 170 асшифровываю! (4 патрубка в эконапорный; Л1 оследкяя цифрг 1450 гея следующим мм, уменьшенн — многоступен — число колес 590 412 образом: первг ый в 25 раз; чатый: вторая ; К — завод-из! 650 470 я цифра — диа Н — насос; Д - цифра у насо 'отовитель. 85 81 метр напор двустороин са 8М-8Х4 - 2 3 ного или вход- ий вход рабо- - коэффициент
Напорный патрубок
Рис. 1У.23. Габаритные размеры насоса 8М-8Х4
Таблица 1У.21
Габаритные размеры в мм и вес в кг насосов
Марка насоса А Б В Г Д Е Ж 3 И К Л
бНДс 12НДс 14НДс 18НДс бНДв 8НДв 340 622 745 900 492 610 385 770 900 1180 474 648 170 335 372 475 188 243 215 435 482 620 260 335 203 420 445 560 295 390 365 600 670 850 400 500 165 300 350 425 255 330 501 743 907 1115 490 645 420 622 831 1015 410 490 330 600 700 900 320 380 410 720 820 1100 420 500
Продолжение табл. IV.21
460
790
900
1100
670
850
200
350
400
500
200
250
340
520
580
715
335
390
295
470
525
650
295
350
23
25
30
32
23
23
8
16
16
20
8
12
150
300
350
450
150
200
285
460
520
640
280
335
240
410
470
585
240
295
23
25
25
27
23
23
8 250
12 1180
16 1592
20 3300
8 300
8 838
Примечания: I. Габаритные размеры насосов
8М-8Х4 н 10НМКХ2 приведены на рис. IV.23 и IV.24.
2. Вес насоса 8М-8Х4 — ИЗО кг, насоса 10НМК.Х2 —
2425 кг.
Рис. 1У.24. Габаритные размеры насоса 10НМКХ2
Таблица 1У.22
Таблица IV.23
Определение величины рабочего напора
гидроэлеватора Нэ
Определение величин напора и расхода насосной
станции для питания гидромониторов 77нас и Рн.м
Показатели
Величины показателей
при положении кессона
III
Задано
Отметка осн напорного патрубка
насоса * « •’ ? * V * „
Отметка насадкн гидроэлеватора
Подсчитано
Разность отметок напорного пат-
рубка насоса и насадки гидроэле-
ватора й3 в м ч •*. * - .
Потерн напора на водоводе йп
Рабочий напор гидроэлеватора Яэ
ВЛ,.,,.
Положение II: Н тт=10 м-, /Д =68 м: ₽=---------------=0 16-
гн 0,95г-68
а = 1,7; <2П=216 • 1,7=367 м3/ч.
„ 367
<?гр = — = 33 м3/ч;
Показатели Величина показателей прн положении кессона
1 1 11 1 111
Задано
Оптимальный напор Н опт в м (согласно данным п. 10) . .. . . . Разность отметок напорного пат- рубка насоса и насадкн гидромони- тора Й|^| В М и Ч К .1 я • * - . 30 —0,5 30 5,5 50 11,5
Подсчитано
Потеря напора в напорном трубсл
проводе гидромониторной линии йм Р воз (принято без учета пони- женного давления) в м вод. ст. „ . 1,5 0 1,6 4 2 10
ООО « 5; X -А- 1 К 2 » 3 “ Ч Ч V И V V V ‘ А Я 32 324 29 0 295 30,1 367 33 24 310 50,5 285 26 48 210
1/’2-9,81 (8,5 4- 1,56) ,г ,
ргорл г ' — (6 м/сек\
ор Г 0,85
4 (367 + 216)
ргопл <6 ~---------------- = 22 м!сек > 15 м/сек.
горл.ф з,14-0,096< 3600
13
Положение III: Н ттт = 13 м\ Н=ТЗ м\ 0= --------------- =0 2;
Г1П 3 0,952-73
а = 1,32; <?п =216 • 1,32=285 м3/ч.
$гр = “ = 26 л‘3/“-
Ргорл ~ ^>^м!сек (см. подсчет ранее);
4 (285 + 216)
ггоол А =-------------------= 19,2 м сек ~ 19,4 м/сек.
горл.ф з, 14-0,0962-3600
Определим по формулам (IV.24) и (IV.25) напор и расход
насосной станции для питания гидромониторов (табл. IV.23).
Для питания гидромонитора можно выбрать насос бНДв
с расходом 360 м3/ч, напором 46 м, мощностью электродвигателя
75 квт, к. п. д. насоса 75% или насос бНДс — такой же. как для
питания гидроэлеватора. В первом случае подача воды в камеру
кессона будет несколько завышена, что потребует некоторого
повышения давления в камере (до уровня гидростатического).
Напор иасоса находится на уров ге расчетного. Во втором слу-
чае может не полностью использоваться подсасывающая спо-
собность гндроэлеватора, т. е. его к. п. д. несколько понизится.
Однако из соображений унификации используемого оборудо-
вания следует остановиться на втором типе насоса.
Проверим выборочно (при прохождении суглинков) режим
работы установки при принятом насосе.
Часовую интенсивность погружения кессона при прохожде-
нии суглинков (на 1 м ниже кровли) найдем по формуле
<?
Гр
*?гм + ^ф _ 216 + 24
^гр 1 12
— 20 м3/ч.
Подсасывающую способность гидроэлеватора при напоре
69 м определим по формуле (IV.25), имея следующие данные:
Нэ=Ннас=69 м- нг суглинки”11 = —Г-'с-у—И”КИ - =0,18;
нас г.суглинки ф 95*-69
« —1,5; СП = “9ГЭ =1,5 • 216=324 м3/ч.
(?гр = 324 — 216 — 24 = 84 м3/ч > 20 м3/ч.
Количество воды, фактически необходимое для размыва
1 м3 суглинков (см. п. 10), <)м=10 м3/ч. Расход воды в час
на 20 м3 грунта составляет:
10 м3-20 = 200 М3 < (216 4-24).
Фактический напор на насадке гидромонитора определим
по формуле
И - Н 4-й — й'" — Р
м нас м м воз
где /7нас =69 м- йм=-6,5 м-, Й™ «1,7 л-; РВ03 =3,5 м вод. ст .
(при 5 = 1,5 м).
Н = 69 4- 6,5— 1,7 — 3,5 = 70,3 м.
м
Диаметр насадки гидромонитора, обеспечивающий расход
108 м3/ч (из расчета двух гидромониторов на один гндроэлева-
тор), находим по формуле (1У.31) при площади поперечного
сечення насадки <« = -----------2=
3600 р.
________108________
3600-0,91-4,43-8,4
= 0,0009 м3 = 9 см2;
Такую же проверку можно выполнить при других положе-
ниях кессона.
12. ЭЛЕМЕНТЫ ПРОЕКТА
ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ
12.1. ВЫБОР ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
В качестве кранового оборудования на кессонных
работах могут быть применены различные типы гусе-
ничных, пневмоколесных и башенных кранов.
Минимальная грузоподъемность и вылет стрелы
кранового оборудования определяются в проекте произ-
водства работ из следующих соображений: 1) сборка
шлюзового аппарата из его составных элементов (цент-
ральной камеры, пассажирского и материального прика-
мерков) производится на специальной площадке вне кес-
Рис. 1У.25. Схема шлюзового аппарата
1 — материальный (грузовой) прикамерок; 2 — резиновая
прокладка; 3— пробочный кран; 4 — сальник; 5 — рукоятка
управления краном; 6 — маховичок контроллера; 7 — резина;
8— вентиль запорный; 9 — тройник диаметром 1"; 10—пасса-
жирский прикамерок; 11 — кран; /2 — манометр
сона в зоне действия крана; 2) в собранном виде шлю-
зовой аппарат устанавливается краном на предвари-
тельно смонтированные в кессоне шахтные трубы;
3) установка и демонтаж шахтных труб производятся
отдельными блоками по три и более трубы в каждом
блоке.
Габариты шлюзового аппарата и шахтной трубы
принимаются согласно рис. 1У.25 и 1У.26.
Вес отдельных элементов шлюзового аппарата и
шахтной трубы составляет (в т):
центральной камеры .................. 3,25
пассажирского прикамерка.............1.15
материального (грузового) прикамерка . . 1.25
одной шахтной трубы..................0,9
12.2. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ШЛЮЗОВОГО
АППАРАТА
Количество грунта, удаляемого за I ч из камеры
кессона, составляет:
3600& К1 „
<2гр= т • (1У-38)
* макс Аг
где <21 — объем бадьи в Л13;
К1 — коэффициент, учитывающий степень напол-
нения бадьи, равный в среднем 0,95;
Т’мак с — максимальная продолжительность цикла
удаления грунта в объеме одной бадьи из
камеры кессона, равная для песков 75 сек,
для глин 95 сек (при глубине опускания кес-
Рис. 1У.26. Схема шахтной трубы
I — отверстие диаметром 150 мм, закрываемое
щитком диаметром 170 мм; 2 — материальный
лаз; 3 — пассажирский лаз; 4 — газовая труба
диг метром 32 мм; 5 — 46 отверстий для болтов
диаметром 15 мм
сона Н более 17 л в песках или более 25 м
в глинах Гмакс определяется по формуле
ГМакс=2,ЗЯ + 36 сек);
Къ — коэффициент перехода от объема разрыхлен-
ного грунта к объему плотного тела, прини-
маемый в среднем для песков равным 1,1,
для глин 1,25.
Продолжительность цикла подачи в камеру кессона
бетона в объеме одной бадьи принимается равной
105 сек.
Часовая производительность шлюзового аппарата
определяется в зависимости от интенсивности укладки
бетона в камере, заданной проектом производства ра-
бот.
12.3. РАЗМЕЩЕНИЕ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИОН НОГО
ОБОРУДОВАНИЯ ВНУТРИ КЕССОНА
Пример размещения гидромеханизационного обору-
дования в кессоне приведен на рис. 1У.27.
На каждый гидроэлеватор предусматривается уста-
новка двух гидромониторов.
и
Рис. 1У.27. Монтажная схема гидромеханизацион-
ной установки
1 — гидроэлеваториая установка диаметром 6"/8", весом
385 кг; 2 — гидромонитор Двп=90 мм, весом 88,6 кг; 3—за-
движка запорная параллельная Д>у=150 мм, весом 75 кг;
4 — то же, Оу=100 мм, весом 42 кг; 5 — крестовина
руду =250/150 мм, весом 62,3 кг; 6 — то же. Ву1®у=
= 200/150 мм, весом 49,6 кг; 7 — тройник Оу/Оу= 150/100 мм,
весом 26,8 кг; 8 — заглушка фланцевая Оу=200 мм, ве-
сом 10,2 кг; 9 — звено напорного трубопровода длиной
1600 мм, Оу =250 мм, весом 94,9 кг; 10 — то же, Ру =
= 200 мм, весом 66,8 кг; 11 — то же, Оу=150 мм, весом
42,6 кг; 12 — то же, Оу = 100 мм, весом 24,4 кг; 13 — зве-
но напорного трубопровода длиной 800 мм, Оу =100 мм,
весом 16,2 кг; 14 —то же, ©у=150 мм, весом 27,4 кг;
15 — звено напорного трубопровода длиной 300 мм, Оу=
= 150 мм, весом 17,9 кг; 16 — звено напорного трубопро-
вода длиной 5500 мм, Оу = 250 мм, весом 252,6 кг; /7—ма-
нометр технический Р=16 атм; /8—звено пульповода
длиной 5700 м, Ру=200 мм, весом 196,4 кг
Рис. 1У.28. Последовательность распалубки рабочей
камеры кессона круглого очертания в плане
/—V/ — последовательность удаления стоек и лежней по
участкам; 1—12 — то же, внутри участков
Рис. 1У.29. Последовательность распалубки рабочей
камеры кессона прямоугольного очертания в плане
/, П — последовательность удаления стоек и лежией по уча-
сткам; 1—6 — последовательность удаления подкладок
Рис. 1У.32. Расположение монорельса в кессоне
1—3 — элементы монорельса (см. табл, IV.24)
Рис. 1У.30. Последовательность перестановки
шпальных клеток
1—песчаная подушка; 2 — разработка грунта без
установки клеток; 3 — разработка грунта в фиксиро-
ванных зонах при наличии клеток; 4 — первоначаль-
ная установка клетки; 5 — места перестановки клеток
Рис. 1У.31. Схема заполнения камеры кессона бетоном
а — укладка бетона I очереди; б — укладка бетона II очереди;
в — укладка бетона III очереди; 1 — бункер; 2—вагонетка;
3 — шлюзовой аппарат системы Филиппова; 4 — монорельс;
5 — бадья емкостью 0,2 м3
Рис. 1У.ЗЗ. Крепление монорельса
Наибольшая площадь участка, который может быть
обслужен одним гидромонитором, принимается в преде-
лах от 150 до 250 м2 при песчаных грунтах и супесях
и от 100 до 150 м2 при суглинках и глинах, х^аксималь-
ный радиус действия гидромонитора для песков равен
12 м, для суглинков и глин — 8 м.
12.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ РАСПАЛУБКИ
КЕССОНА — УДАЛЕНИЯ СТОЕК, ЛЕЖНЕЙ И СНЯТИЯ
С ПОДКЛАДОК
Последовательность удаления стоек и лежней, под-
держивающих опалубку, а также подкладок из-под но-
жа кессонов должна предусматриваться в проекте про-
изводства работ с учетом обеспечения равномерной
осадки кессона и исключения возникновения в нем на-
пряжений, не предусмотренных расчетом. На рис. 1У.28
показан пример последовательности распалубки кессо-
на круглого очертания в плане при наличии клеток. На
рис. 1У.29 показан пример последовательности распалуб-
ки кессона прямоугольного очертания в плане при отсут-
ствии клеток.
12.5. ОПУСКАНИЕ КЕССОНА НА ШПАЛЬНЫХ КЛЕТКАХ
При опускании кессона на шпальных клетках в про-
екте производства работ предусматривается последова-
тельность их перестановки по мере разработки грунта
между фиксированными зонами. Пример размещения
клеток и последовательности их перестановки приведен
на рис. 1У.30.
12.6. ЗАПОЛНЕНИЕ РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ КЕССОНА
БЕТОНОМ ИЛИ ПЕСКОМ
Принятая в проекте последовательность заполнения
камеры кессона бетоном или песком должна обеспечи-
вать равномерную его укладку в первую очередь вдоль
консолей, а затем от центра камеры к внешней линии
монорельса. Пример последовательности заполнения ка-
меры бетоном приведен на рис. 1У.31.
Для облегчения заполнения рабочей камеры кессо-
на в проекте производства работ предусматривается
устройство монорельса (рис. 1У.32 и 1У.ЗЗ и табл. 1У.24).
Таблица 1У.24
Характеристика основных элементов монорельса
№ элемента на рис. IV. 32 № дву- тавра Централь- ный угол Вес дуги монорельса в кг Общий вес частей моно- рельса в кг
1 14 150°40' 433 433
2 14 84°30' 242 242
3 14 146°55' 76 152
ЛИТЕРАТУРА
Зингоренко Г. И., С и л и и Н. А. Гидромеханизация
кессонных работ. Трансжелдориздат, 1949.
Компрессорные машины. Каталог, т. 1. НИИХИММАШ,
1962.
Насосы. Каталог-справочник. Машгиз, 1960.
Озеров Н. В. Кессонные фундаменты. М., 1940.
Правила безопасности при производстве работ под сжа-
тым воздухом (кессо! ные работы). Профиздат, 1956.
СНиП Ш-Б.7-62. Опускные колодцы и кессоны. Правила
производства и приемки работ. Госстройнздат, 1962.
Фридман Б. .Э. Разработка россыпных месторождений
гидромеханизацией. Металлургиздат. 1957.
РАЗДЕЛ V
ВОДОПОНИЖЕНИЕ И ДРЕНАЖ
1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Открытый водоотлив и искусственное понижение
уровня подземных вод могут проектироваться в следу-
ющих целях: 1) защиты земляных выработок (котлова-
нов, траншей и т. п.) от подземных вод при строительст-
ве зданий и сооружений (строительное водопонижение);
2) дренажа территорий промышленных площадок, насе-
ленных пунктов и т. п.; 3) осушения месторождений по-
лезных ископаемых и предназначенных для их разработ-
ки открытых и подземных горных выработок.
В проекте строительного водопонижения решаются
задачи осушения земляных выработок или снятия на-
поров подземных вод с их подошв (в зависимости от
геологического строения и гидрогеологических условий
площадки строительства), а также обеспечения устойчи-
вости бортов защищаемых выработок.
Проектирование дренажа территорий промышленных
площадок и населенных пунктов заключается в выборе
и назначении мероприятий, обеспечивающих защиту пло-
щадок и сооружений, заглубляемых ниже существующе-
го уровня подземных вод, а также защиту площадок и
сооружений, располагаемых выше существующего уров-
ня подземных вод, от подтопления, связанного с подъ-
емом в дальнейшем уровня подземных вод вследствие
создания искусственных водотоков и водоемов (каналов,
водохранилищ и т. п.) или вследствие утечек воды на
площадках при их освоении (профилактический дренаж).
Основными задачами, решаемыми в проекте осуше-
ния месторождения полезных ископаемых, являются осу-
шение горных выработок или снятие напоров подзем-
ных вод с их подошв, обеспечение устойчивости бортов
открытых горных разработок и организация стока по-
верхностных вод, а также отвод их за пределы место-
рождения как при открытом, так иногда и при подзем-
ном способе ведения горных работ (например, при раз-
работке соляного рудника, не имеющего защитного
водоупорного слоя на поверхности соли).
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Для составления проекта водопонижения необходим
комплекс исходных данных, включающий характеристи-
ку природных условий района водопонижающих работ
и характеристику производственных (технологических)
условий и требований к водопонижающим установкам.
Для сбора материалов, характеризующих природные
условия района, проводятся специальные изыскания по
программе, согласованной с организацией, проектирую-
щей водопонижение. Границы района изысканий в об-
щем случае должны охватывать зону влияния проекти-
руемой водопонижающей установки, т. е. зону развития
депрессионной поверхности подземных вод.
Характеристику производственных (технологиче-
ских) условий и требований к водопонижающим уста-
новкам получают из проекта организации строительных
или горных работ, для проведения которых предусмат-
ривается водопонижение.
Состав и объем исходных данных зависят от целе-
вого назначения (строительное водопонижение, дренаж
территорий и промышленных площадок, осушение место-
рождений) и способа проектируемого водопонижения,
а также от длительности эксплуатации водопонижаю-
щих устройств.
Минимум исходных данных, характеризующих при-
родные условия (например, для строительного водопони-
жения при помощи легких иглофильтровых установок),
должен содержать следующие материалы: 1) данные о
рельефе площадки; 2) геологические разрезы, привязан-
ные к плану строительной площадки, с выделением во-
довмещающих и водоупорных пород, с указанием от-
меток появления в скважинах подземных вод и устано-
вившегося уровня или пьезометрического напора
последних; 3) зерновой состав грунтов в водоносных
горизонтах; 4) сведения об имеющихся вблизи строи-
тельной площадки открытых водотоках и водоемах или
других возможных источниках питания подземных вод;
5) сведения о колебаниях уровня подземных вод; 6) ко-
эффициенты фильтрации и водоотдачи; 7) сведения о
химическом составе подземных вод и возможном его
влиянии на насосное оборудование и фильтры.
При проектировании водопонижения для строитель-
ства и эксплуатации крупных сооружений (осушения
месторождений, дренажа территорий крупных промыш-
ленных площадок и городов и т. п.) материалы, харак-
теризующие природные условия района, должны осве-
щать: 1) общие сведения о районе водопонижающих
работ; 2) геологическое строение района; 3) инженерно-
геологическую характеристику грунтов; 4) гидрогеоло-
гические условия района.
Общие сведения о районе водопонижающих работ.
В общих сведениях указывается географическое место-
положение района и освещаются следующие характери-
стики его физико-географических условий: а) климат (об-
щая климатическая характеристика района; данные об
атмосферных осадках — среднегодовое и среднесуточ-
ное количество осадков, их наибольшее и наименьшее
значения, максимальная интенсивность ливня; характер-
ные значения и амплитуды колебания температур; вели-
чина испарения — при необходимости составления вод-
ного баланса района); б) орография (общая характе-
ристика поверхности района; абсолютные или относи-
тельные отметки поверхности; степень изрезанности ее
речными долинами, оврагами и т. п.); в) гидрография
(характеристика имеющихся в районе естественных и
искусственных водотоков и водоемов — рек, озер, водо-
хранилищ и т. д., а также нх бассейнов); г) гидрология
(характерные расходы воды — максимальные1 половод-
ные, дождевые и смешанные, минимальные; характер-
ные уровни и уклоны водной поверхности; данные по
стоку — среднемноголетний модуль стока, его внутриго-
довое распределение; степень кольматажа русла; темпе-
ратурный режим воды); д) геофизические показатели
(сейсмичность района; наличие и распространение веч-
номерзлых грунтов; глубина промерзания почвы; распро-
странение просадочных грунтов).
Геологическое строение района. Для освещения
стратиграфии, литологии и тектоники района необходи-
мы следующие геологические материалы: а) колонки
геологических выработок (скважин, шурфов и т. п.)
с указанием отметок появления в них подземных вод и
установившегося уровня или пьезометрического напора
последних; б) геологические разрезы и карты, характе-
ризующие мощность и распределение отдельных лито-
логических разностей с выделением тектонических зон
(разломов, трещин и т. п.); в) карты изолиний подошвы
и кровли водоносных горизонтов.
Геологические выработки, разрезы и карты должны
быть привязаны к плану строительной площадки. Глу-
бина зоны, показываемой на разрезах, .определяется ве-
личиной проектируемого водопонижения, при этом за-
глубление геологических разрезов от установившегося
уровня подземных вод должно быть не менее 5 м.
Для всех слоев грунта, нанесенных на геологичес-
кие разрезы, должны быть приведены данные, характе-
ризующие сопротивления гидравлическому погружению
фильтров и механическому бурению скважин.
Иижеиерно-геологическая характеристика грунтов.
Для проектирования водопонижающих систем необходи-
мо иметь сведения об основных физико-механических
свойствах грунтов (зерновом составе, удельном весе,
объемном весе, влажности, пористости, пластичности и
консистенции, водопроницаемости и водоотдаче, сопро-
тивлении сдвигу, угле естественного откоса), а также
сведения о происходящих в районе физико-геологичес-
ких явлениях (процессах карстообразования, суффозии,
эрозии, оползней и т. д.).
Гидрогеологические условия района. Для оценки
гидрогеологических условий района необходимо иметь
характеристику водоносных горизонтов, данные о фильт-
рационных свойствах грунтов и сведения об инфильт-
рации.
Характеристика водоносных горизон-
тов. Для характеристики водоносных горизонтов необ-
ходимы сведения о количестве, распространении и взаи-
мосвязи отдельных водоносных горизонтов, об их мощ-
ностях и напорах воды, об областях и источниках пи-
тания подземных вод, о химическом составе воды.
Области распространения водоносных горизонтов,
отметки и уклоны водной (пьезометрической) поверхно-
сти и направление движения потока подземных вод при
напорном водоносном горизонте приводятся на картах
изолиний напоров (гидроизопьез), а при безнапорном
водоносном горизонте — на картах изолиний поверхно-
сти зеркала воды (гидроизогипс). При обработке мате-
риалов изысканий карты гидроизолинин следует совме-
щать с картами изолиний подошвы и кровли водоносных
горизонтов.
Области и источники питания подземных вод опре-
деляют характер развития депрессии и зону ее распро-
странения (зону влияния водопонижающей установки).
Областью питания могут служить участки, в пределах
1 Расчетная вероятность максимальных расходов
должна соответствовать классу капитальности сооруже-
ния, для которого составляется проект водопонижения.
которых происходит непосредственная инфильтрация
атмосферных осадков в водоносный горизонт, зоны кон-
тактов водоносных горизонтов с естественными и искус-
ственными водотоками и водоемами (водотоки и водо-
емы, в природных условиях дренирующие водоносные
горизонты, могут превратиться в источники питания
подземных вод, если уровень последних по проекту во-
допонижения должен быть опущен ниже зеркала воды1
в водотоках и водоемах), зоны контактов водоносных
горизонтов с другими, более водообильными и имеющими
более активные источники питания водоносными гори-
зонтами.
Сведения о химическом составе воды, необходимые
для выбора материала дренажных устройств, имеющих
непосредственный контакт с водой, должны включать
результаты лабораторных анализов проб воды.
Фильтрационные свойства грунтов.
Фильтрационные свойства грунтов при установившемся’
режиме фильтрации характеризуются коэффициентом
фильтрации, а при неустановившемся режиме фильтра-
ции — коэффициентом уровнепроводности (для безна-
порных вод) или коэффициентом пьезопроводности (для
напорных вод без осушения напорного пласта).
Наиболее достоверные значения коэффициента
фильтрации получаются в результате обработки данных
опытных откачек, нагнетаний или наливов, осуществлен-
ных в полевых условиях в районе проектируемого водо-
понижения. Если отчет об изысканиях содержит такие
первичные материалы, то значения коэффициента фильт-
рации при совершенных скважинах подсчитываются по
формулам, приведенным в табл. V.! (откачки из одиноч-
ных скважин) или в табл. У.2 (откачки из кустовых
скважин), а при несовершенных скважинах — по форму-
лам, приведенным в табл. У.З. В указанных формулах
приняты следующие буквенные обозначения:
— суммарный приток к одиночной выработке или
кусту скважин в мг1сутки\
И — приведенный радиус влияния в м;
г — радиус скважины в м;
т — мощность напорного водоносного горизонта в м;
$о — понижение уровня в скважине при откачке в х;
Н — превышение непониженного статического или
пьезометрического уровня над водоупором в м-
1р — расстояние от центральной скважины до уреза
воды в водоеме;
/0— длина фильтровой части скважины в м.
Значение коэффициента фильтрации при откачках
из совершенных скважин и неустановившемся режиме
фильтрации для напорных вод определяется по зависи-
мости
<3 г /-Ра \
4лтЗ 1 \ 4а/ / ’
(У.1)
где /— время, исчисляемое от начала откачки, в сут-
ках;
Е±—экспоненциальная функция, определяемая по
табл. У.4;
р — расстояние от скважины до точки, в которой
определяется понижение напора 5, в м (при1
откачке из одиночных скважин р=г, при от-
качке из кустовых скважин р=Х/);
а — коэффициент пиезопроводности в м21сутки.
Р2
Когда -----< 0,1, можно принимать
4а/
1п
2,25 а/
Р2
(У.2>
Таблица V.!
Формулы для определения коэффициента фильтрации 4’ф по результатам откачек
из одиночных совершенных скважин при установившемся режиме фильтрации
Расположе-
ние скважин
относительно
водоема
Г идравлический
тип подземных
вод
Расчетная схема
Расчетная формула
Автор
Вдали
Вблизи
Напорные
Безнапорные
Напорные
Безнапорные
к = 9
$ 2тгЗ,
1п-----
1г50 (2/7 — 50)
й. = —------
ф 2к т8а
!п
о/
Р
Дюпюи
Форхгеймер
*ф- --------------
Ф тгЗо (2/7 - 3„)
Таблица У.2
Формулы для определения коэффициента фильтрации кф по результатам откачек
из кустовых совершенных скважин при установившемся режиме фильтрации
Располо- жение скважии относи- тельна водоема Г идравлический тип подземных вод Расчетная схема Расчетные формулы Автор
Вдали Напорные 1 1 1 с. 1 с. Расчет по двум наблюдательным скважинам . 9 . *2—ц Дюпюи
5 ••’**•*’ •• « Я1’7 2т.т ($01 $о») ц Расчет по затрубному пьезометру (центральная скважина) и наблюдательной скважине . 9 . Х1-ц Л, = 1п ф 2г.т ($, — 501) г
'Г*- /////л
“г-д
Безнапорные
Расчет по двум наблюдательным скважинам
Л:
тельной
О
($.1-$.г)(2Я-$„-$,2)
Расчет по затрубному пьезометру
скважине
*ф-
9
т- ($» ^01) (2/7 $0 $01)
1п
и
1п
'2—и
наблюда-
1—Ц
Вблизи
Напорные (луч
перпендикулярен
берегу водоем а)
Расчет
по одной наблюдательной скважине
Напорные (луч
параллелен берегу
водоема)
Расчет
2-/п5|
1п —Р
1—ц
по двум наблюдательным скважинам
ч=
О
2~т (501 — $02)
X,* __ Л
. Р 1—ц
1п ---1---------
-1П—₽--^=5.
ц
(перед х
и
2—ц
принимается знак плюс.
если наблюдательная скважина расположена на
луче, направленном от центральной скважины
в глубь берега, и знак минус, если наблюдатель-
ная скважина находится между водоемом и цент
ральной скважиной)
Форхгей-
мер—Бабуш-
кин
Расчет по одной наблюдательной скважине
ф 2тт8„
1-ц
Расчет по двум наблюдательным
скважинам
То же
9
2тгтп (501 — Зс2)
/ 1 , Ч1р ‘ Х1— д
X I — 1п ~----------------
,2
Р
и
1-Ц
Располо-
жение
скважин
относи-
тельно
водоем а
Г идравлический
тип подземных
вод
Расчетная схема
Расчетные формулы
Автор
Расчет по одной наблюдательной скважине
_ ________V______
ф к5м (2/7 - 5„)
Форхгей -
мер—
Бабушкин
Расчет по двум наблюдательным скважинам
_______________О________________
71 (50, — 302) (2/7 5„ — 502)
Безнапорные (луч
параллелен бере-
гу водоема)
Расчет по одной наблюдательной скважине
То же
_ —2—-
к50, (2/7 — 501) ,П
Расчет по двум наблюдательным скважинам
____________О____________
г. (5„ — 502) (2/7- 50,- 502)
р + 4-ц
р + <н
Приведенные формулы действительны и для безна-
порных вод после замены в них т на шср и использо-
вании вместо а коэффициента уровнепроводности X.
2// + йо
ГНср — ,
где /г0 — высота столба воды в скважине через заданное
время после начала откачки в м.
Как показано Ф. М. Бочевером, формула (V.!) дей-
ствительна и в случае откачки с постоянным понижени-
ем уровня воды в скважине при меняющемся дебите
(например, при самоизливе).
Коэффициент уровнепроводности X (параметр Бус-
синеска) определяется по формуле
. Аж
X -------- м?/сутки, (V. 3)
Ив
где Аф — коэффициент фильтрации в м^сутки-,
Н5 — средняя мощность потока в м\
рв — водоотдача грунта.
Коэффициент пьезопроводности а определяется по
формуле
Аф(1 +е)
а
/ е
У о ау + —
\
м2/сутки,
(У.4)
где е — коэффициент пористости грунтов водоносного
горизонта;
Уо — объемный вес грунта в тс/м?-,
ау — коэффициент уплотнения грунтов водоносного
горизонта;
Ев — модуль упругости воды, примерно равный 2Х
XI О5 тс/м2.
Ориентировочные значения коэффициентов уров-
непроводности и пьезопроводности приводятся в
табл. У.5.
Подобно коэффициенту фильтрации наиболее досто-
верные значения коэффициентов уровнепроводности и
пьезопроводности получаются в результате обработки
данных опытных откачек из скважин.
При откачке из одиночных совершенных скважин
коэффициенты пьезопроводности и уровнепроводности
определяются следующим образом. По данным откачки
строится полулогарифмический график зависимости 5 от
1§/. По точкам, лежащим на прямолинейном участке
графика, вычисляется коэффициент пьезопроводности
по формуле
5,46 Аф т8 2,25/
(У.5)
Если коэффициент фильтрации грунтов водоносного
горизонта неизвестен, то его определяют по формуле
0,18(3
т а’
(У.б)
Таблица У.З
Формулы для определения коэффициента фильтрации /’ф по результатам откачек из одиночных и кустовых
несовершенных скважин при установившемся режиме фильтрации (авторы Бабушкин и Гиринский)
Вид откачки Расчетные схемы для подземных вод Расчетные формулы
напорных безнапорных
Одиночная;
фильтр примыкает
к границе пласта
•. • • » ' ** с ♦ • * С »
,Н-
т
Л, =------ *п------
ф 2<30 г
7777777777777777777^77777777^
. У 1п °’66/0
А-. ---------- 1п ---------
ф 2к/030 г
Одиночная
фильтр удален
границы пласта
от
Е
Н
(формула может быть использована так же
в случае подрусловых откачек при условии
погружения фильтра ниже дна реки на ве-
личину С =------—
1п
Кустовая
0,16(?
.—1 1Ш 1-.-^
* - о - Ш '
(я - . • о
Расчет по одной наблюдательной сква*
жи не
0,160 . . /о
й, = —-------- АгзИ--------
Ф г <г X,__„
*о°О1 1Ц
Расчет по затрубному пьезометру и наблю-
дательной скважине
/о (>5о ^01)
1,32/,, А , /, '
п------2----АгзН —5—
г Х1—ц.
Расчет по двум наблюдательным сква-
жинам
777777777777777777777777777777777?
’77777//7777777777777>77777/77777)> .
Примечания: 1- Приведенные’? формулы составлены для откачки из скважин,
*ф=
0,160
(о(5о1—302)
----Агзй
Ц
расположенных вдали от водоема.
водоема можно не учитывать при откачках из несовершенных скважин, удаленных от водоема на расстояние Iп >0,5 тп или
11 Р
2. Длина фильтра /0 незначительна по сравнению с мощностью слоя ( <---т или <-----Н-)
3 3
Влияние
>0,5 /7.
Таблица У.4
Значения функции Е / (—х)
X Е1 (-Х) X Е. <—х) X Е. (—х) X Е1 (—х)
• ОО 0,6 —0,454 2,2 —0,0372 4,2 -0,297-10—2
•,01 —4,038 0,65 —0,412 2,3 —0,0325 4,3 —0,263-10-2
• ,02 —3,355 0,7 —0,374 2,4 —0,0284 4,4 —0,234-10 -2
•,03 —2,959 0,75 —0,34 2,5 —0,0249 4,5 —0,207-10-2
0,04 —2,681 0,8 —0,311 2,6 —0,0219 4,6 —0,184-10—2
е,05 —2,468 0,85 —0,284 2,7 —0,0192 4,7 —0,164-10—2
•,06 —2,295 0,9 —0,26 2,8 —0,0169 4,8 -0,145-10—2
0,07 —2,151 0,95 —0,239 2,9 —0,0148 4,9 -0,129-10—2
0,08 —2,027 1 —0,219 3 —0,013 5 -0,115-10—2
•,09 —1,919 1,1 —0,186 3,1 —0,0115 6 -0,36-10—3
0,1 —1,823 1,2 —0,158 3,2 —0,0101 7 -0,116-10—3
0,15 —1,465 1,3 —0,135 3,3 —0,894-10-2 8 -0,377-10—4
•»2 —1,223 1,4 —0,116 3,4' —0,789-10-2 9 -0,125-10—4
0,25 —1,044 1,5 —0,1 3,5 -0,697-10-2 10 -0,416-10—6
0,3 —0,906 1,6 —0,0863 3,6 —0,616-10“2 11 —0,14 -10—6
• ,35 —0,794 1,7 —0,0746 3,7 —0,545-10— 2 12 —0,475-10-6
• Л —0,702 1,8 —0,0647 3,8 —0,482-10-2 13 —0,162-10—6
• ,45 —0,625 1,9 —0,0562 3,9 —0,427-10-2 14 —0,557-10—7
0,5 —0,56 о —0,0489 4 -0,378-10“ 2 15 —0,192-10—7
•,55 —0,503 2,1 —0,0426 4,1 —0,335-10~2 — —
Примем Р2 а н и е. х= • 4а1
Таблица У.5
Ориентировочные значения коэффициентов
уровнепроводности А» и пьезопроводности а
Грунты X, лГ/суткп а, ж2/сутки
Пески:
средние 1000—3000 —
мелкие 500—2000 10-
пылеватые 50—500 5-10’—103
Супеси 20—100 103
Суглинки — 100—500
где сс=-------------- (здесь 5|, 5?, и /2 — величины
1§/2 —
понижений и соответствующих им значений времени для
двух точек, лежащих на прямолинейном участке графи-
ка зависимости 5 от 1^/).
Указанные формулы действительны и в безнапор-
ных водах при замене т на /иср-
Для более точного определения коэффициентов
пиезопроводности н уровнепроводности пользуются ре-
зультатами откачки из кустовых совершенных скважин.
При этом если соблюдается условие 0,1, действи-
тельны формулы (У.5) и (У.6), где вместо г подставля-
Р2
ется X/. Если условие ----<0,1 не может быть выполне-
Ьа1
но, то в основу расчета кладется исходная зависимость
(V. 1), где р=х/. Причем при известном коэффициенте
фильтрации грунтов водоносного горизонта коэффициент
пьезопроводностн определяется по данным понижения
уровня воды в одной из наблюдательных скважин пу-
тем подбора, а при неизвестном коэффициенте фильтра-
ции коэффициент пьезопроводности определяется путем
подбора по формуле
(У.7)
где 5' и 3" — понижения уровня воды в м, соответст-
вующие промежуткам времени I' и I".
Сведения об инфильтрации. Сведения
об инфильтрации необходимы для проведения гидро-
геологических расчетов в тех случаях, когда питание
водоносного горизонта происходит путем непосредствен-
ного проникания в него атмосферных осадков. Особен-
но часто с необходимостью учета инфильтрации атмос-
ферных осадков приходится сталкиваться при проекти-
ровании дренажа территорий промышленных площадок
и населенных пунктов, когда решается задача сравни-
тельно небольших понижений уровня подземных вод на
значительных площадях.
Для характеристики производственных (технологи-
ческих) условий и требований необходимы следующие
сведения: 1) требуемая величина понижения уровня
подземных вод (в необходимых случаях по годам
строительства, очередям и т. п.); 2) размеры и конфигу-
рация участка, на котором проектируется водопониже-
ние; 3) длительность эксплуатации водопонижающих
устройств; 4) условия водоотвода и сброса дренажных
вод; 5) существующие источники энергоснабжения;
•6) наличие вблизи строительной площадки подземных
водозаборов и других сооружений, могущих оказывать
влияние на движение подземных вод к объекту водопо-
нижения; 7) данные о подземном хозяйстве и о состоя-
нии зданий и сооружений, если целевым назначением
проектируемого водопонижения является дренаж заст-
роенных участков или производство строительных работ
на застроенной территории; 8) материалы проекта по
организации строительных и горных работ (необходи-
мые для проектирования строительного водопонижения
и осушения месторождений полезных ископаемых), ос-
вещающие способы производства работ, типы применяе-
мых механизмов, календарный график работ и кален-
дарные планы, стадийные планы, характеризующие раз-
витие строительных и горных работ во времени;
9) наличие в районе строительных материалов и изде-
лий, необходимых для производства водопонижающих
работ.
3. СХЕМЫ ВОДОПОНИЖЕНИЯ
В зависимости от применяемых для отбора подзем-
ных вод устройств дренаж и водопонижающие установ-
ки могут быть разбиты на четыре типа: горизонтальные,
вертикальные, комбинированные и пластовые. Дренаж
и водопонижающие установки первых трех типов в за-
висимости от расположения водоотборных устройств по
отношению к осушаемой территории и источникам по-
ступления подземных вод могут быть линейными (под-
разделяемыми в свою очередь на головные, береговые и
сопутствующие), кольцевыми и систематическими (пло-
щадными).
Горизонтальный дренаж применяется при неглубо-
ком залегании уровня подземных вод и относительно
небольшом требуемом понижении. Он эффективен в од-
нородной, хорошо проницаемой среде, особенно прн за-
ложении на водоупоре (совершенный дренаж). При
открытом способе производства работ глубина заложе-
ния горизонтального дренажа по экономическим сооб-
ражениям ограничивается 5—6 м (предельно 8 м), при
закрытом способе глубина заложения его устройств не
ограничивается. К устройствам горизонтального дренажа
относятся открытые канавы и лотки, беструбчатые
траншейные дрены с проводящей частью из фильтрую-
щего материала (камень, щебень, хворост, фашины,
жерди), трубчатые дрены (железобетонные, бетонные,
асбестоцементные, керамические, деревянные трубы),
дренажные галереи, осуществляемые открытым спосо-
бом, дренажные штреки и штольни, горизонтальные
скважины.
Вертикальный дренаж применяется при глубоком
залегании уровня подземных вод, при необходимости
значительных понижений, при большой мощности водо-
носного горизонта или наличии питания снизу. К устрой-
ствам вертикального дренажа относятся водопонижаю-
щие и водопоглощающие скважины, а также сквозные
фильтры.
Комбинированный дренаж применяется при боль-
шой мощности водоносного горизонта, представляющего
Таблица У.6
Условия применения
схем водопонижения
Схема водопонижения (схемы условно показаны применительно к части возможных условий) Условия применения схемы водопонижения Номера расчетных формул (см. п. 4. 1 данного раздела)
Линейный головной дренаж План ^С==- Горизонтальный дренаж Для защиты территории и сооружений от подтопления потоком подземных вод, посту- пающих со стороны водораздела (У.27)- (У.42)
। 1! ш
ч 1 1 Река /1 /-/ < 1 — защищаемая территория; 2 — трасса дренажа; 3 — контур защищаемой территории; 4—непони- жеииый уровень подземных вод; 5 — пониженный уровень подземных вод
Схема водопонижения (схемы условно показаны
применительно к части возможных условий)
Условия применения схемы водопонижения
Номера расчетных формул
(см. п. 4. 1 данного раздела)
Линейный береговой дренаж
1 — защищаемая территория; 2 — трасса дренажа;
3 — контур защищаемой территории; 4 — непони-
женный уровень подземных вод: 5 — пониженный
уровень подземных вод
Линейный сопутствующий дренаж
Для защиты территории и сооружений от
подтопления водами, поступающими со сторо-
ны водотока или водоема, с одновременным
приемом подземных вод, поступающих со сто-
роны водораздела; для защиты территории
от подтопления паводковыми водами; для за-
щиты территории в зонах подпора строящихся
водоемов
Для защиты отдельных объектов типа под-
земных галерей, тоннелей и т. п.
(У.27)-(У.42)
То же
1 — подземное сооружение; 2 — сопутствующая
дрена; 3— непониженный уровень подземных вод;
4 — пониженный уровень подземных вод
Кольцевой дренаж
Для общего понижения уровня подземных
вод на территории отдельных сооружений при
хорошей проницаемости толщи водоносного
горизонта и отсутствии интенсивного питания
внутри контура защищаемой территории свер-
ху или снизу
(У.45)-(У.59)
/ — защищаемый участок; 2 — трасса дренажа:
3 — контур защищаемого участка: 4—непоннжен-
ный уровень подземных вод; 5 — пониженный
уровень подземных вод
Продолжение табл. У.6
Схема водопонижения (схемы условно показаны применительно к части возможных условий) Условия применения схемы водопонижения Номера расчетных формул (см. п. 4. 1 данного раздела)
Систематический дренаж План 1 1 12/2Я1 , /XX |’ХХХ/а ] Гхх/х| /7 4777/7777//77?V2777. / — защищаемые участки; 2 — трасса дренажа; 3 — контур защищаемых участков; 4—непонижен- ный уровень подземных вод; 5 — пониженный уро- вень подземных вод Для общего понижения уровня подземных вод на территории при наличии питания вну- три защищаемой территории (У.43), (У.44)
Линейный головной др / 3 ' ЯШ 1 — контур защищаемой территор женный уровень подземных вод; уровень подземных енаж 2 ^888ИЧЬ.ВВТГ ни; 2— непони- 3 — пониженный од Вертикальный дренаж Те же, что и для аналогичных схем гори- зонтального дренажа, но при необходимости большего понижения уровня подземных вод и более мощных водоносных горизонтах (У.60)-(У.70), (У.108)—(У.118)
Линейный береговой т-• », • , * •» , ‘ ,»*/ ’ ’’ * л* 1 1 — контур защищаемой террито женный уровень подземных вод; уровень подземных 1Р И % р енаж жШ ин; 2—непони- — пониженный зод То же То же
Продолжение тлбл. У.6
Схема водопонижение (схемы условно показаны применительно к части возможных условий) Условия применения схемы водопонижения Номера расчетных формул (см. п. 4. 1 данного раздела)
Линейный сопутствующий дренаж Те же, что и для аналогичных схем гори- зонтального дренажа, но прн необходимости большего понижения уровня подземных вод и более мощных водоносных горизонтах (У.6О)-(У.7О). (У'.1О8)—(У.118)
У • •
7
] — подземное сооружение; 2 — непониженный уровень подземных вод! 3 — пониженный уровень подземных вод
Кольцевой дренаж То же (V .77) —(V .88). (У.1О8)-(У.118)
План 0 о ^уух</у о хуууу 1-1 у^З , *чЧ 1Р Л'Р'Г;л •*! ,ч
о © У//////, У/ ///////////л
о
1 — защищаемый участок; 2 — водопонижающая скважина: 3— контур защищаемого участка; •/—непониженный уровень подземных вод; 5 — пониженный уровень подземных вод
Схема водопонижения (схемы условно показаны
применительно к части возможных условий)]
Условия применения схемы водопонижения
Номера расчетных формул
(см. п. 4. 1 данного раздела)
Систематический обычный площадной дренаж
Для защиты сооружений, размещаемых
на территории, толща которой сложена
слабопроницаемыми грунтами, подстилае-
мыми достаточно мощным хорошо водо-
проницаемым слоем, характеризующимся
неоднородным гидрогеологическим строе-
нием
(У.71)—(У.76),
(У.108) —(У.118)
/—защищаемые участки; 2— водопонижающие
скважины: 3 — контур защищаемых участков;
4 — непониженный уровень подземных вод; 5 — по-
ниженный уровень подземных вод
Систематический площадной дренаж
из отдельно расположенных скважин
То же
(У.77)—(У.80),
(У.108)—(У.117)
❖
^5
1 — защищаемые участки; 2 — водопонижающие
скважины: 3 — контур защищаемого участка;
4 — непониженный уровень подземных вод; 5 — по-
ниженный уровень подземных вод
Комбинированный дренаж
Линейный головной дренаж
Те же, что н для аналогичных схем горизон-
тального и вертикального дренажа при боль-
шой мощности водоносного горизонта, пред-
ставляющего собой двухслойную толщу с хо-
рошо водопроницаемыми грунтами в ннжней
части разреза, и при наличии верховодки
в верхней части разреза
Расчеты производятся по
указанным выше формулам
для вертикального и гори-
зонтального дренажей в за-
висимости от местных усло-
вий
I контур защищаемой территории; 2—непони-
жеппый уровень подземных вод; 3 — пониженный
уровень подземных вод
Продолжение табл. У.6
Схема водопонижения (схемы условно показаны применительно к части возможных условий) Условия применения схемы водопонижения Номера расчетных формул (см. п. 4. 1 данного раздела)
Линейный береговой дг енаж 2 Те же. что и для аналогичных схем горизон- тального и вертикального дренажа прн боль- шой мощности водоносного горизонта, пред- ставляющего собой двухслойную толщу с хо- рошо водопроницаемыми грунтами в нижней части разреза, н при налички верховодки в верхней части разреза Расчеты производятся по указанным выше формулам для вертикального и гори- зонтального дренажей в за- висимости от местных усло- вий
1 — контур защищаемой территог женный уровень подземных вод: уровень подземных '/ ии: 2 — непони- 3 — пониженный зод
Линейный сопутствующий дренаж То же То же
1 —< подземное сооружение: 2 — непониженный уро-
вень подземных вод: 3— пониженный уровень под-
земных вод
Кольцевой дренаж План 'Ж ч "1.-\ Р л /////г^ >к \1 । -X- >
ж
/-^защищаемый участок; й— трасса горизонталь- ного дренажа; 3—водопонижающие скважины; 4 — контур защищаемого участка: 5 — иепоннжен- ный уровень подземных вод: 6 — пониженный уро- вень подземных вод
Схема водопонижения (схемы условно показаны
применительно к части возможных условий)
Систематический дренаж
План
Н
1 — защищаемые участки: 2 — трасса горизонталь-
ного дренажа; 3— водопонижающие скважины;
4 — контур защищаемых участков; 5 — непоннжен-
ный уровень подземных вод; 6 — пониженный уро-
вень подземных вод
Условия применения схемы водопонижения Номера расчетных формул (см. п. 4. 1 данного раздела)
Те же, что н для аналогичных схем гори- зонтального и вертикального дренажа при большой мощности водоносного горизонта, представляющего собой двухслойную толщу с хорошо водопроницаемыми грунтами в ниж- ней части разреза, и при наличии верховодки в верхней части разреза Расчеты производятся по указанным выше формулам для вертикального и горизон- тального дренажей в за- висимостн от местных усло- вий
Пластовый дренаж
1 — защищаемое сооружение; 2 — смотровые ко-
лодцы; 3—сброс в ливневую сеть; 4 — крупнозер-
нистый песок; 5 —дренажная труба: 6 — гравий;
7 иепоииженный уровень подземных вод: 8 — по-
ниженный уровень подземных вод
Для защиты отдельных сооружений и ком-
муникаций от подтопления подземными вода-
ми в условиях слабопроницаемых грунтов
(У.47), (У.48)
собой двухслойную толщу с хорошо водопроницаемыми
грунтами в нижней части разреза, и при наличии верхо-
водки в верхней части разреза. К устройствам комбини-
рованного дренажа относятся сочетание горизонтальной
дрены с вертикальными самоизливающимися скважина-
ми, а также сочетание дренажных штреков и штолен
(горизонтальных выработок) со сквозными фильтрами.
Пластовый дренаж применяется в условиях слабо-
проницаемых грунтов для защиты отдельных сооруже-
ний и коммуникаций от подтопления подземными вода-
ми, когда использование прочих типов дренажа неэффек-
тивно. К устройствам пластового дренажа относится
сочетание постелистой отсыпки с колонками из фильтру-
ющего материала.
Условия применения различных схем водопонижения
и номера формул, используемых для гидрогеологичес-
кого расчета притоков воды и построения депрессионных
поверхностей, приведены в табл. У.6.
4. РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ
4.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИТОКОВ ВОДЫ И ОРДИНАТ
ДЕПРЕССИОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
4.1.1. Определение радиуса зоны питания (радиуса
влияния) при установившемся режиме фильтрации
При наличии в районе проектируемого дренажа
естественных границ зоны питания (рек, водоемов) ра-
диус зоны питания, зависящий от взаимного располо-
жения водопонижающих устройств и границ зоны пи-
тания, определяется по формулам, приведенным
в табл. У.7. Если границы зоны питания (реки, водое-
мы и пр.) находятся на значительном расстоянии от
водопонижающих устройств, радиус зоны питания дол-
жен определяться на основании опытных данных или
по результатам водопонизительных работ, осуществ-
ленных в аналогичных условиях, с использованием
формул, приведенных в табл. У.8. При отсутствии
опытных данных для предварительных расчетов радиус
зоны питания можно определять по формулам, приве-
денным в табл. У.9.
При пользовании формулами, приведенными в табл.
У.7—У.9, следует иметь в виду, что вследствие недо-
статочной разработки к настоящему времени вопроса
об определении радиуса зоны питания, расчетные вели-
чины, полученные по указанным формулам, нуждаются
в корректировке в ходе проведения водопонизительных
работ.
4.1.2. Определение притоков и ординат депрессионных
поверхностей при установившемся режиме
фильтрации
Линейные дрены, траншеи, горные выработки. Об-
щий вид расчетных формул для определения притока на
Таблица У.7
Расчетные схемы и формулы для
определения радиуса зоны питания
Расчетная схема Условия применения формулы Расчетная формула Автор
• Безнапорный водоносный горизот Пласт, ограниченный одной линейной гра- ницей зоны питания (одиночная выработка, котлован '"«большой колодец») К = 2Ьр (У.8) Форхгеймер
• ||
• *— 1-р— I Пласт, ограниченный двумя линейными границами зоны питания, перпендикуляр- ными друг к другу (одиночная выработка, котлован, «большой колодец») Я = 21 р Ар‘ (V.9) 1/^ I2 + Ь2 т Р 1 Р1 Шестаков
• 1- 1
Продолжение табл. У.7
Расчетная схема Условия применения формулы Расчетная формула Автор
• ✓ Пласт, ограниченный линейной водоне- проницаемой границей н линейной грани- цей зоны питания, перпендикулярными друг другу (одиночная выработка, котло- ван, «большой колодец») г « = 2/-п 1/ — +1 <ул°) у < Шестаков
* Ц >
• Г 1ч X
—
— ... Пласт, ограниченный двумя линейными границами зоны питания, параллельными ДРУГ другу (одиночная выработка, котло- ван, «большой колодец») 2 т.Г 1.81П-Т-В (V.!!) тс д© >
•
—
7////. в=0 /////////////// Пласт, ограниченный линейной водоне- проницаемой границей и параллельной ей линейной границей зоны питания (одиноч- ная выработка, котлован, «большой коло- дец» ) 4 тсЬ я- — <У.12> »
•
г- 1
—
Як " **** Пласт, ограниченный круговым контуром зоны питания (одиночная выработка, кот- лован, «большой колодец») — (У.13) «0 »
1 Л'\
Продолжение табл. У.7
Расчетная схема Условия применения формулы Расчетная формула Автор
Р
Ш I Ш НШН1Н
ту т* гл ’
(У.14)
Неограниченный пласт, питание которого
происходит путем инфильтрации поверх-
ностных вод интенсивностью р
где г» — радиус одиночной
работки или приведенный
диус котлована и <большого
лодца» (табл. УЛО)
вы-
ра-
ко-
Полубари-
нова-Кочина
Напорный водоносный горизонт
"Я^г^Т-4&Т >«<Т
Неограниченный пласт, питание которого
происходит путем перетекания воды нз вы-
шележащего пласта
*Ф™^
ЛФ1
(У.15)
где — коэффициент фильтра-
ции для верхнего относительно
го водоупора, г0 — то же, что в
формуле (У,14)
Григорьев
Таблица У.8
Формулы для определения радиуса зоны питания по данным длительных опытных откачек (автор Керкис)
Условия применения формулы Расчетная формула
Неограниченный пласт, безнапорный водоносный го- ризонт Неограниченный пласт, на- порный водоносный горизонт Неограниченный пласт, безнапорный водоносный го- ризонт Неограниченный пласт, на- порный водоносный горизонт Питание водоносных горизонтов путем инфильтрации К V1? К - 1е Г„ = 1/ (1б/?,- 1бг01) (У.16) Г 501 (2Н - 5о1) Р = /?, Г/ — 1&/-0!) (У.17) ' "$01 Питание водоносных горизонтов потоком подземных вод Аф Я8 (2/7-8 ) 80 (2/7 - 80) 1,36/?. = р (1г р - 1 ё г.) --75—(V .18) *^01 ““ ^01) Лф пг8 (2Н — 5_) 50 2,73/?1 —Ц = 7? (1г /? - 1г Г.) ( У.19) VI ^01
Примечания: 1. /?>, 501, гв1, С, — величины, полученные прн опытной откачке.
2. Решение формул (У.16) —(V. 19) отыскивается подбором.
Таблица У.9
Формулы для ориентировочного определения радиуса зоны питания
Условия применения формулы Расчетная формула Автор
Р’ Длительная работа водопонижающей установки прн 4 а^<0,1 или при г0<100 м (величина а принимается по табл. У.5, продолжительность откачки (>10 суток) Откачка с постоянным дебитом на заданный период времени 1 при га<50 м 7? = 1,5 Ка/ (У.20) ЛнАф 1 /?= 1/ , (У.21) V % где Ив — водоотдача в долях единицы Веригин
Таблица У.10
Расчетные схемы и формулы для определения приведенного радиуса водопонижающей установки г0
Расчетная схема Условия применения формулы Расчетная формула Автор
1 ь -к- /. * Контур невытянутой формы в плане нли контур неправильной формы в плане при Т<3 1/ Р <0= 1/ (V. 22) г ТС го=—. (V. 23) 2тс где Р — площадь реального конту- ра: Р — периметр его Григорьев
—— ' ' । — О-/ ( * Д Контур в виде вытянутого прямоуголь- ника г.=т]-У^, (V. 24) 4 где значение принимаетси в за- висимости от отношения Ь/Д: Ъ/Ь 0.05 1,05 0,1 . 1,08 0,2 1,12 0,3 1,14 0,4 1,16 0,5 1,17 0,6 в 1,18 Гирииский
Контур в виде очень вытянутого прямо- угольника или линейный ряд прн >10 Ь /-.=0,25 Ь (V. 25) »
7 V Выработки расположены по вершинам многоугольника Гй==У Р1 Р2 Р» • • • РЯ. 26) где п — число выработок; Р^— расстояние от каждой вы- работки до расчетной точки внутри контура, в которой задается понижение Шестаков
1 пог. м одной дрены зависит от условий питания
и типа дренажа:
а) безнапорные условия, совершенный дренаж
г) напорные условия, несовершенный дренаж
кф т-^Н, — т{)
ъ—+’1’
(У.ЗО)
Я =
(У.27)
б) безнапорные условия, несовершенный дренаж
д = ~^Г + д-
(У.28)
в) напорные условия, совершенный дренаж
Лф пг (2Н1 — т)
(У.29)
где Ио — глубина воды в дрене.
В формулах (У.28) и (У.ЗО) первый член соответ-
ствует притоку из безнапорной зоны (области, располо-
женной над дреной), а второй член — притоку из на-
порной зоны, расположенной под дреной.
Выражения для /?/, Я/, т/ и У1 по каждой из за-
висимостей (У.27) — (У.ЗО) приведены в табл. У.П.
При двух линейных дренах следует пользоваться
расчетными формулами, приведенными в табл. У.14.
Формулы (У.27) — (У.ЗО) относятся к дренам весь-
ма большой протяженности (плоский поток).
Таблица У.П
Формулы для определения значений Кь т1 и в зависимостях (У.27)—(У.ЗО) и для определения ординат депрессионных поверхностей
8?
Расчетная схема Условия применения формул Расчетные формулы Автор
Для расчетной зависимости (У.27)
/?. = 2/; /7/ = Н;
Н
V -*•
Ло
Неограниченный пласт, од-
носторонний приток
Я2-А?) + А2
(У.31)
Дюпюи
1 т н сг&ТФ \^^Ьо У
////// н-х-* к-/ -*< ИЛ
Неограниченней
пласт,
симметричный двусторонний
приток
н
(У.32)
* Лхг
Пласт, ограниченный дву-
мя линейными границами
дрпы питания, параллельны-
ми друг другу, несимметрич-
ный двусторонний приток
'2;
Н?-Л2
Х1
Н,
но
(У.зз)
Раздел V. Водопонижение и дренаж
7?,--/; Я. -=Н;
Для расчетной зависимости (У,28)
К,=-21; Н,^Н;
Раздельная
линия
Неограниченный
пласт,
симметричный двусторонний
приток
г.к.{Н-Т)
«I -----
2Т
(У.34)
Романов
Т
С
I
= -3- 1п
х "*ф
Н
2Нк^
Расчетная схема Условия применения формул Расчетные формулы Автор
Та? 4 “7 X 9г т«?г* раздельная VI Ъ Пласт, ограниченный дву- мя линейными границами зо- ны питания, параллельными друг другу, несимметричный двусторонний приток 12к\+ 1\к2' . *кф(н8-т) Ч[ = 1пх_ + _^к_ кг Т (1г 4- 1г) («?-«2)+Н2 <У.35> Романов
•*-х -1,-* —*• Г —к(х—х0) Я =-|— 1п 1-е г° *Ф го и 7’о = 7’ + 4- (- — ] (Нг - Нг) + Ь 1г + 1г ) X \ /. + />/ 2
2 ' 1^г
Для расчетной зависимости (У.29)
Неограниченный пласт, сим-
метричный двусторонний
приток
Пласт, ограниченный дву-
мя линейными границами
зоны питания, параллельны-
ми друг другу, несимметрич-
ный двусторонний приток
я = —Ь------- (Я - Нг) + Нг-, '
‘ 1г+1г
Л + '
Для расчетной зависимости (У.ЗО)
(У.36)
(У.37)
Дюпюи
Расчетные формулы
Неограниченный пласт,
симметричный двусторонний
приток, снятие напора без
осушения напорного пласта
т.} = 0 (первый член формулы равен нулю);
<7 =--------*------- .
. т ,
1п------1----
кг 2т
(У.38)
Романов
Расчетная схема
Условия применения формул
Расчетные формулы
Продолжение табл. V.!!
А втор
т, = 0 (первый член формулы равен нулю);
Пласт, ограниченный дву-
мя линейными границами
зоны питания, параллельны-
ми друг другу, несимметрич-
ный двусторонний приток,
снятие напора без осушения
напорного пласта
= 1п
х **ф
«*ф 50
1л------Н
, т
1 — е
(/1 + /») т
(У.39)
Романов
т. = Г; Я, = 80; /?, = ;
1 1 0 1 /. + 6
кйф 80
<7; = -----------—————-—-— ,
]п 2 <от~ п + ______
яЬ (714- 1г) (т — Г)
(У.40) Абрамов
Пласт, ограниченный дву-
мя лилейными границами
зоны питания, параллельны-
ми друг другу, несимметрич-
ный двусторонний приток,
динамический уровень ниже
кровли напорного пласта
л-,Л7,гв-^Ш
2т
(У.41) Аверьянов
Раздел V. Водопонижение и дренаж
(значение А принимается по табл. У.12)
Таблица У.12
Значения коэффициента А в формулах (У.41)
г+ъ т 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2] 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
А 2,64 2,2 1,95 1,76 1,62 1,51 1,41 1,32 1,25 1,18 1,07 0,97 0,89 0,81 0,75 0,61 0,5 0,41 0,34 0,28 0,22 0,14 0,07 •> 0,03 0,01 0
Расчет коротких дрен длиной Ь ведется по тем же Значения коэффициента X принимаются по табл, формулам с учетом коэффициента короткости X (по У.13 в зависимости от величины отношений Ь/В и Ь/Ц, Аверьянову): где В — ширина плоского потока, а 1]—расстояние от , с с 1 дрены до границы Н = сопз!. Я К Я^г *->К '->0 Таблица V. 13 Значения коэффициента короткости X
Значения X при отношении Ь/В
7-//1 0 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
0,05 8 7,6 6,3 4,22 3,08 2,4 1,96 1,65 1,42 1,26 1.П
0,1 5 4,9 4,6 3,64 2,86 2,31 1,91 1,63 1,41 1,25 1.И
0,25 2,69 2,69 2,69 2,64 2,35 2,06 1,81 1,58 1,39 1,23 1,11
0,5 1,9 1,9 1,89 1,87 1,84 1.77 1,63 1.5 1,36 1,22 -1.11
1 1,44 1,44 1,44 1,44 1,44 1,43 1.4 1,37 1,29 1,21 1,1
2 1,24 1,24 1,24 1,24 1,24 1,24 1,22 1,2 1,18 1,16 1,1
3 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,14 1.14 1.1
4 1,11 1,11 1,11 1.И 1,11 1.11 1.11 1,11 1,11 1.11 1.1
5 1,09 1,09 1,09 1,09 1,09 1,09 1,09 1,09 1,09 1,09 1,09
10 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04
Таблица У.14
Формулы для определения притока к двум горизонтальным линейным дренам (автор Романов)
Расчетная схема Условия применения формул Расчетные формулы
<7Т = = д — (7, + <7,;
=911 = (?=(<71+<7з)^;
*ф ^ф (Нг - Т)
<71 = ——; <7з = —2-----------------
2/ , Т , к/
1п------(----
кг 2Г
И' = -Рр- 1п
—2па
Т
в
2 “*
ух&г
В
г т
Раздель-
ная
линия
Неограниченный
пласт, две дрены иа
одном уровне, сим-
метричный двусто-
ронний приток
__ <7з <Л + 2а) / 1 , а \ .
т и в у
В<=2 (I + а).
Ординаты кривой депрессии:
при большой мощности Т н основном при-
токе из напорной зоны
2а
В
нг = -4—1п
х
- д1 и
*фГ
Т
( » У.43)
X
1п
т
<7 (/ +2а)
И.
2
основном притоке
при малой м’ощности Т и ---------
из безнапорной зоны в уравнение кривой
депрессии вместо Т подставляется Н
Продолжение табл. У.14
Расчетная схема Условия применения формул Расчетные формулы
ф <7п = 41 + 41;
я
I г II,
<5 = <7 Ь; <5 = д Ь;
я
ф 1
Ч Й2
«2
Пласт, ограничен-
ный двумя линейны-
ми границами зоны
питания, параллель-
ными друг другу,
две дрены на одном
уровне, несимметрич-
ный двусторонний
приток
"*ф
1п
ТВ
2/И
я11
ТВ
41
1п
;Ф
'0
(Я,-Н2) +Н3-
л” /I
ч3 1
'0
А.
Ф
'”-А|п
"*ф
хп\
0 I
--- I (#1 — Нг) + Н,
В /
„I /П
ч3 1
Л1
'0
\2
Ординаты кривой депрессии:
при основном притоке из напорной зоны
нхс=— 1п
х "*ф
1 — е~
1п
Я11
Н^-Нг
АфТ к 2
при заложении дрен близко к водоупору
и основном притоке из безнапорной зоны
в уравнение кривой депрессии вместо Т
подставляется
1 (У.44)
Примечание. Значения выражений
|по графику рис. УЛ,
1п
и т. п. определяются
X ~
\ 2
7
21}
тЛ1 I1
Т , 12
• а1
’ ч3
2
2
в
Т
В
, 1п [_ 1 — е
2
В
в
Ь + Ъ
2
г , "Г Ф
2 '
Т
В
я
^Т
Котлованы невытянутой формы в плане, одиночные
скважины, шахтные колодцы. Общий вид расчетных
формул для определения притока в выработку зависит
от условий питания и типа выработок:
а) безнапорные условия, совершенные выработки
л6ф|/р-/4)
(У.45)
б) безнапорные условия, несовершенные выработки
С>~ К!
аг,
(У.46)
в) напорные условия, совершенные и несовершен-
ные выработки, динамический уровень в выработке рас-
положен выше кровли напорного пласта
Л 2лкл> т1 $0
<2 = —V—; (У.47)
К}
г) напорные условия, совершенные и несовершенные
выработки, динамический уровень в выработке располо-
жен ниже кровли напорного пласта
^[(2/7,.-^.)^-^]
С = ——-------— ----------+Ч1, (У.48)
<4
где Ло — то же, что в формуле (У.27).
Выражения для а,, пг^ НЛ,- и по каждой
из зависимостей (У.45)—(У.48) приведены в табл. У.15.
, -Я?х-М
1п(1-е т
Рис. V.!. График для определения выражений вида
Г _ 71 (х — х0) 1
1п 11 — е т
Таблица У.15
Расчетные схемы и формулы для определения значений а,, пи, НI, 1ц и д1 в зависимостях (У.45) —(У.48)
Расчетная схема Условия применения формул Расчетные формулы Автор
Для расчетной Неограниченный пласт зависимости (У.45) Для котлованов /?. = 1п^—Ь/? (У.49) Го Для скважины Я^п— (У.50) Дюпюи
Уу. • ’ Н
г0 X* —4
Расчетная схема
Условия применения
формул
Расчетные формулы
Продолжение табл. У.15
Автор
Хв
Ьо
—1г
№1
- Г.'*^ *
Раздельная
линия
Выработка между
линейными граница-
ми зоны питания
Я,-=1П
0 05
(У-51)
Романов—
Аверьянов
Для расчетной зависимости (У.46)
Неограниченный
пласт
/? = 1п —;
1нес Д^нес
(У-52)
1 3»
Величины и определяются по фор-
пск, МЫ
мулам (У.126)
Для расчетной зависимости (У.47)
Для котлованов
К. = 1п
(У.53)
Дюпюи
Трофименков
Совершенная выра-
ботка
Несовершенная вы-
работка
пг- = пг
Для скважины
Я,= Ш—;
I
При----< 0,3
пг
(У.54)
Дюпюи
т • — пг
К, =- 1п
при ---> 0,3
т
пг = т ;
Л 1 [2 ]- 1п^
1 2 к [ г ] Д ’
где к
т
графику рис. У.2
(У.55)
(У.56)
, а значение Д/г) определяется по
Для расчетной зависимости (У.48)
Для котлованов
Совершенная выра-
ботка
Несовершенная вы-
работка
(У-57)
Гиринский
Маскет
Н. — Н; т1 = т;
Для скважины
^. = й0; = о
X = щ
= Н; т^ = т; к^ = к0; —О
к; т: = т- к, -- —5
* 1 I 2
я,= 1п—;
где $ = ——
2 к
2 1
т5о
Дюпюи
(У.58)
4т2
п----
— { (Л) —1,38;
(У.59)
Чарный—
Абрамов
/V, = 1п—;
й = —5-, а значение [ (к)
2тг
определяется по графику рис. У.2
Линейные ряды скважин. Общий вид расчетных
формул для определения притока в одну скважину ли-
нейного ряда зависит от условий питанид и типа сква-
жин:
а) безнапорные условия, совершенные скважины
= лАф(2Я^ —50) 5р . (у б0)
^1
б) безнапорные условия, несовершенные скважины
лАф(2Я,— 50)50
Со =-----------------1-ЧГ, (У.61)
в) напорные условия, совершенные и несовершен-
ные скважины при снятии напора без осушения напор-
ного пласта
2лАф /п5о
(У.62)
Выражения для /?;, Я/ и у; по каждой из зави-
симостей (У.60)— (У.62) приведены в табл. У.16.
При двух рядах скважин следует пользоваться рас-
четными формулами, приведенными в табл. У.17.
Формулы (У.60) — (У.62) относятся к длинным ря-
дам скважин. Расчет коротких рядов скважин ведется
по тем же формулам с учетом коэффициента коротко-
сти ряда X, приведенного в табл. У.13 (см. ранее), где
Ь — длина ряда скважин, В — ширина плоского потока,
/1 — расстояние от ряда до границы Я=соп51.
Рис. У.2. График для определения функции
/ (А) = 1п
Г (0,875 Л) Г (0,125 Л)
Г (1—0,875 Л) Г (1 — 0,125/Г)
Таблица У.16
Формулы для определения значений Я/ и в зависимостях (У.60)—(У.62)
и для определения ординат депрессионных поверхностей
Расчетная схема
Условия применения
формул
Расчетные формулы
Автор
Для расчетной завнсимостн (У.6О)
Неограниченный
пласт, симметричный
двусторонний приток
. (У.63)
Романов
Пласт, ограничен-
ный двумя линейными
границами зоны пита-
ния, параллельными
друг другу, несим-
метричный двусторон-
ний приток
_______х \
(У.64)
Продолжение табл. У.16
Расчетная схема Условия применения формул Расчетные формулы Автор
Для расчетной
зависимости (У.61)
у } <гу
РазЪельн/вг
линия.
-— *— 1 —*
Неограниченный
пласт, симметричный
двусторонний приток
Л
•ЦЕ
да
'ДО?
1 - [И/ 1-1+1?.
2
112 -г • •': ‘/п-:
х— 1
1*-/г*+*— 17—
И
• •. :т
Примечание. В формулах
/?. = ш-------н —; = ь
1 -кг 2а 1
2^ф 80 Т
Т Г 4Т - 1
где К —-------- 2 1п---------/(А) — 1,38;
1 кТ 2а
А = , а значение / (А) определя-
2Т
ется по графику рис. V. 2
= 1п ( — ; лг о (71+ /г)
Пласт, ограничен- ный двумя линейными границами зоны пита- ния, параллельными друг другу, несиммет- ричный двусторонний приток где & = Л1 + Лг + К Н = * ; 1 3 2.Аф 80 Т ? + ^ = у-|^21п— - Н&) ^| — 1,38;
Л7; = 1п а 1а + , А <= кТ а (71 + 12) 2Т
значение /(А) определяется по графику рис. У.2
а
Для расчетной зависимости (У.62)
Неограниченный
пласт, совершенные
скважины, симметрич-
ный двусторонний
приток
Н
/?
Ф
— 1п
т
4*ф °т
1
(У.65)
. (У.66)
2а
кх
(У.67)
Чарный—
»Абрамов
То же
Романов
Пласт, ограничен-
ный двумя линейными
границами зоны пита-
ния, параллельными
ДРУГ другу, совер-
шенные скважины, не-
симметричный двусто-
ронний приток
н
о,
Х т
1п
Г
<?»Л
2*ф \ 2
а
(У.68)
Неограниченный '
пласт, несовершенные
скважины при 2 а >
>0,5 пг, симметричный
двусторонний приток
Пласт, ограничен-
ный двумя линейными
границами зоны пита-
ния, параллельными
друг другу, несовер-
шенные скважины, не-
симметричный двусто-
ронний приток
кт 2а
т Г. , 4т ,,т 1 , оо с Г
----2 ]п-------/ (Л) — 1,38; А - ---- ,
2Г I г _ ] т
а значение ( (А) определяется по графику
рис. У.2
д =1п---+
кт
т
21"
4/п — 1
п — - /(А) - 1,38,
где
(V.63) —(У.70) ° половина
(У.69)
(У.70)
Чарный—
Абрамов
То же
Н = --- , а значение ( (А) определяется
т
по графику рис. У.2
расстояния между смежными скважинами в ряду.
Таблица V. 17
Формулы для определения притока к двум рядам взаимодействующих скважин
Расчетная схема
Условия применения
формул
Расчетные формулы
Автор
Безнапорный водоносный горизонт
Неограниченный пласт,
совершенные скважины,
двусторонний симметрич-
ный приток
Рома-
нов—
Абра-
мов
Пласт, ограниченный
двумя линейными грани-
цами зоны питания, па-
раллельными друг дру-
гу, совершенные сква-
жины, несимметричный
двусторонний приток
Рома-
нов
Расчетные формулы
Расчетная схема Условия применения формул Расчетные формулы
Автор
11; . • • Чп II Н^. ,
- -п
'ТТ'7 7 7 / -* У 7 ГЛ
Г
Бассейн и поток под-
земных вод, несовершен-
ные скважины (расчет
выполняется аналогично
расчету совершенных
скважин с использовани-
ем коэффициента несо-
вершенства)
$0 иес
<?1—- 1-7
«1
Оп =ОП
нес ^0
II
„11
Н8
Бассейн
вод,
жины
1п ------
, , , И
1—7 1п ----
I и”
\ Н8
(У.73)
I II и
Н । И цх определяются по формулам (У.72), где вместо подставляется <20 иес
Напорный водоносный горизонт
подземных
совершенные сква-
<?о“«о=’о
2па
1п —— + — — 1П I 1-е
кг в \
Рома-
нов—
Абра-
мов
Раздел V. Водопонижение и дренаж
Н
(*4-а)
(I + а — х)
2Аф та
Л,
М 2лХ?ф т
1п
+ 1п
ф» и + °)
2йфта
(У.74)
Рома-
нов—
Абра-
мов
№
2^ф тЗо
ка
}
Условия применения
формул
Расчетаая схема
Расчетные формулы
Автор
Расчетные формулы
Бассейн и поток под-
земных вод, несовершен-
ные скважины (расчет
выполняется аналогично
расчету совершенных
скважин с использовани-
ем коэффициента несо-
вершенства)
Рома-
нов—
Абра-
мов
Н , Н н Нг определяются по формулам (У.75), где вместо О. подставляется О.
Л 0 НсС
П р и м е ч а н и е< В формулах (У,71)—-(У.75) » — половина расстояния между смежными скважинами в ряду.
Одноконтурные группы выработок. Общий вид рас-
четных формул для определения притока зависит от
условий питания и типа выработок:
а) безнапорные условия, совершенные выработки
выработки при снятии напора без осушения напорного
пласта
2 л Аф /п8/
(У.79)
б)
в)
—
лбф 8/ (2/Л — 87)
безнапорные условия, несовершенные
<2о —
л&ф 80 (2Н; — 80)
Я/
(У.77)
выработки
(У.78)
напорные условия, совершенные и несовершенные
г) напорные условия, совершенные выработки при
опускании динамического уровня ниже кровли
го пласта
напорно-
^о —
Выражения для Н{, 8[, А; и д, по
(У.80)
каждой из
зависимостей (У.77) — (У.80) приведены в табл. У. 18.
Таблица У.18
Формулы для определения значений /?/, Я/, 8/, А, и в зависимостях (У.77)—(У.80)
Расчетная схема
Условия
применения
| формул
Расчетные формулы
Автор
Для
расчетной зависимости (У.77)
Неограни-
ченный пласт
При определении суммарного притока С) о к «большому колодцу»
/?. = 1п ^±1».; Н} = Я; 5 .= Н - Н -,
к*ф
(У.81)
При определении притока ^о в каждую из и равнодебитных вы-
работок
Б>. = 1п —4- (и — 1) 1п
1 пг
Н^Н; 8~80
(У.82)
Дюпюи
Щелка -
чев
Для
расчетной зависимости (У.78)
Неограни-
ченный пласт
2* *ф 5о т
Я = й; =------------Ф_9_
1 5 _1 К1
где & = -4- [2 1п
[ г
Я- == 1П-Д-ДУ
1 пгТ
Для
Неограни-
ченный пласт,
совершенные
выработки
1,38;
Н = —— , а значение { (н ) определяется по
2Г
графику рис. V. 2
расчетной зависимости (У.79)
(V. 83)
Абра-
мов
При определении суммарного притока <20 к «большому колодцу»
Я, = 1п
; 3. = Н — Нм-
<?0 1ПЯ;
И=Н-------5---
м 2г. йф т
(У.84)
При определении притока в каждую из п равнодебитных вы-
работок
7? = 1п - ° + (п— 1) 1п
* пг
(У.85)
Дюпюи
5о
Щелка-
чев
7?. --= 1п
1 пг
Продолжение табл. У.18
Расчетная схема
У словия
применения
формул
Расчетные формулы
Автор
1^ = 1+^,
где Е = -4- |21п — - Г (“й)1 - 1,38:
2й [ г ]
1пЯ+22-+ („-1) 1пА±2д , -й = 21,
1 пг г0 т
а значение Ц1г) определяется по графику
рис. У.2;
5/ = 5о
(У.86)
Пар-
ный
Для расчетной зависимости (У.80)
Неограни- ченный пласт, совершенная выработка При определении суммарного притока к «большому колодцуя = 1п -Я-+21 ; Н.= Н\ й . = й0 0 (У.87) Дюпюи
При определении притока к каждой из п равнодебитных вы- работок О =1пЛ±^4-(П-1) ] 1 пг Г„ 1 (У.88) Н1 = Н\ Н. = Н — т ) Щелка- чев
Расчетные формулы для некоторых частных случаев, встречающихся в практике, приведены в табл. У.19.
Таблица У.19
Расчетные формулы для определения притока в некоторых частных случаях (автор Шестаков)
Расчетная схема
Условия применения
формул
Расчетные формулы
Ряд скважин вбли-
зи откоса совершен-
ного котлована с ли-
нейной границей зо-
ны питания
Дй= (т 4-0,5) -Ф-
*Ф
9
Расчетная схема Условия применения формул
Расчетные формулы
Два ряда скважин
вблизи откоса совер-
шенного котлована
с линейной границей
зоны питания
<?ц
'1=х
/1
Нг
I,
1 —
2 вП ,
-----1п
'II
II
где значениями и йП задаются;
I,
-----1п -------
2л
(У.90)
X
X
А =
I
определяется по этой же формуле в предположении
равенства нулю последнего члена в знаменателе:
*Ф
""11
«1*
Н2
<?1
о
41
2°П
Т-2
Напорный водонос-
ный горизонт, двух-
рядная система со-
вершенных скважин
вблизи откоса несо-
вершенного котлова-
на. снятие напора
в подошве котлована
О1 = к Т
^0 ф
«О-5.
2а,
3,
511 = 8 4-
О 0^
2л
1П-------
911 тт
0 1 , 11
------ ----- 1п
II
II
(У.91)
2а „ — О1
II ^0
АфТ 2л
Примечание, В формулах
(У.89) —(У.91) приняты следующие обозначения: а,—расстояние между скважинами I ряда;
— расстояние между скважинами II ряда; <?0 — погонный расход потока, выходящего на откос,
Лучевые колодцы. При напорных условиях питания
приближенный расчет лучевого колодца может быть
сведен к расчету одного «большого колодца»! эквива-
лентного по дебиту и понижению лучевой системе. Ра-
диус эквивалентного колодца определяется по формуле
гэ =/л 7^0,25, (У.92)
где /л — длина лучей;
т — количество лучей.
Таблица У.20
Значения радиуса эквивалентного колодца
Количество лучей т гэ в долях длины лучей /л Расстояние от оси лучевого колодца до точки совпаде- ния эквипотенциален луче- вого и большого колодцев в долях длины лучей 1д
2 0,5 5
3 0,63 2,554
4 0,707 1,88
5 0,785 1,585
6 0,794 1,424
7 0,82 1,324
8 0,841 1,257
9 0,857 1,21
10 0,87 1,126
12 0,891 1,106
14 0,906 1,095
16 0,917 1,076
Рис. У.З. График для определения функции Р(у)
Для облегчения определения радиуса эквивалентно-
го колодца можно пользоваться данными, приведенными
в табл. УДО.
4.1.3. Определение притоков и ординат депрессионных
поверхностей при неустановившемся режиме
фильтрации1
Режим @=соп51 при одновременном включении от-
дельных элементов водопонижающих систем. Общий вид
расчетных формул для определения притока зависит
от условий питания:
а) напорные условия
2лЛф т8
б) безнапорные условия
лкф 8 (2Н - 5)
Выражения для гидравлических сопротивлений
в зависимостях (У.93) и (У.94) при различных схемах
и условиях питания водоносных горизонтов приведены
в табл. У.21.
Режим ф=сопэ1 при разновременном включении от-
дельных элементов водопонижающих систем. При раз-
1 В данном пункте приводятся формулы для рас-
чета неустановившегося режима фильтрации, получен-
ные Н. Н. Веригиным из рассмотрения консолидации
водоносного горизонта в связи с понижением в нем
давления воды при ее откачке. Кроме этих формул су-
ществуют методы расчета водопонижающих систем, ос-
нованные на непосредственном учете опускания зеркала
воды в процессе откачки, разработанные Г. М. Мариу-
польским, которые изложены в «Справочнике проекти-
ровщика промышленных, жилых и общественнных зда-
ний и сооружений. Основания и фундаменты» (Строй-
издат, М.—Л., 1964).
Таблица У.21
Формулы для определения значений 7?/ в зависимостях (У.ЭЗ)—(У.94) (автор Веригин)
Расчетная схема Условия применения формул Расчетные формулы
Неограниченный пласт, совершенные выработки (одиночная скважина; «большой колодец») Я/ = - — Е. (- 21). (7.95) Г 2 Ц 4а/ / где Р — расстояние от выработки до точки, в которой опреде- ляется понижение 3 (р=г для одиночной выработки и р=г0 — для «большого колодца»); Е^, а и 1 — то же, что в формуле (V.!)
Л ж 777^ '////У
т:: •_ • • /•
7/74^7/7/////////''''''''
11 Пласт, ограниченный одной линейной границей зоны питания /7=сопз( или <2=0, совершенные выработки (одиночная скважина, «большой ко- лодец» ) Значение Я; для точки М (х. у)-. В< “ - 1 [Е< (- Ег) ± Е1 (- Й-)] (У-95) (для второго члена знак минус соответствует контуру /7=сопз(, знак плюс соответствует контуру <2=0)
М(*.у) V ' 1 * РаУ ха4- (/ —У)-—ра понижение уровня, дс р'=-->1 х2+(«Ж)а— рас отображения скважин Значение Я * для «бо 1 2 сстояние от точки, в которой скважины; стояние от той же точки до ы за границей зоны питания лыиого колодца»: Г / г2 \ / \ 1 „ I 0 1 1 V 1 Е, ± Е. 1 1 \ 4а/ / 1 а1 } определяется зеркального (7-97)
Л- м(х,у) 7 / Пласт, ограниченный двумя линейными грани- цами зоны питания Н= =сопз1 или 0=0, перпен- дикулярными друг дру- гу, совершенные выра- ботки Значение Я^для точ 1 2 ки М (х, у): \ 4а1 / \ 4а{ /
°4' Г 7 / / '2 \ / Г2 1 “ । Р2 1 1 Р3 ± Е. 1 ± Е, 1 ; (у.98)
5 I • Н-сот1 III • "ц"У"* 1 к 1И “У Р = ?;=•> р2 = рз = (знаки членов в фуикц I +; —; —: +: II +: Значение Я( для «бо Я, =-- 1 2 ±Е1 4а/ / ' \ 4а/ / V(X - 1гГ 4- (у - 1^ ; Лх- /г)2+ (</+ /1)Т: V (х+/2)а+ (у + ЦЕ; /(х + 1гУ + (у - /х)> ии К* для соответствующих схем питания: + ; +: +; 111 +; —; +; —) льшого колодца»: / 2 \ / ,а 1 ( Г0 ) ( ₽1 Е. — ± Е. 1 + 1 \ 4а/ / ' \ 4а/ / ( Р22>1 ( Рз , ± Е; (V.99) \ 4а( / \ 4а( / 1
Расчетная схема
Условия применения
формул
Продолжение табл. У.21
Расчетные формулы
Для первого периода откачки, когда ! <0,5-------;
а
(при расчете «большого колодца» вместо расстояния Р под'
ставляется приведенный радиус колодца г0)
₽; = /х2 + (у + М2 ;
р' =/х2+ (2Ь — у — /,)2
(знаки членов в Функции для соответствующих схем питания-
I + ; —: —. II +; +; +; III +; +; —)
Для периода откачки, когда />0,5 — н режим фильтрации
а
переходит в установившийся:
т.х ~ (у — 1г)
ей-------соз —--------—
Ь Ь
(У.101)
Р = V ха 4- (у — Ц)* ;
Пласт, ограниченный
двумя линейными грани-
цами зоны питания //-
= сопз( или ф=0, парал-
лельными друг другу, со-
вершенные выработки
_ 2гсх
/?И = Г (.) + — 1п-----------—------------- X
1 Ь 2 4 [сЬ^_ соз
X ------------------------- (У-102)
Г . гсх - (у — /1) 1
СП-----СОЗ ----------
I ь [ь 1
где значения функции принимаются по графику рис. У.З;
а”1=1- ш
* 2
гс (у 4~ б)
2Ь
, ‘-л. .. т
СП---------СОЗ --------—
2/ 2/
ей-----Н СОЗ
2Ь
Т.Х
--------СОЗ
21.
гс (у-1д
2Ь
При определении понижения непосредственно в выработке,
когда х=0 и 1у = /1±г«/1.-
пт 0,642 тс/1 п.
= 1п-----з1п-—; (У.Ю4)
< г Ь
ЯП = 3.35/ а, 0.16 5 .
* Ь . гс/,
Г $1П --
Ь
#111 = ]П — (У.Юб)
( г 2Ь
Неограниченный пласт,
несовершенная скважи-
на, фильтр примыкает
к границе верхнего водо-
21 —5
упора, 4 а1 <5 • 10
(У.Ю7)
где величина & |принимается по табл. V.22
\ г пг /
Продолжение табл. У.21
Расче тная схема Условия применения формул Расчетные формулы
Неограниченный пласт, несовершенная скважи- на, верхняя граница ие- затоплеииого фильтра на уровне непониженно- го уровня подземных вод Яиесопределяется по формуле (У.107), где для данного случая гг $0 гп — п — 1 . 1п—1 ““ 2 2
1 '«’* те-
Т * ‘ 7\.' • " • •
г^7777Т7Ту^ТТ'
п/ м(х.цТ Л; 9Ш < Неограниченный пласт, группа произвольно рас- положенных совершен- ных скважин Для неравиодебитных скважин IV / РМ К<= > , (У.108) 1 2 1 1 \ 4а1 / 1=1 где а,= $сум Для равнодебнтных скважин при длительной откачке я<=-тЕ4-а?1- ,У-1М> где Р=У<Р1 Р11РПГ’'РЛ
I ч М(х,ц) I у' \ Л 1 ” ш 1 Пласт, ограниченный одной линейной границей зоны питания Д=соп8( или ф=0, группа произ- вольно расположенных совершенных скважин Для неравнодебитных скважин 1=п Г / 2 \ / р'2 /?,= -—У ЕД — 1 + Е, 1 -/ . (У.1Ю) 1 2 1 1 ‘ \ 4а{ / 1 \ 4а1 ! ] 1=1 <?г где а . в ^сум (для второго члена знак минус соответствует контуру Д=сопз(. знак плюс соответствует контуру <2=0) Для равнодебитных скважин при длительной откачке (для ,2 рмакс <0,1): 4а1 когда Н = сопз1 ^=101-; (У-П1) Р когда С=0 1п 2^5 а< , (У.112) Р Р где Р1 РП РШ " ря’ п Г . , , р = У Р1 Рц РцГ’ Р/1 '
Расчетная схема
Условия применения
формул
Продолжение табл. У.21
Расчетные формулы
Для неравнодебитиых скважии
/=Л
где а.=--------
°сум
(знаки членов в функции для соответствующих схем питания.
//=сопз( на обеих границах: +; —; —; —; <2=0 на обеих гра-
ницах: + ; +; +; +; Д = сопз( на одной границе, а на другой
<2 = 0: +; +; -)
Для равиодебитиых скважин в начальный период откачки
Пласт, ограниченный
двумя линейными грани-
цами зоны питания, пер-
пендикулярными друг
другу, //=соп8(: или С=0,
группа произвольно рас-
положенных совершенных
скважин
2л
Для равиодебитиых скважги при длительной откачке
,2 \
рмакс ._ , I
для -------<0,1 I ;
когда
4а/ '
Д=соп51 на обеих граиицах_ _
/?, = 1Пр2
(У.115)
когда
ф=0 на обеих границах
₽, = 2 1п -
2,25а/
(У.Иб)
2
(У.114)
когда
Н-=сопз1 на одной границе а на другой <2=0
где
|П !—-5
Р Р'
(У.117)
р = 1 Р1 РН Р1П ” •р ’ п
_ п > Г Г
р' = V Р] рц рщ- ?п :
- п /~ п п п п
р" = у Р| РП р11Г Рп ’
П г /п ш ш 1/1
р” = у р1 Р11 РПГ Рп
Для первого периода
откачки, когда /<0.5-------•’
Пласт, ограниченный
двумя линейными грани-
цами зоны питания, па-
раллельными /ц>уг другу,
Я = соп51 или Ц=»0, груп-
па произвольно располо-
женных совершенных
скважин
/=л
О.
где а. = -----—
1 О
сум
V 118)
(знаки членов в функции К* для соответствующих схем цинния
/7=соП5( на обеих границах- +; —; —; <2=0 на обеих ранипих
+ ; +; +; /У=соп5( на одной границе, а на другой О’-с +
+)
Значения ) Таблица У.22
\ г т )
/о т -э е т Значения 5 при г
0,5 1 1 3 10 30 100 200 500 1000 2000
0,05 0,00212 0,0675 1,15 6,3 17,76 39,95 47 63 74,5 84,5
0,1 0,00195 0^061 1,02 5,2 12,25 21,75 27,45 35,1 40,9 46,75
0,3 0,00148 0^0454 0,645 2,395 4,6 7,25 8,85 10,9 12,45 14,1
0,5 0,00085 0,0247 0,328 1,13 2,105 3,25 3,93 4,82 5,5 6,2
0,7 0,00027 0,083 0,118 0,439 0,845 1,335 1,62 2,005 2,29 2,595
0,9 0,000024 0,00075 0,0125 0,064 0,151 0,269 0,338 0,433 0,505 0,575
лические сопротивления 7?/ для
каждого
интервала
повременном пуске или остановке элементов водопони-
жающих систем величины гидравлических сопротивлений
определяются как алгебраическая сумма сопротив-
лений, обусловленных действием каждого включаемого
или выключаемого элемента.
Чз
44
Рис. У.4. Ступенчатый график откачки
времени будут равны:
для
для /,</ С /2
. Оя — <21
Рг
К/ = Ъ (О
для />/2
Оо — Р1 Рз — Р2
к = ъ (/) + к а - л) + /?, (/ - /2).
VI 41
В общем виде формула для Р( может быть за-
писана так:
1=т
Р{= X <^(1-1^, (У.119)
1=1
где т — число изменений дебита (ступеней);
Всякий график зависимости = можно (выде-
ляя некоторые интервалы времени) представить в виде
отдельных отрезков, в пределах которых (? = соп81, т. е.
изобразить его ступенчатой линией (рис. У.4). Гидрав-
Таблица У.23
Расчетные формулы для определения притока при неустановившемся режиме откачки 5 = сопз1
(автор Веригин)
Неустановившийся режим откачки 3 = соп&Г Общий
вид расчетных формул для определения притока при-
веден в табл. У.23.
Расчетная схема
Условия применения
формулы
Расчетная формула
Безнапорный водоносный
горизонт. неограниченный
пласт, одиночная совершен-
ная выработка
<?/ = (н2 -Йо) 6 (1) = кйф 3 (2Н -5)6 (7), (У.121)
2
где 6(7) = — -------
4-=-)
Напорный водоносный го-
ризонт, неограниченный
пласт, одиночная совершен-
ная выработка
= 2тсйф тЗО (7),
(У.122)
где 6(7 ) — то же, что в формуле (V. 121)
4.2. ВОДОЗАХВАТНАЯ СПОСОБНОСТЬ СКВАЖИН,
СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ ВОДЫ В СКВАЖИНАХ
Водозахватная способность скважин и фильтров.
Для определения водозахватной способности скважин
и фильтров пользуются формулами С. К. Абрамова:
при горизонтальных дренах
Рзах=65Р /кф (на 1 пог. м дрены); (У.123)
при вертикальных скважинах
Фзах —65л^0/^Ф> (У.124)
где Р — смоченный периметр дрены;
д — диаметр скважины;
/0 — длина фильтра.
Высота высачивания. Для определения высоты вы-
сачивания Ай (разности уровней за стенкой и внутри
скважины) пользуются формулами, приведенными в
табл. У.24.
Сопротивление скважин с песчано-гравийным запол-
нением. При устройстве в напорных водоносных гори-
зонтах, сложенных сравнительно малопроницаемыми
грунтами, скважии с песчано-гравийным заполнением
потери напора в них играют существенную роль.
Расчетные формулы для определения высоты высачивания
Таблица У.24
Расчетная схема Условия применения формулы Расчетная формула
Автор
Одиночные совершен-
ные скважииы
АЛ =
7] 1П -----------
(У.125)
Трофи-
менков
где 1 определяется по графику рис. У.5
Одиночные несовершен- ные скважины Дй„ес= — • < У.126) нес { ДЛ \ ‘-^нес — \ / Г где Лнес= при иезатоплеином фильтре и Лцес= /10 -}- Д Л — 1 при затопленном фильтре Л» +
Горизонтальные выра- ботки (дрены, борта траншей, котлованов) При двустороннем поступлении Д/1 = 0,22-?—; *Ф (У.127) при одностороннем поступлении 4 ' Д /1 = 0,44—. ф
Ведерни-
ков —
Козлов
Д/гвз =4 Л И,
(У.128)
ил ?
Совершенные взаимо-
действующие скважины,
расположенные по круго-
вому контуру
где
1п
1п
+ (п — 1) 1п • -Т. ° _ щ п
Трофи-
менков
п. — число скважин;
Д И определяется по формуле (У.125)
Несовершенные взаимо- действующие скважины, расположенные по круго- вому контуру д/1вз д/г , (У.129) нес нес нес ГДе 7? 4-г 1П ДДДД Щ + а (п - 1) 1П -5-+-Д _а Щ п Г г , ^нес Л йиес . а = 1 — , 5» •^нес Даио Ранее для формулы (У.126); Д^нес определяется по формуле (У.126) »
В этих случаях гидравлические сопротивления опреде-
ляются по приведенным выше формулам, но вместо
радиуса скважины в них подставляется величина
Г' = гас,
—2гФ гл Вт.г
где ас = е ; Ф = —— •----------;
с ’ кс 2лг2
(У.130)
кс— коэффициент фильтрации заполнения скважи-
ны;
В— величина, определяемая по графику рис. У.6.
Для случая, изображенного на рис. У.7, вместо В
подставляется величина В^В + 2 — .
т
Рнс. У.5. График для определения
4.3. гидравлический расчет эжекторных
И ЭРЛИФТНЫХ водоподъемников, сифонных
ВОДОВОДОВ. ЛОТКОВ. ТРУБ, КАНАВ и каналов
Расчет эжекторного водоподъемника. Размеры
эжекторных водоподъемников и характеристики насо-
сов подбирают исходя из определенного фильтрацион-
ными расчетами положения динамического (установив-
шегося при откачке) уровня воды в иглофильтрах.
По величине откачиваемого из скважины расхода
9 и геодезической высоте подъема воды Яг, пользуясь
безразмерной характеристикой 0 (рис. У.8), определя-
ют расход рабочей воды д0 и необходимый напор ра-
бочей воды Но у входа в эжектор. В формуле для 0,
приведенной на рис. У.8, приняты следующие обозна-
чения:
Н— полная высота нагнетания, равная:
оа
Н = Нг + Н№+~; (V 131)
Н8— расстояние от насадки эжектора до пьезомет-
рического уровня воды в фильтре (знак минус отно-
сится к случаю, когда пьезометрический уровень воды
в фильтре расположен выше насадки эжектора).
:. У.8. Характеристика эжектора при т = —
“о
= 1,9
В формуле (У.131) йщ,— потери напора в водо-
подъемной трубе, V — скорость воды в точке излива
из водоподъемной трубы, § — ускорение силы тяжести.
Из графика рис. У.8 видно, что максимуму к. п. д.
эжектора соответствуют значения а=0,9 и 0=0,32. Сле-
довательно:
Я
90 0,9
и
(V. 132)
Но = —-------* -\-Н.
0,32
Полученные величины расхода и напора рабочей
воды дают возможность определить диаметр насадки:
“•='’13|/
(У.133)
где ч0 — скорость струи при выходе из насадки, равная:
Оо = 4,1 V Н0±Н5 .
Диаметр горловины эжектора определяется из ус-
ловия
О~2б/0.
Длина горловины
(V.134)
(У. 135)
I ~ 20.
Расстояние от насадки до середины горловины
~8с?о. Угол раскрытия диффузора <р=8°.
Напор рабочей воды на нагнетательном патрубке
насоса определяется по формуле
Н = Н0-Нг-гН$ + Нт, (У.136)
где Н5 — высота оси насоса над уровнем воды в ре-
зервуаре (высота всасывания).
Производительность насоса
<Эн = «<7о, (У.137)
где п. — число иглофильтров.
Приведенный расчет относится к случаю, когда
приток подземных вод к иглофильтрам достаточно ве-
лик и эжекторный водоподъемник подбирается по ве-
личине расхода откачиваемой воды. На практике эжек-
торные иглофильтры применяются также и для вакуу-
мирования осушаемых грунтов, обладающих низкими
фильтрационными свойствами. Применение вакуумиру-
ющих водопонижающих установок рекомендуется при
коэффициентах фильтрации осушаемых грунтов от 3—5
до 0,1 м/сутки, а также в слоистых средах, когда слои
водоносных пород чередуются с относительно водоупор-
ными. Для этих случаев расход и напор Но на входе
в иглофильтр могут определяться по формулам:
% = 0,65^
#г + Яв
1+0,02 Нг<1%
л/сек;
(У. 138)
Яо = 3(Яг + //в) + О,2<7о#г м, (У.139)
где <1о— диаметр насадки в мм\
Нг— расстояние от насадки эжектора до точки из-
лива (по вертикали) в м;
Нв — величина вакуума в лс вод. ст.
Разнородность размерностей величин, входящих
в формулы, учтена числовым коэффициентом.
Для иглофильтров со стандартной насадкой диамет-
ром + = 7 мм величины <?0 и Но могут определяться по
графику рис. У.9.
Расчет эрлифтного водоподъемника. При расчете
эрлифта обычно бывают заданы расход воды (?, кото-
рый необходимо откачивать из скважины, и высота
подъема воды или расстояние от динамического (пони-
женного) уровня воды в скважины до уровня излива
воды в атмосферу Н.
Расчетом определяются следующие величины: рас-
ход воздуха 1У, необходимый для обеспечения расхода
воды О, пусковое давление воздуха р0, рабочее давле-
ние воздуха рр, диаметр водоподъемной трубы О, ко-
эффициент погружения форсунки К, (отношение глубины
погружения форсунки от уровня излива И к высоте
подъема воды А), к. п. д. установки т] и диаметр воз-
душной трубы д.
Коэффициент погружения К назначается обычно
в пределах от 1,5 до 3,5. Для принятого компрессора он
определяется по формуле
10 рк —А
к = л
(У.140)
Рис. У.9. График для определения расхода у0 и на-
пора Но рабочей воды иглофильтра с диаметром
насадки с?0 = 7 мм
1 — фильтр; 2 — эжектор
Затем определяется к. и. д. эрлифта:
(К — I)0'85
1 1,05 Д'
Удельный расход воздуха на 1 м3 воды
_______________________Н_________
Г’=„, , л(К-1) + ю'
23”18------------«-------
(V. 141)
(У. 142)
Расход воздуха для подъема всего расхода С?
(У.143)
Пусковое давление воздуха (в момент начала рабо-
ты эрлифта)
ро = О,1(27-Ао) + Рда. (У.144)
где Ао— глубина залегания непониженного уровня под-
земных вод от уровня излива;
рт— потери давления в воздуховоде.
Рабочее давление (при установившемся режиме ра-
боты эрлифта)
рр = О,1(Я-Ао) + рш, (V. 145)
где рш— потери давления в воздуховоде и форсунке.
Потери давления в воздуховоде определяются по
формуле
12,5604
Ро, —-----;— кгс/см*, (V. 146
уд.2
где Р— коэффициент потерь, определяемый по табл.
У.25;
Таблица У.25
Значения коэффициента потерь давления в эрлифтах (3
С, кг/ч 3 О, кг/ч 3 О, кг/ч ₽
10 2,03 100 1,45 1000 1,03
15 1,92 150 1,36 1500 0,97
20 1,78 250 1,26 2500 0,9
40 1,68 400 1,18 4000 0,84
65 1,54 650 1,1 6500 0,78
О — весовой расход воздуха в трубе в кг/ч, рав-
ный
I — длина воздуховода в м;
у — объемный вес сухого воздуха при данном дав-
лении и температуре, определяемый по табл.
У.26;
д. —диаметр воздуховода в см.
Таблица У.26
Вес 1 м? сухого воздуха в кг
Давление । в кгс!см* Вес воздуха при температуре в °С
—30 —20 —10 0 10 20 30 50
1 1,406 1,350 1,299 1,251 1,207 1,166 1,128 1,058
2 2,812 2,701 2,589 2,583 2,414 2,332 2,255 2,115
3 5,624 5,402 5,196 5,006 4,829 4,664 4,51 4,232
6 8,436 8,102 7,794 7,509 7,244 6,996 6,765 6,346
8 11,25 10,8 10,39 10,01 9,658 9,328 9,02 8,464
10 14,06 13,5 12,99 12,51 12,07 11,66 11,28 10,58
Потери давления в арматуре и фасонных частях
в эквивалентной длине (в л) прямого участка воздухо-
вода даны в табл. У.27.
Рис. У.10. Расчетная схема сифонного водо-
вода
/ — наиболее удаленный колодец; 2 — сифонный кол-
лектор; 3 — сборный резервуар
наибольший возможный вакуум в системе
Лвак = 0,8 - рП < 7 м; (У.148)
Ув
предельное превышение сифонного трубопровода
над уровнем в наиболее удаленном колодце
Ря
Л = 0,8 — — рп —2/гда«7 —2(У.149)
Тв
отметка шелыги коллектора
V Як = \7 ^дин + (У.150)
отметка уровня воды в приемной камере
уЯп = уЯДИн-2йда; (V. 151)
сумма потерь на участке от наиболее удаленного
колодца системы до приемной камеры
/ц, = 1,15 (У.152)
Таблица У.27
Потери давления воздуха в арматуре и фасонных частях воздуховодов в м
эквивалентной длины прямых участков 1
Фасонная часть Потери давления при диаметре воздуховода в мм
25 50 80 100 125 150 200 250
Проходной запорный кран 6 15 — — —
Вентиль угловой . 3 7 11 15 20 25 — —г
Задвижка — 0,7 1 1.5 2 2,5 3,5 5
Колено 90° 0,2 0,4 0,7 1 1,4 1,7 2,4 3,2
Тройник . 2 4 7 10 14 17 24 32
1 Я. С. С у р е н ь я н ц. Водяные скважины. Изд-во МКХ РСФСР , 1961. цд 2 2,5 3,5 4 6 8
Диаметр водоподъемной трубы определяется на
уровне излива;
У 0,785 у
где V — скорость струи на уровне излива, задаваемая
в пределах от 5 до 10 м/сек.
Диаметр воздушной трубы рекомендуется подби-
рать из условия, чтобы скорость движения воздуха
в ней находилась в пределах от 5 до 10 м/сек.
Расчет сифонной проводящей части вертикального
дренажа. При расчете сифонных водоводов (рис. У.10)
определяются следующие величины;
количество воздуха, подлежащего удалению из си-
фона:
а
г=1оо6'0,6’ (У*153)
где ра — атмосферное давление;
Ув— объемный вес воды;
рп — давление паров воды;
Л — удельное сопротивление;
I — длина расчетного участка;
9 — расчетный расход на участке в л/сек\
Ь—содержание воздуха в 100 л воды;
1,15— коэффициент, учитывающий местные потери.
Расчет лотков, труб, канав и каналов. Средняя
скорость и расход воды при равномерном движении
в открытых руслах определяются по основным форму-
лам гидравлики:
У = С//?Ги = . (У.154)
где С— коэффициент Шези, зависящий от степени ше-
роховатости стенок и дна русла п (табл. У.28),
а также от формы и размеров русла (прини-
мается по табл. У.29);
со
Р—гидравлический радиус сечения в м, равный—;
<в — площадь живого сечения в ле2;
X — смоченный периметр в м;
I — гидравлический уклон, который при равномер-
ном движении в открытом русле совпадает
с уклоном дна и поверхности воды.
Гидравлический расчет лотков и канав рекомендует-
ся производить по способу единичных расходных харак-
теристик. При заданной ширине лотка (канавы) по дну
Ь расчет производят по формулам:
1 62.5+^ ^.5
— =------------и Н = 1Ь, (У.155)
К1 «<2
где Кг — единичная расходная характеристика в м3/сек
при 6 = 1 м и п = 1;
С — расход воды в м3/сек-,
Таблица У.28
Значения коэффициента шероховатости п
Характер поверхности п
Цементная штукатурка: чистые (новые) гончарные, чугунные и стальные трубы, хорошо уложенные и со- единенные ........... ....... Нестроганые доски, хорошо пригнанные; водопро- водные трубы в нормальных условиях: чистые водо- сточные трубы; хорошая бетонировка ....... Водосточные трубы в нормальных условиях: не- сколько загрязненные водопроводные трубы: нестро- ганые доски, не вполне тщательно пригнанные . . «Загрязненные» трубы (водопроводные и водо- сточные); кирпичная кладка: бетонировка каналов в средних условиях ...... . - Грубая кирпичная кладка; брезент по деревянным рейкам Обыкновенная бутовая кладка в удовлетворительном состоянии: сравнительно грубая бетонировка: гладкая, хорошо разработанная скала .......... Грубая бутовая кладка; каналы, чисто высеченные в скале : - , « .. Каналы в скале при посредственной обработке по- верхности: каналы в плотной глине; большие земля- ные каналы при выше средних условиях содержания Земляные каналы: большие — при средних условиях содержания, малые — при хороших условиях содер- жания . Земляные каналы; большие — при ниже средних условиях содержания, малые — при средних условиях содержания Каналы в сравнительно плохих условиях (напри- мер, местами с водорослями и булыжником) . . . 0,011 0,012 0,013 0,014 0,015 0,017 0,02 0,0225 0,025 0,0275 [0,03
Таблица У.29
Значения коэффициента С, подсчитанные по полной формуле акад. Н. Н. Павловского__________
/?, м Значения С при различных значениях л
0,011 0,012 0,013 0,014 0,015 0,017 0,02 0,0225 0,025 0,0275 0,03
0,1 67,36 60,33 54,46 49,43 45,07 38 30,85 26,18 22,48 19,53 17,5
0,12 69 61,92 56 50,86 46,47 39,29 32,05 27,29 23,56 20,51 18,4
0,14 70,36 63,25 57,3 52,14 47,74 40,47 33,1 28,26 24,48 21,38 19,23
0,16 71,64 64,5 58,46 53,29 48,8 41,53 34,05 29,15 25,28 22,18 19,96
0,18 72,73 65,58 59,46 54,29 49,8 42,47 34,9 29,95 26,04 22,87 20,63
0,2 73,73 66,5 60,46 55,21 50,74 43,35 35,65 30,71 26,76 23,56 21,23
0,22 74,64 67,42 61,31 56,07 51,54 44,11 36,4 31,37 27,4 24,14 21,8
0,24 75,55 68,25 62,08 56,86 52,34 44,88 37,05 32 28 24,72 22,36
0’26 76,27 69 62,85 57,57 53 45,53 37,7 32,62 28,56 ; 25,27 22,86
0,28 77 69,75 63,54 58,29 53,67 46,17 38,25 33,15 29,08 25,78 23,33
0,3 77,73 70,42 64,23 58,93 54,34 46,82 38,85 33,69 29,6 26,25 23,8
0,32 78,36 71,08 64,85 59,5 54,94 47,35 39,35 34,17 30,08 26,72 24,23
0,34 79 71,67 65,46 60,07 55,47 47,94 39,85 34,66 30,56 27,16 24,63
0,36 79,64 72,25 66 60,64 56,07 48,47 40,35 35,15 31 27,6 25,03
0,38 80,18 72,75 66,54 61,22 56,54 48,94 40,8 35,6 31,4 28 25,43
0,4 80,73 73,33 67,08 61,72 57,07 49,41 41,25 36 31,8 28,4 25,8
0,45 81,91 74,5 68,23 62,86 58,2 50,53 42,3 36,97 32,76 29,31 26,66
0^5 83,09 75,67 69,31 63,30 59,27 51,59 43,25 37,91 33,64 30,14 27,46
0,55 84,09 76,67 70,31 64,93 60,2 52,53 44,1 38,75 34,44 30,94 28,2
0,6 85,09 77,58 71,23 65,86 61,14 53,41 44,9 39,51 35,2 31,67 28,9
0,65 86 78,42 72,08 66,64 61,94 54,17 45,7 40,26 35,92 32,36 29,53
0.7 86,82 79,25 72,93 67,5 62,74 54,94 46,4 40,93 36,6 33,01 30,16
0,75 87,55 80 73,69 68,22 63,47 55,7 47,05 41,6 37,24 33,63 30,76
0,8 88,27 80,75 74,46 68,93 64,2 56,35 47,7 42,22 37,84 34,25 31,3
0,85 89 81,5 75,08 69,57 64,87 57,06 48,3 42,8 38,4 34,8 31,86
0,9 89,64 82,17 75,69 70,22 65,47 57,64 48,9 43,37 38,96 35,34 32,36
0,95 90,27 82,5 76,31 70,86 66,07 58,23 49,45 43,91 39,48 35,85 32,86
1 90,91 83,33 76,92 71,43 66,67 58,82 50 44,44 40 36,36 33,33
1,1 92 84,33 77,92 72,36 ' 67,54 59,64 50,75 45,15 40,72 37,05 34
1,2 93,09 85,33 78,92 73,29 68,4 60,47 51,5 45,82 41,4 37,71 34,63
1,3 94,09 86,25 79,77 74,07 69,14 61,17 52,15 46,48 42,04 38,32 35,23
1,4 95 87,08 80,62 74,86 69,87 61,88 52,75 47,06 42,64 38,91 35,76
1,5 95,82 87,83 81,38 75,57 70,54 62,53 53,35 47,6 43,2 39,41 36,3
1.6 96,64 88,58 82,15 76,29 71,2 63,11 53,9 48,12 43,72 39,96 36,8
1,7 97,36 89,25 82,85 76,93 71,8 63,7 54,45 48,62 44,24 40,43 37,26
1,8 98,09 89,92 83,54 77,57 72,4 64,23 54,95 49,11 44,72 40,91 37,7
1,9 98,82 90,58 84,15 78,14 72,94 64,76 55,4 49,55 45,2 41,34 38,13
2 99,45 91,17 84,77 78,72 73,47 65,29 55,85 50 45,64 41,78 38,56
Таблица 5.30
~ 1
Значения — —
1
(1+^)5
е 1 Значения при заложениях откосов т А1
0 0,5 1 | 1.5 2 2,5 1 3 0 0,5 1 1,5 2 | 2,5 1 3 0 | 0,5 1 1.5 2 2,5 3
при у=0,167 при у=0,2 Ч» при р=0,25
0,1 52,3 49,1 46,9 45 43,9 42,6 41,5 56,6 52,9 50,4 48,4 47,4 46,1 45 63 58,9 56,2 54 52,8 51,2 49,9
0,12 39,4 36,6 34,6 33 31,75 30,8 29,8 42,8 39,3 37 35,3 34 33 32,1 46,9 43,5 40,8 38,9 37,4 36;4 35,4
0,14 31,3 28,45 26,6 25,44 24,4 23,46 22,4 33,6 30,4 28,4 27,1 25,9 25,1 24 36,9 33,4 31,2 29,7 28,4 27,4 26,3
0,16 25,6 22,96 21,2 20,04 19,1 18,3 17,6 27,4 24,4 22,6 21,3 20,3 19,5 18,8 29,9 26,7 24,6 23,2 22,1 21,13 20,5
0,18 21,44 18,98 17,4 16,3 15,48 14,85 14,23 22,9 20,2 18,5 17,3 16,4 15,8 15,2 24,9 21,9 20,1- 18,8 17,9 17,21 16,5
0,2 18,25 16 14,53 13,52 12,75 12,16 11,52 19,8 17 15,4 14,3 13,5 12,9 12,3 21 18,4 16,7 15,5 14.7 14 13,3
0,25 13,2 11,18 9,93 9,08 8,48 7,86 7,49 14 11,8 10,5 9,57 8,96 8,3 7,8 15,05 12,7 11,3 10,3 9,65 8,96 8,5
0,3 10,2 8,32 7,21 6,53 5,98 5,56 5,2 10,8 8,75 7,58 6,86 6,28 5,86 5,47 11,55 9,37 8,08 7,32 6,7 6,26 5,86
0,35 8,2 6,51 5,51 4,92 4,55 4,11 3,78 8,65 6,84 5,76 5,12 4,76 4,31 3,96 9,37 7,28 6,12 5,46 5,04 4,57 4,22
0,4 6,81 5,2 4,35 3,82 3,43 3,12 2,89 7,16 5,44 4,54 3,98 3,58 3,26 3 7,6 5,77 4,84 4,22 3,78 3,45 3,21
0,5 5,04 3,61 2,91 2,48 2,2 1,96 1,78 5,17 3,76 3,01 2,57 2,29 2,04 1,85 5,58 3,96 3,16 2,7 2,41 2,14 1,98
0,6 3,97 2,67 2,07 1.74 1.5 1,33 1,2 4,15 2,76 2,14 1.8 1,55 1,37 1,24 4,38 2,9 2,24 1,88 1,62 1,435 1.3
0,7 3,25 2,06 1,58 1,27 1,075 0,948 0,85 3,35 2,13 1,63 1,31 1.11 0,97 0,871 3,54 2,22 1,69 1,36 1,16 1,012 0,908
0,8 2,74 1,64 1.2 0,965 0,815 0,708 0,628 2,84 1,69 1,23 0,99 0,834 0,725 0,643 3 1,76 1,28 1,02 0,861 0,749 0,666
0,9 2,37 1,36 0,953 0,751 0,626 0,54 0,438 2,46 1,395 0,975 0,768 0,638 0,55 0,487 2,58 1,45 1,01 0,788 0,655 0,566 0,503
1 2,08 1,113 0,77 0,602 0,498 0,426 0,375 2,15 1.14 0,787 0,613 0,506 0,433 0,381 2,25 1,18 0,808 0,629 0,519 0,445 0,38
1,2 1,67 0,808 0,531 0,405 0,331 0,279 0,243 1,73 0,825 0,54 0,411 0,334 0,283 0,246 1.8 0,849 0,552 0,42 0,341 0,289 0,251
1,4 1,39 0,618 0,386 0,288 0,232 0,195 0,168 1,44 0,629 0,391 0,291 0,235 0,197 0,17 1.5 0,644 0,397 0,296 0,238 0,2 0,172
1,6 1,19 0,473 0,291 0,213 0,169 0,141 0,122 1,23 0,48 0,294 0,214 0,17 0,142 0,123 1,28 0,489 0,298 0,217 0,172 0,143 0.124
1,8 1,04 0,378 0,225 0,162 0,128 0,106 0,091 1,06 0,383 0,227 0,163 0,127 0,106 0,091 1,13 0,389 1,229 0,164 0,128 0,107 0,092
2 0,921 0,308 0,179 0,127 0,1 0,084 0,07 0,947 0,311 0,18 0,127 0,1 0,084 0,07 0,986 0,316 0,181 0.128 0,1 0,084 0,07
Раздел V. Водопонижение и дренаж
— коэффициент, принимаемый по табл. У.ЗО;
у — показатель степени, принимаемый в зависимо-
сти от гидравлического радиуса Р и коэффи-
циента шероховатости п по табл. У.31.
При заданной глубине наполнения лотка (канавы)
й расчет производят по формулам:
1 /,2.54-р ,0,5
— =--------------и Ь = в/1, (V. 156)
где Ку— единичная расходная характеристика в м3/сек.
при й=1 м и и=1;
Р—коэффициент, принимаемый по табл. У.32.
Остальные обозначения те же, что в формуле
(У. 155).
о — 1 /В-1-21Л-ИпЛ
Значения - = —— Е-!-----------
_________#1 Р+"* V /
Значения 1 ' при заложениях откосов т ^1
0 0,5 1 1.5 2 2,5 3 0 1 0,5 | 1 1 Ь5 | 2 1 2,5 | 3 0 0,5 1 1.5 2 2,5 3
при {/=0,167 при {/=0,2 при у=0,25
0 СЮ 5,46 2 1.2 0,855 0,668 0,55 СЮ 5,72 2,07 1,233 0,88 0,684 0,563 ОО 6,14 2,18 1,28 0,915 0,712 0,583
0,25 17,3 2,98 1,46 0,965 0,725 0,585 0,493 18,65 3,09 1.5 0,982 0,745 0,6 0,504 20,8 3,3 1,57 1,05 0,778 0,622 0,52
0,5 5,88 1,97 1,13 0,81 0,636 0,517 0,446 6,16 2,03 1,16 0,825 0,648 0,527 0,455 6,68 2,14 1,207 0,855 0,672 0,543 0,472
0,75 3,17 1,43 0,915 0,668 0,56 0,467 0,414 3,3 1,46 0,94 0,705 0,567 0,477 0,425 3,52 1,535 0,977 0,734 0,59 0,492 0,441
1 2,08 1.И 0,77 0,608 0,5 0,426 0,375 2,16 1,14 0,78 0,612 0,51 0,434 0,38 2,28 1,19 0.815 0,632 0,527 0,448 0,392
1,25 1,52 0.95 0,658 0,53 0,46 0,389 0,346 1,53 0,925 0,67 0,542 0,455 0,397 0,367 1,64 0,96 0,693 0,556 0,471 0,407 0,362
1.5 1,173 0,76 0,576 0,477 0,409 0,36 0,322 1,203 0,775 0,588 0,483 0,417 0,365 0,327 1,26 0,8 0,604 0,497 0,429 0,375 0,336
9 0,8 0,572 0,457 0,391 0,345 0,309 10,28 0,815 0,58 0,463 0,397 0,35 0,313 0,286 0,845 0,596 0,475 0,406 0,36 0,322 0,292
3 0,467 0,374 0,32 0,287 0,262 0,24 0,224 0,477 0,38 0,325 0,291 0,266 0,244 0,226 0,487 0,388 0,33 0,296 0,27 0,248 0,232
4 0,328 0,278 0,246 0,226 0,21 0,197 0,186 0,333 0,28 0,248 0,228 0,212 0,198 0,187 0,34 0,284 0,252 0,231 0,215 0,202 0,19
5 0,25 0,218 0,198 0,186 0,176 0,165 0,158 0,252 0,22 0,2 0,188 0,177 0,167 0,16 0,256 0,224 0,203 0,189 0,18 0,169 0,163
6 0,202 0,18 0,166 0,156 0,149 0,144 0,137 0,203 0,181 0,169 0,159 0,151 0,144 0,138 0,207 0,185 0,17 0,16 0,153 0,146 0,14
7 0,169 0,153 0,144 0,137 0,131 0,125 0,121 0,17 0,155 0,145 0,138 0,131 0,126 0,122 0,171 0,156 0,146 0,139 0,133 0,128 0,124
8 0,145 0,134 0,125 0,12 0,116 0,112 0,108 0,146 0,134 0,126 0,121 0,117 0,112 0,109 0,147 0,135 0,128 0,122 0,118 0,114 0,111
9 0,127 0,118 0,112 0,108 0,105 0,101 0,099 0,128 0,119 0,113 0,109 0,106 0,102 0,099 0,129 0,119 0,113 0,11 0,106 0,103 0,1
10 0,113 0,106 0,101 0,0975 0,094 0,092 0,09 0,114 0,107 0,102 0,098 0,095 0,093 0,09 0,115 0,107 0,102 0,099 0,096 0,094 0,091
Таблица У.ЗЗ
Значения расходной характеристики К в м3/сек.
для труб круглого сечения
<1, м Значения X при коэффициенте шероховатости л
0,011 0,012 0,013 0,014 0,015
0,15 0,18 0,165 0,152 0,141 0,132
0,2 0,387 0,355 0,328 0,304 0,284
0,25 0,702 0,643 0,594 0,551 0,515
0,3 1,14 1,05 0,966 0,897 0,804
0,35 1,74 1,59 1.47 1,36 1,27
0,4 2,45 2,25 2,08 1,93 1,8
0,45 3,36 3,08 2,85 2,64 2,47
0,5 4,47 4,1 3,78 3,51 3,28
0,6 7,25 6,65 6,14 5,7 5,32
Гидравлический расчет напорных трубопроводов
производится по формуле
02 у2
йда = ^А + ^—, ^.157)
где Н-о) — суммарные потери напора в трубопроводе в м;
С — расход воды в м3/сек;
Ь — длина трубопровода в м\
К—расходная характеристика в м31сек (значения
К Для труб круглого сечения приводятся
в табл. У.ЗЗ);
—коэффициент местных сопротивлений (прини-
маемый для ориентировочного расчета по табл.
У.34);
Таблица У.31
Значения показателя степени у
Пределы коэффициентов шероховатости п при гидравлическом радиусе 7? в м и
>
0,015—0,017 0,015—0,02 0,167
0,02—0,025 0,0225—0,03 0.2
0,0275—0,03 — 0,25
Таблица У.32
Таблица У.34
Значения коэффициента местных сопротивлений С*
Сопротивление С
Вход в трубу: при острых кромках плавный - .д- . Внезапное расширение №><Л) при Л — 9 9 Внезапное сужение (й2<й|) при ^^'“2^ Переходный конус: при Поворот на 90° резкий плавный Выход из трубы под уровень при Л р2 вых 2й Задвижка при полном открытии .... Всасывающий клапан с сеткой при насосе 0,5 0,2 ( ч>, \2 —-И \ “1 ) > где <о — площадь поперечного сечения / Ш1 \ 0,5 1— V Ш1 / 5 0.2 1.2 0,15 1 0,11—0,12 10
* П. Г. Киселев. Справочник по гидравлическим расче-
там. Госэнергоиздат, 1957.
Таблица У.35
Значения V в м/сек и в м для стальных труб
Значения V и Я при диаметре условного прохода в ММ
9. л/сек 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 600
V V V V Ни.’Ь V V V V О V V
1.4 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 120 140 160 180 200 230 260 290 320 360 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 Г 150—3. 0,66 0,94 1.41 1,88 2,35 2,82 I р и 50 мм 23,7 46 99,8 177 277 399 л е ч — ГО 0,23 0,35 0,46 0,58 0,69 0,81 0,92 1,04 1,15 1,73 2,31 2,89 н и е СТ 87 1,47 2,98 5,01 7,49 10,5 13,9 17,8 22,1 26,9 60,2 107 167 . Зна 32—58, 0,24 0,29 0,35 0,41 0,47 0,53 0,59 0,88 1,18 1,47 1,77 2,05 2,42 2,65 2,95 чения 400— 0,98 1,45 1,99 2,63 3,35 4,14 5,02 10,6 18,1 28,1 40,5 55,1 75,6 91 112 о и й, 11 600 лис- 0,2 0,23 0,26 0,29 0,32 0,49 0,65 0,81 0,97 1.14 1.3 1,46 1,63 1,79 1,95 2,11 2,28 2,44 2,6 2,76 2,93 ДЛ$ -ГОС 0,47 0,62 0,79 0,97 1,17 2,41 4,07 6,14 8,6 11,5 14,8 18,8 23,2 28 33,4 39,2 45,4 52,2 59,3 67 75,1 труб Т 10704 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1.1 1.2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2.4 2,81 1иаме —63. 0,36 0,74 1,24 1,86 2,58 3,43 4,39 5,45 6,63 7,92 9,30 10,9 12,7 14,5 16,5 18,7 20,9 23,3 25,8 37,2 50,6 гром 0,2 0,27 0,34 0,41 0.48 0,55 0,62 0,68 0,75 0,82 0,89 0,96 1,03 1,09 1,16 1,23 1.3 1,37 1,64 1,92 2,19 2,46 2,74 условие 0,3 0,49 0,73 1,01 1,34 1,7 2,11 2,55 3,05 3,57 4,15 4,76 5,4 6,1 6.83 7,61 8.48 9,39 13,5 18,4 24 30,4 37,6 ГО П] 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 1,2 1.4 1,6 1,8 2 2,3 2,6 2,9 )ОХОД2 0,3 0,34 0,47 0,62 0,79 0,97 1,17 1,39 1,63 1,89 2,16 2,46 2,77 3,1 3,44 3,81 4,19 5,87 7,99 10,4 13,2 16,3 21,6 27,6 34,3 50 и 0,27 0,31 0,35 0,39 0,42 0,46 0,5 0,54 0,58 0,62 0,66 0,69 0,74 0,77 0,93 1,08 1,24 1,39 1,54 1,78 2,01 2,24 2,47 2,78 100 мл 0,33 0,42 0,52 0,62 0,74 0,87 1 1,15 1,3 1,46 1,64 1,81 2 2,2 3,09 4,11 5,28 6,68 8,25 10,9 13,9 17,3 21,1 26,7 1 даны 0,21 0,24 0,27 0,3 0,33 0,36 0,4 0,42 0,46 0,49 0,52 0,55 0,58 0,61 0,73 0,85 0,97 1,09 1,21 1,4 1,58 1,76 1,94 2,18 2,43 2,73 прим 0,18 0,23 0,29 0,35 0,41 0,48 0,56 0,64 0,72 0,81 0,9 1 1,1 1.21 1,69 2,25 2,87 3,58 4,36 5,76 7,36 9,16 11,1 14,1 17,4 22 ените 0,22 0,25 0,27 0,3 0,32 0,34 0,36 0,39 0,42 0,44 0,46 0,49 0,59 0,69 0,79 0,88 0,98 1,13 1,28 1,42 1,57 1,77 1,97 2,21 2,46 2,7 2,95 льно 0,17 0,21 0,25 0,29 0,33 0,38 0,43 0,48 0,54 0,59 0,66 0,72 1 1,33 1,69 2,11 2,56 3,32 4,21 5,23 6,37 8,06 9,96 12,6 15,6 18,8 22,4 < ГОС 0,2 0,22 0,24 0,26 0,27 0,29 0,31 0,32 0,34 0,41 0,48 0,55 0,62 0,68 0,79 0,89 0,99 1,09 1,23 1,37 1,54 1,71 1,88 2,05 2,22 2,39 2,57 2,74 2,91 ,Т 326 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22 0,25 0,27 0,3 0,41 0,54 0,69 0,86 1,04 1,34 1,69 2,06 2,48 3,09 3,81 4,83 5,96 7,21 8,58 10,1 11.7 13,4 15,3 17,2 2—62.
о—средняя скорость в сечении, расположенном
ниже по течению за данным сопротивлением,
в м/сек.
Потери напора по длине в м на 1 км трубопро-
вода и значения скорости V для напорных стальных
труб в зависимости от расхода воды и диаметра услов-
ного прохода приведены в табл. У.35. Значения V и
вычислены при толщине стенок труб 10 мм. При под-
боре труб диаметром условного прохода 150—600 мм
с другой толщиной стенок значение V необходимо умно-
жать на поправочный коэффициент кх (табл. У.36), а
значение —на поправочный коэффициент к2 (табл.
У.37).
Гидравлический расчет безнапорных трубопроводов
круглого сечения рекомендуется производить, используя
Кп г / М ' /Ьп\
и
вспомогательные кривые —
А
(рис. У.И). На рис. У.И приняты следующие обозна-
чения:
Кп и К—расходные характеристики соответственно
при частичном и максимальном наполнении;
Таблица У.36
Поправочный коэффициент к\ к значениям о для стальных труб
Диаметр условного прохода в мм кх прн толщине стенок в мм
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
150 0,85 0,88 0,9 0,92 0,95 0,97 1 1,03 1,05 1,09 1.12
200 0,89 0,91 0,92 0,94 0,96 0,98 1 1,02 1,04 1,06 1,09
250 0,91 0,93 0,94 0,95 0,97 0,98 1 1,02 1,03 1,05 1,07
300 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,99 1 1,01 1,03 1,04 1,05
350 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1 1,01 1,02 1,03 1,04
400 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1 1,01 1,02 1,03 1,04
450 0,96 0,97 0,97 0,98 0,99 1 1,01 1,02 1,03 1,03
500 0,96 0,97 0,98 0,98 0,99 1 1,01 1,01 1,02 1,03
600 — 0,97 0,97 0,98 0,99 0,99 1 1,01 1,01 1,02 1,03
Т а б л и ца У.37
Поправочный коэффициент кг к значениям для стальных труб
Диаметр условного прохода в мм кг при толщине стенок в мм
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
150 0,66 0,7 0,76 0,81 0,88 0,93 1 1,08 1,16 1,25 1,35
200 0,73 0,77 0,81 0,85 0,9 0,95 1 1,06 1.12 1,18 1,24
250 0,78 0,81 0,86 0,88 0,92 0,96 1 1,04 1,09 1.14 1,19
300 0,81 0,84 0,87 0,9 0,93 0,97 1 1,03 1,07 1.11 1,15
350 0,84 0,86 0,89 0,92 0,95 0,97 1 1,03 1,06 1,09 1,13
400 0,88 0,9 0,93 0,95 0,97 1 1,03 1,05 1,08 1.11
450 0,89 0,91 0,93 0,95 0,98 1 1,02 1,05 1,07 1,1
500 0,9 0,92 0,94 0,96 0,98 1 1,02 1,04 1,06 1,09
600 — 0,91 0,93 0,95 0,97 0,98 1 1,02 1,04 1,05 1,07
।
и Ц7 —скоростные характеристики соответственно
при частичном и максимальном наполнении;
к-п,
— — степень наполнения трубопровода;
И
1гп — глубина наполнения;
И— максимальная глубина наполнения.
^1п
Рис. V. 11. График для гидравлического рас-
чета безнапорных труб
При расчете сначала определяется расходная харак-
теристика при частичном наполнении по формуле Ло=
<2
—------, затем в зависимости от степени наполнения
г.
кп.
трубопровода —-определяется л =
и
Кп
/ кп\
, а далее
трубопровод рассчитывается как напорный.
Керамические, асбестоцементные, бетонные и желе-
зобетонные безнапорные трубопроводы (коэффициент
шероховатости стенок труб п=0,014) можно рассчиты-
вать по табл. У.38 (см. стр. 166 и 167).
5. УСТРОЙСТВА ВОДОПОНИЖАЮЩИХ СИСТЕМ
5.1. ОТКРЫТЫЙ ВОДООТЛИВ
Открытый водоотлив, являющийся наиболее эконо-
мичным способом искусственного водопонижения, может
применяться при следующих условиях: 1) наличие грун-
тов с хорошей водопроницаемостью; 2) отсутствие ниже
дна осушаемой выработки напорных водоносных гори-
зонтов, могущих нарушить плотность грунтов основания;
3) возможность размещения водосборников в пределах
осушаемой выработки.
К устройствам открытого водоотлива относятся во-
досборники, насосные станции, сбросные скважины, во-
досборные и водоотводные канавы, ливнестоки.
Водосборники. При строительном водопонижении
водосборники следует размещать за пределами основа-
ния защищаемого сооружения, при осушении откры-
Таблица У.38
Значения ф в л/се к нов м/сек для керамических, асбестоцементных, бетонных и железобетонных труб
Диаметр ус- ловного про- хода в мм Уклон в % ( Р и V при степени наполнения трубопровода - Н
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0, 7 0,8 0,9 0,95 1
<2 V <? 1 О <? 1 V « 1 V <2 V <? 1 V <? 1 V « 1 V <? 1 V <? | V 0 V
0,6 0,23 0,25 0,98 0,39 2,18 0,49 3,75 0,57 5,56 0,63 7,46 0,67 9,3 0,7 10,9 0,72 11,8 0,71 11,9 0,69 11,1 0,63
0,8 0,27 0,29 1,13 0,45 2,51 0,56 4,32 0,65 6,41 0,72 8,61 0,78 10,7 0,81 12,5 0,83 13,7 0,81 13,8 0,79 12,8 0,72
1 0,3 0,33 1,26 0,5 2,81 0,63 4,83 0,73 7,17 0,81 9,63 0,87 12 0,91 14 0,92 15,3 0,91 15,4 0,89 14,3 0,81
150 2 0,42 0,46 1,78 0,7 3,97 0,89 6,83 1,03 10,1 1,15 13,6 1,23 17 1,28 19,8 1,31 21,6 1,29 21,8 1,25 20,3 1,15
3 0,52 0,56 2,18 0,86 4,87 1,09 8,37 1,27 12,4 1.4 16,7 1,51 20,8 1,57 24,3 1,6 26,5 1,58 26,7 1,54 24,8 1.4
4 0,6 0,65 2,52 1 5,62 1,26 9,66 1,46 14,3 1,62 19,3 1.74 24 1,81 28 1,85 30,6 1,82 30,8 1.77 28,7 1,62
5 0,67 0,73 2,82 1,11 6,28 1,41 10,8 1,63 16 1,81 21,5 1,94 26,8 2,03 31,3 2,06 34,2 2,04 34,5 1,98 32,1 1,81
0,4 0,4 0,25 1,71 0,38 3,81 0,48 6,56 0,56 9,73 0,62 13,1 0,66 16,3 0,69 19 0,71 20,7 0,7 20,9 0,68 19,5 0,62
0,6 0,5 0,3 2,09 0,47 4,67 0,59 8,04 0,69 11,9 0,76 16 0,81 20 0,85 23,3 0,87 25,4 0,85 25,6 0,83 23,9 0,76
0,8 0,57 0,35 2,41 0,54 5,39 0,68 9,28 0,79 13,8 0,88 18,5 0,94 23 0,98 26,9 1 29,3 0,99 29,6 0,96 27,5 0,88
200 1 0,64 0,39 2,7 0,6 6,03 0,76 10,4 0,88 15,4 0,98 20,7 1,05 25,8 1.1 30,1 1,12 32,8 1.1 33,1 1,07 30,8 0,98
2 0,9 0,56 3,82 0,85 8,33 1,07 14,7 1,25 21,8 1,39 29,2 1,49 36,4 1,55 42,5 1,58 46,4 1,56 46,8 1,52 43,5 1,39
3 1,11 0,68 4,68 1,04 10,4 1,32 18 1,53 26,7 1,7 35,8 1,82 44,6 1.9 52,1 1,93 56,8 1,91 57,3 1,86 53,3 1.7
4 1,28 0,79 5,4 1,21 12,1 1,52 20,8 1.77 30,8 1,96 41,4 2,1 51,5 2,19 60,2 2,23 65,6 2,2 66,2 2,15 61,6 1,96
0,3 0,64 0,25 2,68 0,38 5,99 0,48 10,3 0,56 15,3 0,62 20,5 0,67 25,6 0.7 29,9 0,71 32,6 0,7 32,9 0,68 30,6 0,62
0,6 0,91 0,35 3,79 0,54 8,47 0,68 14,6 0,8 21,6 0,88 29 0,94 36,2 0,99 42,3 1 46,1 0,99 46,5 0,96 43,2 0,88
0,8 1,05 0,41 4,37 0,62 9,77 0,79 16,8 0,92 25 1,02 33,5 1,09 41,8 1.14 48,8 1,16 53,2 1.14 53,7 1.11 49,9 1,02
250 1 1,17 0,46 4,89 0,7 10,9 0,88 18,8 1,03 27,9 1,14 37.5 1,22 46,7 1,27 54,5 1,3 59,5 1,28 60 1,25 55,8 1,14
2 1,65 0,64 6,91 0,99 15,5 1,25 26,6 1,45 39,5 1,61 53 1,72 66,1 1.8 77,1 1,83 84,1 1,81 84,8 1,76 78,9 1,61
3 2,03 0,79 8,47 1,21 18,9 1,53 32,6 1,78 48,3 1,97 64,9 2,11 80,9 ,2 94,5 2,24 103 2,21 103,9 2,16 96,7 1,97
4 2,34 0,91 9,78 1.4 21,9 1,76 37,6 2,05 55,8 2,27 75 2,44 93,4 2,55 109,1 2,59 119 2,56 119,9 2,49 111,6 2,27
300 0,3 0,6 0,8 1 2 3 1,04 1,47 1,7 1,9 2,69 3,29 0,28 0,4 0,46 0,52 0,73 0,89 4,36 6,17 7,12 7,96 11,3 13,8 0,43 0,61 0,71 0,79 1,12 1,37 9,75 13,8 15,9 17,8 25,2 30,8 0,55 0,77 0,89 1 1,41 1,73 16,8 23,7 27,4 30,6 43,3 53 0,64 0,9 1,04 1,16 1,64 2,01 24,9 35,2 40,6 45,4 64,2 78,7 0,7 1 1,15 1,29 1,82 2,23 33,4 47,3 54,5 61 86,3 105,7 0,76 1,07 1,23 1,38 1,95 2,39 41,7 58,9 68 76 107,5 131,7 0,79 1,12 1.29 1,44 2,03 2,49 48,6 68,8 79,4 88,8 125,5 153,8 0,8 1,14 1,31 1.47 2,07 2,54 53 75 86,5 96,8 136,9 167,7 0,79 1,12 1,29 1,45 2,04 2,5 53,5 75,6 87,3 97,6 138 169,1 0,77 1,09 1,26 1.41 1,99 2,44 49,8 70,4 81,2 90,8 128,4 157,3 0,7 1 1,15 1,29 1,82 2,23
Раздел V. Водопонижение и дренаж
Продолжение табл. У.38
Диаметр ус- ловного про- хода в мм Уклон в % 5 и о при степени наполнения трубопровода Н
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95 1
а О <? 1 V 0 V 0 V /? | V о ° 0 V И V <2 V о
0,2 1,28 0,26 5,36 0,39 12 0,49 20,6 0,57 30,6 0,64 41,1 0,68 51,2 0,71 59,8 0,73 65,2 0,72 65,8 0,7 61,2 0,64
0,4 1,81 0,36 7,58 0,55 16,9 0,7 29,2 0,81 43,3 0,9 58,1 0,96 72,4 1,01 84,6 1,03 92,2 1,01 93 0,98 86,5 0,9
0,6 2,22 0,44 9,29 0,68 20,8 0,86 35,8 1 53,1 1.1 71,3 1,18 88,8 1,23 103,7 1,26 113,1 1,24 114 1,21 106,1 1,1
350 0,8 2,56 0,51 10,7 0,78 24 0,99 41,2 1,15 61,2 1,27 82,2 1,36 102,5 1,42 119,6 1,45 130,4 1,43 131,5 1,39 122,4 1,27
1 2,86 0,57 12 0,87 26,8 1,1 46,1 1,28 68,5 1,42 92 1,53 114,6 1,59 133,8 1,62 145,9 1,6 147,1 1,56 136,9 1,42
2 4,04 0,81 16,9 1,24 37,9 1,56 65,2 1,82 96,8 2,01 130 2,16 162,1 2,25 189,2 2,29 206,3 2,26 208 2,2 193,6 2,01
2,5 4,52 0,9 19 1,38 42,4 1,75 72,9 2,03 108,2 2,25 145,4 2,41 181,2 2,52 211,5 2,56 230,7 2,53 232,6 2,46 216,4 2,25
0,2 1,82 0,28 7,65 0,43 17,1 0,54 29,4 0,63 43,7 0,7 58,7 0,75 73,1 0,78 85,4 0,79 93,1 0,78 93,9 0,76 87,3 0,7
0,4 2,58 0,39 10,8 0,6 24,2 0,76 41,6 0,89 61,7 0,98 82,9 1,05 103,4 1.1 120,7 1,12 131,6 1.1 132,7 1,08 123,5 0,98
0,6 3,16 0,48 13,3 0,74 29,6 0,94 51 1,09 75,7 1,21 101,7 1,29 126,8 1,35 148 1,67 161,4 1,35 162,8 1,32 151,4 1.21
400 0,8 3,65 0,56 15,3 0,85 34,2 1,08 58,9 1,25 87,3 1,39 117,3 1,49 146,2 1,55 170,7 1,58 186,2 1,56 187,7 1,52 174,7 1,39
1 4,08 0,62’ 17,1 0,96 38,3 1,21 65,8 1.4 97,7 1,56 131,2 1,67 163,6 1.74 191 1,77 208,2 1,75 210 1,7 195,4 1,56
2 5,77 0,88 24,2 1,35 54,1 1,71 93,1 1,98 138,1 2,2 185,6 2,36 231,3 2,46 270 2,51 294,4 2,47 296,9 2,41 276,3 2,2
0,2 2,5 0,3 10,5 0,46 23,4 0,59 40,4 0,68 59,9 0,75 80,5 0,81 100,3 0,84 117.1 0,86 127,7 0,85 128,7 0,82 119,8 0,75
0,4 3,54 0,43 14,8 0,65 33,2 0,83 57,1 0,96 84,7 1,06 113,8 1,14 141,8 1,19 165,5 1,21 180,5 1,2 182 1,17 169,4 1,06
0,6 4,34 0,53 18,2 0,8 40,7 1,01 70 1,18 103,8 1,31 139,5 1,4 173,9 1,46 203 1,49 221,3 1,47 223,1 1,43 207,7 1,31
450 0,8 5,01 0,61 21 0,93 46,9 1.17 80,7 1,36 119,8 1,51 160,9 1,62 200,5 1,69 234,1 1,72 255,3 1,69 257,4 1,65 239,6 1,51
1 5,6 0,68 23,5 1,04 52,5 1,31 90,3 1,52 134 1,69 180 1,81 224,3 1,89 261,9 1,92 285,6 1,89 287,9 1,85 268 1,69
2 7,92 0,96 33,2 1,46 74,2 1,85 127,/ 2,15 189,5 2,38 254,5 2,56 317,2 2,67 370,3 2,72 403,8 2,68 407,1 2,61 378,9 2,38
0,15 2,87 0,28 12 0,43 26,9 0,54 46,2 0,63 68,6 0,7 92,2 0,75 114,9 0,78 134,1 0,8 146,2 0,79 150,3 0,77 137,2 0,7
0,3 4,06 0,4 17 0,61 38 0,77 65,5 0,89 97,2 0,99 130,5 1,06 162,7 1,11 189,9 1,13 207,1 1.11 212,8 1,08 194,3 0,99
500 0.5 5,24 0,51 22 0,79 49,1 0,99 84,5 1,15 125,4 1,28 168,4 1,37 209,9 1,43 245 1,46 267,2 1,44 274,5 1,4 250,7 1,28
0,7 6,2 0,61 26 0,93 58,1 1,17 100 1,36 148,4 1,51 199,4 1,62 248,5 1,69 290,1 1,72 316,3 1.7 325 1,66 296,8 1,51
1 7,41 0,72 31,1 1.11 69,4 1.4 119,5 1,63 177,3 1,81 238,2 1,94 296,8 2,02 346,6 2,06 377,9 2,03 388,3 1,98 354,6 1,81
1,5 9,08 0,89 38 1,36 85 1,72 146,4 2 217,2 2,21 291,8 2,37 363,6 2.48 424,5 2,52 462,9 2,49 475,7 2,42 434,4 2,21
0,1 3,81 0,26 16 0,4 35,7 0,5 61,4 0,58 91,1 0,64 122,4 0,69 152,5 0,72 178 0,73 194,1 0,72 195,7 0,71 182,2 0,64
0,25 6,03 0,41 25,2 0,63 56,4 0,79 97,1 0,92 144,1 1,02 193,6 1,09 241,3 1,14 281,7 1,16 307,2 1,15 309,7 1,12 288,3 1,02
600 0,5 8,52 0,58 35,7 0,89 79,8 1,12 137,6 1,3 203,8 1,44 273,8 1,55 341,2 1,61 398,3 1,64 434,4 1,62 438 1,58 407,6 1,44
0,7 10.1 0,68 42.3 1,05 94,5 1,32 162,6 1,54 241,3 1.71 324,1 1,83 403,9 1,91 471,6 1,95 514,2 1,92 518,5 1,87 482,5 1.71
1 12 0,82 50,5 1,25 112,9 1,58 194,3 1,84 288,3 2,04 387,2 2,17 482,6 2,28 563,4 2,32 614,4 2,29 619,5 2,23 576,5 2.04
1,5 14,8 1 61,9 1,54 138,3 1,94 238 2,25 353,1 2,5 474,4 2,68 591,2 2,8 690,2 2,85 752,6 2,81 758,8 2,74 706,2 2,5
Расчетные формулы
Раздел V. Водопонижение и дренаж
Рис. У.12. Сбросная скважина
а — оголовок сбросной скважины с обсадными трубами; б — выпуск сбросной скважины
в подземную выработку; / — труба для сброса воды в подземные выработки; 2 — защит-
ная решетка; 3— сбросной колодец; 4 — ручная таль; 5 — перепускная труба; 6 — опорный
фланец; 7 - сбросная скважина; 8 - сальник; Р—задвижка; 10— мерный водослив
тых горных разработок (карьеров, разрезов и т. д.)
для водосборников целесообразно использовать отрабо-
танные пониженные участки.
Стенки водосборников в неустойчивых грунтах ук-
репляются фильтрующей обсыпкой. Глубина воды в во-
досборнике должна быть не менее 0,7 м. Емкость водо-
сборника определяется в зависимости от минимально
допустимого времени его заполнения (с учетом возмож-
ных последствий переполнения).
Насосные станции. Для откачки воды из водо-
сборников используются как плавучие насосные станции,
размещаемые непосредственно в водосборниках на пон-
тонах, так и стационарные, размещаемые на нерабочем
борту карьера. На насосных станциях устанавливается
рабочее и резервное насосное оборудование. При одном
рабочем насосе резерв должен составлять не менее
100%, при двух рабочих насосах—не менее 50%, а при
большем числе рабочих насосов величина резерва уста-
навливается в зависимости от местных условий.
Сбросные скважины. По сбросным скважинам осу-
ществляется сброс воды из водосборников в подземные
выработки. Диаметр сбросной скважины устанавливает-
ся гидравлическим расчетом. Сбросная скважина может
устраиваться как с обсадными трубами (рис. У.12), так
и без них. Затрубное пространство, как правило, сле-
дует цементировать на всю высоту. При невозможности
цементации затрубного пространства в нижнюю часть
его забивается сальник, предотвращающий сброс воды
по затрубному пространству.
Водосборные и водоотводные канавы. Сечение
и продольный уклон канав выбираются из условия, что-
бы скорость движения воды в них не превышала допус-
каемых (неразмывающих) средних скоростей для дан-
ных грунтов (табл. У.39) и в то же время имела бы
достаточную транспортирующую способность, т. е. была
бы незаиляющей. Минимальный продольный уклон канав
должен быть, как правило, не менее 0,003 (в исключи-
тельных случаях 0,002) и назначаться в зависимости
от рельефа поверхности.
Таблица У.39
Допускаемые (неразмывающие) скорости движения
воды по диу водоотводных канав
при глубине потока 1 м
Г рунты Допускаемая скорость * движения воды в м/сек.
Песок мелкий и средний и супесь с фракци- ями 0,25—1 мм ............. Песок крупный с фракциями 1—2 мм и су- глинок с 12—18% глинистых частиц Суглинок с 18—30% глинистых частиц разме- ром 0,005 мм .............. Гравий и мелкая галька с зернами 5—25 мм Глина с 30—40% глинистых частиц размером 0,005 мм , .......... Глина с содержанием глинистых частиц бо- лее 40% » . Конгломерат мягкий, мергель, сланцы . . . Известняк, песчаник средний и плотный . . 0,5—0,6 1—2 1.2—1.4 1.5 1.5 1.6—1,8 4 5—7
размываемыми грунтами. Сеть ливнестоков сооружается
на„ нерабочих бортах карьеров, подлежащих длитель-
ной эксплуатации. Ливнестоки выполняются преимуще-
ственно из труб (рис. У.13). В местах выпуклого пере-
Рис. У.13. Ливнесток
/ — засыпка песком; 2 — ливнеприемный колодец; 3 — анкерная
опора; 4 — песчаная подготовка
Рис. У.14. Ливнеприемный колодец на водосбор-
ных канавах
Крепление канавы принимается в зависимости от
грунтовых условий и гидравлического режима потока
в канаве.
Ливнестоки. Ливнестоки устраиваются главным об-
разом для имеющих большую водосборную площадь от-
крытых горных разработок, откосы которых сложены
12—631
лома профиля ливнестока в случае возможности образо-
вания вакуума сооружаются колодцы. Прием воды
в ливнесток из водосборных канав осуществляется при
помощи ливнеприемных колодцев (рис. У.14), оборудо-
ванных решеткой для защиты ливнестока от мусора
п т. п.
5.2. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ДРЕНАЖ
К устройствам горизонтального дренажа относятся
открытые канавы и лотки, беструбчатые траншейные
дрены, трубчатые дрены, дренажные штреки и штольни,
горизонтальные скважины.
Открытые канавы и лотки. Открытые дренажные
канавы следует проектировать, пользуясь положениями,
приведенными в п. 5.1 данного раздела для водосбор-
ных и водоотводных канав. Дренажные лотки, приме-
нение которых допускается только при весьма стеснен-
ных условиях осушаемой территории или при наличии
разжиженных грунтов, требующих очень пологих от-
косов, обычно выполняются в виде рамной или свайной
конструкции из дерева или железобетона с укладкой за
стенками фильтрующих слоев. Для приема воды в лоток
в его стенках устраиваются специальные отверстия.
Беструбчатые траншейные дрены. Беструбчатые
траншейные дрены, представляющие собой траншеи, пол-
ностью или частично заполненные фильтрующим мате-
риалом, могут применяться только как временные уст-
ройства. В качестве фильтрующего материала исполь-
зуют каменную наброску, щебень, хворост, фашины,
жерди.
Трубчатые дрены. Трубчатая дрена представляет
собой дренажную трубу, уложенную в траншею, запол-
ненную фильтрующим материалом (дренажной обсып-
кой).
Глубина траншей определяется требуемой глубиной
заложения дренажных труб с учетом необходимости
размещения фильтрующих слоев ниже лотка труб. Фор-
ма поперечного сечения траншей определяется приня-
тым способом производства земляных работ, характе-
ром застройки осушаемой территории и характеристи-
ками грунтов, в которых отрываются траншеи.
Ширина траншей по дну (без учета крепления) при
наружном диаметре дренажных труб до 0,5 м должна
приниматься равной .04-0,8 м, при наружном диаметре
дренажных труб более 0,5 м— 04-1,2 м. Заложение
откосов траншей без крепления в рыхлых грунтах мо-
жет быть принято по табл. У.40. В скальных трещино-
ватых грунтах заложение откосов траншей устанавли-
вается в зависимости от способов разработки грунтов
и укладки труб и фильтров.
Таблица У.40
Рекомендуемое заложение откосов траншей
в рыхлых грунтах
Грунт Заложение откосов при глубине
<1,5 траншей в м
1,5—3 3—5
Насыпной 1:0,25 1:1 1:1,25
Песчаный и гравийный 1:0,5
влажный (ненасыщенный) , 1:1 1:1
Глинистый:
супесь 1:0,25 1:0,67 1:0,85
суглинок 1:0 1:0,5 1:0,75
глина 1:0 1:0,25 1:0,5
лёсс сухой 1:0 1:0,5 1:0,5
Примечание. При глубине траншей более 5 м за- ложение откосов определяется расчетом.
Для обсыпки дренажных труб рекомендуется прини-
мать не более двух слоев фильтрующего материала.
При осушаемых грунтах с д50 больше 0,2 мм устраи-
вается однослойная обсыпка, при грунтах с ^0 = 0,2
0,05 мм — двухслойная обсыпка. Для наружного
слоя двухслойных обсыпок обычно используют природ-
ные пески, являющиеся продуктом выветривания извер-
женных пород, для внутреннего слоя — гравий и щебень
изверженных пород (граниты, сиениты, диориты, габбро,
порфиры, липариты, базальты, диабазы и т. п.) с объем-
ным весом 2,3—2,7 тс/м3 или особо прочные разности
осадочных пород (кремнистые известняки и хорошо сце-
ментированные невыветрелые песчаники) с объемным
весом 2—2,4 тс)м3 при временном сопротивлении на сжа-
тие не менее 600 кгс)см2.
Подбор зернового состава дренажных обсыпок мож-
но производить, руководствуясь условием
5 <^<10, (У.158)
“50
где Обо— диаметр частиц обсыпки наружного или
внутреннего слоя, мельче которых в материа-
ле обсыпки содержится (по весу) 50% частиц;
^50—диаметр частиц грунта при однослойной об-
сыпке или диаметр частиц первого слоя об-
сыпки при подборе зернового состава второ-
го слоя, мельче которых содержится (по ве-
су) 50% частиц.
Коэффициент неоднородности фильтрующего мате-
риала рекомендуется принимать не более 10.
Как правило, подбор зернового состава дренажных
обсыпок производят при помощи осредненной кривой
зернового состава осушаемых грунтов, построенной
в полулогарифмическом масштабе. Образцы грунта для
построения кривой зернового состава должны быть ото-
браны по трассе дренажа с глубин, соответствующих
глубинам заложения трубчатых дрен.
Для трубчатых дрен используют деревянные, кера-
мические, асбестоцементные, бетонные и железобетонные
трубы. Материал труб принимается в зависимости от
глубины их заложения, агрессивности среды и других
возможных специфических факторов (например, наличие
в грунте блуждающих электрических токов и пр.). Де-
ревянные трубы применяют, как правило, только для
временных дрен при небольшой глубине их заложения.
Керамические (канализационные) трубы (ГОСТ 286—64)
из-за их небольшой прочности можно применять при
глубине заложения не более 4—4,5 м. При глубине бо-
лее 4,5 м следует использовать асбестоцементные (ГОСТ
539—65), бетонные и железобетонные (ГОСТ 6482—63)
трубы. В условиях агрессивных подземных вод дренаж-
ные трубы из асбестоцемента, бетона и железобетона
должны быть защищены.
Для приема дренажных вод в керамические, бетон-
ные и железобетонные трубы стыковые зазоры их за-
делываются просмоленной паклей или асфальтовой ма-
стикой только в нижней части стыка на одну треть
внутреннего диаметра по высоте. Для приема дренаж-
ных вод в асбестоцементные трубы в них устраиваются
специальные отверстия: круглые или щелевые. Размеры
водоприемных отверстий принимаются в зависимости от
их формы и однородности грунта по табл. У.42 (см.
далее). Круглые отверстия просверливаются в шахмат-
ном порядке на расстоянии 10—15 см друг от друга;
щелевые отверстия пропиливаются в средней трети зве-
на в шахматном порядке с обеих сторон с шагом 25—
50 см. Длина щели (пропила) принимается равной од-
ной трети диаметра трубы. Диаметр труб определяется
гидравлическим расчетом (см. п. 4.3 данного раздела).
Трубы совершенных дрен укладываются на слой
песка толщиной не менее 5 см, отсыпанный на втрамбо-
ванный в грунт щебень толщиной слоя 10—15 см (рис.
У.15); трубы несовершенных дрен укладываются на
дренажную обсыпку (рис. У.16). Толщина каждого слоя
обсыпки должна быть не менее 15 см.
Глубина заложения трубчатых дрен определяется
требуемой величиной понижения уровня воды (нормой
осушения) на начальных участках трасс дренажа с уче-
том разрыва уровня депрессионной поверхности в филь-
тре и не должна быть менее глубины промерзания
грунта.
Рис. У.15. Трубчатый
дренаж совершенного типа
а — траншея с креплением; б—траншея без крепления;
1—дренажная труба; 2 — щебень, втрамбованный в грунт;
3 — гравий или щебень; 4 — песок крупный; 5 — местный
грунт
Продольные уклоны трубчатых дрен можно прини-
мать по табл. У.41.
Таблица У.41
Продольные уклоны трубчатых дрен
Элементы дренажа Диаметр Минимальные про- дольные уклоны в грунте
дрены в мм глинис- том песчаном
Осушители . . , . . > . Собиратели Магистральные коллекторы . <200 200—300 >300 0,002 0,С о,с 0,003 015 Ю05
При устройстве трубчатого дренажа и водостока
в одной траншее трубчатые дрены укладываются над
водостоком или рядом с ним в зависимости от соотно-
шения требуемой глубины укладки дренажа с глубиной
шелыги водостока.
Конструкции выпусков трубчатых дрен выполняются
обычно в виде бетонных оголовков или каменного мо-
щения.
Для осмотра и чистки (при необходимости) дре-
нажных труб устраиваются смотровые колодцы, распо-
лагаемые на всех переломах трассы дренажа в плане
и профиле, а также на прямолинейных участках трассы
с шагом, как правило, не более 50 м. Рекомендуется
применять типовые колодцы из сборных железобетонных
элементов (ГОСТ 8020—56), используемые обычно на
канализационных сетях.
Для откачки воды из системы трубчатых дрен
используются насосные станции весьма разнообразной
конструкции. Рекомендуется пользоваться типовыми
12*
конструкциями насосных станций. Возможное решение
показано на рис. У.17. На каждой насосной станции
следует предусматривать резерв насосного оборудова-
ния в количестве, указанном в п. 5.1 данного раздела.
Работа дренажных насосных станций должна быть ав-
томатизирована.
Дренажные штреки и штольни. Проектирование
дренажных штреков и штолен следует производить в со-
ответствии с указаниями СНиП П-М.4-62. Поперечное
сечение дренажных выработок принимается минимально
возможное для принятого способа производства горных
работ. Продольный уклон дренажных штреков и штолен
к водосборникам, зумпфу или к устью штольни должен
быть не менее 0,003, поперечный уклон к водоотводной
канаве — не менее 0,01.
В выработках с немонолитной крепью при отсутст-
вии цементации закрепного пространства прием дре-
нажных вод осуществляется через стыки элементов кре-
пи; в остальных случаях для приема воды в выработки
следует предусматривать специальные отверстия, за-
щищенные с наружной стороны фильтрующим материа-
лом, или специальные скважины (рис. У.18). При уст-
ройстве скважин в монолитной крепи и в элементах
сборной железобетонной крепи при цементации закреп-
ного пространства должны закладываться направляю-
щие кондукторы из отрезков металлических труб.
Горизонтальные скважины. Горизонтальные сква-
жины устраиваются либо непосредственным забурива-
нием их в осушаемый пласт, либо из специальной шах-
ты с водонепроницаемыми железобетонными стенками.
Конструкция шахты с горизонтальными скважинами по-
лучила название лучевого колодца (рис. У.19). Внут-
ренний диаметр шахты обычно равен 3—4 м, толщина
стенок шахты равна 0,3—0,4 м.
Конструкция горизонтальных скважин зависит от
способа их устройства: задавливание гидравлическими
домкратами или. бурение с помощью обсадных труб.
В первом случае головное звено фильтровой колон-
ны труб оборудуется специальным наконечником (буро-
вой головкой) со щелями, пропускную способность ко-
торых можно менять в процессе устройства скважины.
Вся фильтровая колонна монтируется из труб диамет-
ром 200 мм, длиной до 3,5 м и толщиной стенок 8—
10 мм. Для приема воды в стенках труб прорезаются
щелевые отверстия. Для приема мелких частиц грунта,
поступающих через щели, внутри фильтровой колонны
помещается шламоотводящая труба диаметром 70—80 мм.
Благодаря выносу мелких частиц в осушаемом грунте
вокруг скважины образуется естественный песчано-гра-
вийный фильтр диаметром 1—1,5 м.
Во втором случае горизонтальные скважины пред-
ставляют собой фильтровую колонну труб с толщиной
стенок 3—5 мм, устанавливаемую под защитой колон-
ны обсадных труб, которая оборудуется буровой голов-
Рис. У.17. Дренажная насосная станция подземного типа
7 — всасывающая труба; 2 — люк; 3 — бак для заливки насоса; 4 — насосный агрегат; 5 — поплавковое реле; 6 — вытяж-
ной воздуховод; 7 — люк с двойной крышкой; 8 — подводящий дренажный коллектор
кой и шламоотводящей трубой. После установки фильт-
ровой колонны обсадные трубы извлекаются.
Количество горизонтальных скважин, устраивае*
мых из одного колодца, определяется расчетным при-
током воды. Метод расчета лучевых колодцев приведен
в п. 4.1 данного раздела.
5.3. ИГЛОФИЛЬТРОВЫЕ УСТАНОВКИ
Легкие иглофильтровые установки. Использование
легких иглофильтровых установок (технические данные
и состав комплекта установки ЛИУ-5 см. далее в п. 6.3
данного раздела) позволяет понижать уровень подзем-
ных вод на 4,5—5 м. При необходимости большего по-
нижения уровня легкие иглофильтровые установки мон-
тируются ярусами (ступенями).
Эжекторные иглофильтровые установки. Применя-
ются два типа эжекторных иглофильтровых установок:
с циркуляционным резервуаром (рис. У.20) и без ре-
зервуара (рис. У.21).
Эжекторные иглофильтры состоят из надфильтровых
труб диаметром 2,5, 4 или д" (соответственно эжектор-
ные иглофильтры ЭИ-2,5, ЭИ-4 и ЭИ-6), фильтрового
звена, внутренней колонны водоподъемных труб и
эжекторного водоподъемника.
Для обеспечения погружения иглофильтров гидрав-
лическим способом на нижнем конце иглофильтра уста-
навливаются шаровой клапан и фреза; для наращи-
вания колонны труб без прекращения циркуляции воды
применяются специальные муфты. Расход воды для по-
гружения иглофильтров в мелкозернистых песчаных
грунтах при давлении 5—8 атм составляет:
«ля иглофильтра ЭИ-2,5 . . . .
> » ЭИ-4...............
35—40 м3/ч
80—120 »
При погружении иглофильтров в грунты, сильно погло-
щающие воду, рекомендуется одновременно с водой на-
гнетать сжатый воздух.
Рис. У.19. Схема лучевого колодца
/ — монтажный иастил; 2 — домкрат; 5*— шахта;
4 — маслопровод к домкрату; 5—шламоотводящая
труба; 6 — фильтровая труба; 7—буровая голов-
ка; 8 — уплотнение; 9 — задвижка
5.4. ПЛАСТОВЫЙ ДРЕНАЖ
Пластовый дренаж представляет собой сплошную
постель из фильтрующего материала, укладываемого под
всем проектируемым заглубленным сооружением. В от-
дельных случаях в песчаных грунтах можно ограни-
читься постелью в виде полос. С внешней стороны
наружных стен заглубленного сооружения от дренажной
постели до поверхности земли отсыпается песчаный дре-
нирующий фильтр. Сверху песчаный фильтр должен
Рис. У.20. Схема эжекторной установки с циркуляционным
резервуаром
1 — низконапорный насос; 2 — циркуляционный резервуар; 3 — высокона-
порный насос; 4 — сливной лоток; 5 — распределительный трубопровод;
6 — соединительный шланг; 7 — эжекторный иглофильтр
быть защищен от попадания поверхностных вод отмост-
кой или асфальтовым покрытием. Если заглубленное
сооружение расположено внутри цеха, то пристенный
фильтр отсыпается до максимального расчетного уровня
подземных вод.
Дренажные воды из пластового дренажа собирают-
ся, как правило, трубчатыми дренами и отводятся
в ливнесточную сеть или к специальной станции пе-
рекачки. Расстояние между трубчатыми дренами не
должно превышать 60 м (30 м. на одну сторону).
Дну котлована под сооружение придается уклон
не менее 0,005 в сторону трубчатой дрены. При малой
ширине сооружения (до 5 д<) возможна горизонталь-
ная планировка дна.
В зависимости от подстилающих грунтов дренажная
постель делается однослойной или двухслойной: в полу-
скальных грунтах укладывается однослойная гравийная
постель толщиной не менее 10 см, в пылеватых песках
Рис. У.21. Схема эжекторной установки
без циркуляционного резервуара
1 — низконапорный насос; 2 — напорный трубо-
провод; 3 — высоконапорный насос; 4 — всасыва-
ющий коллектор; 5 — выбросной шланг; 6 — рас-
пределительный трубопровод; 7 — соединительный
шланг; 8 — эжекторный иглофильтр
а — коксовой батареи; б — угольной башни; в — пешеходного, троллейного и водопроводного
туннелей; г — туннеля конвейера; 1 — борова коксовой батареи; 2 — труба диаметром 150 мм\
3 _ железобетонная плита; 4 — подготовка из жесткого бетона; 5 — щебень или гравий;
6 — песок; 7 — пешеходный туннель; 8 — троллейный туннель; 9 — водопроводный туннель;
10 — колодцы через 50 м
Рис. У.23. Самоизливающаяся скважина
с креплением асбестоцементными трубами
а — отвод воды от скважины; б — фильтровая
часть скважины; 1 — щебень; 2 — водоотводная
канава (на участках, где в нее сбрасывается во-
да из скважин, на длине примерно 2 м целиком
заполняется щебнем); 3—местный песчаный
грунт; 4 — надфильтровая колонна из асбестоце-
ментных труб; 5 — муфта стальная из труб;
6 — направляющая скоба; 7 — щели; 8 — песок
гравелистый; 9 — деревянная пробка
и глинистых грунтах — двухслойная постель из слоя
песка минимальной толщиной 10 см, укладываемого на
подстилающий грунт (в мягкопластичных грунтах тол-
щину слоя песка следует увеличивать минимум до
15 см), и слоя гравия или щебня толщиной не менее
10 см, укладываемого поверх песчаного слоя. Толщина
верхнего слоя увеличивается в сторону трубчатой дре-
ны в соответствии с принятым уклоном дна котлована.
Требования к материалу дренажных фильтров такие
же, как к материалу фильтрующих обсыпок горизон-
тального дренажа (см. п. 5.2 данного раздела).
Трубчатые дрены, принимающие воду из дренажной
постели, следует укладывать за пределами основания
сооружения. В отдельных случаях может быть допу-
щена укладка труб под сооружением, но при этом дол-
жны быть приняты меры, обеспечивающие защиту труб
от повреждения при осадке сооружения, а также до-
ступ к трубам для их осмотра и чистки. Материал во-
допроводящих труб определяется расчетом их на проч-
ность и агрессивностью среды.
Примеры возможных решений конструкций пласто-
вого дренажа показаны на рис. У.22.
5.5. САМОИЗЛИВАЮЩИЕСЯ СКВАЖИНЫ И СИФОНЫ
Самоизливающиеся скважины. Самоизливающиеся
скважины (рис. У.23) устраиваются обычно буровым
способом и могут использоваться как с обсадными тру-
бами, так и без них. В случае необходимости устрой-
ства самоизливающихся скважин в зоне строительных
(горных) работ рекомендуется выполнять проводящую
часть скважин из асбестоцементных труб (не опасных
для рабочих органов землеройных механизмов). Само-
изливающиеся скважины без труб следует заполнять
Рис. У.24. Схема дренажа с сифоном
1 — галерея; 2 — смотровой колодец; 3 — сифонный трубо-
провод: 4 — всасывающая труба сифона; 5 — трубчатый коло-
дец; 6 — воздухосборник; 7 — приемная камера сборного
резервуара
крупным материалом (камень, щебень и т. п.), учитывая
при гидрогеологических расчетах дополнительное сопро-
тивление движению воды в заполненных скважинах.
Сифоны. Систему сифонного водозабора (рис.
У.24) рекомендуется применять при глубине залегания
проектируемого пониженного уровня подземных вод
в дренажных колодцах не более 12 м от дневной по-
верхности.
На всасывающих трубах сифонного водозабора
устанавливаются обратные клапаны, обеспечивающие
возможность заливки системы перед пуском. Для от-
качки воздуха, выделяющегося из воды и поступаю-
щего через неплотности системы, в наиболее повышен-
ной точке сифонного трубопровода предусматривается
воздухосборник, к которому подключается вакуум-на-
сос. Сифонный трубопровод прокладывается с подъе-
1 1
М0М 150 — 5000 В СТ°РОНУ в03ДУХ0Сб°Рника и выводит-
ся в приемную камеру сборного резервуара. В прием-
ной камере должен быть обеспечен постоянный уровень
воды, не зависящий от колебания уровня воды в ре-
зервуаре. Для этого в раздельной стенке между прием-
ной камерой и резервуаром устраиваются водосливные
отверстия.
Трубы сифонного водозабора, как правило, укла-
дываются в галереях проходного сечения. Дренажные
колодцы со всасывающими трубами размещаются в ни-
шах. Над каждой нишей предусматривается смотровой
колодец.
5.6. ВОДОПОНИЖАЮЩИЕ И ВОДОПОГЛОЩАЮЩИЕ
СКВАЖИНЫ
Водопонижающие скважины. Водопонижающие
скважины могут устраиваться тремя способами: 1) ме-
Конструкция буровых скважин определяется геоло-
гическим разрезом в месте устройства скважин (рис.
У.25) и расчетным притоком воды.
При бурении скважин вращательным (механичес-
ким) способом с глинистым раствором разглинизация
снбажина Вращательного бурения
Конструкция Общий
бурение обсадка Вид
Рис. У.25. Водопонижающие скважины ударно-канатного и вращательного бурения
/ — кондуктор диаметром 720 мм, Д=6400 мм; 2 — обсыпка местным песчаным грунтом; 3 — гравий-
ная обсыпка; 4 — колонна труб диаметром 273 мм; 5 — каркас фильтра диаметром 297 мм из сталь-
ных труб диаметром 273 мм со щелевыми отверстиями и проволочной обмоткой; 6 — деревянная
пробка; 7 — кондуктор диаметром 529 мм; 8 — кожуховый фильтр диаметром 406 мм
ханическим или гидравлическим бурением с последую-
щим оборудованием скважины фильтровой колонной
и устройством обсыпки; 2) непосредственным гидрав-
лическим погружением фильтров в грунт; 3) гидро-
пневматическим погружением фильтров и обсадных
труб. Наиболее распространены первые два способа.
стенок скважин производится промывкой чистой водой.
В скважинах без обсыпки фильтра промывка осущест-
вляется при помощи шарового клапана, смонтирован-
ного в нижней части фильтрового звена (рис. У.26),
в скважинах с обсыпкой фильтра — при помощи вспо-
могательной колонны труб с отверстиями в нижней
части колонны. В последнем случае
при назначении диаметра скважины
необходимо учитывать установку
вспомогательной колонны.
Основными конструктивными эле-
ментами водопонижающей скважины
являются фильтр и надфильтровая
колонна, внутри которой размеща-
ется насос для откачки воды. Фильт-
ры изготовляются преимущественно
из стальных труб. Применяются так-
же фильтры из стальных стержневых
каркасов (так называемые каркасно-
стержневые фильтры). Приемные от-
верстия в стенках фильтровых труб
могут быть круглыми и прямоуголь-
ными (щелевыми). Рекомендуемое со-
отношение размеров отверстий и
фракций контактирующего с фильтром
грунта или обсыпки приводится в
табл. У.42.
Рис. У.26. Наконечник с шаровым кла-
паном для разглинизации скважин
1— фильтровая часть скважины; 2—седло
клапана; 3 — шаровой клапан; 4 — стопорный
стержень
Рекомендуемые величины скважности фильтров в %:
Фильтры из труб (дырчатые и щелевые) 20—30
> каркасно-стержневые или с про-
волочной обмоткой...................40—60
Б.олее подробные данные о величинах
фильтров из труб с круглыми отверстиями
скважности
в зависимо-
сти от размера отверстий и расстояний между ними
приведены в табл. У.43.
Таблица У.42
Размеры водоприемных отверстий
в стенках фильтровых труб
Типы фильтров Размеры отверстий в долях йю при песках
однородных неоднородных
Дырчатые ......... [Целевые , , . . ..... , Сетчатые ......... Примечания: 1. Мень мелкозернистым грунтам, больши 2. Для прямоугольных отве ширина щелей, длина щелей пр ринам щели. 2,5—3 1,25-1,5 1,5—2 шие значения е — к крупнозе; зстий в табли! инимается равь 3—4 1,5—2 2—2,5 относятся к 5ИИСТЫМ. хе приведена ой 6—10 ши-
Каркасно-стержневые фильтры (рис. У.27 и табл.
У.44) применяются для неглубоких скважин (до 100 м).
Фильтр с проволочной обмоткой (рис. У.28) из-
готовляется из перфорированной трубы или стержне-
вого каркаса, на которые по спирали навивается про-
волока диаметром 1,5—3 мм. Диаметр опорной (под-
кладочной) проволоки 6—10 мм. Материал спиральной
и опорной проволоки определяется агрессивностью под-
земных вод. Вместо спиральной проволоки фильтровая
труба или каркасно-стержневой фильтр могут быть
обернуты сеткой (табл. У.45 и У.46).
Подбор сеток для сетчатых фильтров производится
обычно опытным путем (просеиванием грунта через на-
бор сеток).
Для устойчивой и надежной работы водопонижаю-
щих скважин в сыпучих грунтах 1 указанные выше ти-
1 В скальных грунтах допускается установка пер-
форированных труб без обмотки и обсыпки.
Таблица У.43
Значения скважности фильтров с круглыми отверстиями
Диаметр фильтра в мм Диаметр отверстия в мм Число отверстий в ряду Число рядов отверстий на 1 м трубы Площадь отверстий на 1 ж трубы в м? Расстояние между центрами от верстий в мм Скважность фильтра в %
по окружнос- ти по длине трубы
10 16 60 0,08 22 17 20
100 13 14 55 0,1 25 18 28
16 10 50 0.1 35 20 28
10 23 60 0,11 22 17 22
150 13 20 55 0,14 25 18 23
16 14 50 0,14 35 20 28
19 12 40 0,14 42 25 28
10 28 60 0,13 23 17 19
13 26 55 0,19 25 18 28
200 16 18 50 0,18 36 20 27
19 16 40 0,19 41 25 28
22 12 40 0,18 55 25 28
10 36 60 0,17 23 17 20
13 32 55 0,23 26 18 28
16 26 50 0,26 35 20 31
19 20 40 0,24 42 25 28
22 16 40 0,24 53 25 29
25 14 30 0,2 60 33 29
Таблица У.44
Технические данные каркасно-стержневых фильтров
Диаметр патрубка в мм Диаметр стержней в мм Количество стержней
внутренний наружный
77 89 10 8
91 102 10 8—10
114 127 10—12 10—12
132 146 12 12
150 168 14 12—14
202 219 14—16 16
Таблица У.45
Сетки проволочные тканые с квадратными ячейками
нормальной точности по ГОСТ 6613-53
(латунные сетки квадратного плетения)
Номер сетки Диаметр проволоки в мм Число проволок на 1 дюйм сетки Число ячеек на 1 см- сетки Номинальный размер сторо- ны ячейки в свету в мм Живое сечение сетки в % Вес 1 м? сетки в кг
2,5 0,5 33,3 11,2 2,5 70 1,18
2 0.5 40 16 2 64 1,41
1,6 0,45 49 23,8 1,6 60,8 1,39
1,25 0,4 59 34,6 1,25 58,5 1,33
1 0,35 74 54,9 1 55 1,23
09 0,35 80 64 0,9 41,3 1,38
08 0,3 91 82,6 0,8 53 1,2
07 0,3 99 98 0,7 48 1,27
063 0,25 114 130 0,63 48 1
056 0,23 126,5 160 0,56 51 0,97
05 0,22 139 193 0,5 48,2 0,94
045 0,18 159 252 0,45 50,9 0,72
04 0,15 182 331 0,4 53 0,58
0355 0,15 200 400 0,355 49 0,63
0315 0,14 222 494 0,315 46 0,61
028 0,14 238 567 0,28 44,5 0,65
025 0,13 264 694 0,25 43,3 0,62
0224 0,13 278 763 0,224 40,8 0,66
02 0,13 303 918 0,2 36,7 0,72
018 0,13 323 1040 0,18 33,8 0,76
016 0,12 385 1480 0,16 32,7 0,72
014 0,09 435 1890 0,14 38 0,56
0125 0,09 465 2130 0,125 33,8 0,54
0112 0,08 515 2630 0,112 34,7 0,46
01 0,07 588 3460 0,1 34,6 0,4
009 0,07 625 3900 0,09 31,6 0,43
008 0,055 740 5476 0,08 30 0,3
Рис. У.27. Каркасно-
стержневой фильтр
1 — соединительная муфта;
2 — верхний соединительный
патрубок; 3 — металлические
стержни; 4 — опорные пояса
жесткости; 5 — нижний сое-
динительный патрубок
Рис. У.28. Фильтр с про-
волочной обмоткой
1—труба; 2—болт; 3—лап-
ка; 4 — кольцо; 5 — обмотка
проволочная; 6 — стержни,
обтянутые резиной
круг фильтра на поверхности земли в специальных ко-
жухах или корзинах — гравийно-кожуховые фильтры
(рис. У.29).
В последнее время начали применяться гравийно-
клеевые фильтры, изготовляемые из хорошо окатанно-
го гравия, спрессованного в цилиндрические блоки-
звенья (табл. У.48) при помощи бакелитового клея
БФ-4. Пористость фильтра составляет 15—22%. Размер
пор принимается в зависимости от крупности песка:
пы фильтров обсыпаются песчано-гравийным материа-
лом. Зерновой состав обсыпки допускается подбирать
из условия (У.158). Разность диаметров обсадных
и фильтровых труб должна быть не менее 4" (100 мм),
лучшие результаты получаются при соотношении
^обсыпки „ „ , .
--------=2. Расход материала обсыпки на 1 пог. м
•^фильтра
фильтра можно принимать по табл. У.47 .
Для водопонижающих скважин можно применять
также фильтры с обсыпкой, которая монтируется во-
в мм...........
Размер пор в мм . . .
0,1—0,2 0,2—0,35
1—2 2—3
0,35—0,85 0,85—2,5
3—5 5—12
Водопоглощающие скважины. Водопоглощающие
скважины используются для сброса воды из верхних
водоносных горизонтов в нижерасположенные водопо-
глощающие слои. Применение их целесообразно в тех
случаях, когда в водопоглощающих слоях напор либо
отсутствует совсем, либо величина его или абсолютные
отметки уровня воды значительно меньше величины на-
пора или абсолютных отметок уровня воды осушаемых
Таблица У.46
Сетки проволочные фильтровые гладкие
по ГОСТ 3187—65
Номинальное число проволок на 1 дюйм Номинальный диа- метр проволоки в мм Расчетный вес 1 м'2
О н к- 0) Д- о основа уток основа | уток сетки в кг
24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 •80 90 100 120 160 200 I кн нэ метал 24 28 32 36 40 44 48 52 • 56 60 64 68 72 76 80 90 100 120 160 200 I р н м е ч а меди, лат лов. 260 260 260 260 325 360 360 390 390 390 485 485 550 550 600 645 670 670 820 870 н и е. По уни, бронзь 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,45 0,45 0,45 0,4 0,4 0,35 0,35 0,3 0,3 0,28 0,28 0,25 0,22 0,2 0,18 данному ГО I, нержавек 0,4 0,4 0,4 0,4 0,35 0,3 0,3 0,28 0,28 0,28 0,22 0,22 0,2 0,2 0,18 0,16 0,16 0,16 0,14 0,12 СТ выпуске идей стали 3,38 3,28 3,36 3,2 3,1 2,61 2,63 2,66 2,49 2,54 2,01 2,06 1,82 1,83 1,62 1,52 1,52 1,52 1,44 1,21 потея сет- н других
Таблица У.47
Количество гравия для обсыпки 1 пог. м фильтра
Диаметр обсадных труб в мм Наружный диаметр фильтра в мм Объем гравийной обсыпки в м3
273 168 0,0375
168 0,068
325 219 0,048
168 0,094
377 219 0,077
273 0,056
219 0,11
426 273 0,091
325 0,065
219 0,188
273 0,16
478 325 0,126
377 0,108
325 0,18
529 377 0,16
Таблица У.48
Размеры блоков гравийно-клеевых фильтров
Диаметр опорно- го каркаса из стальных труб в мм Диаметр блока в мм Высота блока в мм
внутренний наружный
82 90 130 200
121 124 168 200—300
168 175 230 350
219 225 275 300
Рис. У.29. Гравийно-кожуховый
фильтр
/ — соединительный патрубок; 2 — каркас
фильтра; 3 — гравийная обсыпка; 4 — на- 1
ружная сетка
водоносных горизонтов. Водопогло-
щающие скважины целесообразно
размещать в наиболее пониженных
местах подошвы осушаемого водо- 3
носного горизонта.
2
5.7. СКВОЗНЫЕ ФИЛЬТРЫ
Сквозные фильтры могут быть 4
двух типов: 1) фильтровая колонна
выводится на поверхность земли;
2) фильтровая колонна опускается
«впотай» (рис. У.ЗО). Второе решение
является более экономичным, однако
менее удобно в эксплуатационном от-
ношении и технически более сложно
в изготовлении, поэтому большее рас-
пространение получили сквозные
фильтры первого типа.
Диаметр фильтровых колонн сквозных фильтров
следует устанавливать не менее 3" (88,5 мм), при этом
необходимо учитывать диаметр прибора, с помощью
которого будет измеряться искривление скважины при
бурении с поверхности (диаметр фильтровых колонн
сквозных фильтров принимается, как правило, меньше
диаметра фильтровых колонн водопонижающих сква-
жин, так как сквозные фильтры не требуют оборудо-
вания их насосами).
В нижней части сквозные фильтры обычно обору-
дуются сальниками, перекрывающими затрубное прост-
ранство, и задвижками.
5.8. ДРЕНАЖНЫЕ УСТРОЙСТВА
В ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТКАХ
К дренажным устройствам в подземных выработ-
ках относятся восстающие скважины, водоотводные ка-
навки и подземные насосные станции.
Восстающие скважины. Восстающие скважины
(рис. У.31) представляют собой скважины с простей-
шими фильтрами из перфорированных труб, пробурен-
ные из подземных выработок. Диаметр фильтровых ко-
лонн восстающих скважин, как правило, принимается
не больше 57 мм. Длина восстающих скважин опре-
деляется гидрогеологическими условиями, а также мощ-
ностью бурового оборудования и редко превышает
50 м.
При необходимости прорезки восстающей скважи-
ной водоносного прослоя без установки в нем фильтра
скважина обсаживается трубами. Бурение в этом слу-
чае производится при помощи буровой коронки, закреп-
ляемой на колонне обсадных труб.
Сопряжение скважины с подземными выработками
осуществляется обычно при помощи опорного патрубка
с сальником. В бетоннзм креплении устанавливается
металлический кондуктор.
Сброс воды из восстающих скважин производится
через резиновый рукав в водоотводную канавку или
водоотводный коллектор.
Краткая характе- ристика пород Геологи- ческий разрез 1 ы а 1 ои/зонтоы\ ^«2 Сквозной фильтр с надфильт- родой трубой Сквозной фильтр без над- (рильтровой трубы
Буре- ние Обсадка Общий вад Бурение Обсадка Общий вид
111 § ’ 5?Г
Супесь и песок с гравием । . и - и -» о”. -.0. -.О.- г 2 «о Ф377 Ф325 .. - 1 * :••• $ ф/ 77\ 19'. <>0 $ чз «о |> 43 но - канатное || 1 1 ’25 НУП298
1?! 1 8|' < 1 1 1 1 1 1 1 1
Песок глинистый ’• ’ * • • 15,5 17,5 йй298 а т н о е
Глина алевритовая 1Ж| !1 /1 /1 1 ?| П н г । ? । 11 । г । /1 г । г । г । г н г । г 111 и г' 1 ? К 1 > 1 7 1 » н 11,5 29
|! /-Ж: 2-^. '\Ф233 §|1
Песок глинистый 7 36
Глина алебритовая 2 38
Песок глинистый 2 .90
Алеврит серый плотный 11 51 1 1 1 Г 1 1 . 1000-1500 1 1 1 1 1 1
• 1(11 ж । 11 (1 г НН > 1
1 -Ч § 1 -А—
' 4-
Глина алевритовая, плотная н н п ГП ! 1 Ы 1 ! 1 I г 1 г 1! Н1 । г 1 г 1 г 1г । —V 96 37 '002+0051 <51 1 ^1 | л! о, •о ч | У д а Ф2!3__
1 ‘.0 0 § •:
Песок глинистый 5 13? 0 Н 1 — он7.и\ 1 1 43 1 1
(<-
Глина алевритовая ж • Н 'С 3 105 1 1 1 5^' ;>’ 1 1 1- Ф219^ и
Песок глинистый ,7 нт а 3 3 = 3‘ 1
Глина алевритобая •|Ж1 •ПН • и 1? '.Ш 1, 3,5 111.5 <Х| 1 п: 1 1 1 ш 1 ьХ
>1 -М 1-^1-
Песок глинистый 7 113 5
глина каолиновая —* г~ 1 11Ю Г7//5У 1 Ф83.5 ' Ф1Ч0 «§ I г ,<^/4^7
Конгломерат 3,5 11В 03 § <3 I
Гранит каолинизи- робанный славна Г X х ~ х ~ X — х X х X ~ X X ~ X ~ X »*• X *** X X ~ х X х ~~ X ~ X «*- V ~~ X *-* -11 129 V Отмет- ка по- дошвы штреке
6х; 5 1 5 II Ф88.5
6^ 1
Гранит выветрв- лый средней кре- пости х к X ; Ъ X X ) X X к ’
Рис. У.ЗО. Сквозные фильтры
/ — обсыпка местным песчаным грунтом; 2 — надфнльтровая колонна труб; 3 — обсыпка сорти-
рованным песком; 4— фильтр нз стальной перфорированной трубы с проволочной обмоткой;
5 — переходная муфта; б — цементируемое затрубное пространство
Рис. У.31. Восстающие скважины
а — с креплением обсадными трубами; б — без об-
садки: / — песок глинистый водоносный; 2 — глина
алевритовая; 3—глина каолиновая; 4—конгломерат
Восстающие скважины небольшой длины (до 10 л*)
устраиваются путем вдавливания или забивки фильт-
ровых звеньев в грунт. Такая конструкция называется
забивным фильтром (см. рис. У.18). Диаметр забивных
фильтров обычно не превышает 32 мм. Устье забивного
фильтра оборудуется опорным сальником и резиновым
шлангом для сброса воды.
Водоотводные канавки. Водоотводные канавки,
устраиваемые в неустойчивых грунтах, следует закреп-
лять. Материал крепи канавок обычно принимается
в зависимости от материала крепи выработки: при кре-
пи выработки из лесных материалов — древесина, при
рамных стальных и железобетонных крепях — сборный
железобетон, при монолитных бетонных и железобетон-
ных крепях — сборный железобетон или бетон. Основ-
ные размеры поперечного сечения водоотводных кана-
вок указаны в табл. У.49. Уклон канавок должен со-
ответствовать уклону выработок.
В выработке канавки следует располагать, как
правило, со стороны людского прохода, перекрывая их
на уровне балластного слоя.
Подземные насосные станции. В комплекс подзем-
ных насосных станций входят водосборники, насосная
камера, главная и зумпфовые водоотливные установки.
Компоновка комплекса определяется с учетом принято-
го типа шахтных стволов, геологического строения уча-
стка расположения околоствольного двора и удобства
эксплуатации. Примеры возможных решений комплекса
подземных насосных станций показаны на рис. У.32
и У.ЗЗ.
Полезная емкость водосборников главной водоот-
ливной установки принимается равной четырехчасовому
нормальному притоку, а емкость водосборников вспо-
могательных (участковых) и временных водоотливных
установок — двухчасовому нормальному притоку.
Водосборники главных водоотливных установок
следует устраивать, как правило, из двух незави-
симых ветвей, и только при малых притоках воды
(до 50 м3/ч) водосборники можно устраивать из одной
ветви.
Площадь поперечного сечения водосборников долж-
на быть не менее 4,5 м2 (в свету) при высоте его не
менее 1,9 м. Почва водосборников должна иметь подъ-
ем 1=0,001 в сторону насосной камеры.
Вертикальную компоновку водосборников следует
принимать из условия расположения их свода ниже
уровня головки рельса околоствольного двора или на
самой низкой его отметке.
Размеры насосной камеры назначаются в за-
висимости от числа и габаритов насосных агрегатов
с учетом размещения в камере также трубопроводов
с установленной на них арматурой, специального обору-
дования, необходимого для автоматизации работы водо-
отливной установки, и подъемных устройств для монта-
жа оборудования, тип которых выбирается в зависи-
мости от веса монтируемого оборудования.
Уровень пола незаглубленной насосной камеры сле-
дует принимать не менее чем на 500 мм выше уровня
головки рельс околоствольного двора, а уровень пола
заглубленной насосной камеры — на 4—5 м ниже уров-
ня головки рельсов.
При расположении насосной камеры в крепких
и плотных породах следует предусматривать устрой-
ство водоотливных установок заглубленного типа, поз-
воляющих применять высокопроизводительные насосы
с малой высотой всасывания, наиболее легко поддаю-
щиеся автоматизации.
Главная водоотливная установка,
как правило, должна состоять не менее чем из трех оди-
наковых по производительности насосов, каждый из ко-
торых рассчитан на откачку суточного нормального
притока воды за 20 ч. При больших притоках количе-
ство насосов может быть увеличено до пяти при двух
рабочих насосах и до шести при трех рабочих насосах
(в том числе один насос водоотливной установки ре-
зервный). Каждый насос главной водоотливной уста-
новки должен иметь отдельный всасывающий трубо-
провод.
Фундаменты насосных агрегатов следует подни-
мать над полом насосной камеры на 200—250 мм. Раз-
меры фундамента насосного агрегата должны превышать
Таблица У.49
Размеры поперечного сечения водоотводных канавок
Материал крепи канавки Приток воды в м3/ч Размеры канавок в мм Площадь попе- речного сечения в м*
ширина | глубина
поверху | понизу
Незакрепленные 0—100 101—150 151—200 450 350 200 250 300 0,08 0,1 0,12
Торкрет-бетон 201—300 301—400 401—500 400 } 450 300 350 400 450 500 0,18 0,19 0,2
Древесина 0—100 101—150 151—200 201—300 301—400 401—500 350 у 400 } 450 250 300 350 200 250 300 400 450 500 0,06 0,09 0,1 0,14 0,18 0,2
Бетон марки 150 и более 0—100 101—150 151—200 201—300 301—400 401—500 } 320 } 370 } 420 250 330 370 200 250 300 400 450 500 0,06 0,08 0,1 0,14 0,18 0,2
Бетон марки менее 150 0—100 101—150 151—200 201—300 301—400 401—500 } 300 ) 350 ) 400 300 350 400 200 250 300 400 450 500 0,06 0,08 0,1 0,14 0,18 0,2
Сборный железобетон 0—100 101—150 151—200 201—300 301—400 401—500 } 320 } 370 } 420 300 350 400 200 250 300 400 450 500 0,062 0,077 0,108 0,144 0,184 0,205
6.3. ИГЛОФИЛЬТРОВЫЕ УСТАНОВКИ
размеры фундаментной плиты этого агрегата на 150—
200 мм.
Число ставов труб по стволу для главной водоот-
ливной установки принимается не менее двух с обес-
печением возможности включения любого насоса на
каждый став. Сечение ставов труб принимается из ус-
ловия, чтобы скорость движения воды в них не пре-
вышала 3 м!сек. При глубине ствола более 200 м на
ставах следует устанавливать компенсаторы темпера-
турных изменений длины.
Зумпфовые водоотливные у с т а н о в -
к и должны состоять не менее чем из двух насосов —
рабочего и резервного.
Эжекторные иглофильтровые установки типов
ЭИ-2,5, ЭИ-4 и ЭИ-6 изготовляются по индивидуаль-
ным заказам заводами следующих организаций: трест
Союзшахтоосушение Госмонтажспецстроя, трест Гидро-
спецстрой Министерства строительства электростанций,
Трест горнопроходческих работ Мосподземстроя. Лег-
кие иглофильтровые установки (табл. У.52) выпуска-
ются серийно.
Технические данные эжекторных иглофильтров
6. ОБОРУДОВАНИЕ
6.1. ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ НАСОСЫ
Краткие данные по наиболее употребительным для
водоотливных и водопонизительных работ типам на-
сосов приведены в табл. У.50.
6.2. ГЛУБИННЫЕ И ПОГРУЖНЫЕ НАСОСЫ
Основные данные глубинных и погружных насо-
сов приведены в табл. У.51. Кроме того, на рис. У.34
приводятся их характеристики.
Тнп иглофильтра . . . .
Диаметр в дюймах . . .
Длина ...................
» фильтра в м . .
Диаметр насадки эжекто-
ра в мм....................
Диаметр горловины в мм .
Расход рабочей воды в
л[сек при напоре в м:
60 ..................
80................. .
100.....................
Производительность (по от-
качиваемой воде) в л!сек при
напоре рабочей воды в м:
60 (высота подъема
13-19,5 м)..............
80 (высота подъема
17,5-26 м)..............
100 (высота подъема 22—
32 м)..................
ЭИ-2,5 ЭИ-4 ЭИ-6
2,5 4 6
Назначается проектом
1 4—6 6
7 12 18
14 23 34
1.2 3,6 8
1,4 4,1 9,3
1.6 4,6 10
1—1,3 4—2,9 8,8—6,4
1,5—1,1 4,5—3,3 10,5—7,5
1,8—1,3 5,1—3,6 П—8
155000
Рис. У.32. Комплекс подземных насосных станций заглубленного типа
холок к водосборникам- 2 — камеры для лебедок; 3 — наклонные ходки к водосборникам; 4 — водосборник № 1; 5 — водосборник № 2; 6 — затворы; 7 — распределитель-
А л’_ в_ трубный ходок; 9— насосная камера; 10 — наклонный ходок; 11— электроподстанция; 12 — ось водоотводной канавки
Таблица У.50
Технические данные некоторых типов центробежных горизонтальных насосов
Марка насоса <2, м3/ч Н, м Число оборо- тов в 1 мин Рекомендуе- мая мощность в кет Диаметр в мм патрубка
напорного всасывающего
КСМ-70 45—97,5 57,2—40,5 85,8—60,8 114,4—81 143—101,3 171,6—121,5 1450 21,6 29—36 36—45 55—68 68 100 125
кем-100 100—140 61,5—52,4 92,3—78,5 123—104,8 153,8—131 184,5—157,2 1450 29—36 45—68 68 85 95—110 150 200
4НДВ 126—180 94—84 2950 55 100 150
4НДВв 150—180 104—97 2950 75 100 150
КСМ-150 125—175 94—80,1 132—106,8 165—133,5 1450 68 85 ПО 150 200
10НМКХ2 720—1000 800—1000 170—140 204—182 1450 470—540 575—650 250 350
Рис. У.ЗЗ. Комплекс подземных насосных станций незаглубленного типа
1 — камеры для лебедок; 2— герметические двери; 3 — электроподстанция; 4 — насосная станция; 5 — водосбор-
ник № 1; 6 — водосборник № 2
Таблица У.51
Технические данные глубинных и погружных насосов
Марка насоса Минимальный диаметр фильт- ровой колонны в дюймах <?, М3/Ч Н, м квт Завод-нзготовитель
ЭЦВ4-1,6-30 1 1.6 30 0,5
ЭЦВ4-1.6-50 1.6 50 0,7
ЭЦВ4-1.6-65* 1,6 65 1 Ошский электромеханический
ЭЦВ4-1,6-85 1,6 85 I
ЭЦВ4-1,6-130 1.6 130 1,6 ——
ЭЦВ4-2.5-30 2,5 30 0,5
ЭЦВ4-2.5-45 2,5 45 0,7
ЭЦВ4-2.5-65 2,5 65 1
ЭЦВ4-2.5-85 ( 4 2,5 85 1,6
ЭЦВ4-2,5-105 2,5 105 1,6 —
ЭЦВ4-4-30 4 30 0,7
ЭЦВ4-4-45 4 45 1
ЭЦВ4-4-70 4 70 1,6
ЭЦВ4-6.3-25 6,3 25 1 —
ЭЦВ4-6.3-45 6,3 45 1,6 —
ЭПВ4-10Х30* 30 10 2,8 Экспериментальный Лен гидропроекта
ЭЦВ5-4-90 4 90 2 —
ЭЦВ5-4-125 4 125 2,8 .—
ЭЦВ5-4-160 4 160 4 —
ЭЦВ5-4-200 4 200 5,5 —
ЭЦВ5-6.3-55 6,3 55 2
ЭЦВ5-6.3-80 6,3 80 2,8 —
ЭЦВ5-6.3-П5 6,3 115 4
ЭЦВ5-6.3-165 6,3 165 5,5 —
ЭЦВ5-10-30 10 30 2 —
ЭЦВ5-10-50 10 50 2,8
ЭЦВ5-10-75 10 75 4
ЭЦВ5-10-100 10 100 5,5 —
ЭПЛ-6* 1,5—3 70—90 7,8 Московский электромеханический
ЭЦВ6-4-90 4 90 2 —
ЭЦВ6-4-130 4 130 2,8 —•
ЭЦВ6-4-190 4 190 4
ЭЦВ6-4,5-180* 4,5 180 4,5 Кишиневский электромеханический
нм« Котовского
6АПВ-9Х12* 5—9 80—90 2,5 То же
6АПВ-9Х7* 6—9 30—50 2,5 »
АЭНП-140-2,5/2* 6—10 35—50 2,5 Механические мастерские Харьковского
Водопроекта
ЭЦВб-6,3-60 6,3 60 2 ——
ЭЦВ6-6.3-85 6,3 85 2,8 ——
ЭЦВ6-6,3-125 6,3 125 4 —
ЭЦВ6-6,3-175 6,3 175 5,5
ЭЦВ6-7.2-45* 7,2 45 2,5 Кишиневский электромеханический
им, Котовского
ЭЦВ6-7.2-75* 7.2 75 2,5 То же
ЭЦВ6-7.2-120* 7,2 120 4,5
АЭНП-140-7/2* 6 8—12 60—80 7 Механические мастерские Харьковсксли
Водопроекта
ЭЦВ6-1О-5О 10 59 2,8 —
ЭЦВ6-10-80 10 80 4 —
ЭЦВ6-10-110 10 ПО 5,5
ЭЦВ6-10-140* 10 140 8 Кишиневский электромеханический
им. Котовского
ЭЦВ6-10-185* 10 185 8 То же
ЭЦВ6-10-235 10 235 И —
ЭЦВ6-16-30 16 30 2,8
ЭЦВ6-16-50 16 50 4 —
ЭЦВ6-16-75 16 75 5,5
ЭПН6-16-75* 16 75 5,5 Московский механический
ЭПЛ-6* 16 90 5,5 То же
ЭЦВ6-16-110 16 ПО 8
ЭЦВ6-16-160 16 160 11
ЭЦВ6-25-25 25 25 2,8
ЭЦВ6-25-45 25 45 5,5
ЭЦВ6-25-70 ) 25 70 8 —
8АП-9Х6* 14—29 55—108 12 Лебедянский машиностроительный
1 и Бердянский механический
8АПВМ-10Х7* 15—30 75—120 12 Кишиневский электромеханический
нм. Котовского
АПТ-15Х120* з 15—30 80—120 10,5 Тульская рембаза треста Союзшахто-
осушение
8АПН-11Х7* 15—30 70—120 13 Черемховский им. К. Маркса
ЭЦВ8-16-75 1 16 75 5,5
ЭЦВ8-16-85* 1 16 85 12 Ошский электромеханический
ЭПВ8-16-Н0 16 ПО 8 —
ЭЦВ8-16-140* 1 16 140 12 Ошский электромеханический
Продолжение табл. У.57
Марка насоса Минимальный диаметр фильт- ровой колонны в дюймах (?, М3/ч Н, м А, кет Завод-изготовитель
16 215 16
ЭЦВ8-16-215 18—50 30 7 Черемховский нм. К» Маркса
АТН-8-1-7* 18—50 45 10 То же
АТН-8-1-П* 18—50 65 14
АТН-8-1-16* 18—50 90 20 >
АТН-8-1-22* 20—60 50—80 12 1—
АЭНП-180-12/2 25 45 5,5 е—!
ЭЦВ8-25-45 25 100 11
ЭЦВ8-25-100 25 150 16 —
ЭЦВ8-25-150 8 25 195 22 I—
ЭЦВ8-25-195 25 255 32 —•
ЭЦВ8-25-255 25 300 32 •—
ЭЦВ8-25-300 40 30 ' 5,5 —
ЭЦВ8-40-30 40 65 11 —
ЭЦВ8-40-65 40 120 22 —
ЭЦВ8-40-120 40 165 32
ЭИВ8-40-165 42 180 51
ЭПНЛ -8-42-180 63 30 8
ЭЦВ8-63-30 63 50 16
ЭЦВ8-63-50 25 450 45
ЭЦВ10-25-450 25 650 65
ЭЦВ10-25-650 40—80 50—70 20
АЭНП-193-20/2 60—100 10—30 14 Кутаисский электромеханический
АТН10-1-4* 60—100 25—45 20 То же
АТН10-1-6* 60—100 35—60 28 »
АТН10-1-8* 60—100 50—82 40
АТН10-1-Н* 60—100 55—100 40
АТНЮ-1-13* 60—100 65—115 45
ЛТН10-1-15* 63 65 22 -—
ЭЦВ10- 63-65 63 ПО 32 —
ЭЦВ10-63-1Ю 10 63 180 45 — -
ЭЦВ10-63-180 63 270 65
ЭЦВ 10-63-270 90 100 35 Новомосковский электромеханический
ЭПН10-90Х100 100 100 50 То же
ЭПН10-100Х100 120 40 22
ЭЦВ10-120-40 120 60 32 Ошский электромеханический
ЭЦВ10-120-60* 120 80 45 —
ЭЦВ10-120-80 120 115 65 —-
ЭЦВ10-120-115 120 135 65 —
ЭЦВ10-120-135 160 15 11 —
ЭЦВЮ-160-15 160 35 22 —
ЭЦВЮ-160-35 160 65 45 —
ЭЦВ10-160-65 30 200 45 Тульская рембаза треста Союзшахто-
АПТ30Х 200* осушение
30—70 50—130 35 Кишиневский электромеханический
10АПВМ-9Х5* 34—55 110—165 35 То же
. ЮАПВМ-9Х7* 50—90 105—160 45 Тульская рембаза треста Союзшахто-
АПТ60Х150* осушение
50—90 40—50 15 Нальчикский машиностроительный
12НА-9Х4* 63 360 90 —
ЭЦВ12-63-360 63 520 125 ——
ЭЦВ12-63-520 75—100 100—115 45 Тульская рембаза треста Союзшахто-
ПМНЛ 100X100* осушение
80—120 60—80 40
АЭНП-219-40/2 ПО—180 55—78 60 Бердянский механический
12СП-18ХП* 120 190 90 —
ЭЦВ12-120-190 170 270 125 ——
ЭЦВ12-120-270 у90 160 45—60 32 Нальчикский машиностроительный
12НА-22Х6* 12 150 33 28 Лебедянский машиностроительный
12НАХЗ* 150 44 40 То же
12НАХ4* 150 55 55 >
12НАХ5* 150 66 75 »
12А-18Х6* 150 77 75 »
12А-18Х7* 150 88 75 >
12А-18Х8* 160 65 45 —
ЭЦВ12-160-65 160 100 65 *—
ЭЦВ12-160-100 160 140 90 1—
ЭЦВ12-16О-14О 160 195 125
ЭЦВ12-160-195 200 30 29
ЭПНЛ-12-20ОХ30 216 25 22 —
ЭЦВ12-210-25 210 55 45 —
ЭЦВ12-210-55 210 85 65 —
ЭЦВ12-210-85 210 115 90 —
ЭЦВ12-210-115 210 145 125 1 "
ЭЦВ12-210-145 50—100 200—320 90 Тульская рембаза треста Союзшахто-
АПТ70Х 300* осушение
14 120 350 180 Я—"
ЭЦВ 14-120-350 120 540 250 —
ЭЦВ14-120-540 150 70 60 —
АЭНП-273-60/2 / —
Продолжение табл. У.51
Марка насоса Минимальный диаметр фильт- ровой колонны в дюймах (?, м'/ч Н, м Л1, кет Завод-изготовнтель
АПТ180Х120* 150—200 115—130 90 Тульская рембаза треста Союзшахто»
осушение
ЭЦВ14-160-280 160 280 180
ЭЦВ14-160-420 АТН14-1-3* 14 160 160—370 420 20—50 250 55 Кутаисский электромеханический
АТН14-1-6* 180—250 80—100 100 То же
ЭЦВ 14-200-300 200 300 250
АЭНП-273-80/2 200 80 80 •—
АТН14-1-4 260 60 75
ЭЦВ14-280-90 280 90 125 •—
16АП-14-23 90 615 250 н—
ЭЦВ16-210-440 210 440 350 •—
ЭЦВ16-210-640 210 640 500 —
ЭЦВ16-280-490 280 490 500 -—
ЭЦВ 16-360-180 * 360 180 350 Бердянский механический
ЭЦВ16-375-55 375 55 90 —
ЭЦВ16-375-115 16 375 115 180 —
ЭЦВ16-375-175 375 1/5 250
ЭЦВ 16-375-225 375 225 350 —
ЭЦВ 16-375-350 375 350 500 —
ЭЦВ16-500-45 500 45 90 —
ЭЦВ16-500-90 500 90 180 —
ЭЦВ16-500-190 500 190 350 —
ЭЦВ 16-500-285 500 285 500 —
ЭЦВ16-670-85 670 85 250 —
ЭЦВ16-670-205 670 <205 500 —
20А-18Х1 600 28 75 —
20А-18ХЗ у 20 600 85 230 —
24А-18Х1 24 1200 45 230 *—
* Марки насосов, подтвержденные заводами -изготовителями.
0. м31ч
Рис. У.34. Сводный график подач и напоров глубинных и погружных насосов
Таблица У.52
Технические данные легких иглофильтровых установок
Показатели Тип иглофильтровых установок^
ПВУ ВА ЛИУ-5
Производительность центро- бежного насоса в м3/ч . , Напор в м Высота всасывания (вакуум- метрическая) в ле ... . Мощность электродвигателя центробежного насоса в кет . , Число оборотов в 1 мин . . Тип вакуум-насоса .... Мощность электродвигателя вакуум-насоса в кет . . . Число оборотов в 1 мин . . Диаметр всасывающего кол- лектора в мм Расстояние между муфтами для подсоединения в мм Количество иглофильтров . . 280 28 7 55 1450 Рота- цион- ный * 1450 200 600 150 150 28—40 7,3 28 1450 КВН-8 22 1450 150—200 600 Комплек- туется по индивидуаль- ным проектам 120 40 8 20 1450 КВН-8 * 1450 150 750 100
* Привод от электродвигателя центробежного насоса.
6.4. БУРОВЫЕ СТАНКИ (табл. У.53 и У.54)
Таблица У.53
Технические данные наиболее употребительных типов
станков ударно-канатного бурения
Показатели Тип станка
УКС-22м УКС-ЗОм БУ-2 «Уралец»
Вес бурового снаряда в кг . 1300 2500 1300
Начальный диаметр в мм . 600 900 300
Высота подъема бурового
снаряда над забоем в мм:
наибольшая 1000 1000 1100
наименьшая ....... 250 500 450
Число ударов в 1 мин . . . 40—50 40—50 50
Грузоподъемность в кг бара-
банов:
инструментального . . . 2000 3000 2000
желоночного ..... 1300 2000 400
талевого 1500 3000 —
Высота мачты в м .... 14 16 П,2
Грузоподъемность мачты в т 12 25 1,5
Мощность двигателя в кет . 20 40 16,5
Диаметр рабочего каната
в мм , . - 21,5 26 19
Габаритные размеры с под-
нятой мачтой в м:
высота 13,75 16,5 12
длина 5,7 7,7 6
ширина 2,29 2,84 2,7
Вес станка с двигателем в т 7,6 12,7 Н.1
6.5. ТРУБЫ
При бурении используются трубы в соответствии
с ГОСТ 632—64 и ГОСТ 10704—63. Основные данные
по применению этих труб приводятся в табл. У.55.
Для горизонтального дренажа используются кера-
мические канализационные трубы по ГОСТ 286—64,
асбестоцементные водопроводные трубы по ГОСТ
539—65 и ГОСТ 1839—48, а также бетонные и железо-
бетонные трубы по ГОСТ 6482—63.
Для водоводов,' сбросных трубопроводов и сбор-
ных коллекторов употребляются стальные трубы по
ГОСТ 8732—58 и ГОСТ 10704—63.
7. НАБЛЮДЕНИЯ ЗА РАЗВИТИЕМ
водопонижения
7.1. ЗАДАЧИ НАБЛЮДЕНИИ И СОСТАВ РАБОТ
Основными целями работ по наблюдениям за раз-
витием водопонижения являются контроль за соответ-
ствием расчетных значений притоков и положений
уровней действительным, а также получение необхо-
димых исходных материалов для корректировки при-
нятых проектных решений.
Конкретные задачи наблюдений за развитием во-
допонижения: 1) уточнение гидрогеологических усло-
вий в районе водопонизительных работ; 2) изучение
характера развития депрессионной поверхности на от-
дельных этапах водопонизительных работ во всех во-
доносных горизонтах; 3) определение радиуса депрес-
сии за различные промежутки времени; 4) изучение
и уточнение фильтрационных свойств грунтов и уста-
новление характера изменения среднего значения ко-
эффициента фильтрации с развитием глубины депрес-
сионной воронки; 5) получение и уточнение данных
о влиянии различных водоемов и водотоков, а также
климатических факторов на характер развития депрес-
сии и размеры притоков подземных вод к дренажным
устройствам; 6) изучение и уточнение взаимосвязи от-
дельных водоносных горизонтов и источников их пи-
тания; 7) изучение химического состава и температур-
ного режима подземных вод и их изменений в процессе
водопонижения.
В зависимости от масштаба работ по водопони-
жению, их продолжительности и характера развития
во времени выполняются такие виды работ: 1) бурение
и оборудование наблюдательных скважин; 2) систе-
матические замеры уровней воды в наблюдательных
скважинах; 3) систематические замеры температуры
воды; 4) отбор проб воды на химические анализы
и производство самих анализов; 5) замеры расходов
водопонижающих устройств; 6) обработка и система-
тизация данных наблюдений.
7.2. РАЗМЕЩЕНИЕ НАБЛЮДАТЕЛЬНЫХ СКВАЖИН
Схема Сети наблюдательных скважин проектируется
с учетом геологических и гидрогеологических условий
района водопонизительных работ и защищаемых соору-
жений.
Наблюдательные скважины для изучения измене-
ния режима подземных вод в процессе водопониже-
ния располагаются главным образом по лучевым ли-
ниям, исходящим примерно из центра водопонижающей
установки. Лучи следует направлять: а) по потоку под-
земных вод; б) перпендикулярно потоку подземных
вод; в) по кратчайшему расстоянию к реке илй водое-
му; г) перпендикулярно линии дренажа (в случае ли-
нейного дренажа). .
Размещение скважин на лучах задается с учетом
формы предполагаемой депрессии: более частое их рас-
положение вблизи дренажных устройств с постепен-
ным разрежением по мере удаления от дренажа.
Таблица У.54
Технические данные станков вращательного бурения
Показа1ели Тип станка
АВБЗ- 100 м АВБ- 400 1УБВ- 300 БА- 40 м УРЕ- ЗАМ ЗИФ- 300 ЗИФ- 650А ЗИФ- 1200А БЭУ-1 УРБ-1с
Номинальная глубина бурения в м . . . Начальный диаметр бурения в мм . . . Диаметр бурильных труб в мм 100 200 60,3 400 241 89; 73; 60,3 650 400 101,6; 89 800 241,2 114,3 500 350 73; 60,3 300 131 50; 42 650 200 63,5; 50 1200 250 73; 60,3; 50 300 400 114,3 30 130
Диаметр проходного отверстия в мм: ротора * • • • • шпинделя Высота мачты вл» Грузоподъемность мачты в т ...... Тип грязевого насоса 76 8,8 1,25 НГ- 200/30 385 12,4 12 НГ- 200/30 400 20 25 9 ГР 335 19,2 40 ЗЦН 250 16 5 54 ЗИФ-Р 68 -200/40 78 410 17,1 20 9ГР —
Давление на нагнетательном патрубке на- . соса в кгс/см2 . 30 30 80 80 4( 29 —
Размеры установки в транспортном поло- жении в мм: длина ширина высота 8800 2250 3400 12 400 3 350 4 100 — 10 700 2 760 3 500 1705 1056 1480 3130 1360 1760 6985 3250 2385 11 700 3 200 3 640 1750 1200
Вес установки в т 6,8 14,8 22,85 47,3 6,85 (без авто- маши- ны) 3,25 (б 4,785 ез вышки 6,9 ) 21,67 0,5
Само- ходом Нг прицепах Само- ходом Стационарные На при- цепе На са- лазках
Таблица У.55
Рекомендуемые диаметры буровых наконечников
Наружный диаметр Диаметр наконечников при бурении Нормативный документ
труб муфты в мм вращатель- ном в мм ударно-канатном при посадке труб
в дюймах В мм последующей одновременной
в дюймах | в мм в дюймах в мм
47г 5 59/1в 57* 674 б78 77в 87в 978 Ю3/, 113/4 123/» 133/4 1471 163/. 16 18 20 24 28 32 114 127 141 146 159 168 194 219 245 273 299 325 351 377 426 426 478 529 630 720 820 133 147 166 166 179 188 216 243 269 298 325 351 376 402 451 190 190 214 214 214 243 269 295 320 346 370 394 394 445 490 490 540 590 640 77. 73/. 77. 77. 73/4 93Д 93/4 пз/. П3/4 133/4 133/4 153/4 153/4 173/4 197. 193/4 197. 233/4 273/. 317. ззу. 198 198 198 198 198 248 278 298 298 345 345 395 395 445 495 495 495 595 695 795 850 •—1 СО <© -ч! СП СП СО •—1 <© С© -ч! -ч! СП СИ . .... 148 148 198 198 248 248 298 298 345 395 395 445 495 595 695 795 ГОСТ 632—64 ГОСТ 10704—63 (стальные электро- сварные трубы)
При наличии на площадке нескольких водоносных
горизонтов для каждого из них устраиваются наблю-
дательные скважины.
7.3. ПРОИЗВОДСТВО ЗАМЕРОВ И ОТБОР ПРОБ
Частота производства замеров уровней устанав-
ливается в зависимости от режима водоносного гори-
зонта, амплитуды колебаний уровней воды и постав-
ленных задач наблюдений.
Количество и частота отбора проб воды на хими-
ческий анализ устанавливаются в зависимости от по-
ставленных задач наблюдений. Обычно отбор проб
производится по сезонам года. В случае изучения влия-
ния водоемов или других поверхностных источников
пробы отбираются в наиболее характерные периоды
развития дренажных работ.
Измерение температуры воды производится отно-
сительно редко (4—б раз в году) с учетом характера
изучаемых факторов, влияющих на температуру под-
земных вод.
7.4. НАБЛЮДЕНИЯ ЗА РАСХОДАМИ ВОДОПОНИЖАЮЩИХ
УСТАНОВОК
Замеры расходов могут быть индивидуальными,
когда замеряется расход у каждой скважины или
у каждого насоса, и групповыми, когда замеряется
расход всей установки в целом или отдельных ее ча-
стей.
Для измерения расходов используются следующие
приспособления: а) стандартные водомеры различных
конструкций; б) тарированные концевые диафрагмы,
устанавливаемые на сливных трубопроводах; в) мерные
резервуары с замером времени их наполнения по се-
кундомеру; г) треугольные и трапецеидальные водо-
сливы, сооружаемые в сбросных лотках.
7.5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ НАБЛЮДЕНИЙ
Обработка данных, полученных в процессе наблю-
дений, сводится к следующим работам:
1) систематизация данных наблюдений;
2) составление карт гидроизогипс, составление гра-
фиков расходов и уровней;
3) построение гидрогеологических разрезов с на-
несением линий депрессий;
4) составление графиков минерализации подземных
вод;
5) сравнение полученных результатов с проектными
данными;
6) расчеты осредненного коэффициента фильтра-
ции, коэффициента пьезопроводности, осредненного
коэффициента водоотдачи (расчеты указанных величин
производятся по формулам, приведенным в п. 4 дан-
ного раздела);
7) сравнение расчетных величин &ф,р.в и а, полу-
ченных в результате обработки натурных данных, с ве-
личинами, принятыми при проектировании.
На основании данных обработки материалов на-
блюдений делается оценка правильности принятых
проектных решений, и в случае необходимости в проект
вносятся коррективы.
ЛИТЕРАТУРА
Абрамов С. К. Подземные дренажи в промышленном
и городском строительстве. Госстройиздат, 1960.
Веригин Н. Н. Методическое пособие по расчетам экс-
плуатационных запасов подземных вод. Госстройиздат, 1960.
Воробков Л. Н., Гаврилко В. М. н др. Водопо-
нижение в гидротехническом строительстве. Госстройиздат, 1960.
Гаврилко В. М. Фильтры водозаборных, водопонизи-
тельных и гидрогеологических скважин. Госстройиздат, 1961.
Киселев П. Г. Справочник по гидравлическим расче-
там. Госэнергонздат, 1957.
Понижение уровня грунтовых вод легкими иглофильтровы-
ми установками и эжекторными иглофильтрами НИИОСП. Гос-
стройиздат, 1958.
Романов А. В. Приток воды к водозаборам подземных
вод и дренам. В сб. ВНИИ Водгео «Вопросы фильтрационных
расчетов гидротехнических сооружений». Госстройиздат, 1952.
СНиП П-М.4-62. Подземные гврные выработки предприятий
по добыче полезных ископаемых. Нормы проектирования. Строй-
издат, 1963.
Справочник гидрогеолога. Госгеолтехиздат, 1962.
Справочник по гидротехнике. Госстройиздат, 1955.
Справочник по специальным работам. Проектирование и со-
оружение скважин для водоснабжения. Госстройиздат, 1960.
Справочник-руководство гидрогеолога. Гослитиздат, 1959.
Справочник проектировщика промышленных, жилых и об-
щественных зданий и сооружений. Основания и фундаменты.
Колл. авт. под ред. М. И. Горбунова-Посадова. Стройиз-
дат, М.— Л., 1964.
Троянский С. В., Белицкий А. С., Ч е к и н А. И.
Гидрогеология и осушение месторождений полезных ископаемых.
Углетехнздат, 1956.
Трофименков Ю. Г. Расчет водозаборных скважин
с учетом промежутка высачиванйя. В сб.: «Опыт искусствен-
ного понижения уровня грунтовых вод на строительстве гидро-
электростанций». Госэнергонздат, 1956.
Указания по глубинному вакуумированию скважин и грунта
при водопонижении. АСиА СССР, НИИОСП Госстройиз-
дат, 1961.
РАЗДЕЛ VI
УПЛОТНЕНИЕ И ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Выбор метода уплотнения или закрепления грунтов
зависит от грунтовых условий, величины возможной
просадки основания, сложенного просадочными грун-
тами, характера и назначения проектируемых (или
существующих) зданий и сооружений, наличия обору-
дования и других необходимых ресурсов для производ-
ства работ (химических материалов, топлива), а также
от результатов сравнения технико-экономических пока-
зателей. Рекомендации по применению различных ме-
тодов уплотнения грунтов (тяжелыми трамбовками,
грунтовыми подушками, грунтовыми сваями) и мето-
дов закрепления грунтов (силикатизацией, термическим
закреплением) приведены в табл. VI.!.
Таблица VI.!
Условия применения различных методов
уплотнения и закрепления грунтов
Назначение мероприятий по уплотнению и закреплению грунтов Рекомендуемые методы уплотнения и (закрепления грунтов
Ликвидация просадочных свойств грунтов: частично (не иа полную мощность) на полную мощность (до 15 м) Частичная и полная замена про- садочных и слабых грунтов Уплотнение обратной засыпкн котлованов; в стесненных условиях (па» зухи) при широком фронте работ Уменьшение водопроницаемости грунта: в горизонтальных прослоях и в вертикальных прослоях при незначительной глуби- не в вертикальных прослоях при глубине до 15 м Упрочнение основания фунда- ментов существующих зданий и сооружений: сложенного лёссовыми проса- дочными грунтами сложенного слабыми песча- ными грунтами Тяжелыми трамбовками, грунтовыми подушками Тяжелыми трамбовками или грунтовыми подуш- ками в зависимости от мощности, грунтовыми сваями, силикатизацией, термическим, закрепле- нием ; Грунтовыми подушками Тяжелыми трамбовками Тяжелыми трамбовками, грунтовыми подушками То же Грунтовыми сваями, си- ликатизацией Силикатизацией, термиче- ским закреплением Силикатизацией
2. ПОВЕРХНОСТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ
ТЯЖЕЛЫМИ ТРАМБОВКАМИ
И УСТРОЙСТВО ГРУНТОВОЙ подушки
2.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Для составления проекта уплотнения грунтов осно-
вания тяжелыми трамбовками или устройства грунто-
вых подушек необходимы следующие исходные данные:
а) план застраиваемого участка с указанием располо-
жения возводимых сооружений и геологических выра-
боток (скважин, шурфов); б) геологические разрезы,
результаты испытаний грунтов, слагающих площадку,
с описанием их физико-механических характеристик
(влажность, объемный вес, пористость, пластичность,
просадочность), уровни подземных вод; в) план фун-
даментов зданий и сооружений, их поперечные разрезы
с указанием глубин заложения фундаментов и их кон-
струкций, чертежи полов на нулевой отметке (или по-
лов подвалов); г) величины действующих иа фунда-
мент нагрузок; д) сведения о технических ресурсах,
имеющихся на строительном участке (краны, бульдо-
зеры, экскаваторы, катки для уплотнения грунта, трам-
бовки) .
2.2. СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА
Проект уплотнения грунтов основания тяжелыми
трамбовками или устройства грунтовых подушек дол-
жен содержать следующие материалы и сведения: 1) ис-
пользованные в проекте исходные данные, характери-
зующие грунтовые условия площадки; 2) план и разре-
зы фундаментов (полов) зданий или сооружений, под
которыми выполняется поверхностное трамбование или
грунтовая подушка, с указанием площади и глубины
уплотняемой зоны или грунтовой подушки с привязкой
к высотным отметкам здания или сооружения; 3) ве-
личину недобора грунта до проектной отметки при уп-
лотнении тяжелыми трамбовками; 4) рекомендуемый
вид грунта для устройства грунтовой подушки, требуе-
мую плотность грунта грунтовой подушки (объемный
вес скелета) или плотность грунта на нижней границе
уплотнения при уплотнении, тяжелыми трамбовками,
нормативное давление на уплотненный грунт или грун-
товую подушку; 5) значение оптимальной влажности
уплотняемого грунта и количество воды на 1 м3 грунта
при его доувлажнении до оптимальной влажности;
6) потребные оборудование или механизмы для произ-
водства работ по уплотнению грунта, толщину уплот-
няемых слоев, количество проходов катков (или других
уплотняющих машин) или количество ударов трамбов-
ки по одному следу, тип трамбовки (с приложением
чертежей) и высоту ее подъема при трамбовании;
7) метод контроля за качеством работ и необходимый
объем опытных работ; 8) ведомость объемов работ
и экономические показатели (сметы).
2.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ
ПО УПЛОТНЕНИЮ ГРУНТОВ
ТЯЖЕЛЫМИ ТРАМБОВКАМИ
Схема производства работ по доувлажнению грунта.
При составлении этой схемы необходимо указать на
плане участки-карты для залива водой и очередность
работ на них по увлажнению, выдержке и трамбова-
нию, а также систему обвалования и сеть водопровода
(рис. VI.!). К схеме прикладываются основные указа-
Рис. VI.1. Примерная схема производства работ по до-
увлажнению грунта
/ — трубопровод диаметром 100 мм; 2—залив участка водой;
3 — суточная выдержка залитого водой участка; 4 — трамбова-
ние участка, ранее залитого водей; 5 — обвалование; 6 — за-
движка; 7—шланг диаметром 100 мм, длиной 30 м;
1—ХП— участки работ
ния по производству работ (количество воды и время,
необходимые для доувлажнения грунта, средний рас-
ход воды в трубопроводе, размеры заливаемых участ-
ков-карт1)» указания по привязке проекта, потребность
в материально-технических ресурсах (трубы водопро-
водные, рукава резино-тканевые, брандспойт).
Схема производства работ по улучшению основания
в случае наличия переувлажненного грунта. При этой
схеме предусматривается проведение опытных работ по
уплотнению и испытанию грунта пробными нагрузками
с целью установления возможности и эффективности
уплотнения. Состав опытных работ должен соответст-
вовать составу контрольных работ (см. п. 2.6 данного
1 Примерно 200—300 ж2.
раздела). В случае невозможности использования пере-
увлажненного грунта проектируется выемка его экскава-
тором (применяется драглайн или обратная лопата)
на глубину, соответствующую толщине заменяемого
слоя грунта, засыпка выемки грунтом с оптимальной
влажностью (автосамосвалы) и разравнивание его
(бульдозер), трамбование, осуществляемое послойно
с толщиной слоев до 1 м (кран-экскаватор, трамбовка
весом 1,5 т).
Разрез
Рис. У1.2. Примерная схема производства работ
по уплотнению грунта трамбованием в широких кот-
лованах
/ — железобетонная трамбовка весом 1,5 т; 2 — уплотненный
грунт; 3 — проектная глубина уплотнения; 4 — величина не-
добора, устанавливаемая опытным путем (от 0,25 до 0,5 м);
5 — оси движения экскаватора; 6 — центры стоянки экска-
ватора; 7— перекрытие полос на 0,1 м
Схема производства трамбования. Эта схема раз-
рабатывается в зависимости от назначения и условий
работ: при работе в широких котлованах или при под-
готовке основания под полы схема аналогична пока-
занной на рис. У1.2, при уплотнении грунта в траншеях
схема аналогична показанной на рис. VI.3.
Для выполнения работ предусматривается кран
или экскаватор в крановом исполнении с вылетом стре-
лы 8—12 м и трамбовка, вес и размер которой опре-
деляются расчетом. Грузоподъемность выбранного
механизма при необходимом вылете стрелы должна
превышать вес трамбовки в 1,5—2 раза.
Трамбуемый участок широкого котлована пли пло-
щадки под полы разбивается на полосы шириной при-
мерно 10 м, а дно траншеи — на две продольные
полосы.
Схема трамбования грунта в пазухах (рис. У1.4).
Уплотнение грунта производят тяжелой свободно па-
дающей трамбовкой и механической трамбовкой. По-
следней уплотняют грунт на участках, непосредственно
примыкающих к фундаменту.
Рис. VI. 3. Примерная схема производства работ
по уплотнению грунта трамбованием в траншеях
/ — железобетонная трамбовка весом 1,5 т; 2 — ось пре-
дыдущих проходок экскаватора; 3 — уплотненный грунт;
4 — проектная глубина уплотнения; 5 — величина недо-
бора, устанавливаемая опытным путем (0,25—0,5 м);
6 — направление рабочего хода и ось движения экскава-
тора; 7 — центр стоянки экскаватора
В пояснениях к схеме указываются величина недо-
бора, толщина уплотняемого слоя, количество ударов
по одному следу и порядок ударов, величина отказа,
требуемый объемный вес скелета грунта на заданных
отметках, а также материально-технические ресурсы.
Порядок ударов принимают следующим: при каждом
положении стрелы производится не более двух ударов
подряд (в один след), таким путем производят трам-
бование в ряду, после чего переходят к следующему
ряду и т. д. При повторных циклах трамбование про-
изводят со смещением следов (примерно на половину
диаметра трамбовки). В результате осуществления не-
скольких циклов на каждый участок грунта приходится
заданное количество ударов.
План
Рис. VI.4. Примерная схема производства работ по
уплотнению грунта трамбованием в пазухах
•1—слой грунта толщиной не более 1 м в рыхлом состоянии;
2— участки уплотнения трамбовками И-131; 3 — ось проходки
экскаватора; 4 — слои грунта, уплотняемого тяжелыми трамбов-
ками; 5 — слои грунта, уплотняемого трамбовками И-131;
6—уплотненный грунт основания; 7 — подсыпаемый слой грун-
та толщиной 1 м; 8 — стоянки экскаватора; 9— участок уплотне-
ния тяжелыми трамбовками; I—IV—позиции экскаватора
Уплотнение производят слоями; толщина слоев на
участках грунта, уплотняемого свободно падающей
трамбовкой, должна быть не более 1 м, толщина слоев
на участках грунта, уплотняемого механической трам-
бовкой, должна быть в пределах 15—2'0 см.
В остальном эта схема по своему содержанию ана-
логична предыдущим (см. рис. VI.2 и У1.3).
2.4. ГРУНТОВЫЕ ПОДУШКИ
Грунтовые подушки, устраиваемые путем послой-
ной укладки грунта с уплотнением, применяются как
для ликвидации просадочных свойств лёссовых грунтов
в пределах верхнего, наиболее напряженного слоя, так
и для частичной или полной замены слабых грунтов ос-
нования сооружений.
Толщина уплотняемого слоя, необходимого для
ликвидации или уменьшения просадочных свойств грун-
тов, принимается в зависимости от глубины НЛ зоны
грунта, деформируемой от нагрузки фундамента при
замачивании. Глубина приближенно определяется
по формуле:
НД = кгЬсм, (VI.!)
где — коэффициент, учитывающий характер распре-
деления просадки грунта от нагрузки фунда-
мента в вертикальном направлении (прини-
мается по табл. У1.2);
Ь — ширина фундамента в см.
Таблица У1.2
Значения коэффициента кх в формуле (VI.!)
Фундамент Значения к^ при давлении на грунт в кгс/см?
1.5 2 2.5 3
Квадратный ...... 1 1.3 1.5 1.7
Ленточный 1.2 1.7 2,1 2,4
Для сооружений, чувствительных к неравномер-
ным осадкам, толщина уплотняемого слоя или грунто-
вой подушки принимается равной глубине деформируе-
мой зоны грунта (при замачивании), но не менее 1,5 ж.
Если толща просадочного грунта меньше деформируе-
мой зоны, толщина грунтовой подушки принимается
равной просадочной толще.
Толщина грунтовой подушки для замены слабого
непросадочного грунта назначается в зависимости от
мощности слоя этого грунта и его несущей способности.
При незначительной мощности слабого грунта под по-
дошвой фундамента и залегании под ним грунта с более
высокой несущей способностью целесообразно (при
технико-экономическом обосновании) слабый грунт пол-
ностью заменить (прорезать) грунтовой подушкой.
В случае невозможности (по технико-экономическим
причинам) прорезки всего слоя слабого грунта приме-
няется частичная его замена грунтовой (песчаной) по-
душкой, толщина которой в этом случае определяется
из условия, чтобы полное давление на кровлю слабого
грунта не превышало нормативного давления на
этот грунт, т. е.
Рг = 7Лп + ар < 7?н, (VI.2)
где у—объемный вес материала подушки в тсДи3;
Лп—толщина подушки в м\
а — коэффициент изменения (рассеивания) давле-
ния в грунте, учитывающий форму подошвы
фундамента (принимается по табл. У1.3, где
ги=2г/Ь — отношение толщины г заменяемого
слоя слабого грунта к половине ширины подош-
вы фундамента 6/2);
р—давление под подошвой фундамента в тсДи2.
При расчете основания по деформациям толщина
подушки определяется величиной допустимой осадки
сооружения в результате осадок грунта основания (по-
душки и подстилающего слоя).
Нормативные давления на уплотненные грунты
в подушках устанавливаются такие же, как и для грун-
тов естественного сложения в соответствии со значе-
ниями их влажности, пористости, угла внутреннего тре-
ния и сцепления и глубины их заложения по
СНиП П-Б.1-62.
Модуль деформации грунтов в подушках или грун-
тов, уплотненных тяжелыми трамбовками, определяет-
ся испытанием штампами в полевых условиях.
Нормативное давление на основание /?н и осадки
основания определяются в соответствии со СНиП 11-Б.
1-62.
Размеры в плане уплотняемой зоны или грунтовых
подушек назначаются в зависимости от размеров фун-
даментов, их конструкции в плане, принятого давления
на грунт, целевого назначения грунтовых подушек
и удобства производства земляных работ (во всех слу-
чаях уплотненная зона грунта основания должна вы-
ступать за пределы фундамента не менее 0,2 м для гли-
нистых грунтов и не менее 0,3 м для грунтов песчаных
и насыпных).
При устройстве подушек с целью ликвидации про-
садочных свойств грунтов в наиболее напряженной зо-
не основания фундамента ширина подушки понизу Вп
определяется по приближенной формуле:
ва =6(1 4-2^2) см, (VI.3)
где 6— ширина подошвы фундамента в см\
к2— коэффициент, учитывающий характер распре-
деления горизонтальных деформаций в осно-
вании фундаментов при просадке грунта (при-
Таблица У1.3
Значения коэффициента а в формуле (У1.2)
т Значения а для фундаментов ленточ- ных (п> 10)
круглых прямоугольных с отношением сторон п
1 1 Ь2 1 ’>4 | 1.6 | 1,8 1 2 | 2,4 2,8 3,2 4 5
0,1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1
0,4 0,949 0,96 0,968 0,972 0,974 0,975 0,976 0,976 0,977 0,977 0,977 0,977 0,977
0,8 0,756 0,8 0,83 0,848 0,859 0,866 0,87 0,875 0,878 0,879 0,88 0,881 0,881
1,2 0,547 0,606 0,652 0,682 0,703 0,717 0,727 0,74 0,746 0,749 0,753 0,754 0,755
1,6 0,39 0,449 0,496 0,532 0,558 0,578 0,593 0,612 0,623 0,63 0,636 0,639 0,642
2 0,285 0,336 0,379 0,414 0,441 0,463 0,481 0,505 0,52 0,529 0,54 0,545 0,55
2,4 0,214 0,257 0,294 0,325 0,352 0,374 0,392 0,419 0,437 0,449 0,462 0,47 0,477
2,8 0,165 0,201 0,232 0,26 0,284 0,304 0,321 0,35 0,369 0,383 0,4 0,41 0,42
3,2 0,13 0,16 0,187 0,21 0,232 0,251 0,267 0,294 0,314 0,329 0,348 0,36 0,374
3,6 0,106 0,13 0,153 0,173 0,192 0,209 0,224 0,25 0,27 0,285 0,305 0,32 0,337
4 0,087 0,108 0,127 0,145 0,161 0,176 0,19 0,214 0,233 0,248 0,27 0,285 0,306
Таблица VI.4
Величины горизонтальных напряжений вд, выраженных в долях интенсивности
равномерно распределенной нагрузки р=1 кгс/см2
р (п 1 1 \
Пу = — —- Р1 — -7- 51П 2 Р1 — р Ч- — 81П 2 р
Л \ 4 4 /
г/6 Значения при отношении у/Ь
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 | 1 | 1,1 1.2 1.3 I 1.4 1.5
0 0,5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0,25 0,35 0,35 0,3 0,26 0,21 0,17 0,13 0,11 0,1 0,09 0,07
0,5 0,23 0,24 0,25 0,24 0,23 0,21 0,19 0,17 0,16 0,14 0,12
0,75 0,14 0,17 0,18 0,19 0,2 0,22 0,18 0,17 0,16 0,15 0,14
I 0,09 0,11 0,11 0,12 0,14 0,15 0,14 0,15 0,15 0,14 0,14
1,25 0,06 0,07 0,09 0,1 0,11 0,11 0,11 0,12 0,12 0,12 0,12
1,5 0,04 0,05 0,06 0,06 0,07 0,08 0,08 0,09 0,09 0,1 0,1
1,75 0,03 0,03 0,04 0,05 0,06 0,06 0,07 0,07 0,08 0,09 0,09
2 0,02 0,03 0,04 0,05 0,05 0,06 0,06 0,06 0,06 0,07 0,07
3 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,03 0,03 0,03
нимается равным 0,3 при р в пределах
1,5—2 кгс/см2 и равным 0,35 при р в преде-
лах 2,5—3 кгс/см2).
В зданиях и сооружениях, оборудованных водо-
проводом и канализацией и чувствительных к неравно-
мерным осадкам (просадкам), а также в зданиях
с мокрым технологическим процессом (бани, прачеч-
ные, душевые и т. п.) с целью создания сплошного во-
донепроницаемого экрана грунтовые подушки должны
устраиваться в пределах фундамента всего здания или
сооружения.
Размеры грунтовых подушек назначаются исходя
из условия отвода аварийных вод за пределы деформи-
руемой зоны грунта в основании фундаментов и долж-
ны превышать ширину фундаментов не менее чем
на 1 м.
При устройстве подушек в сильно и неравномерно
сжимаемых грунтах (насыпные грунты, а также про-
садочные при замачивании) ширину подушек или уп-
лотненной зоны следует принимать из условия исклю-
чения их бокового расширения.
Горизонтальные напряжения ау от вертикальной
нагрузки, передаваемой фундаментом на неуплотнен-
ный грунт, в любой точке основания не должны превы-
шать предельно допустимых для них величин <7. Вели-
чина <7 для каждого вида грунта определяется на
основании его физико-механических характеристик.
Практически при различии модулей сжимаемости уп-
лотненного и неуплотненного грунта в 1,5—4 раза эта
величина может быть определена в зависимости от нор-
мативного давления на неуплотненный грунт по фор-
муле
Я = кзН, (VI.4)
где кз — коэффициент бокового давления грунта есте-
ственного залегания, принимаемый по опыт-
ным данным равным 0,35—0,41 для песков,
0,5—0,7 для суглинков и 0,7—0,74 для глин
(для расчетов рекомендуется принимать к3
равным 0,35 для песчаных грунтов и 0,5 для
глинистых).
Горизонтальные напряжения оу в любой точке ос-
нования при равномерно распределенной нагрузке до-
пускается определять с упрощением, принимая распре-
деление горизонтальных напряжений под отдельно
стоящими фундаментами таким же, как под ленточны-
ми (табл. VI.4).
Грунт для устройства подушек выбирается в зави-
симости от местных грунтовых условий и назначения
подушек.
При устройстве подушек с целью ликвидации про-
садочных свойств грунтов или создания водонепро-
ницаемого экрана рекомендуется применять лёссовид-
ные суглинки или лёссы. Применять дренирующие мате-
риалы (песок, шлак и др.) для устройства подушек на
просадочных грунтах допускается только на площадках
с I типом грунтовых условий при учете технико-эконо-
мической целесообразности.
При устройстве подушек с целью прорезки слабых
грунтов в основаниях сооружений применяются пески
крупные и средней крупности. В исключительных слу-
чаях, при отсутствии в районе строительства таких
песков, на основании местного опыта строительства
допускается применение мелких песков. При этом нор-
мативные характеристики следует принимать как для
мелких песков средней плотности.
При устройстве подушек из глинистых грунтов по-
следние должны быть однородными и иметь оптималь-
ную влажность Й7О, значение которой принимается в за-
висимости от метода уплотнения:
при уплотнении грунта в подушках тяжелыми
трамбовками
№о = №р-(1->3)%; (VI. 5)
при уплотнении грунта в подушках укаткой
Й7О —Й7р, ^1.6)
где Й7р—влажность на границе раскатывания.
Количество воды в .и3, необходимое для увлажне-
ния 1 м3 грунта с целью придания ему оптимальной
влажности, определяется по формуле
(у17)
юо
где Уск — объемный вес скелета в тс/м3-,
IV — весовая влажность в естественном состоянии;
у®—удельный вес воды, принимаемый равным
1 тс/м3-,
V — объем грунта, принимаемый равным 1 м3.
Возможное уменьшение влажности грунта до его
укладки в подушку вследствие испарения учитывается
при вычислении потребного количества воды путем уве-
личения влажности выше оптимальной на 2—3%.
2.5. ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО УПЛОТНЕНИЯ
И УСТРОЙСТВА ГРУНТОВЫХ ПОДУШЕК
При выборе грунтоуплотняющего оборудования
(табл. VI.5) следует учитывать, что при большом объе-
ме работ и достаточном фронте для маневрирования
машин и механизмов целесообразно применять катки,
имеющие наибольшую производительность. Для уплот-
нения грунтов в стесненных условиях (обратная засып-
ка котлованов, траншей и т. п.) целесообразно приме-
нять тяжелые трамбовки, трамбующие машины и другие
малогабаритные механизмы.
Таблица VI.5
Технические показатели работы
грунтоуплотняющих машин
Машины и механизмы Сменная произво- дитель- ность (ориенти- ровочная) в м3 Толщина уплот- няемого слоя Н в м Пот- ребная мощ- ность в л, с.
Тяжелые трамбовки весом 2—3 т, диаметром 1,4 м . . Трамбующие машины Д-471 ЦНИИС-РРМЗ . , . . , 200—300 1-2
2200 1 100
Прицепной кулачковый ка- ток Л-1006 весом 5т... 460 0,25 54
Самоходный каток Д-365 ве- сом 17,5 т 350 0,2 100
Прицепной каток Д-263 ве- сом 2,5 т 530 0,25 80
Скреперы-катки . .- г , . 500 0,2—0,25 —
Самоходный каток с гладки- ми вальцами Д-211 весом Ют 190 0,2 40
То же, Д-400 весом 11—15 т 210 0,2 40
Тракторы-бульдозеры . . . 300 0,2 80
Пневматическая трамбовка И-157 . . . 90 0,2 —
При уплотнении грунтов тяжелыми трамбовками
необходимо, как правило, применять краны на базе
тракторов ДТ-75, С-80, С-100 или трубоукладчики,
и для небольших объемов работ можно допускать ис-
пользование экскаваторов или автомобильных кранов.
2.6. СОСТАВ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
В целях получения материалов, уточняющих проект-
ные решения по уплотнению грунта, а также для конт-
роля за эффективностью уплотнения до начала произ-
водства работ выполняется опытное уплотнение грунта.
В его задачу входит: а) уточнение толщины уплотнен-
ного слоя грунта при использовании выбранного обо-
рудования; б) уточнение величины отказа; в) установ-
ление необходимого количества ударов для уплотнения
до отказа; г) — установление необходимого количества
проходов катка или ударов трамбовкой по одному сле-
ду для получения требуемой плотности; д) определение
значения оптимальной влажности для имеющихся видов
грунтов.
Размеры опытного участка для каждой разновид-
ности грунтов и влажности принимают равными 2X6 м
при уплотнении грунтов трамбованием и 6X12 м при
уплотнении грунтов укаткой.
Рис. VI.5. Площадка проведения опытно-контрольных
работ
1 — скважина диаметром 100 мм, глубиной 2 м для отбора
образцов с целью определения влажности перед трамбова-
нием; 2— шурф для отбора образцов грунта с естественным
сложением; 3 — шурф для отбора образцов уплотненного
грунта; 4 — места отбора образцов
Опытное уплотнение производят при трех значениях
влажности грунтов: = ^2=1,2 и №3 = 0,81^0»
где Й7О — оптимальная влажность грунта; при трех зна-
чениях толщины слоев: НХ = Н, А2=1,2Д и А3 = 0,8Д, где
Н—ориентировочная величина уплотняемого слоя грун-
та, принимаемая по табл. VI.5; при трех вариантах уда-
ра трамбовки по одному следу: 8, 10 и 12 или при трех
вариантах проходов катков по одному следу: 6, 8 и 10.
Для контроля за качеством уплотнения в шурфах
через 50 см по глубине отбирается по нескольку образ-
цов (но не менее двух проб). Обязателен отбор проб
в пределах верхней и нижней зон уплотненного слоя. По
образцам определяют объемный вес и влажность уплот-
ненного грунта.
Местоположение шурфов должно обеспечивать взя-
тие монолитов как уплотненного, так и неуплотненного
массивов (рис. У1.5).
По результатам опытного уплотнения строятся гра-
фики зависимости плотности грунта от влажности
Уск^Дй7) при различных количествах ударов трамбов-
ки или проходов катков для разных толщин уплотняе-
мых слоев. На каждом графике проводится горизон-
тальная линия с ординатой, равной проектной плот-
ности грунта у^к, . Участки кривых, расположенные
выше этой линии, указывают, при каком количестве
проходов уплотняющего механизма и при какой влаж-
ности грунта при данной толщине слоя может быть до-
стигнута проектная плотность грунта.
Для наблюдения за понижением поверхности грун-
та при уплотнении тяжелыми трамбовками пользуются
металлическими штырями диаметром 20—25 мм, длиной
250—400 мм, забиваемыми заподлицо с поверхностью
уплотняемого грунта. После забивки штырей и ниве-
лирования их относительно неподвижного репера про-
изводят последовательное трамбование .грунта до от-
каза по всему опытному котловану. Трамбование ве-
О 2 4 6 3 10 12
50
$ 100
150
$ § 200
* | 250
& Ч 500
ч С
350
* 400
Рис. VI.6. Графики понижения трамбуемой
поверхности
а — график зависимости общего понижения трам-
буемой поверхности от числа ударов; б — график
приращения величины понижения трамбуемой
поверхности от каждых двух (нли одного) ударов
2.7. ПРИМЕР РАСЧЕТА
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
ПОВЕРХНОСТНОГО УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА
ТЯЖЕЛЫМИ ТРАМБОВКАМИ
И ГРУНТОВЫХ ПОДУШЕК
Исходные данные. Ширина подошвы фундамента
А = 1,6 м. Отношение длины фундамента к его ширине п. более
10 (ленточный фундамент). Нагрузка на грунты под фундамен-
том 2 кгс!смг. Фундамент заглублен в грунт на 1,6 м. Грунты
основания — лёссовидные суглинки, относящиеся по просадоч-
ности к I типу; 7СК=1,65 тс/м3-, №'=10%.
Задание. Требуется определить размеры грунтовой по-
душки или уплотненного слоя, необходимые для устранения
возможной просадки грунта от нагрузки фундамента при за-
мачивании.
Расчет. Толщину грунтовой подушки или уплотненного
слоя принимаем равной глубине деформируемой зоны. Глубину
деформируемой зоны определяем по формуле (VI.1):
Я = 1,7-160 = 272 см.
Выбор того или иного метода уплотнения грунта опреде-
ляется как имеющимся обрудованием, так н сравнением техни-
ко-экономических показателей.
Ширину грунтовой подушкн определяем по формуле (УГЗ):
Вп = 160 (1 -ф 2 0,3) = 256 см.
Для^ устройства подушки используем местный грунт — лёс-
совидный суглинок с естественной влажностью 10%; влажность
на границе раскатывания равна 16%. Оптимальная влажность
данного грунта для возможности его уплотнения тяжелыми
трамбовками должна быть равна [см. формулу (VI.5)]:
= Я7р — 1 % = 16 — 1 = 15%,
а для возможности его уплотнения укаткой [см. формулу
(VI.6)] - 16%.
Ввиду значительной мощности уплотняемой толщи в данном
случае необходимо выполнять уплотнение грунта послойно тя-
желыми трамбовками. При этом нижний слой можно уплот-
нять в естественном залегании, а верхний слой с последующей
подсыпкой.
При отсутствии тяжелых трамбовок и наличии катков
уплотнение можно вести послойной укаткой.
Необходимое количество воды для доувлажнения 1 м3 грун-
та до оптимальной влажности определяется по формуле (У1.7):
. 1,65(15—10)
Ав —-------------— 0,082 м3 = 82 л на 1 м3 грунта.
Затем по формуле (VI.2) находится толщина подушки, а по
формуле (У1.4) — горизонтальное давление на боковых ее гра-
нях (на границе сопряжения подушки с грунтом естественного
залегания или насыпи). На основании полученных результатов
с учетом характеристики грунтов естественного залегания уточ-
няются размеры грунтовой подушки.
дется до момента, когда понижение головок штырей от
последних двух ударов будет оставаться практически
неизменным. По результатам нивелирования в процес-
се понижения поверхности дна опытного котлована вы-
черчиваются два графика (рис. VI.6). По графику
рис. VI.6, б устанавливается точка перехода кривой по-
нижения от каждого одного или двух ударов в прямую,
параллельную оси абсцисс, что характеризует до-
стижение трамбуемым грунтом уплотнения до от-
каза. Число ударов, соответствующее точке перехода
кривой в прямую (точке уплотнения до отказа), при-
нимается минимально необходимым для производства
работ.
Средняя величина понижения трамбуемой поверх-
ности при уплотнении до отказа, полученная по графи-
ку рис. VI.6, а, принимается за необходимую величину
недобора до проектной отметки при разработке котло-
вана или траншеи под фундамент.
При уплотнении грунта в производственных усло-
виях контроль за качеством выполненных работ про-
изводится в соответствии с «Указаниями по устройст-
ву подушек и обратных засыпок котлованов на проса-
дочных грунтах».
3. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ
МЕТОДОМ СИЛИКАТИЗАЦИИ
3.1. УСЛОВИЯ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ СИЛИКАТИЗАЦИИ ГРУНТОВ
Метод силикатизации осуществляется путем нагне-
тания в грунт специальных растворов с целью повы-
шения несущей способности или ликвидации просадоч-
ных свойств грунтов в основании существующих или
вновь возводимых зданий и сооружений, а также для
придания устойчивости грунтовым массивам.
В зависимости от фильтрационных свойств грунта,
намеченного к закреплению, применяют следующие спо-
собы силикатизации: однорастворный при Аф =0,1 ч-
-1-5 м{сутки, двухрастворный при Аф=2н-80 м)сутки,
электросиликатизацию при Аф <0,1 м/сутки.
Применение силикатизации ограничивается при
скоростях потока грунтовых вод более 3 м!сутки вслед-
ствие необходимости проведения дополнительных меро-
приятий по их снижению.
При наличии в грунте растворимых солей, содер-
жащих ионы Са и М<т в количестве 0,6 мг • экв или
0,013 г и более на 100 г сухого грунта, применяют од-
норастворный, а при меньшем количестве указанных
ионов — двухрастворный способ электросиликатизации.
Применение силикатизации и электросиликатизации
не рекомендуется в следующих случаях: а) при нали-
чии в толще грунта нефтяных продуктов, смол, масел;
б) при рН грунтовых вод более 7,2 (не рекомендуется
применение способа двухрастворной силикатизации);
в) при рН грунтовых вод более 9 (не рекомендуется
применение способа однорастворной силикатизации для
закрепления плывунов); г) при наличии в намеченной
к закреплению толще грунта прослоек, препятствующих
погружению инъекторов; д) при температуре грунта
в зоне закрепления ниже 1°С.
3.2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ ПРОЕКТА
Для составления проекта силикатизации грунтов
необходимы следующие исходные данные:
а) отчет об инженерно-геологических и гидрогео-
логических исследованиях строительной площадки
с включением следующих сведений: строение и залега-
ние грунтов, уровень грунтовых вод, коэффициент
фильтрации грунта (для лёссовых грунтов дополни-
тельно коэффициент проницаемости к), направление
и скорость грунтового потока, пористость грунтов, хи-
мический состав водной вытяжки, химический состав
грунтовых вод (для песков и плывунов). Для электро-
силикатизации дополнительно устанавливается коэффи-
циент фильтрации под действием постоянного электри-
ческого тока (коэффициент электрофильтрации 6эф);
б) предел прочности и водостойкость закрепленных
в лабораторных условиях грунтов данной площадки;
в) технические данные о зданиях и сооружениях:
чертежи фундаментов, конструкций, подземных комму-
никаций, план и высотное их расположение, а также
нагрузки.
Кроме того, в случае применения электросиликати-
зации необходимы данные об источниках снабжения
электроэнергией.
3.3. СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА
Проект силикатизации должен содержать следую-
щие сведения: 1) назначение силикатизации; 2) эксплу-
атационные требования к основанию сооружения или
к закрепляемому грунтовому массиву вновь строящего-
ся объекта; 3) требования, касающиеся свойств за-
крепленного грунта, — его прочности, монолитности;
4) выбранный способ закрепления (рецептура химиче-
ских материалов, количество растворов или смесей на
весь массив, на один инъектор и на одну заходку);
5) параметры силикатизации (давления, расходы, про-
должительность процессов); 6) потребность в оборудо-
вании, материалах, энергетических ресурсах, а также
состав рабочей бригады.
Проект должен включать чертежи, показывающие
размеры массивов закрепленного грунта и их плановое
и высотное положение относительно фундаментов со-
оружения или размеры грунтового массива, закрепляе-
мого с целью повышения его устойчивости; расположе-
ние рабочих и контрольных инъекторов с указанием
одновременно работающих инъекторов (причем количе-
ство инъекторов при двухрастворном способе силикати-
зации должно обеспечивать раздельное применение их
для нагнетания растворов жидкого стекла и хлористого
кальция); зоны закрепляемого грунта; глубины погру-
жения инъекторов; число заходок и их положение по
глубине; контрольные мероприятия.
3.4. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ
ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ ПРОЕКТА
ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ
Прочность закрепленного грунта. Предел проч-
ности на сжатие закрепленного грунта принимается не
более величин, указанных в табл. VI.6.
Таблица У1.6
Прочность закрепленных грунтов
Г рунты Предел прочности на сжа- тие в кгс/см* через 28 суток
при силика- тизации при элек- тросилика- тизации
Пески: крупные и средней крупности (двухраствор^ый способ) . мелкие и пылеватые .... Лёссовые . , , н к г . . . 15—35 4—5 6—8 2-4 4—6
Состав растворов. Для закрепления песков и лёс-
совых грунтов используются в зависимости от приня-
того способа силикатизации растворы различного со-
става (табл. VI.7).
Таблица VI.7
Состав растворов для силикатизации
Нагнетаемые растворы
Способ силикатизации состав объемное соотношение в частях
Двухрастворный Жидкое стекло, хлористый кальций 1:1*
Однорастворный Для закрепления песков № 1. Жидкое стекло, фос- форная кислота № 2 Жидкое стекло, серная кислота, сернокислый алю- миний № 3. Жидкое стекло, крем- иефтористо-водородная кис- лота 1:3,5 1,65: (1-3): 0,7 (3,5:-4,5):1
Для закрепления лёссовых грунтов
Жидкое стекло —
* Нагнетают поочередно.
Требования к концентрации растворов. В качестве
показателя, характеризующего концентрацию нагнетае-
мых растворов, принимается их удельный вес. Реко-
мендуются следующие концентрации растворов:
_ Удельный
Растворы вес
Жидкое стекло 1=18° С для двухрастворной си-
ликатизации . . .'...................1.35—1,44
То же, для однорастворной силикатизации:
песков:
растворы № 1 и 2 (см. табл. VI.7) . . 1,19
» № 3 (см. табл. VI.7) .... 1,3—1,25
лёссовых грунтов......................... 1.13
Хлористый кальций (рН<5,5)................1,26—1,28
Фосфорная кислота............................ 1,025
Серная » ........................ 1,06
Сернокислый алюминий ........................ 0,06
Кремнефтористо-водородная кислота .... 1,1—1,3
Возможность применения кремнефтористоводород-
ной кислоты устанавливается экспериментально.
Расчетное количество нагнетаемой гелеобразующей
смеси. Полное количество смеси ориентировочно опре-
деляется по.формуле
фу = апУ л,
(VI.8)
где а — коэффициент, величина которого принимается
в зависимости от вида грунта (для крупных
и средних песков а=5-ь10, для мелких и пы-
леватых песков а = 15, для лёссовых грунтов
а =8);
п—пористость грунта в %;
V—объем закрепляемого грунта в м\
Количество смеси, нагнетаемой через один инъек-
тор, ориентировочно определяется по формуле
д = апР1, (VI.9)
где Р—площадь поперечного сечения массива закреп-
ляемого грунта в м2 (см. далее);
I—длина заходки в м (рис. У1.7).
При электросиликатизации количество раствора
жидкого стекла, нагнетаемого через один инъектор на
одну заходку, принимают в зависимости от величи-
ны Лэф:
^эф в *Чсутки............ 0,1 0,2 0,3 0,4
<7 в л................... 200 250 300 400
План
Рис. У1.7. Расположение
инъекторов с целью по-
лучения сплошного мас-
сива закреплейного грун-
та
При этом для сплошной
электросиликатизации с по-
мощью пакета из пяти инъ-
екторов количество раствора
определяют, не принимая
в расчет два крайних инъек-
тора.
Приведенные указания
о количествах растворов
подлежат эксперименталь-
ному уточнению для каждой
конкретной площадки строи-
тельства.
Расчетные размеры мас-
сива закрепляемого грунта.
Расчетный радиус Р масси-
ва, закрепляемого методом
силикатизации грунта во-
круг одного инъектора, при-
нимается в пределах 0,3—
1 м; величина его, зависящая
от свойств нагнетаемого
раствора и закрепляемого
грунта, уточняется экспери-
ментально.
Площадь поперечного
сечения Р массива грунта,
закрепляемого вокруг одно-
го инъектора, составляет:
для периферийных ря-
дов инъекторов или при несплошном закреплении грунта
Р = л/?2;
при сплошном закреплении грунта
Р= 2,595 /?2.
При электросиликатизации, осуществляемой с по-
мощью пакета из пяти электродов-инъекторов
(рис. У1.8), расстояние между которыми А и В принято
согласно табл. У1.8, полуширину массива в плане /?<
можно принимать согласно табл. VI.9*. Коэффи-
циент &эф определяется опытным путем аналогично Лф,
но под действием постоянного тока силой /=0,За.
в—в —л-*-
Рис. У1.8. План массива грунта, закрепляе-
мого способом электросиликатизации
[—V — ннъекторы-электроды пакета
Таблица VI.8
Расстояния между электродами (см. рис. У1.8)
кэф’ м!сУтк11 А В
м
о,1 0,3 0,4
0,2 0,4 0,5
0,3 0,5 0,7
0,4 0,6 0,8—0,9
Таблица VI.9
Размер #1 полуширины массива, закрепляемого
способом электросиликатизации
Номер инъектора-электрода на рис. У1.8 Яр м
/ 0,2—0,4
// 0,8 А
III 0,6 В
IV 0,8 А
V 0,2—0,4
Площадь Р сплошного массива закрепляемого грун-
та при этом определяется по формуле
Р = (1,2В 4 1,6Л) В + (1,6Л + 2С) Л + лС2,
где С=0,2:-0,4 м — расстояние в радиальном направ-
лении от крайнего электрода в пакете до границы мас-
сива.
Расположение инъекторов, расстояния между ни-
ми. Размеры заходок. При проектировании силикатиза-
ции с целью получения сплошного массива закреплен-
ного грунта инъекторы, как вертикальные, так и на-
клонные, располагают рядами, причем расстояние меж-
ду инъекторами принимают равным 1,73/?, а расстояние
между их рядами—1,5/? (см. рис. У1.7).
* А. А. Акимов. Основные положения по укреп-
лению грунтов электросиликатизацией. Изд. АСиА
СССР, 1961.
Таблица VI.10
Ориентировочные значения давления нагнетания растворов
Вид грунта Аф, м!сутки Раствор Удельный вес раство- ра у в т/м2 Р, атм К, м
Супесь 0,1—0,15 Жидкое стекло Кислота 1.3 1,1 2,5 0,6
Пылеватые водонасыщенные пески и супе- си (электросиликатнзация) 0,08—0,2 Жидкое стекло Хлористый кальций 1,16 1,07 2-3 0,35—0,4
Мелкий песок 0,5 Жидкое стекло Кислота 1,3 1,13 3-5 0,6
Лёссовидный суглинок (электросиликатиза- ЦИЯ) 0,15—0,8 Жидкое стекле 1,13 1—2 0,5
Лёссовый грунт 0,4 То же 1,13 1—4 —
При однорядном расположении инъекторов расстоя-
ние между ними с целью образования сплошной ленты
закрепленного грунта принимают также равным 1,73 Р.
При электросиликатизации пакетами крайние
инъекторы смежных пакетов либо совмещают, либо
располагают на расстоянии не более 1,7 С (см. рис. VI.8).
Проектная длина отдельных заходок I при закреп-
лении грунта (см. рис. VI.7) принимается равной длине
перфорированной части инъектора плюс 0,5 радиуса за-
крепления.
При проектировании электросиликатизации пакетом
длина заходки I принимается равной 1,5 >и + 0,8Л (зна-
чение А дано в табл. VI.8).
Давление нагнетания рабочих растворов. Давле-
ние Р для силикатизации крупных и средней крупности
песков следует принимать до 15 атм, а мелких песков
и лёссовых грунтов — до 5 атм. Давление нагнетания
растворов не должно существенно превышать бытовое
давление в зоне инъекции.
В качестве ориентировочных данных в табл. VI.10
приведены некоторые значения Р, полученные из прак-
тики работ по силикатизации и электросиликатизации
грунтов, наиболее часто требующих закрепления.
Принятые в проекте величины давления подлежат
уточнению путем пробного нагнетания на месте работ
до их начала.
3.5. ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ СИЛИКАТИЗАЦИИ ГРУНТОВ
Инъекторы. Инъекторы (рис. VI.9) изготовляются
из стальных цельнотянутых труб. Длина звеньев глу-
хой части инъектора принимается до 1,5 м. Длина
звеньев перфорированной части инъектора принимается
от 0,5 до 1,5 м. Конструктивное устройство перфориро-
ванной части инъекторов зависит от их назначения.
Для силикатизации песков и лёссов звенья перфориро-
ванной части инъекторов снабжаются отверстиями диа-
метром 1—2 мм. Для силикатизации мелкозернистых
водопасыщенных песков звенья перфорированной части
инъекторов устраивают из внутренней трубы диамет-
ром 18 мм с отверстиями диаметром 10 мм, на которую
надевается резиновый чехол толщиной 1,5—2 мм, про-
колотый против упомянутых отверстий, и внешней тру-
бы, перфорированной аналогично внутренней трубе
(рис. VI.10).
Пневматические молоты. При забивке инъекторов
на глубину не более 6 м и при небольших объемах ра-
бот применяют ручные пневматические молоты. Из пнев-
матических молотов используют молоты завода «Пнев-
матик»:
Тип молота . .
Вес в кг ...
Расход воздуха
м^мин . . .
. БМ-17 БЛ-38 СБ-38
. 19,5 33 52
В 1,8-2 1,65 1,6-1,8
Кроме того, можно использовать перфораторы
ОМ-506 и КЦМ-4 весом 20—40 кг, а также электропер-
форатор С-408Б весом 31,5 кг.
Для обеспечения пневматических молотов сжатым
воздухом необходимы компрессоры, развивающие дав-
ление до 6 атм.
Насосы. Для работ по силикатизации грунта при-
меняют насосы ПС-4Б производительностью 330 л/лшя,
шестиплунжерные насосы НС-3 производительностью
по 5—6 л/мин, насосы РНГК-1 производительностью
350 л/мин с предельным напором 10—15 атм или насо-
сы других марок соответствующей производительности;
специальные насосы для работ по силикатизации грун-
та серийно не выпускаются.
Электроустановки. Для электросиликатизации не-
обходимы генератор постоянного тока (электросвароч-
ные аппараты ПСУ-500; ВСУ-300; ПСМ-100 и др.),
реостаты и измерительная аппаратура (рис. VI.! 1).
Теплоснабжение. При необходимости обеспечения
работ по силикатизации грунта паром (давлением до
6 атм) и отсутствии на месте установок для подогрева
растворов и разварки силикат-глыбы следует преду-
сматривать устройство временной котельной с котлом
0,4 0,8
марок: ВК-1; ММ3- — ; ШС-3; ММ3- — производи-
3 8
телыюстью 0,2—0,8 т пара в I ч и давлением 8 атм.
Рис. VI.10. Перфо-
рированное звено
инъектора для си-
ликатизации водо-
насыщенных песков
1 — внутренняя пер-
форированная труба;
2 — резиновый чехол;
3— внешняя труба;
4 — наконечник;
5 — отверстия
Рис. VI.! 1. Принципиальная схема питания
электроэнергией инъекторов-электродов
1 — генератор постоянного тока; 2 — выключатель;
3 — реостат; 4 — пэра инъекторов-электродов;
5 — пакет из пяти инъекторов-электродов
3.6. СОСТАВ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
При производстве силикатизации подлежат провер-
ке качество применяемых химических материалов и рас-
творов, качество закрепленного грунта и конфигурация
массива закрепленного грунта.
Испытания химических растворов на способность
закреплять грунты, а также испытания закрепленного
грунта на прочность и водоустойчивость осуществляют-
ся в лабораторных условиях на образцах. Для опреде-
ления водопоглощения производится нагнетание воды
в инъекторы или скважины.
Для суждения о конфигурации массива выполняет-
ся зондирование стальными стержнями или забивка
инъекторов. Для тех же целей производится вскрытие
шурфов или бурение скважин.
Объем контрольных работ ориентировочно состав-
ляет 5—10% рабочих инъекторов и один шурф на
500 м3 закрепленного грунта, при меньших объемах •—
один шурф. Примерное расположение контрольных
инъекторов относительно рабочих инъекторов в зависи-
мости от назначения представлено на рис. VI.12.
Если силикатизация выполняется в качестве про-
тивофильтрационного мероприятия, после закрепления
грунта необходимо провести наблюдения за режимом
грунтовых вод.
Предусматриваются также контрольные наблюде-
ния за осадкой фундаментов или состоянием закреплен-
ных грунтовых массивов.
Рис. VI.12. Взаимное расположение контрольных и рабо-
чих инъекторов
а — в средней зоне массива; б — в периферийной зоне массива;
1 — контрольные инъекторы; 2 — рабочие инъекторы; 3 — контур
массива закрепленного грунта
В результате проведения контрольных мероприятий
должна быть составлена исполнительная документация
согласно указаниям СНиП Ш-Б.5-62.
3.7. ПРИМЕР СОСТАВЛЕНИЯ ПРОЕКТА СИЛИКАТИЗАЦИИ
Задание. Требуется закрепить в основании стен куз-
нечного цеха неоднородные пески средней крупности, залегаю-
щие на глубину 2,3 м от подошвы фундаментов.
Исходные данные. Фундаменты под стенами буто-
бетонные ленточные, с шириной подошвы 1,6 м, заложенные на
глубину 2,3 м; нагрузка на грунт составляет 2,5 кгс/см1. Основа-
ние— пески пористостью и =41% с коэффициентом фильтрации
Аф = 10 м/сутки, подстилаемые глинами средней плотности мощ-
ностью более 10 м. Уровень грунтовых вод расположен на глу-
бине 1,55 м от поверхности земли.
Расчет. Для закреплени песков принят двухраствор-
ный способ силикатизации. Предусматривается закрепление
грунта под фундаментами стен, подвергшихся деформациям: под
продольной наружной стеной вблизи фундаментов молотов иа
участке длиной 28 м и под примыкающей к ней торцовой стеной
на участке длиной около 11 м.
Ширина закрепляемого массива принята равной 3—3,2 м, что
обеспечивает уменьшение давления нс грунт основания ниже
подошвы массива закрепленного грунта примерно в 2 раза.
Размер массива по вертикали принят равным 2,3 м (от
подошвы фундамента до глии) из условия закрепления водо-
насыщенных песков на всю их глубину.
Радиус закрепления грунта К в связи с низким значением
коэффициента фильтрации песков (Лф = 10 м)сутки) принят
равным 40 см.
Для создания сплошного массив? закрепленного грунта под-
фундаментами стен нагнетание растворов производится через
вертикальные и наклонные инъекторы. Расстояние между инъ-
екторами по длине стен принято равным 1,73-40=70 см.
Для рационального расположения заходок по глубине по
ширине массива приняты два типа перфорированных звеньев-
инъекторов: длиной 1 и 1,5 м. Величина заходки I соответствен-
но будет равна 1,2 и 1,7 м; количество заходок 2 и 1.
Количество нагнетаемого раствора на одну заходку для
данного случая определяется по формуле (VI.9):
<7= 10-41/г/.
Объем закрепленного грунта Е1 при 7=1,2 .« равен 0,6 м3 и при-
/—1,7 м составляет 0,85 м\
На основании вышеуказанных данных расход' рабочего рас-
твора на одну заходку составит 240 и 340 л, а на 1 лС закреп-
ленного грунта —410 л.
Общий объем закрепленного грунта равен 259 м3. Проч-
ность закрепленного грунта на сжатие принята в пределах
10—25 кгс/см1.
Для закрепления грунта принят раствор жидкого стекла
с удельным весом 1,38 и раствор хлористого кальция с удель-
ным весом 1,27. Общий расход раствора 106 000 л.
Хлористый кальций поступает на площадку в виде раство-
ра надлежащей концентрации.
Разварка силикат-глыбы производится в автоклаве с давле-
нием пара до 6 атм и температурой до 140° С; пар в автоклав
подается от котельной завода.
Инъекторы забиваются в грунт на глубину 4,6—4,8 м пнев-
матическими легкими молотами БМ-17 с расходом воздуха
1,8—2 м3[мин. Потребность в воздухе обеспечивается передвиж-
ным компрессором производительностью 5—6 м3/мин.
Содержание проекта закрепления грунта (стадия — рабочие
чертежи) дается на прилагаемых чертежах (рис. VI.13 и VI.14).
1-1 (И-Е без фунданента.)
5
Рис. VI.13. Закрепление грунтов силикатизацией под фундаментами стен
1 молот 1750 кг; 2 — наружный контур фундамента под молот; 3—молот 750 кг; 4 — контур фундамента стены; 5—длина з.
крепленного участка; 6 — контур массива закрепленного грунта; 7 — инъекторы; 8 — фундамент под мслот 1750 кг; /—/// —ряд
инъекторов (номер луча соответствует очередности инъекции)
Рис. VI.14. Расположение оборудования для си-
ликатизации
1 — молот 1750 кг; 2 — молот 750 кг; 3 — насосы-гидро-
прессы для нагнетания растворов; 4—забивка инъек-
тора; 5 — стена цеха; 6 — воздухопроводный шланг;
7 — передвижной компрессор; 8 — бак для перемешива-
ния жидкого стекла; 9 — трубопровод для холодной во-
ды; 10— трубопровод для горячей воды; И— автоклав
для разварки силикат-глыбы; 12 — площадка для сили-
кат-глыбы (навес); 13 — эстакада для баков (с навесом);
14 — бак для перемешивания хлористого кальция (с на-
весом); /5 — бак для раствора хлористого кальция;
16— бак для раствора жидкого стекла; 17 — трубопровод
для раствора жидкого стекла; 18 — трубопровод для рас-
твора хлористого кальция
Организация стройплощадки — примерная схема располо-
жения временных сооружений, оборудования, механизмов, тру-
бопроводов — приведена на чертеже (см. рис. VI.14) и. как пра-
вило, уточняется на месте в зависимости от конкретных условий.
4. ТЕРМИЧЕСКОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ
4.1. УСЛОВИЯ и ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
ТЕРМИЧЕСКОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ
Термическое закрепление грунтов, осуществляемое
путем нагнетания в них раскаленных газов через при-
забойную часть скважины, применяют в условиях строи-
тельства на просадочных грунтах с целью устройства
искусственных оснований в виде массивов обожженного
грунта цилиндрической или уширенной книзу формы,
обладающих высокой несущей способностью и устой-
чивостью (рис. VI.15). Этот способ закрепления грун-
тов может быть применен для устройства искусствен-
ных оснований строящихся объектов и уже эксплуати-
руемых сооружений — под столбчатыми и ленточными
фундаментами промышленных и жилых зданий, под
фундаментами заводских труб и промышленных печей,
а также для укрепления оползневых участков естест-
венных склонов. Возможность успешного термического
закрепления просадочных грунтов, в частности лёссов,
определяется их проницаемостью (&^>1 дарси) и спо-
собностью спекаться под воздействием высоких тем-
ператур.
Наиболее благоприятно для проведения термиче-
ского закрепления грунтов наличие в основании объек-
та однородной толщи грунтов мощностью более 3 м
с постоянной или мало меняющейся проницаемостью.
Наличие грунтов с уменьшающейся или иным образом
изменяющейся по глубине проницаемостью несколько
усложняет термическую обработку грунтов. В послед-
нем случае размер йф призабойной части скважины
(см. рис. VI.!5) назначается с учетом особенностей из-
менения проницаемости грунтов. В обоих упомянутых
случаях просадочные грунты могут быть закреплены тер-
мическим способом на всю их толщу.
Рис. VI.15. Массивы терми-
чески закрепленного грунта
цилиндрической (а) и уши-
ренной книзу (б) формы
1 — скважина, оснащенная спе-
циальным бескамерным устрой-
ством; 2—термически закреп-
ленный грунт; 3 — поверхность
просадочной толщи; 4 — поверх-
ность непросадочных грунтов;
5 — подошва фундамента
Наличие в толще просадочных грунтов прослойки,
обладающей весьма малой проницаемостью, ограничи-
вает возможности способа термического закрепления:
в этом случае при проектировании нижняя отметка
толщи закрепляемого грунта определяется кровлей упо-
мянутой прослойки.
При всех условиях намеченные к закреплению
грунты должны залегать выше уровня грунтовых вод.
4.2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ ПРОЕКТА
Для составления проекта термического закрепления
грунтов необходимы следующие исходные данные:
а) отчет о полевых и лабораторных исследованиях
грунтов площадки, включающий следующие материалы
и сведения: рельеф местности и общие разрезы по пло-
щадке и отдельным выработкам с выделением литоло-
гических разностей и выявлением слоя просадочных
и их подстилающих грунтов, а также прослоек, отмет-
ки поверхности грунтовых вод, их происхождение, ско-
рость и направление движения, коэффициенты фильт-
рации грунтов, подстилающих просадочную толщу,
и коэффициенты проницаемости просадочных грунтов,
прослоек и верхнего слоя, объемный вес грунтов, их
природную влажность, модуль деформации, сопротивле-
ние сдвигу, относительную просадочность, границы те-
кучести и пластичности, результаты испытаний образ-
цов грунта после пробного обжига в лабораторных
условиях;
б) проект фундаментов со сметной документацией
(для намечаемого к строительству объекта) или испол-
нительные чертежи фундаментов и подземных комму-
никаций (для существующего объекта), в том числе
осевые нагрузки и моменты, передаваемые на основа-
ние фундаментов, а также допустимые осадки и гра-
фический материал, включающий план сооружения
в целом, продольные и поперечные разрезы фундамен-
тов по осям их рядов с привязкой к буровым скважи-
нам и шурфам и с нанесением соседних зданий и со-
оружений;
в) сведения об имеющемся на месте газообразном
или жидком топливе, его низшей теплотворной способ-
ности <Эн, кинематическом коэффициенте вязкости V
и удельном весе V, а также об имеющихся источниках
снабжения сжатым воздухом, возможном часовом его
расходе и давлении;
г) отчет о пробном обжиге грунтов на данной пло-
щадке, включающий следующие сведения: взаимное
расположение группы опытных скважин, имитирующих
проектное расположение скважин под фундаментом, их
диаметр, применяемое оборудование для подачи возду-
ха и топлива, измерительная аппаратура, фактические
расходы, давления и температуры воздуха и топлива на
сборниках и в скважинах, данные обмеров массивов
обожженного грунта.
4.3. ТОПЛИВО, ПРИМЕНЯЕМОЕ
ПРИ ТЕРМИЧЕСКОМ ЗАКРЕПЛЕНИИ ГРУНТОВ
Для термического закрепления грунтов могут быть
применены природные, искусственные и сжиженные га-
зы, а также жидкое горючее (табл. VI.11—VI.14).
Применение сжиженных газов требует специальных
устройств для транспорта, хранения и смешивания их
с воздухом, в связи с чем оно должно быть обосновано
экономическими расчетами.
Применение жидкого горючего, являющегося повсе-
местно распространенным видом топлива, может ока-
заться единственным или наиболее целесообразным ре-
шением во многих случаях термического закрепления
грунтов.
Таблица VI.! 1
Средние значения Рн и уи природных горючих газов
Район месторождения Удельный вес 1н в кг[нм3 Низшая тепло- творная спо- собность (?н в ккал/кг
Волгоградская, Куйбышев- ская и Саратовская обла- сти . 0,724—1,479 9920—11 560
Башкирская и Татарская АССР 1,324—1,444 5950—10 100
Восточная часть Украинской ССР и Прикарпатье . . . 0,725—1,165 9300—11 740
Бухарская и Астраханская области 0,789—0,813 10 160—11 320
Примечание. Кинематический коэффициент вязкости
этих газов при нормальных условиях '’ц колеблется в пределах
8,5-10 6—14,5 • Ю 6 м?/сек.
Таблица VI.12
Средние значения (?н и ун искусственных газов
Г аз Удель- ный вес Тн в кг! нм? Низшая теплотвор- ная способность (?н
в ккал/нм? в ккал/кг
Генераторный газ из куско- вого топлива; из углей х , 1,13 1230—1500 1090—1320
» торфа , . 1,125 1450 1290
» сланца . , Л . 0,9 880 980
Газ газификации 1,25 1100 880
Газ доменных печей, рабо- тающих на коксе . , . . 1,3 960 740
Водяной газ из кокса или антрацита . х , . . 0,735 2470 3360
Примечание. Кинематический коэффициент вязкости
ун колеблется в пределах 16 • 10—9—24 • 10—8 м?1сек.
Таблица VI.13
Средние значения Ун и (?и составляющих
сжиженных газов
4.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВ ТОПЛИВА
И ВОЗДУХА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАСЧЕТНЫХ
ТЕМПЕРАТУР ОБЖИГА
Г аз Удель- ный вес Тн в кг/нм3 Низшая теплотвор- ная способность <?н
в ккал/нм3 в ккал/кг
Бутан 2,7 28 338 10 929
Бутилен 2,5 27 111 10 831
Пропан 2 21 795 11 079
Пропан-бутан (по 50%) . 2,3 25 000 11 000
Пропилен 1,91 20 541 10 942
Метан 0,72 8 555 11 953
Этан 1,36 15 226 11 349
Этилен 1,26 14 107 11 272
Для предотвращения оплавления закрепляемого
грунта продукты сгорания топлива разбавляют возду-
хом в пропорции, устанавливаемой в зависимости от
низшей теплотворной способности топлива фн.
Количество воздуха Ув, а также вес разбавлен-
ных воздухом продуктов горения, получаемых в резуль-
тате сжигания 1 кг топлива, приведены в табл. VI.!5.
Значение расчетного удельного веса (при атмосфер-
ном давлении) разбавленных воздухом продуктов горе-
ния топлива, нагнетаемых в грунт, зависит от их тем-
пературы:
I, °С...................... 800 900 1000 1100
?, кг/м3 ................ 0,324 0,297 0,274 0,258
Таблица VI.14
Средние значения фн> ? и V (при 760 мм рт. ст.
и /=20° С) жидкого топлива
Топливо Удельный вес у в кг/лР Кинемати- ческий коэффи- циент вязкости м в сспг Низшая теп- лотворная способность в ккал/кг
Керосин 820 1.8 10 300—11 000
Дизель-топливо: ДЛ ДЗ И ►. 878 878 3,5—8 3,5—6 10 780—11 050 10 780—11 050
Примечание. Дизель-топливо ДЛ при температуре наружного воздуха до —5° С, а д ДЗ — при температуре наружного воздуха от меняется при изель-топливо -5 до —20° С.
Значение вязкости нагнетаемых в грунт разбавлен-
ных воздухом продуктов горения топлива определяется
по значениям вязкости компонентов.
Температуру разбавленных воздухом продуктов го-
рения топлива в целях получения необходимой проч-
ности обожженного грунта следует назначать в преде-
лах температуры плавления закрепляемого грунта
и температуры, характеризующей начало его спекания,
определяемых опытным путем. При этом рекомендует-
ся принимать верхние пределы температуры, соответ-
ствующие меньшему количеству воздуха, необходимого
для разбавления продуктов горения топлива.
Расчетная температура определяется по формуле
/р = К>/, (VI. 10)
где К( — коэффициент, принимаемый равным 0,9;
I — температура газов, принимаемая в преде-
лах 800—1100° С в зависимости от свойств
закрепляемого грунта.
Таблица VI.15
Количество воздуха Ув в нм3 и вес нагнетаемых в
грунт газов в кг на 1 кг сжигаемого топлива
Значения Ув и при температуре нагнетаемых в грунт газов в °С
<?и’ ккал/кг 1100 1050 1000 950 900 850 800
% й. ^в & ". в
12 500 29,9 40 31,7 42 33,5 44 35,4 47 38 50 41,2 53 44,8 59
12 000 29,3 39 31 41 32,8 43 34,6 46 37,2 49 40,2 52 43,8 58
11 500 28,1 37 29,6 39 31,4 41 33,1 44 35,6 47 38,5 51 41,8 55
11 000 26,8 35,5 28,3 37,5 30 40 31,6 42 34 45 37 49 39,9 53
10 500 25,6 34 27 36 28,6 38 30,1 40 32,4 43 35,2 46 38,1 50
10 000 24,3 32 25,6 34 27,2 36 28,6 38 30,8 41 33,5 44 36,1 47
9 500 23,1 31 24,4 32 25,7 34 27,2 36 29,4 39 31,8 42 34,4 45
9 000 21,8 29 23 31 24,3 32 25,7 34 27,8 37 30,1 40 32,6 43
8 500 20,6 27 21,8 29 23 31 24,2 32 26,2 35 28,4 38 30,8 41
8 000 19,4 26 20,4 27 21,7 29 22,8 30 24,6 33 26,9 36 29 38,5
7 500 18,2 24,5 19,1 25 20,3 27 21,4 29 23 31 25 33 27,2 36
7 000 16,9 23 17,8 24 18,9 25 20 27 21,4 29 23,3 31 25,4 34
6 500 15,7 21 16,4 22 17,5 24 18,6 25 19,8 27 21,5 29 23,6 31,5
6 000 14,4 19,5 15,2 20,5 16,1 22 17,1 23 18,2 25 19,8 27 21,6 29
5 500 13,2 18 13,8 19 14,7 20 15,6 21 16,6 22 18 24 19,8 27
5000 11,9 16 12,5 17 13,3 18 14 19 15 20 16,4 22 17,9 24
4 500 10,5 14,5 П.1 15 11,8 16 12,6 17 13,5 18 14,6 20 16 22
4 000 9,4 13 9,8 13,5 10,5 14,5 11,2 15 12 16 13 17,5 14,2 19
3 500 8,1 11 8,5 12 9,1 13 9,7 13,5 10,4 14,5 11,2 15 12,4 17
3 000 6,9 10 7,3 10 7,8 11 8,2 11 8,8 12 9,6 13,5 10,5 14,5
2 500 5,6 8 6 9 6,4 9 6,7 9,5 7,2 10 7,9 11 8,7 12
2 000 4,4 7 4,7 7 5 7,5 5,3 8 5,6 8 6,2 9 6,9 10
1 500 3,2 5 3,4 5 3,6 5.5 3,8 6 4 6 4,5 7 5 7,5
1 000 1,9 3,5 2 3,5 2,1 3,5 2,2 4 2,4 4 2,8 4,5 3,1 5
500 0,6 2 0,6 2 0,7 2 0,7 2 0,8 2 1,1 2,5 1,1 2,5
Расчетный весовой расход газов ОГ, нагнетаемых
в грунт, предварительно определяется по выражению
Сг~шРскг/ч, (VI. 11)
где —весовая скорость в кг/м2 • ч (значения до для
толщи лёссовых грунтов со средней проницае-
мостью, характеризуемой коэффициентами к,
приведенными в табл. VI.16, могут быть при-
няты по табл. VI.!7, составленной по опытным
данным);
Рс — площадь стенок скважины на призабойном
участке Лф в м2.
Весовой расход топлива От и объемный расход воз-
духа определяются по формулам:
Ог
От= — кг/ч; (VI. 12)
= нм3/ч. (VI. 13)
Количество топлива , необходимое для термиче-
ской обработки грунтового массива проектным объе-
мом Км , находится по выражению
^м=“^—«г» (VI. 14)
Ц'н
где ($ — количество тепла, затрачиваемое для закрепле-
ния 1 м3 грунта.
Таблица VI.16
Проницаемость лёссовых грунтов (г. Новочеркасск)
Номер образца Глубина отбора образца в м к, дарси
1 1 16,3
2 1 11,4
3 1 12,2
4—6 9 13,2
7,8 2 7,3
9 4 6,9
10 1 4 3,2
11 5 2,5
12 5 3,7
Таблица VI.17
Значения весовой скорости до газов,
нагнетаемых в грунт для его закрепления
Форма массива термически закрепленного грунта о», кг/м* ч
Цилиндрическая , , . Уширенная книзу ...к-. 250 300
4.5. ПРОЕКТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
ПРОЧНОСТИ ОБОЖЖЕННОГО ГРУНТА,
ФОРМЫ ЕГО МАССИВОВ
И РАСПОЛОЖЕНИЕ ПОСЛЕДНИХ
Согласно СНиП Ш-Б.5-62 грунт в результате тер-
мического закрепления должен приобрести следующие
значения расчетных показателей:
Расчетное сопротивление в к.гс/см2 4—6
Модуль деформации в кгс/см2 . . 200—300
Указанные значения расчетных сопротивлений от-
носятся к поверхности массива обожженного грунта
и близки к значениям сопротивлений необожженного
незамоченного лёссового грунта. Под подошвой фунда-
ментов значения расчетного сопротивления и модуля
деформации следует повышать, используя для их опре-
деления результаты опытных работ. Так, по опытным
данным, сопротивление обожженного при 800° С лёссо-
вого грунта в натурных условиях составило 25 кгс/см2,
а его модуль деформации — свыше 1000 кгс/см2
Рис. VI.!6. Изменение коэффициента просадочности
лессового грунта в зависимости от температуры
обработки
Уменьшение просадочности грунта прямо пропор-
ционально возрастанию температуры, при которой про-
изводится его термическая обработка (рис. VI.16), и,
следовательно, в каждой точке массива обратно про-
порционально расстоянию от скважины.
Выбор формы и размеров массива определяется его
устойчивостью в условиях возможного замачивания
окружающей просадочной толщи, при этом диаметр го-
ризонтального сечения массива, закрепленного вокруг
одной скважины, должен быть не менее. 1,5 м.
Рис. VI. 17. Столбчатая опора из термически закреплен-
ного грунта
а — из трех массивов; б — из четырех массивов; 1 — скважины;
2 — диаметр массива, получаемого с помощью одной скважины;
3 — контур фундамента
Верх массива обожженного грунта должен нахо-
диться несколько выше проектной отметки подошвы
проектируемого фундамента (при устройстве последне-
го излишек грунта снимается до хорошо обожженного
грунта). Отметку опорной поверхности фундамента сле-
дует назначать с учетом глубины промерзания для дан-
ного района, поскольку обожженный грунт не обладает
морозостойкостью.
Группируя несколько массивов, можно создать бо-
лее крупный массив необходимого размера и очертания.
Так, для закрепления основания столбчатых фундамен-
тов массивы располагают группами (по два—три),
а для закрепления основания ленточных фундаментов
массивы располагают в один или два ряда.
При устройстве столбчатых опор, воспринимаю-
щих большие нагрузки, с целью получения слитного
тела обожженного грунта под фундаментом расстоя-
ние между одиночными скважинами назначают не-
Забой вертикальных (рис. VI.19) и наклонных
(рис. У1.20) скважин располагают на кровле грунтов,
служащих основанием массивов обожженного грунта.
Горизонтальные скважины располагают над кров-
лей непросадочных грунтов на расстоянии, равном ра-
диусу массива закрепляемого грунта. Длину их приза-
бойного участка, через который нагнетают в грунт рас-
каленные газы, назначают не меньше соответствующе-
го размера фундамента.
При недостаточной проницаемости грунтов или не-
обходимости усиления движения газов в грунте в оп-
ределенном направлении проектируют вытяжные сква-
Рис. VI. 18. Массив грунта,
закрепленного с помощью
горизонтальной скважины
/ — размер массива по горизон-
тали; 2—размер массива по
вертикали; /—/V — зоны раз-
личной прочности грунта
Рис. VI. 19. Закрепление грунта с по-
мощью пробуренных через фундамент
вертикальных скважин
1—скважииы для обжига грунта; 2—сква-
жины для термопар; 3—фундамент; 4—кров-
ля непросадочных грунтов
Рис. VI.20. Закрепление
грунта с помощью наклон-
ных скважин
1 — фундамент; 2 — наклонные
скважины; 3 — кровля непро-
садочных грунтов
сколько меньшим, чем диаметры смежных массивов
обожженного грунта (рис. VI.17). При нагнетании рас-
каленных газов одновременно через несколько скважин
диаметры всех массивов, составляющих тело обожжен-
ного грунта, следует назначать одинаковыми.
При термическом закреплении грунта под сущест-
вующими объектами массивы в зависимости от усло-
вий восприятия нагрузок и размеров фундамента рас-
полагают по контуру фундамента или под всей его
подошвой (в последнем случае общий массив образует-
ся путем слияния отдельных горизонтальных *, наклон-
ных и вертикальных массивов).
Во всех случаях термического закрепления грунта
под существующими объектами температура у подош-
вы фундамента не должна превышать предела, допу-
стимого по условию сохранения прочности материала
кладки (для бетона 200°С), поэтому верх обожженного
массива не доводится до подошвы фундамента на
30—50 см.
4.6. СКВАЖИНЫ ДЛЯ ОБЖИГА ГРУНТОВ,
ИХ ОСНАЩЕНИЕ
Для обжига грунтов применяют вертикальные, на-
клонные и горизонтальные скважины.
Скважины размещают соосно с массивами закреп-
ляемого грунта.
1 При применении горизонтальных скважин массив
закрепленного грунта характеризуется неравномерной
прочностью по высоте (рис. VI. 18).
жины, располагаемые в конце основной скважины
(рис. VI.21) или вблизи нее.
Проницаемость стенок скважин должна быть не
меньше естественной проницаемости грунтов на данной
площадке. Это условие обеспечивается при выборе над-
Рис. VI.21. Схемы применения вытяжных скважин
1 — скважина для обжига грунта; 2 — вытяжная скважина;
3—перепускное устройство или клапан
лежащего бурового оборудования и проведении буро-
вых работ сухим способом.
Диаметры скважин назначаются в пределах
100—200 мм.
Скважины для обжига грунта оснащаются специ-
альным устройством, обеспечивающим подачу топлива
и воздуха, их перемешивание и транспортирование
в призабойную часть скважины, ограничение этой части
скважины согласно заданному размеру, сжигание топ-
лива в этой части скважины, возможность наблюдения
за давлением и температурой газа в скважине, воз-
можность измерения расходов топлива и воздуха
(рис. У1.22). При необходимости
к указанному устройству добавля-
ется распылитель топлива.
Рис. У1.22. Оснащение скважины
устройством Фундаментпроекта
1 — регулятор (длина задается расче-
том); 2 — труба для подачи топлива;
3 — крышка с наблюдательной трубкой;
4 — труба для подачи воздуха; 5 — ма-
нометр; 6 — кондуктор; 7 — уплотнение
затрубного пространства
4.7. ОБОРУДОВАНИЕ,
ПРИМЕНЯЕМОЕ
ПРИ ТЕРМИЧЕСКОМ
ЗАКРЕПЛЕНИИ ГРУНТОВ,
И КОНТРОЛЬНАЯ АППАРАТУРА
Состав оборудования для про-
изводства собственно термической
обработки грунтов зависит от ви-
да применяемого топлива и кон-
кретных условий данной пло-
щадки.
При использовании жидкого топлива предусмат-
риваются емкости для хранения вблизи участка произ-
водства работ необходимого запаса горючего (допусти-
мого по противопожарным требованиям), оборудование
для подачи топлива под давлением и устройства для
распыления топлива (рис. У1.23').
Рис. VI.23. Схема размещения оборудования при исполь-
зовании жидкого топлива
1 — слив топлива из транспортных средств; 2 — фильтры и по-
догреватель (устанавливаются при использовании парафиниро-
ванного топлива); 3 — форсунка; 4 — расходомер; 5—воздуховод;
6—скважина; 7—насосная установка; 8 — резервуар с жидким
топливом
Для подачи топлива под давлением используется
насосная установка несерийного изготовления произ-
водительностью 5 л!мин и давлением до 5 кгс/см?
(рис. VI.24).
При использовании сжиженных газов для их хра-
нения можно применять укрупненные подземные ем-
кости объемом до 20 л?, состоящие из нескольких ци-
стерн емкостью до 4 № со специальной камерой, обору-
дованной регуляторами давления, измерительной
2
Рис. VI.24. Насосная установка с электродвигателем для
подачи топлива под давлением
1 — насос; 2 — расходомер; 3 — электродвигатель мощностью
0,27 квт; 4 — отвод к скважине
Рис. VI.25. Схема размещения оборудования при
использовании природных или технических газов
1—газопровод; 2 — расходомер на отводе к каждой скважи-
не; 3 — ресивер (при подключении нескольких скважии) не-
серийного изготовления (см. рис. VI.26); 4 — расходомер;
5 — воздуховод; 6 — скважина
и предохранительной аппаратурой. Цистерны располага-
ют на площадке строительства в соответствии с дейст-
вующими правилами. От каждой цистерны указанной
емкости может быть получено около 6 кг технического
пропана в 1 ч. Для смешения паров сжиженного газа
(пропан, бутан или их смесь) с воздухом и подачи топ-
ливо-воздушной смеси в трубопровод, ведущий к сква-
жине, служат эжекторные смесители.
При использовании природного или технического
газа, получаемого от общегородского или заводского
ИЮ0
Рис. VI.26. Ресивер
1 — присоединение трубопровода от компрессора; 2 — отвод для манометра диаметром 3/8"
газопровода, оборудование размещается согласно схе-
ме, показанной на рис. У1.25. Для подачи сжатого
воздуха могут применяться различные установки
(табл. VI.! 8). Размеры входящего в схему ресивера
(рис. VI.26), а также количество отводов к скважинам
уточняются согласно принятой технологии обжига
грунта.
Таблица VI.18
Технические данные установок для подачи сжатого
воздуха
Установка Давле- ние в ати Произ- води- тель- ность в м3}мин Мощ- ность двигате- ля в кет Вес в кг
Компрессор стационар- ный: ВУ-3/4 ВУ-6/4 Газодувка РГН-1200 Вакуум-насос РМК-4 Компрессор передвижной: ПКС-3; ПКС-6 м; ЗИФ-55; ДК-9 ЗИФ-ВКС-5; КСЭМ-6 4 4 ( 0,5 1 0,55 ( 0,5 ( 1 1 1 Л До 7 7 3 6 70 52 25 16,7 5 3—9 4,65—6 20 28 } 20 | 70—80 Внутрен- него сгорания 35—40 760 1040 1080 2880— 3060
Таблица VI.19
Технические данные счетчиков ротационных
Основные показатели РС-25 РС-100 РС-600
Пропускная способность в мъ!ч: номинальная 25 100 600
минимальная 0,75 10 60
максимальная 37,5 150 900
Потеря давления при номинальном расходе воздуха в кгс/м* .... 18 30 30
Допустимое рабочее давление газа в кгс!см2 0,03 1 1
Температура окружающей среды в °С 5—35 0—50 0—50
Диаметр входного и выходного шту- цера 7) у в мм 50 80 150
Габаритные размеры в мм: высота . 355 355 766
ширина 170 355 518
длина 280 435 905
Вес в кг . 40 52,7 279
ный потенциометр типа ЭПП-09М2 (измерение темпе-
ратур в пределах 0—1300° С, количество присоединяе-
мых термопар 1, 3, 6, 12 и 24).
ЛИТЕРАТУРА
Для измерения расходов газа используются счет-
чики ротационные (табл. VI.19).
Для измерения расходов газа, а также жидкостей
могут использоваться сужающие устройства: диафраг-
мы нормальные камерные для труб диаметром не менее
50 мм, дифманометры трубные.
Для контроля за температурой грунта в процессе
его обжига служат термопары хромель-алюмелевые,
градуировки ХА-ХШ с пределами длительного измере-
ния от —50 до +1000° С и длиной погружаемой части
до 1250 мм (термопары большей длины поставляются
по специальному заказу); милливольтметр переносный
показывающий типа МПП-054М модификации МПП-254
с одной присоединяемой термопарой градуировки ХА
и электронный регистрирующий (самопишущий) настен-
Акимов А. А. Закрепление макропористых лёссовидных
грунтов методом силикатизации. «Основания, фундаменты и ме-
ханика грунтов», 1960, № 3.
Аксалонов В. В. Силикатизация лёссовых грунтов.
Стройнздат, 1959.
Борисова Е. Г. Основы методики лабораторных иссле-
дований при искусственном закреплении грунтов. Изд. МГУ, 1954.
Временные технические указания по проектированию осно-
ваний, сложенных насыпными грунтами. Госстройнздат, 1959.
Временные указания по уплотнению грунтов в промышлен-
ном и гражданском строительстве (ВУ 2—61). Госстройиз-
дат, 1961.
Инструкция по поверхностному уплотнению грунтов основа-
ний зданий и промышленных сооружений тяжелыми трамбовка-
ми (СИ 31—58). Госстройнздат, 1959.
Инструкция по силикатизации грунтов. НИИ оснований.
Госстройнздат, 1960.
Искусственное закрепление грунтов. Сб. № 39, НИИ осно-
ваний. Госстройнздат, 1960.
Литвинов И. М. Термическое укрепление просадочных,
лёссовых и других грунтов. Изд. Укр. АСиА, 1955.
Литвинов И. М. Теоретические основы термического
метода закрепления грунтов. Вестник Укр. АСиА, № 3, 1960.
Материалы IV Всесоюзного совещания по закреплению
н уплотнению грунтов. Тбилиси, 1964.
Миронов К. А., Шипетик Л. И. Теплотехнические
измерительные приборы. Машгиз, 1959.
Панин В. И. Котельные установки малой и средней
мощности. Стрсйиздат, 1964.
Ржаницын Б. А. Силикатизация песчаных грунтов.
Строниздат, 1949.
СНиП П-Б.1-62. Основания зданий и сооружений. Нормы
проектирования. Госстройиздат, 1962.
СНиП П-Б.2-62. Основания и фундаменты зданий и соору-
жений на просадочных грунтах. Нормы проектирования. Гос-
стройиздат, 1962.
СНиП Ш-Б.1-62. Земляные сооружения. Общие правила
производства и приемки работ. Госстройиздат, 1963.
СНиП Ш-Б.5-62. Стабилизация и искусственное закрепле-
ние грунтов. Правила организации, производства и приемки ра-
бот. Госстройиздат, 1963.
СНиП Ш-Б. 10-62. Строительство на просадочных грунтах.
Правила организации, производства и приемки работ. Госстрой-
издат, 1963.
Справочник проектировщика промышленных, жилых и об-
щественных зданий и сооружений. Основания и фундаменты,
Стройиздат, М.—Л., 1964.
Стаскевич Н. Л. Справочное руководство по газо-
снабжению. Госстройиздат, 1960.
Указания по контролю за уплотнением грунтов в промыш-
ленном и гражданском строительстве. Госстройиздат, 1959.
Указания по устройству грунтовых подушек н обратной за-
сыпки котлованов на просадочных грунтах. Госстройиздат, 1963.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Всякий грунт в массиве, ограниченном откосом,
под влиянием силы тяжести стремится сдвинуться вниз
и в сторону откоса. Сдвигающие усилия увеличиваются
при дополнительной нагрузке на поверхности массива,
а также при воздействии сейсмических процессов и по-
тока подземных вод, фильтрующихся в сторону откоса.
Если сопротивление грунта сдвигу превышает все эти
сдвигающие усилия, то откос является устойчивым (при
равенстве сдвигающих усилий и сопротивления сдвигу
имеет место предельное равновесие). В противном слу-
чае грунтовый массив разрушается, и происходит опол-
зень. Уположение откосов улучшает условия их устой-
чивости, но, как правило, вызывает дополнительные
земляные работы. Поэтому при проектировании выемок
и насыпей необходимо определять расчетом очертания
откосов, при которых обеспечивается устойчивость ог-
раниченных ими грунтовых массивов и по возможности
минимальный объем земляных работ. Эта задача сво-
дится к отысканию предельно допустимой крутизны от-
коса. Иногда возникает необходимость проверки устой-
чивости грунтового массива, ограниченного откосом
определенного очертания, но суть расчетов при этом не
меняется. Такие расчеты ведутся по теории сыпучей
среды. В данном случае сыпучая среда является при-
ближенной расчетной моделью грунта.
Теория сыпучей среды основана Кулоном (1773г.).
В дальнейшем ее разработку вели Ренкин, Курдюмов,
Кеттер, Крей, Прандтль, Герсеванов, Фелениус, Терцаги
и др. Но особенное развитие она получила в последнее
тридцатилетие благодаря трудам советских ученых
В. Н. Новоторцева, В. В. Соколовского, С. С. Голушке-
вича, В. Г. Березанцева и др.
Сыпучая среда рассматривается как сплошное ве-
сомое тело, недеформируемое в состоянии равновесия,
т. е. до тех пор, пока касательные напряжения не пре-
восходят сопротивления среды сдвигу. При нарушении
равновесия среда претерпевает деформации сдвига.
В теории сыпучей среды рассматривается напряженное
состояние под влиянием объемных сил (собственного
веса, фильтрационного давления грунтовых вод, сей-
смического воздействия) и тех или иных нагрузок на
поверхности среды. Всем этим внешним усилиям проти-
водействуют внутренние силы трения и сцепления, ха-
рактеризующиеся постоянными для данной среды пара-
метрами: углом внутреннего трения <р и удельным сцеп-
лением с. Эти параметры определяются опытным путем
и служат основными характеристиками прочностных
свойств грунтов.
Поскольку расчеты устойчивости откосов соответ-
ствуют первому предельному состоянию, они ведутся по
расчетным характеристикам и расчетным нагрузкам.
При выборе расчетных величин угла трения и удель-
ного сцепления (фР, с₽) следует руководствоваться ука-
заниями, приведенными в п. 2.7 данного раздела. Ос-
Рпс. VII.1. Схема
усилий на элемен-
тарной площадке
с нормалью п
тается пока еще недостаточно вы-
ясненным вопрос о коэффициентах
условий работы. Также не оконча-
тельно установлены коэффициенты
перегрузки. Поэтому допускается
производить расчеты откосов с
применением общего коэффициен-
та запаса устойчивости и с приня-
тием расчетных нагрузок, равных
нормативным (см. СНиП П-Б.3-62).
Рассмотрим напряженное со-
стояние на элементарной площад-
ке сыпучей среды.
Через каждую точку сыпучей
среды можно провести бесчислен-
ное множество площадок, имею-
щих разную величину угла накло-
на к горизонту. Действующее на
любой из этих площадок напряже-
ние изображается некоторым век-
тором, имеющим нормальную оп
и касательную тП1 составляющие
(рис. VII.!). Сдвигающее усилие
на данной площадке определяет-
ся касательной составляющей,
а сопротивление сдвигу 5Л на основании опытов прини-
мается в линейной зависимости от нормальной состав-
ляющей (рис. VII.2):
8п = оп <рр 4- ср
(VII.!)
где
/ ср \
фР = агс!§ 11е <рР + —) • (VII. 3)
\ /
Устойчивость грунтового массива может быть оха-
5Л
рактеризована отношением----------. Это отношение раз-
I I
лично на разных площадках, проведенных в грунтовом
массиве. Для обеспечения определенного запаса устой-
чивости в грунтовом массиве на каждой площадке, про-
веденной в любой его точке, должно соблюдаться
условие
-^->7<3Н . (VII.4)
I I
Знак равенства в условии (УП.4) соответствует пре-
дельному состоянию. Если в какой-нибудь зоне грунто-
Рис. VII.3. Предельные очертания контуров откосов
а — без нагрузки; б — при вертикальной равномерно распре-
деленной нагрузке на поверхности
вого массива соблюдается условие (VI 1.4) и при этом
в каждой ее точке существуют площадки, на которых
7^ = К". (УП.5)
то вся зона находится в предельном состоянии. Такое
состояние возникает, в частности, в грунтовом массиве
при соответствующем (в зависимости от параметров ф
и с данного грунта и нагрузки на его поверхности) очер-
тании ограничивающего его откоса, называемом предель-
ным. Откосы круче предельных неустойчивы. В грунте,
обладающем внутренним трением и сцеплением, пре-
дельный откос имеет, как правило, криволинейное очер-
тание: крутое (часто близкое к вертикальному или даже
в форме нависающего свода) вверху и постепенно упо-
лаживающееся книзу (рис. VII.3). Подобные откосы
можно наблюдать в натуре на природных склонах, а так-
же при разработке экскаваторами и другими землерой-
ными механизмами уступов в связных грунтах. В грун-
тах, обладающих только внутренним трением (без сцеп-
ления), например в чистых песках, предельный откос
плоский, наклоненный к горизонту под углом внутренне-
го трения.
Условие (VII.5) может быть представлено в виде:
1 1 *&фр СР
1 1 = = ал
Кз
Обозначая
фр СР
= *&ф' и — = с', (VII.б)
^3 КНз
получим
I хш\ = <Уп 1&ф' + с'- (VII.?)
В таком виде это условие широко известно как усло-
вие предельного равновесия сыпучей среды с параметра-
ми ф' и с'. Площадки, на которых соблюдается условие
(VII.?), называются площадками скольжения.
Обычно при расчетах откосов рассматривается двух-
мерная плоская задача. За расчетную модель грунтового
массива, ограниченного откосом, принимается бесконечно
длинное призматическое или цилиндрическое (соответст-
венно форме откоса) тело (сыпучая среда) с горизон-
тальными образующими, подверженное действию сил
(объемных и приложенных на поверхности), перпенди-
кулярных образующим и равномерно распределенных
в их направлении (рис. УП.4 а). При такой расчетной
модели компоненты напряжений в прямоугольной систе-
ме координат хуг (ось г параллельна образующим) не за-
висят от координаты г и касательные напряжения в пло-
скости, нормальной к оси г (в плоскости поперечного се-
чения), равны нулю. Это позволяет рассматривать уча-
сток откоса единичной протяженности (Дг=1) и вести
расчет плоского сечения грунтового массива (в плоскости
ху — рис. УП.4, б).
Напряженное состояние в точках сыпучей среды на-
глядно иллюстрируется диаграммой напряжений Мора.
Для плоской задачи диаграмма Мора (рис. УП.5) стро-
ится следующим образом: на оси абсцисс (рис. УП.5, а)
откладывается нормальное сг„, а на оси ординат каса-
тельное хп1 напряжения, действующие в точке М на пло-
щадке с нормалью п (рис. VII.5, б). Получаем некоторую
точку Мп. Отрезок ОМп изображает полное напряжение
на рассматриваемой площадке. Если теперь предполо-
жить, что площадка вращается вокруг точки М, то соот-
ветствующая ей точка Мп на диаграмме напряжений
опишет окружность, называемую кругом Мора. Абсцис-
сы и ординаты точек окружности равны соответственно
нормальным и касательным составляющим векторов пол-
ного напряжения на площадках, проходящих через дан-
ную точку М. Точки А и В пересечения окружности
с осью абсцисс соответствуют площадкам, где касатель-
ные напряжения равны нулю, т. е. главным площадкам,
на которых действуют главные напряжения. Отрезок ОА
равен меньшему из них о2, а отрезок ОВ — большему
Линия МпВ изображает на диаграмме площадку с нор-
малью п, линия МпА — нормаль к площадке, а угол
МпАВ (мл) равен углу между нормалью п и главной
осью I.
Способ Мора дает возможность при известных глав-
ных напряжениях графически определять напряжения
на любой площадке в зависимости от угла а>п между ее
нормалью и главной осью I.
Круг Мора можно построить и когда главные напря-
жения неизвестны, но даны напряжения по двум взаим-
но перпендикулярным площадкам, например ох, Хху и
сту,— тху- При этом руководствуются правилом, что двум
взаимно перпендикулярным площадкам соответствуют
точки круга, находящиеся по концам одного его диамет-
ра. Нанеся точки Мх(ох, Хху) и Му (оу,— хху), получаем
диаметр МхМу и на его пересечении с осью абсцисс —
центр круга Мора.
Если сыпучая среда находится в предельном состоя-
нии, то круг Мора для каждой ее точки будет касаться
.предельной прямой О^О, наклоненной к оси абсцисс под
углом ф', удовлетворяющей уравнению (УП.7) и явля-
ющейся огибающей для семейства окружностей (кругов
Мора), изображающих все возможные предельные напря-
женные состояния в сыпучей среде с данными парамет-
рами ф' и с'. Ординаты точек предельной прямой равны
сопротивлению сдвигу по площадке, на которой оп рав-
но абсциссе этой точки. Точки на круге Мора, располо-
женные под предельной прямой (например, точка Мп )
соответствуют площадкам, где касательные напряжения
меньше сопротивления сдвигу, а точка, в которой пре-
дельная прямая касается круга Мора (точка О), соответ-
ствует площадке, где соблюдается условие предельного
равновесия, т. е. площадке скольжения.
Из рассмотрения диаграммы напряжений нетрудно
установить, что в сыпучей среде, находящейся в предель-
ном равновесии, ^.ОАВ, т. е. угол между нормалью,
к площадке скольжения и главной осью I, равен:
л ф'
Юскж= — + -7Г (VII. 8)
4 2
и соответственно угол между самой площадкой скольже-
ния и главной осью /
л <р'
——у- (VII.9)
В каждой точке площадок скольжения две: они состав-
ляют углы ±р. с главной осью I и 2р. между собой
и образуют два семейства поверхностей скольжения.
В плоской задаче предельного равновесия поверх-
ности скольжения имеют цилиндрическую форму. При
пересечении с плоскостью хОу, нормальной к их обра-
зующей, они дают сетку линий скольжения.
В плоской задаче при прямоугольной системе коор-
динат условие (VII.?) легко преобразуется к виду:
(ах — Оу)2 „ 81П2 <р'
4 +т ху~ “ (о* 4* 2с с!§ф')2 (VII. 10)
и в совокупности с дифференциальными уравнениями
равновесия
дхху _ дхху доу _
дх ду ’ дх ду
первое
ду
+ И);
ах
дЪ, У соз (ад — ц) — X зш (ад — ц)
дх 2а0 81п ф' соз (ад 4- р.)
второе
— = (®х — и);
дх
(VII. 15)
(VII.11)
образуют систему трех уравнений, в которых неизвест-
ными являются три компонента напряжения, определяю-
щие предельное напряженное состояние сыпучей среды.
Здесь X и У — компоненты объемных сил.
Для преобразования данной системы вводятся новые
переменные Оо и (о*:
01 + сг2
ОО = + с' с!б <р'; (VII. 12)
(!(]
дх
Здесь
X зш (и* 4- ц) — У соз (ад 4- ц)
2о0 81П ф' соз ((О* — р.)
С1§ф' По ,
5 = —— 1п — 4- ад;
2 с
(VII. 16)
ад— угол между осью х и главной осью I.
Переменные По и связаны с компонентами напря-
жения выражениями:
> = оп (I й! 81П <р' соз 2(0*) — с' с!§ ф'
и
Хху = 8’п ф' 8*п 2(0*,
(VII. 13)
тождественно удовлетворяющими условию (VII.10).
Это дает возможность оперировать с двумя пере-
менными вместо трех и после подстановки выражений
(VII.13) в уравнения (VII.! 1) приводит к основной си-
стеме двух дифференциальных уравнений:
<?а0 да0
— (1 + 31П ф' СОЗ 2 (0*) 4- -- 81П ф' 31П 2(0*—
дх ду
д(йх
— —— 2о0 81П <р' зш 2(0*4-
дх
0(0*
4-------2о0 81’п ф' соз 2(0* = X;
ду
до0 до0
---- ЗШ ф 31П 2(0*4- ----- (1 — 81П ф' СОЗ 2(0*) 4~
дх ду
д(пх
4-------2а0 з!п ф соз 2(0* 4-
дх
0(0*
4- ~— 2о0 81п ф' зш 2ад = У.
ду
^11.14)
Заменяя дифференциальные уравнения (VII.15) ко-
нечными разностными и используя граничные условия на
контуре откоса 0Л=О и хп/ — 0, а также граничные усло-
вия на поверхности грунтового массива оп и тл/— компо-
ненты заданной нагрузки, можно получить рекуррентные
формулы (см. пп. 3 и 4 данного раздела), позволяющие
вычислять значения вспомогательных функций и г)
(а следовательно, и компонентов напряжений) в теле
грунтового массива и определять координаты предель-
ного контура откоса.
Определяемые расчетом предельные контуры отко-
сов криволинейного очертания по конструктивным со-
ображениям заменяются контурами ломаного очертания.
Для некоторых расчетных случаев в справочнике
(см. п. 3 данного раздела) приводятся вспомогательные
графики, таблицы и приближенные формулы, составлен-
ные исходя из решений, полученных В. В. Соколовским.
Во всех других случаях расчет откоса по рекуррентным
формулам В. В. Соколовского, связанный с необходи-
мостью большого количества вычислений, должен про-
изводиться с помощью вычислительных машин. Методика
таких расчетов изложена в пп. 3 и 4 данного раздела.
При сложном геологическом строении, когда приме-
нение вышеуказанного строгого метода оказывается за-
труднительным, можно пользоваться приближенными
методами нахождения поверхностей скольжения и дей-
ствующих на них напряжений. Рекомендуемые для таких
случаев методы расчета приведены в пп. 5 и 6 данного
раздела.
Сейсмическое воздействие учитывается соответству-
ющим повышением требуемого коэффициента запаса
устойчивости (см. п. 2.8 данного раздела). Дополнитель-
ные объемные силы фильтрационного давления учиты-
ваются специальными расчетами (см. пп. 3.5, 5 и 6 дан-
ного раздела).
Общий метод решения этой системы, а также приме-
нение его для решения ряда частных задач, в том числе
для построения предельного контура откоса, даны
В. В. Соколовским.
Система (VII.14) имеет два действительных различ-
ных семейства характеристик (и, следовательно, принад-
лежит к гиперболическому типу), являющихся линиями
скольжения. Семейства линий скольжения определяются
уравнениями:
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ОТКОСОВ
2.1. СОСТАВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
Для расчета откосов котлованов, выемок (в част-
ности, карьеров) и существующих склонов необходимы
следующие данные:
1) геологический разрез с разделением всей толщи
на отдельные инженерно-геологические элементы (гори-
зонты), под которыми понимаются геологические тела
(толщи, слои, линзы), относительно однородные по свое-
му составу, физическому состоянию и свойствам;
2) расчетные характеристики сопротивления сдвигу
грунтов каждого инженерно-геологического элемента.
При этом следует учитывать, что на контактах между
разными слоями грунтов сопротивление сдвигу часто ока-
зывается меньше, чем в каждом из соприкасающихся
слоев, главным образом вследствие уменьшения сцепле-
ния. Ослабленные зоны должны выделяться в самостоя-
тельный инженерно-геологический элемент. При наличии
явно выраженных ослабленных поверхностей должны
быть даны расчетные характеристики сопротивления
сдвигу по этим поверхностям;
3) объемный вес грунтов каждого инженерно-геоло-
гического элемента;
4) данные о сейсмичности района;
5) расчетные положения поверхностей подземных
потоков, а если откос выходит в водоем, то и уровень
зеркала воды в нем.
Все эти исходные данные могут быть получены в ре-
зультате специальных инженерно-геологических иссле-
дований. Такие исследования должны иметь стадийность,
соответствующую стадийности проектирования.
Для расчета откосов проектируемых насыпных со-
оружений нужны аналогичные исходные данные, однако
инженерно-геологические исследования носят несколько
иной характер (здесь не рассматриваются).
2.2. ВЫБОР РАСЧЕТНЫХ ПОПЕРЕЧНИКОВ
И НЕОБХОДИМЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Состав и объем инженерно-геологических исследо-
ваний, необходимых для получения исходных данных,
определяются проектировщиками совместно с изыска-
телями с учетом производственных особенностей разра-
ботки выемки, предварительной изученности площадки
и имеющихся данных о литологическом составе и усло-
виях залегания грунтов.
В общем случае эти исследования слагаются из бу-
рения инженерно-геологических скважин, проходки шур-
фов, отбора образцов грунтов для лабораторных иссле-
дований и определений в полевых и лабораторных усло-
виях свойств и характеристик грунтов.
Исследования приурочиваются к расчетным попереч-
никам, количество и расположение которых устанавли-
ваются в каждом отдельном случае исходя из условий
охвата всего многообразия сложения и конструктивных
особенностей бортов выемки или исследуемого склона.
Несколько примеров расположения расчетных поперечников
на бортах некоторых карьерой показано на рис. VII.6. По-
перечники выбирались на основании тщательного изучения
материалов и данных предыдущих геологоразведочных, инже-
нерно-геологических и гидрогеологических работ. Учитывались
наличие, мощности и ранее полученное представление об одно-
родности отдельных литологических разностей на том или ином
участке борта. Особое значение при этом придавалось распро-
странению слабых грунтов, залегающих в основании толщи ма-
лоустойчивых осадочных отложений, так, на Лебединском место-
рождении — юрских глин, а на Соколовском и Сарбайском
карьерах — глинистых разностей коры выветривания скальных
пород палеозоя, о составе и свойствах которой предварительно
можно было судить лишь по характеристикам материнских по-
род. Учитывались условия ожидаемой фильтрации через борта,
например на Канарском карьере они совершенно различны в се-
верной и южной частях месторождения Принимались во вни-
мание конструктивные особенности бортов, выявленные при со-
ставлении проектного задания: расположение внутрикарьерных
автомобильных и железных дорог, съездов, необходимость в тех-
нологических бермах, нх размеры и т. д.
С учетом всех этих факторов средние расстояния между
поперечниками на рассматриваемых карьерах назначались от
400 до 1000 м.
Количество скважин на поперечниках устанавливает-
ся исходя из тех же соображений, которыми руководст-
вуются при выборе расположения и количества самих
поперечников. Во многих случаях на поперечниках мож-
но ограничиться лишь одной или двумя инженерно-гео-
логическими скважинами, так как в районах крупных вы-
емок и карьеров обычно имеется много геологоразведоч-
ных скважин.
Скважины должны буриться на всю глубину тол-
щи, рассматриваемой при проектировании и расчетах
откосов.
Рис. УП.б. Примеры расположения расчетных
поперечников на бортах карьеров
а — Лебединский карьер (протяженность постоянного
борта 7 км); б — Соколовский карьер (протяженность
постоянного борта 8 км); в — Качарский карьер (протя-
женность постоянного борта 9 км); г — Сарбайский карь-
ер (протяженность постоянного борта 4 км); / — контур
по поверхности; 2 — контур по скальным породам;
1—Х — расчетные поперечники
При отборе образцов грунтов из скважин и расчи-
сток следует учитывать, что для правильного выделения
инженерно-геологических элементов помимо непосредст-
венно используемых в расчетах прямых определений угла
внутреннего трения, удельного сцепления и объемного
веса необходимы еще многочисленные определения по-
казателей других свойств грунтов. Всестороннее изучение
грунтов необходимо также для обоснованного выбора
расчетных характеристик, расчетной схемы, методов рас-
чета и для учета всех возможных ослаблений в грунто-
вом массиве в натуре.
В табл. VII.! приведены состав и требуемые коли-
чества лабораторных определений для каждого инже-
нерно-геологического элемента на каждом расчетном по-
перечнике.
Следует отметить, что требования по количеству
определений, приведенные в табл. VII.!, относятся к об-
щему случаю. Если в каком-то частном случае выявится
(заранее или в процессе работ) достаточная однород-
ность того или иного инженерно-геологического элемен-
Таблица VII.!
Состав лабораторных исследований для каждого
инженерно-геологического элемента на каждом
расчетном поперечнике
Исследования Определяемые характеристики для грунтов
СВЯЗНЫХ несвязных
Основные (не менее 10 определений каждой ха- рактеристи- ки) Дополнитель- ные (не менее 5 определе- ний каждой характери- стики) Редкие (до 5 определений каждой ха- рактеристики по всем опорным скважинам) Влажность, пла- стичность, объемный вес, сопротивление сдвигу, задавливание конуса Зерновой состав, удельный вес, размо- каемость, набухание грунта в естествен- ном сложении, усадка объемная, ползучесть Испытания в стаби- лометре, компресси- онные испытания, ми- нералогический сос- тав глинистой фрак- ции, химический со- став водной соляно- кислой или щелочной вытяжки, петрографо- минералогический со- став, сопротивление сдвигу в условиях на- бухания Влажность, зерно- вой состав, объемный вес, сопротивление сдвигу, задавливание конуса Агрегатный состав (для неравномерно сцементированных песчаных грунтов), удельный вес. макси- мальная молекуляр- ная влагоемкость, во- доотдача, угол внут- реннего трения в су- хих грунтах и под во- дой, испытание в ста- билометре Петрографо-мине- ралогический состав, химический состав водной соляно-кислой или щелочной вытяж- ки, коэффициент фильтрации
та, то количество лабораторных определений может быть
сокращено. В некоторых случаях можно сократить коли-
чество определений влажности образцов грунтов (особен-
но несвязных), залегающих ниже уровня подземных вод,
зернового состава глин, агрегатного состава несвязных
грунтов, удельного веса.
При изучении площадок строительных котлованов,
имеющих по сравнению с глубокими карьерами значи-
тельно меньшие размеры, и небольших участков природ-
ных склонов допускается обобщать данные исследова-
ний не по поперечникам, а по площадке в целом. Общие
же принципы размещения скважин, отбора образцов из
них и количества лабораторных определений остаются
неизменными и для малых площадок.
В то же время на крупных площадках с целью бо-
лее полной оценки степени неоднородности физико-меха-
нических свойств инженерно-геологических элементов из
части намеченных скважин (20—25%), так называемых
«опорных скважин», образцы отбираются в больших ко-
личествах и соответственно увеличивается количество
лабораторных определений показателей свойств и соста-
ва грунтов. По образцам из опорных скважин произво-
дят и так называемые «редкие исследования»
(см. табл. VII.1).
Количество полевых испытаний сопротивления грун-
тов сдвигу, выполняемых на бортах выемок, обычно опре-
деляется состоянием их разработки и соответственно
возможностями производства опытов на характерных
участках. На существующих склонах желательно выпол-
нять полевые испытания на каждом расчетном попереч-
нике для наиболее важных инженерно-геологических эле-
ментов данного геологического разреза.
2.3. БУРЕНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
СКВАЖИН
Для выполнения инженерно-геологических скважин,
учитывая, что глубина их может достигать нескольких
сотен метров, следует применять вращательное колонко-
вое бурение. Основной задачей при бурении является
получение 100%-ного выхода керна и получение образ-
цов грунтов с ненарушенной (точнее, с минимально на-
рушенной) структурой.
Полный выход и хорошая сохранность керна позволяют
сделать визуальное описание грунта, составить геологический
разрез и предварительно разделить всю толщу на инженерно-
геологические элементы. Изучение же фнзико-механических
свойств грунтов в лаборатории должно производиться не по все-
му керну, а по отдельным характерным образцам. Количество
таких образцов зависит от глубины скважины, разнообразия
грунтов и степени неоднородности их свойств.
С целью сокращения количества образцов и рационального
отбора их следует параллельно с описанием керна производить
его опробование с помощью микропенетрометра. Такое опро-
бование позволяет получить известное представление об одно-
родности илн неоднородности свойств грунтов данного слоя,
обнаружить некоторые незаметные на глаз изменения их свойств
и выявить отдельные ослабленные прослои. Следует обращать
особое внимание на отбор образцов из зон контактов отдельных
пластов, которые, как правило, должны выделяться в самостоя-
тельные инженерно-геологические элементы.
Произведенное в полевых условиях разделение на
инженерно-геологические элементы уточняется после про-
ведения лабораторных исследований.
2.4. РАСЧИСТКИ НА СУЩЕСТВУЮЩИХ СКЛОНАХ
И БОРТАХ ВЫЕМОК.
ОТБОР МОНОЛИТОВ И ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ
НА СДВИГ
Для решения вопросов устойчивости существующих
склонов и бортов разрабатываемых карьеров, кроме сква-
жин, выполняются также расчистки, размещаемые, как
правило, по линиям тех же расчетных поперечников,
вдоль которых располагаются и инженерно-геологические
скважины.
Из расчисток отбираются образцы всех инженерно-геологи-
ческих элементов. При этом отбору монолитов предшествует
опробование пород в их естественном залегании пенетрометра-
ми (наиболее часто используются при этом пенетрометры Все-
гингео и ДорНИИ). Результаты этого опробования учитываются
и при выборе участков для полевых испытаний на сдвиг. После
выбора участка и подготовки для испытаний площадки опробо-
вание пенетрометрами выполняется непосредственно на горизон-
те, где производится опыт.
Испытания на сдвиг рекомендуется проводить по методике
института Фундаментпроект с помощью специально сконструиро-
ванной для этой цели установки (рис. VII.7). При этом испы-
тании срезается целик грунта в обойме диаметром 426 мм с вер-
тикальной центрированной нагрузкой и сдвигающим усилием,
распределенным по полуокружности. Такой опыт характерен
известной определенностью распределения усилий и вполне со-
поставим с лабораторными испытаниями сопротивления сдвигу.
Испытания на срез в полевых условиях выполняют также
по методу ВНИМИ, отличающемуся портативностью установки.
Однако при этом методе распределение напряжений по пло-
скости среза и сама плоскость среза недостаточно определенны;
кроме того, методика полевых испытаний резко отличается от
методики лабораторных опытов, поэтому их результаты несопо-
ставимы. Указанный метод целесообразно применять лишь для
сравнительной оценки сопротивления грунтов срезу, поскольку
он требует меньших затрат, чем испытания установкой Фун-
даментпроекта.
В случаях, когда на сравнительно небольшой глубине зале-
гают слабые грунты текучей или текуче-пластичной консистен-
ции, отобрать образцы которых не представляется возможным,
а организовать испытания целиков нельзя, следует применять
испытания в скважине с лопастными приборами, которые с из-
вестным приближением позволяют получить характеристику
сопротивления грунта сдвигу.
Рис. VII.7. Установка для определения сопротивления грунтов сдвигу в полевых условиях
Примечания: 1. Столбики грунта (3 штуки) подвергаются испытанию на срез поочередно.
2. В зависимости от плотности грунтов в установке используются по две или по одной винтовой сваи с каждой стороны
балки (см. вариант)
2.5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Сопротивление грунтов сдвигу в лаборатории опре-
деляется, как правило, на срезных приборах (типа Гид-
ропроекта, ВСВ, Троицкой и др.).
Объемный вес и все остальные характеристики свой-
ств грунтов определяются общепринятыми стандартны-
ми методами (см. раздел I).
2.6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
В соответствии с произведенным в процессе бурения
инженерно-геологических скважин делением грунтового
массива на инженерно-геологические элементы для каж-
дого из них строятся графики рассеяния значений сдви-
гающих напряжений (рис. VII. 8), а также (рис. УП.9)
объемного веса, пористости, влажности, пластичности
(для связных грунтов) и зернового состава (для песков).
При этом используются как данные лабораторных испы-
таний, так и данные полевых опытов. Если те и другие
данные колеблются примерно в одинаковых пределах, то
они обрабатываются совместно. В противном случае по-
левые опыты, дающие, как правило, меньшие значения
сопротивления сдвигу, служат для определения попра-
вочных коэффициентов, учитывающих ослабление проч-
ностных свойств грунтов в массиве.
Графики рассеяния дают наглядное представление
о степени однородности данного грунта. Для этой цели
полезно также построить графики изменения свойств
грунтов по глубине (рис. VI 1.10) и нанести на них про-
изведенное расчленение толщи.
Рис. VII.9. График рассеяния показателей физических свойств чеганских глин
б — скважина № 7
а — скважина № 2;
Построенные графики рассматриваются совместно
-со всеми другими данными лабораторных и полевых ис-
следований; особое внимание следует уделять различным
текстурным особенностям в естественном залегании грун-
тов, в частности их трещиноватости. Кроме того, должны
учитываться степень выветрелости породообразующих
минералов и их подверженность выветриванию, харак-
тер и стойкость цемента и изменчивость прочностных
свойств во времени.
В результате подобного всестороннего рассмотрения
уточняется деление разведанного комплекса на инженер-
но-геологические элементы, устанавливается, в какой
мере образцы и данные их испытаний в лаборатории от-
ражают прочностные свойства грунтов в массиве, и при
необходимости (главным образом при развитой трещи-
новатости в грунтовом массиве) выбирается значение
поправочного коэффициента, который вводится в даль-
нейшем при вычислении расчетного удельного сцепления.
По данным практики, величина поправочного коэффи-
циента к0 может приниматься от 0,5 до 1.
2.7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ГРУНТОВ
Для установления расчетных характеристик фр и ср
необходимо определить средние значения сопротивления
грунта сдвигу и коэффициенты однородности, соответ-
ствующие каждой нагрузке р, при которой испытывались
образцы грунта на срез.
Среднее значение сопротивления грунта сдвигу при
нагрузке р определяется как среднее арифметическое
всех величин, полученных опытным путем при данной
нагрузке:
Е 51
5сР =-----Д , (VII. 17)
' п
где 8р — значение 5 при данном р из 1-го опыта;
п — число опытов при данной нагрузке.
Коэффициент однородности равен:
к=\ — — , (VII. 18)
5ср
где о — стандарт кривой распределения, определяемый
по формуле
Обозначая
вычисляют фр и сР по формулам:
п Е р8к — 2 р 2 8к
|р фР =р .
п 2 Р- — (2 р)2
2 р2 2 8к - 2 р 2 р8к
ср = к0-----------------е-
п2р2 —(2р)2
(VII.19)
(VII. 20)
(VII.21)
(VII. 22)
Как правило, расчетные характеристики фр и ср
должны вычисляться по данным испытаний при трех на-
грузках р, близких к проектным давлениям на грунт
в массиве (см. пример 1), но допускаются также и более
широкие обобщения.
Если контактная зона не выделена в самостоятель-
ный инженерно-геологический элемент и прочностные ха-
рактеристики на контакте двух слоев не удалось опреде-
лить в процессе исследований, рекомендуется для про-
верки сдвига по контактной поверхности принимать рас-
четное значение угла трения на контакте двух пластов
равным меньшему из двух значений <рр контактирующих
слоев, а сцепление — от меньшего значения ср до нуля
в зависимости от характера контакта.
Расчетные значения фр вычисляются непосредствен-
но при расчете откоса по расчетным значениям <рр и ср
при соответствующем сг„ (см. и. 6 данного раздела).
Расчетная величина объемного веса принимается
равной среднему арифметическому из всех значений,
определенных опытным путем для данного инженерно-
геологического элемента.
2.8. КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА УСТОЙЧИВОСТИ
Коэффициент запаса устойчивости К3 определяет
соотношение между сдвигающими (касательными) на-
пряжениями на поверхностях скольжения и сопротивле-
нием грунта сдвигу. Его величину рекомендуется при-
нимать в зависимости от класса сооружений и расчетной
сейсмичности площадки строительства по табл. VI 1.2.
Таблица VII.2
Значения К”
Класс сооруже- К” при расчетной сейсмичности в баллах
НИЯ
<7 8 9
I И II 1,2 1,3 1,45
III 1,1 1,2 1.3
IV 1 1,1 1,2
Класс сооружения устанавливается организацией,
выдающей задание на проектирование, на основании дей-
ствующих норм и соответствующих глав СНиП. В част-
ности, строительные котлованы и борта карьеров, на
которых не располагаются постоянные выездные пути
и другие ответственные коммуникации, должны, как пра-
вило, относиться к IV классу. Естественные склоны п бор-
та карьеров, на которых размещаются дороги и комму-
никации, а также борта капитальных выездных траншеи
из карьеров классифицируются по классам дорог и ком-
муникаций. Допускается отнесение сооружения к повы-
шенному классу в особо неблагоприятных гидрогеологи-
ческих условиях. Отнесение откосных сооружений
к I классу допускается в случае, если авария может
повлечь за собой последствия катастрофического харак-
тера. При этом значение А” для сооружений I класса
может быть повышено на 10% по сравнению со значе-
ниями, приведенными в табл. VI 1.2.
Пример 1. При бурении скважин на площадке Канарского
железорудного карьера глины чеганской свиты предварительно
были отнесены к одному инженерно-геологическому горизонту.
Требуется произвести обработку данных лабораторных исследо-
ваний, уточнить деление на инженерно-геологические элементы
и вычислить расчетные значения угла внутреннего трения
и удельного сцепления.
С этой целью построены графики рассеяния значений со-
противлений сдвигу (см. рис. VII 8), а также физико-механиче-
ских свойств глин (см. рис. VII.9). Указанные графики нагляд-
но иллюстрируют весьма значительное рассеяние значений почти
всех характеристик, и особенно значений сопротивлений сдвигу.
Последние при р=1 кгс/см2 колеблются от 0,3 до 3 кгс/см2,
а прн р=2 и 3 кгс/см2 — от 0,5—0,8 до 3,6 кгс/см2.
Учитывая такое рассеяние значений основных характери-
стик, весь слой на каждом поперечнике разделен на два инже-
нерно-геологических элемента. Верхняя часть (более слабая)
отнесена к элювию чеганских глин, а нижняя — к коренным
отложениям этого яруса. На рис. VII.<0 показаны графики изме-
нений физико-механических свойств грунтов этого слоя по глуби-
не и уточненное деление его на инженерно-геологические эле-
менты на поперечнике IV—IV, на котором пробурены две сква-
жины (№ 2 и 7).
Для нижнего слоя этих глин получены следующие значения
$ср в кгс/см2-.
при нагрузке I кгс/см2
1,1 .(-о, 7+0,854-1,1+1,57+1,2+1,7+1,6+1,3+2,6+
5ср = __________+2,5+2,9+0,8+1,12+1,95___________
1 15
= 1,53 кгс/см2-,
при нагрузке 3 кгс/см2
ср _ 1.3+2,4+2,35+1,7+2.5+2+1.6+3+1,2+1,9+3,35 =
3 11
= 2,16 к гс /см-;
при нагрузке 5 кгс/см2
5Ср _ 1,5+2,17+2,98+1,9+3,2+1,8+3,2+3,1+3,6+2,5+4,25 _
5 11
=2,75 кгс/см2.
Для определения расчетных характеристик вычислим по
формулам (VII.18) и (VII.19) коэффициенты однородности значе-
ний 5^ при каждом р:
при р — 1 кгс/см2;
2 ( = (1,1 - 1,53)*+ (0,7- 1,53)2 +--- +
+ (1,95 — 1,53)2 = 6,5584 « 6,56;
а = — = 0,684;
Г 14
= 1 — -°-684 ~ 0,55;
1,53
при р=3 кгс/см2; •
У ( ^-5?Р)2 =
3 — 2,16)2 + (2,4 — 2,16)2-|-------1-
Результаты расчетов для обоих горизонтов чеганских глин
показаны на рис. VII.11.
Расчетное значение объемного веса определено как среднее
арифметическое всех значений, полученных лабораторным пу-
+ (3,35 — 2,16)2 = 5,0506 « 5,05;
^-5 = 0,71;
10
*,= 1-
2,16
» 0,67;
при р=5 кгс/см2;
З^Р'12 = (1,5-2,75)2
+ (2,17 — 2,75)- 4--------|-
+ (4,25 — 2,75)2 = 7,1393 » 7,14;
— = 0,846;
10
0.846
------- » 0,69.
2,75
Далее по формуле (VII.20) вычислим значения 5^:
5^ = 1,53-0,55 == 0,84 кгс/см2;
3* = 2,16-0,67 = 1,45 кгс/сл«2;
5^ = 2,75-0,69 = 1,89 кгс/см2.
В природном залегании глины характеризуются сланцева-
той текстурой и разбиты единичными вертикальными и гори-
зонтальными литогенетическими трещинами. Верхние слои
выветрелые. Руководствуяс! этими данными, принимаем следу-
ющие поправочные коэффициенты, учитывающие ослабление
сцепления в массиве: для верхней части &о=0,7, для нижней
части &о=0,8.
Расчетные значения угла внутреннего трения и удельного
сцепления вычисляются соответственно по формулам (VII21)
и (VII.22):
для нижнего горизонта:
= 3(1-0,84+3-1,45+5-1,89)—(1+3+5) (0,84+1,45+1,89) _
3 (Р+з2+52) — (14-3+5)2 “
= 0,262; с₽Р « 15°;
(12+3-+52) (0,84+1,454-1,89) —
ср = 0 8 -(1+3+5)(1-0,84+3-1,45+5-1,89)
3(12+32+52) — (14-3+5)2
~ 0,5 кгс/см2 — 5 тс/м2;
для верхнего горизонта:
<₽Р « 12°; сР ш 3 тс/м2.
Рис. VII.! 1. Результаты определений расчетных значений
характеристик сопротивления грунта сдвигу
а — верхний слой чеганских глин; б — нижний слой чеганских
глин; 1 — результаты испытаний; 2 — средние значения; 3—сред-
ние значения с учетом коэффициента однородности; 4 — рас-
четная зависимость 8п=/(рп)
тем для обоих инженерно-геологических элементов, т. е. для
всего слоя в целом:
7Р = 1,95 тс/м2.
3. ПОСТРОЕНИЕ контуров откосов
В ОДНОРОДНОМ ГРУНТЕ
3.1. ПОВЕРХНОСТЬ ГРУНТОВОГО МАССИВА
ГОРИЗОНТАЛЬНА И СВОБОДНА ОТ НАГРУЗКИ
Построение предельных откосов. Предельный откос
в грунтовом массиве из чистого песка, обладающего
только внутренним трением без сцепления (сР =0), пло-
ский, наклоненный к горизонту под углом
0==Ф;. (VII.23)
Предельный откос в грунтах, обладающих сцепле-
нием, в верхней своей части имеет форму нависающего
свода, который заменяется вертикальным откосом с пре-
дельной высотой:
2с' соз ф'
Ав ’— Ао ’— : 77 9
уР (1 — 51П ф )
(VII. 24)
где ф' и с' определяются по формулам (УП.б), а вели-
чина
, 2 соз ф'
Ло = ----
1 —51П ф
(VII. 25)
может быть найдена по графику на рис. VII.12.
Рис. VII.12. График для определения вспо-
могательной величины й'о
Для построения предельного откоса на глубине, пре-
восходящей Ао, примем начало координат О в подошве
вертикального откоса, ось х примем вертикальной, на-
правленной вниз, ось у — горизонтальной с положитель-
ным направлением вправо (рис. VII.13).
Слой грунта, ограниченный вертикальным откосом,
рассматривается как действующая на нижележащий
Рис. VII.13. Схема по-
строения контура пре-
дельного откоса
грунтовой массив равномерно распределенная нагрузка
интенсивностью
Ро = Ур Ао.
(VII. 26)
При такой нагрузке предельный откос можно по-
строить по графику И. С. Мухина и А. И. Срагович, при-
веденному на рис. VII.14. Каждая кривая здесь изобра-
жает предельный откос для соответствующего значения
ф' от точки О и ниже в безразмерных координатах х'
и у'. Координаты, имеющие размерность длины, опре-
деляются по формулам:
с
у = — у'-
уР
(VII. 27)
Рис. VII.!4. График для расчета предельных
откосов
Пример 2. Требуется построить контур предельного откоса
для борта Канарского карьера в верхнем слое чеганских глин
мощностью Н =-15,8 м при расчетной сейсмичности до 7 баллов
и расположении на борту дорог III класса.
Расчетные характеристики верхнего слоя чеганских глин
определены в примере 1: ФР“12*; ср “3 тс/ж2; 7Р = 1,95 тс/м*.
По формулам (УП.б) находим значения <₽' и с' (величину
принимаем по табл. УП.2 равной 1,1):
19°
Ф' = агс1г- - — ~ И’;
1,1
з
с' =----= 2,73 тс/м2.
1,1
Из графика на рис. VII.12 находим /1'0=2,42, тогда предель-
ная высота вертикального откоса по формуле (VI 1.24) составит:
2.73
й„ = 2,42 — =3,4 ж.
1,95
Для построения контура откоса иа глубине, превосходящей
3,4 м, задаемся значениями х'; на кривых для ф'=10° и <₽'=15°
(см. рис. VII.14) находим соответствующие этим значениям х1
Таблица VI 1.3
Вычисление координат в примере 2
х' Величины у’ при значениях ф' с' У X У
10° 15° 11°
3 —1,6 —1,2 -1,6+ =-1,52 ^=1.4 4,2 —2,12
4 —3,2 —2,4 5 _3>2+ 3’2~2,’±_ =-3,04 5 1,95 1,4 5,6 —4,25
5 —4,8 —3,6 , „ . 4,8—3,6 л —4,84 1” =—4,56 5 1,4 7 —6,4
6 —7,6 —5,2 -7.6+ —7Л2 5 1,4 8,4 —10
7 —10 —7,8 „, 10—7,8 _ __ —Ю4 =—9,56 5 1,4 9,8 —13,4
8 —12,8 —8,8 5 1,4 11,2 —16,8
8,85 —15,1 —9,7 15,1—9,7 —15,14 : — =—14 5 1,4 12,4 —19,6
значения у' и вычисляем по интерполяции промежуточные зна-
чения д’ для ф'=-11° до глубины 15,8 м, т. е..до значения
х' = (15,8—3,4) 1Л^ = 8,85.
2,73
Вычисления сведены в табл. VII.3.
Постооеннып по результатам вычислений контур предель-
ного откоса приведен на рис. VI 1.15.
Определение угла наклона плоского откоса к гори-
зонту. Максимально допустимый угол 0 наклона пло-
ского откоса в однородном грунте мощностью Н опреде-
ляется по графику зависимости угла 0 от безразмерного
коэффициента Е (рис. VII.16). Этот график составлен на
основании графика И. С. Мухина и А. И. Срагович
(см. рис. VII. 14), а также ряда сопоставительных расче-
тов, в результате которых установлено, что при Е < 0,1
(рис. VII.17, а) можно принимать
0 = агс!§ —- , (VII. 28)
У
а при Е> 0,167 (рис. VII.17, б)
+ Ло
0 = агс1§——- . (VII. 29)
Рис. VII. 15. Контур предельного откоса и эпюры напряжений в подошве ограниченного им слоя грунта'
(к примеру 2)
Для промежуточных значений Е принимается проме-
жуточное значение 6 между величинами, подсчитанны-
ми по формулам (VII.28) и (УН.29).
Как показывают расчеты, такой способ замены пре-
дельного криволинейного откоса плоским обеспечивает
некоторый дополнительный запас устойчивости.
Рис. VII.16. График для определения макси-
мально допустимого угла наклона плоского
откоса
Рис. VII.17. Схема замены криволинейного откоса
плоским
а — при Е <0,1; б — при Д> 0,167
Пример 3. Требуется определить допустимый угол наклона
плоского откоса борта Канарского карьера в верхнем слое че-
ганских глин для условий примера 2.
Вычисляем безразмерный коэффициент Е по формуле, при-
веденной на рис. VII.16:
2 73
Е =-----—------ « о,О9.
1,95-15,8
Пользуясь графиком на рис. VII.16, находим при ф'=*10°
значение 9=30° и при <₽'=15° значение 9=43°. Искомый угол 0
при ф'=11° определяется по интерполяции:
9 = 30° +
(43° — 30°) (11°— 10°)
5°
130.10
= 30° + —------- « 33° ,
5°
что соответствует заложению откоса примерно 1 : 1,5.
3.2. ПОВЕРХНОСТЬ ГРУНТОВОГО МАССИВА
ГОРИЗОНТАЛЬНА И НА НЕЕ ДЕЙСТВУЕТ ВЕРТИКАЛЬНАЯ
РАВНОМЕРНО РАСПРЕДЕЛЕННАЯ НАГРУЗКА
Если на поверхности земли имеется вертикальная
равномерно распределенная нагрузка р<рп (рис. VII.18),
где
2с' соз <р'
Ро = ;-----:—, >
1 — 31П ф
(VII. 30)
то предельная высота вертикального откоса подсчиты-
вается по формуле
Рис. VII.!8. Построение контура откоса в однород-
ных грунтах при равномерно распределенной нагруз-
ке на поверхности в случае р < р0
1 — контуры плоских откосов по графику на рис. VII.16;
2 — контур предельного откоса
Дальнейшее построение предельного откоса выпол-
няется аналогично указаниям, приведенным в предыду-
щем п. 3.1, с использованием графика на рис. VII.14.
Угол плоского откоса определяется по графику на
рис. VII.16 по приведенной высоте откоса
р
Нпр = Н+-^-. (VII. 32)
ур
Если на поверхности земли имеется вертикальная
равномерно распределенная нагрузка р = рп (см. тот же
рис. VII.18), то Ав=0 и предельный откос строится по
графику на рис. VII.14, начиная с поверхности. Угол пло-
ского откоса находится по приведенной высоте аналогич-
но случаю р<рп.
Пример 4. Для условий, рассмотренных в примере 2, опре-
делить угол плоского откосе при равномерно распределенной
нагрузке интенсивностью р=5,5 тс/м?-.
Находим по формуле (VII.30) значение р0:
2-2,73 соз 11° _ ,
р0= ---1--------= 6,6 тс!м2 > 5,5 тс/м?.
1 — з1п11°
Определяем приведенную высоту откоса
Е? = 15,8 + — = 18,6 м.
пр 1,95
Безразмерный коэффициент Е составит:
2,73
Е = — = 0,075.
1,95-18,6
Для этого значения Е, пользуясь графиком рис. VII.16,
находим 0 =27°.
Если на поверхности земли имеется вертикальная
равномерно распределенная нагрузка р>р0, то предель-
ный откос строится по формулам, выведенным для по-
строения сетки линий скольжения. В этом случае в грун-
товом массиве ниже оси Оу различают три области
с разным характером линий скольжения (рис. VII.19).
В области ПОу линии скольжения прямолинейны и на-
Рис. VII.!9. Сетка линий скольжения при равномерно
распределенной нагрузке на поверхности в случае
Р>Ро
клонены к вертикали под углом ± р. Здесь оси Ох и Оу
совпадают с направлениями главных осей / и II, и на-
пряженное состояние определяется в замкнутом виде:
<>Х = Р-Г Тр х;
р+^Р Х(1—51П ф')—2с' соз ф'
0 = -------------------------
1 + ЗШ ф'
(VII. 33)
ХХу — 0.
В областях ПОП' и П'ОМ линии скольжения кри-
волинейны. Область ПОП' характеризуется пучком ли-
ний скольжения, исходящих из одной точки О. Границы
между областями также являются линиями скольже-
ния — характеристиками.
Расчет ведется в безразмерных координатах и на-
чинается от граничной прямолинейной характеристики
ОП, которая проводится из точки О под углом р к вер-
тикали. При выбранном шаге вычислений А/ для точек
на прямолинейной характеристике определяются:
15—631
х' — /;
У’ = х’ 1^р;
Я = 5 =
с*§ф'
2
х' + с12Ф'+
1 + 81П ф'
(VII.34)
Пучок характеристик, исходящих из точки О, опре-
деляется изменением значений в этой точке от = “По
ДО ?мин•
с12<Р + ~
с
1 -ф- 81П ф'
(VII. 35)
с!^ф' *
?мни — ф Яо •
1 — 81П ф
Интервал от ДО ^мин разбивается на несколько
частей, т. е. в точке О принимается некоторое конечное
количество значений : ^о, —< ?оп> ^мнн- Затем по из-
вестным значениям х0, у0, ^01, т]0 в точке О(Р) и хр
и т]1 в точке 1 (№) вычисляются значения х', у', и ц
вточкеп+1 (К) (см. окрестность точки О на рис. VII. 19).
В дальнейшем таким же образом вычисляются значения
х', у', и т] в остальных узловых точках в пределах за-
данной глубины (высоты) грунтового массива. Вычис-
ления ведутся по рекуррентным формулам:
для точек внутри областей ПОП' и П'ОМ:
ХК~Х\У —
/ —Яр \ . , ,
Ч> I 2 / \* * х№ ХР/ Умг^Ур
(4 _Д_(8 / Ея-Пя +|Х)
\ 2 / \ 2 /
У К = Уу? +
/ Я «7 \ , , , .
+ I -------------- М I ( хк -х^}\
Як = Яц/ “г
~1гс₽’( + ^ит) . /
е ' '81п --------
\ 2
/ ^“Яй7
2 81П ф соз I -----— р
х ( хк ~ х\г) >’
. = —
-1?ф' ( +%) / 1р—-Ял
е ' ’8Ш --------
\ 2
„ . , ( ~ Яр
2зш ф соз I -------ф- р
х ( хк ~~ Хр) ’
(VII. 36)
для точек на контуре откоса:
ХК. Х\У ~
I 2 I (. х№ хр) У\^~т~Ур
/ "Пц/ \ / ^р 'Пр
*ц—-----------н)-Ц——
У^ = У^ +
I Ъуу — Пу/ \ ( , ' \
+ I — Р I (ХУ х№) ’
Пк = Пу/ +
ф' ( ч™,) . ( ~Пи/ \
е 4 ' зш-----------4-Ц.
\ 2 /
-------------------1-----------С X
, / ?у/“’ Пу/
2 81П ф соз I ------- — р.
X ( ХК. ~ х1г) '
с!пф'
= с^ф' 1п------;--, —Пк •
4 1 — 81П ф 4
(VII. 37)
Здесь К, Р и IV — индексы, показывающие распо-
ложение узловых точек сетки линий скольжения (см.
рис. VII.19).
Плоский откос в этом случае строится как хорда,
стягивающая начальную и конечную точки определенно-
го расчетом криволинейного контура.
Пример 5. Требуется построить контур откоса борта выем-
ки глубиной И=20,7 м в песчаных грунтах с характеристиками
ф'=30°, с'=2 тс!м2, 7Р =2 т/с.ч3 при действии на поверхности
земли вертикальной равномерно распределенной нагрузки ин-
тенсивностью р=20 тс/м2 (рис. VII.20).
Определим по формуле (VI 1.30) величину р0:
2-2 соз 30°
Ро = ---------= 6,9о тс/м-, т. е. р > р0.
1 — 51П 30°
Расчетная безразмерная нагрузка
По расчетной нагрузке и заданным характеристикам иа
электронно-счетиой машине «Урал-2» были определены с исполь-
зованием формул (VII.34) — (VII.37) безразмерные координаты
7°
предельного контура от х' = 0 до х' = Н--•
с'
Размерные координаты контура в м выражаются такими
с'
же числами, так как —&- -1.
Г
Определенные расчетом координаты контура откоса:
х............... О 0,06 0,81 1,82 2,62 3,44
У............... 0 —0,05 —0,7 —1,58 —2,3 —2,79
Продолжение
3,77 4,6 5,65 10,24 15,5 20,7
—3,39 —4,18 —5,24 —10,26 —16,7 —24
Угол плоского откоса составит
20 7
(г о в ^21 = о,865; 0 « 40°.
24
При необходимости вычисления напряжений в от-
дельных точках грунтового массива или по какой-нибудь
поверхности, проходящей в нем (например, по подошве
слоя), можно также воспользоваться рекуррентными
формулами. При этом определение одновременно с коор-
динатами значений вспомогательных функций и т] в уз-
ловых точках сетки линий скольжения позволяет вычис-
лять напряжения в них по формулам (VII.13) и (VII.16).
При необходимости определения напряжений в теле
грунтового массива, когда р < Ро, производится анало-
гичный расчет по рекуррентным формулам. В этом слу-
чае функция в точке О имеет одно значение:
с!р ф' , с!е ф'
?О = ?мии-т)о = -^-1п —, (VII. 38)
2 1 — 81П ф
а в точках на прямолинейной характеристике ОУ
с!еф' I х' \
5 = п =:= —— - 1п ----------+ -------. (VII. 39)
2 \1-|-51Пф' 1 —81П ф /
Линия ОУ' в данном случае совпадает с ОУ, и в те-
ле грунтового массива возникают только две области:
Рис. VII.20. Построение контура откоса при равно-
мерно распределенной нагрузке на поверхности в слу-
чае р>р0 (к примеру 5)
1 — расчетный криволинейный контур; 2 — принятый контур
откоса
МОУ и УОу. Внутри области МОУ расчет ведется по
формулам (VII.36), а на контуре откоса — по формулам
(VI 1.37).
Эпюры нормальных и касательных напряжений в по-
дошве ограниченного откосом слоя при а—0, вычислен-
ные на ЭЦВМ по формулахМ (VII.13), (VII.16), ^11.38),
(VII.39), (VII.36) и (VII.37), приведены на рис. VII.15
к примеру 2.
Напряжения на наклонных площадках определяют-
ся по формулам:
а/ )
= а0 [1±81п ф' соз 2 (а>х—а)] — с' с(§ ф';
(VII. 40)
= а0 зш ф' 81‘п 2 (<ох — а),
где а — угол между нормалью п к площадке, на кото-
рой определяются напряжения, и осью х или,
что то же самое, угол наклона этой площадки
к горизонту.
3.3. ПОВЕРХНОСТЬ
ГРУНТОВОГО МАССИВА ГОРИЗОНТАЛЬНА,
И НА НЕЕ ДЕЙСТВУЕТ СЛОЖНАЯ НАГРУЗКА
В общем случае при сложной нагрузке, выраженной
непрерывной, монотонной, не имеющей переломов функ-
цией, на поверхности грунтового массива в нем, так же
как и в частном случае, рассмотренном ранее, возникают
три области. В отличие от вышеуказанного случая обе
характеристики, ограничивающие вторую область и яв-
ляющиеся огибающими для пучка линий скольжения,
исходящих из нулевой точки, криволинейны (рис. VII.21).
Поэтому расчет начинается с поверхности грунтового
массива. Начало координат помещается в точке пересе-
Если |6|>ф', то построение откоса невозможно.
В этом случае нагрузка должна быть изменена таким
образом, чтобы |д| = ф' (см. пример 8).
2-е условие. Значение вспомогательной функ-
ции в начале координат (в точке О) должно удовлетво-
рять неравенству
^0 ?МИН 1
(VII. 43)
Рис. У11.21. Построение контура откоса при слож-
ной нагрузке на поверхности (к примеру 6)
чения поверхности с откосом. Сложная нагрузка выра-
жается через компоненты о* и тху> по которым с исполь-
зованием формул (VII. 13) определяются о0 и о)х, а за-
тем по формулам (VII.16),— и т) в точках на поверх-
ности слоя вдоль оси Оу'.
Далее построение сетки линий скольжения и контура
откоса производится по формулам (VII.36) для всех
внутренних точек и по формулам (VII.37) для контура
откоса; в нулевой точке 'П=т1о> а ? изменяется от до
^мин» определяемым по формулам (VI 1.35).
Непосредственное применение вышеуказанных фор-
мул возможно лишь при соблюдении двух условий.
1-е условие. Абсолютное значение величины 6,
составляющее:
где ^мин определяется по формуле (VII.35), в которой
т]о, так же как и для точки О вычисляются по форму-
лам (VII.16).
Если ^о<^мин> непрерывного решения нет. Это озна-
чает, что данная нагрузка не вызывает предельного со-
стояния даже при вертикальном откосе. Предельный
контур откоса приобретает форму нависающего полу-
свода. Практически в этом случае при построении рас-
четного контура откоса вверху грунтового массива вы-
деляется участок с вертикальным откосом (см. пример 8).
Полученный расчетом вогнутый контур заменяется
плоским путем соединения верхней и нижней точек рас-
считанного откоса.
Пример 6. Требуется построить контур откоса при сложной
безразмерной нагрузке, заданной компонентами напряжений
И ТХу вдоль положительной оси у' в точках 1—11 (табл. VII.4)
в грунте со следующими характеристиками: <р' = 14°; с'=4,9 тс/лЩ
ТР =1,7 тс1м3.
Расчет ведется на электронно-счетной машине по формулам
(VII.13), (VII.16) и (VII.35) — (VII.37). В результате расчета
получены следующие безразмерные координаты контура откоса:
х’ . . 0 0,408 0,95 1,126 1,58 2,089
у' . . 0 —0,117 —0,372 —0,478 —0,809 —1,287
Продолжение
2,595 3,028 3,491 4,104 5,248 6,415
—1,881 —2,498 —3,276 —4,483 —7,221 —10,214
Для получения размерных координат безразмерные коор-
динаты умножаются на коэффициент
с'
Тр
4,9
1,7
= 2,86.
3.4. ПОВЕРХНОСТЬ ГРУНТА НАКЛОНЕНА
к горизонту под углом а
| 6 | = агс1§
1 Хху I
Стх+с' с1§ ф'
(VII.41)
на поверхности слоя должно быть равно или меньше
угла внутреннего трения этого слоя:
|б|<ф'. (VII.42)
Если угол наклона поверхности грунта к горизонту
не превышает 10° и нагрузка на ней отсутствует
(рис. VII.22), то построение откоса производится, как
и для горизонтальной поверхности, с использованием гра-
фика на рис. VII. 16, но в этом случае при определении Е
в формулу вместо Н подставляется величина
В а
Н + &Н = Н + —, (VII.44)
Таблица VII.4
Компоненты напряжений на поверхности грунтового массива в примере 6
Напряжения Значение напряжений в точках (см. рис. VII. 21)
2 3 4 5 | 6 7 | У 9 10 11
с координатой у'
0 1,367 3,193 4,669 5,895 6,94 8,597 9,829 10,235 10,807 12,26
хху °х —5,898 11,13 —6,086 13,61 —6,684 16,81 —7,717 19,17 —8,495 20,98 —9,103 22,45 —9,996 24,68 -10,735 26,23 — 10,951 26,84 —11,113 27,35 -11,573 28,37
где В — участок поверхности грунтового массива, на-
грузка на котором влияет на крутизну откоса данной
высоты.
Тогда величину Е можно определять по формуле
уР уР
Н'=Н — ; В'=В~.
с с'
Значение В' приближенно может быть определено
по графику на рис. VII.23, составленному для случая вер-
тикальной нагрузки на поверхности грунтового массива
, 2 соз ф'
1 — 81П ф'
Пример 7. Требуется построить контур откоса высотой
15 м при тангенсе угла наклона поверхности грунта к горизон-
ту 0,14 (а=8<>). Грунт имеет следующие характеристики: <р'“20°;
с'=3 тс/м2;^ =1,9 тс[м.\
По графику на рис. VII.23 найдем значение В'. При Н'—
1,9
= 15 -- —9,5 значение В'=5,9. Тогда величина Е составит:
3
Е = -------------= — ~ 0,1.
„ г , 5,9-0,14 9,91
у, о 4"----
Рис. VI 1.22. Построение контура откоса
при наклонной поверхности грунта
в'
7 = 5° <0° 15°
/ 20° 25 е
30° 35° 40° 45°
Н'
4 & 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52
Рис. VII.23. График для определения величины В'
По графику на рис. VII.16 находим значение 9 при ^=0,11
в ~55°.
Если поверхность грунтового массива наклонена
к горизонту под углом больше 10° и нагрузка на ней
отсутствует, то рекомендуется рассчитывать откос на
нагрузку вдоль горизонтальной оси у, проведенной че-
рез бровку откоса, с компонентами:
Рекуррентные формулы для внутренних точек:
выражения ^11.36) для хк, у'к; выражение (VII.49)
для т]А- ;
е
ох уР у а (1 51п 2а)
и
Хху = УУ 81П2 а-
(VII. 46)
~ %р
( Ер+М Г • (
х ' 81П I
I '
/ — Лр
4-1 соз ------
I 2
Пр
2
— М
Чтобы условие (VI 1.43) в этом случае выполнялось,
вверху грунтового массива выделяется участок с вер-
тикальным откосом, высота которого Ав определяется по
формуле (VII.54). Расчет производится айалогично рас-
чету, приведенному в п. 4 данного раздела для случая
невыполнения условия ^11.43). При этом ширина уча-
стка действия, касательных напряжений В определяется
с помощью графика на рис. VII.23.
Если на поверхности грунта есть нагрузка, она
заменяется своими компонентами сгл и тл^ (нормальными
и касательными к поверхности грунтового массива).
Затем по формулам (VII.40) определяются Со и ох
в точках на поверхности грунтового массива с коор-
динатами
9 . , / Пр
2 81П ГО СОЗ ---------
\ 2
(VII. 50)
Здесь
А _ув7
уР уР
(VII.51)
Если депрессионная поверхность проходит в преде-
лах рассчитываемого слоя, то расчет ведется как для
неоднородного грунтового массива (см. следующий
пункт).
X' = — у' и у' =1
(VII. 47)
при выбранном шаге вычислений А/ вдоль оси у. Да-
лее расчет ведется аналогично п. 3.3 данного раздела.
При этом так же, как и во всех других случаях, долж-
ны соблюдаться условия (VII.42) и (VII.43).
3.5. УЧЕТ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ сил
4. ПОСТРОЕНИЕ КОНТУРОВ ОТКОСОВ
В НЕОДНОРОДНОМ ГРУНТОВОМ МАССИВЕ
Расчет откосов в неоднородном массиве, сложен-
ном из нескольких слоев разных грунтов, сводится
к последовательному построению контуров откосов
в каждом слое, представляющем однородную среду, при
действии нагрузки, которая для первого слоя опреде-
При налйчии фильтрационного потока в грунтовой
среде возникает дополнительная объемная сила, дей-
ствующая в направлении линий токов. Для расчетов
откосов с небольшой погрешностью она может при-
ниматься действующей горизонтально и имеющей по-
стоянную интенсивность, равную:
А = ув/, (VII.48)
где / — средний уклон депрессионной поверхности.
Объемный вес грунта берется во взвешенном со-
стоянии, т. е. уР»! тс/м3.
Рекуррентные формулы для точек на контуре от-
коса:
выражения (VII.37) для хк, ук,
' (М-м Г п
\ 2
—*2ф'
е
Ид = П1Г +
/ Иц/ _
+1соз1 2 + I*
„ . , / — Пих
2 51П ф СОЗ -----------
I 2
(VII. 49)
Рис. VII.24. Схема расчета откоса в промежуточном
слое при
ляется нагрузкой на поверхности, а для каждого
последующего (1-го) слоя — напряжениями в подошве
предыдущего (1—1-го) слоя (рис. VI 1.24).
Из условия неразрывности напряжений на контак-
те слоев имеем:
Оп.^ =оп. и тп//_1 = тл^ . (VII.52)
Следовательно, получив в результате расчета зна-
чения о0 и в точках по подошве I—1-го слоя, мож-
но, применяя формулы ^П.4()), вычислить значения
этих же функций в тех же точках в 1-м слое из урав-
нений:
ао._! [1 + з1п Ф/-1 С05 2 ( т — «)] “
—с1—г Ф/-1 =ао. [1Н-51П (р- соз 2 ( ьзх. —
-а)] - с\ с12 ф)
и
=а0 81п <р • з 1п 2 (<в —а),
1 ' Х1 '
Т—равнодействующая касательных напряжений,
численно равная площади эпюрыхху
1—1
(VII.53)
Напряжение. о1?2 , соответствующее значению
х Гмин
|г°2 = ВГмпп> определяется из равенства
1 — 81П ф^.
а затем по формулам (VII.16) определить соответ-
ствующие значения и т]4- в точках на поверхности
Его слоя.
Дальнейшие вычисления при соблюдении условий
(VII.42) и (VII.43) производятся по формулам (VII.36),
(VII.37) и (УП.35).
Как уже указывалось, этот расчет должен выпол-
няться на ЭЦВМ. При этом проверка соблюдения ус-
ловий (У11.42) и (VII.43) по всей поверхности контак-
та закладывается в программу и выполняется автома-
тически.
В случае нарушения условий (УИ.42) и (УП.43)
рекомендуется руководствоваться следующими сообра-
жениями.
Если г|б|Хр', откос в верхнем слое необходимо
уположить. Уположение откоса увеличивает запас его
устойчивости и поэтому допустимо. Но для того чтобы
при уположенном откосе определить нагрузку на под-
стилающий пласт, необходимо произвести перерасчет
в соответствии с выбранным способом уположенпя.
В общем случае такой перерасчет заключается в ав-
томатическом переключении ЭЦВМ на счет с новыми,
уменьшенными параметрами ф' и с' — обоими (что
сводится к простому увеличению К3) или одним из
них. Можно также уполаживать откос не во всем
верхнем слое, а только в нижней его части. Например,
допустимо, учитывая, что в каждом I—1-м слое, как
правило, можно провести поверхность, на которой везде
будет соблюдаться условие
СТ?2 +с/С^Ф/ИСО8 б?‘ — 1/ 81П2 ф. —8Ш2 д’?2 I
1МИН } К '
СО82 ф,- соз д$1
(VII. 55)
Начало координат для расчета Его слоя перено-
сится на глубину Ав от его (поверхности в точку 02,
а напряжения вдоль оси О2у2 выражаются следующим
образом:
вУ~2
в пределах от р = 0 до у=—-—
агс1§
стп. + с/с^ф)
1—1
В (/2-1)
4-о 4-й_ у?;
1 XI — 1 1 В II
(VII. 56)
5/2
в пределах от у — —~— до у = В
( °х2 —°х' —V/ лв) (5 — У)
В (/2 — 1 )
+ тГ ’
)
} (VII. 57)
вести расчет выше такой поверхности по характери-
стикам I—1-го слоя, а ниже—по характеристикам Его
слоя. В части слоя, где откос уполаживается, могут
быть приняты и некоторые промежуточные характе-
ристики. При соответственно составленной программе
вычислений выбор оптимального решения может осу-
ществляться ЭЦВМ автоматически.
Если ^-о < шин , то вверху нижележащего слоя
выделяется участок с вертикальным откосом. Высота
этого участка йв должна быть такова, чтобы напря-
жения в точке 02 (см. рис. VII.24) соответствовали
условию При горизонтальной границе меж-
ду слоями величина йв может быть определена по
формуле
й2/2(о?’ — а?*
н =__________к -Iм™____Ь± , (VII.54)
уРВ2/2 +12Т/_1
где В — участок действия касательных напряжений
в подошве I—Его слоя;
при у>В
°Х1=°Х +Нв У1 ’
1 Г—1
~ О’
(VII.58)
Пример 8. Требуется определить очертание откоса борта
выездной траншеи карьера в пределах осадочной толщи общей
мощностью 47 м., сложенной малоустойчивыми породами: до
глубины 17 м песчано-глииистыми отложениями, от 17 до 47 м
опоковидными глинами. Характеристики верхнего слоя: ф^ =»11°;
=3,2 тс/м2; уР =1,95 тс/м3; характеристики иижиего слоя:
<₽9 =2Г; с9=7,5 тс/м2; = 1,7 тс/м3. Основанием служат слабо-
сцементированные пески со следующими характеристиками:
ф д =23’30'; Сд=3,2 тс/м2; т₽ =1,85 тс/м3.
Характеристики ч>' и с’ для всех слоев подсчитаны по фор-
мулам (VII.6) с учетом расположения на выездной траншее
дорог II класса (т. е. при Лп=1,2).
Расчет в первом слое выполняем по формулам (VII.36)
и (VII.37) с помощью машины «Стрела».
По графику на рис. VII.12 находим Л0=2,44. Величину Л(
определим по формуле (VII.24):
3 2
Ло = 2,44 — = 4 м.
1,95
Вычисление на машине
ведется в пределах значений х' от
нуля до
(17—4) 1,95
3,2
= 8,04.
С1
В результате расчета на машине получены следующие зна-
чения безразмерных координат контура предельного откоса
в верхнем слое:
1 . . . 0,15 0,252 0,455
^1 • • ’ . • . —0,003, -0,009 —0,031 Продолжение
0,66 0,865 1,07 1,275 1,478
—0,067 —0,117 —0,181 —0,259 —0,349 Продолжение
1,68 1,88 2,228 3,003 3,738
—0,453 —0,569 —0,8 —1,465 -2,318 Продолжение
5,332 6,019 6,713 7,425. 8,04
—4,914 —6,369 —8,01 —9,842 —11,531
Соответственно размерные координаты контура предельного
откоса
,'3,2 = = 1,64г'
И Уе 1 1,95 > 3,2 = у, —— = 1 1,64^1
1 1,95
будут равны: 0,246 0,414 0,747
У1 -0,005 —0,015 —0,051
Продолжение
1,083 1,419 1,756 2,092 2,425
—0,11 —0,192 —0,303 —0,425 0,573 Продолжение
2,757 3,085 3,656 4,928 6,134
—0,743 —0,934 —1,312 —2,404 —3,804
Продолжение
8,75 9,877 11,016 12,184 13,194
—8,064 —10,451 1 —13,144 —16,151 —18,922
При расчете откоса в верхнем слое получены также еле-
дующие значения 1 УГ е1 и по подошве, т. е. при х1=8,04:
11,531 — •8,664 -5,811
. • . . . 3,689 4,207 4,751
6,076 6,322 6,523
Продолжение
—3,068 —1,662 —0,113 —0,971 1,435
5,285 5,554 5,842 6,029 6,104
6,64 6,676 6,7 6,709 6,711 Продолжение
1,924 2,439 2,984 3,563 4,179
6,18 6,255 6,331 6,406 6,48
6,713 6,715 6,716 6,717 6,717
Продолжение
4,835 5,18 5,536 6,093 6,643
6,553 6,589 6,624 6,676 6,717
6,717 6,717 6,717 6,717 6,717
По этим значениям ч и т)1, используя зависимости (VII.16),
(VII.13) и (VII.53), проверяется соблюдение условий (УП.42)
и (VII.43) на границе первого и второго слоев. Условие (УП.42)
здесь соблюдается, а условие (УП.43) не соблюдается. Поэтому
вверху второго слоя выделяется участок с вертикальным откосом
Рис. VI 1.25. Построение контура откоса в двухслой-
ной среде (к примеру 8)
(рис. VII.25), высота которого определяется по формуле (VII.54).
Затем по формулам (УП.56)—(VI 1.58) вычисляются напряжения,
а по формулам (VII.13) и (VII.16) значения функций 5 и
вдоль оси О2уг. Дальнейший расчет во втором слое с проверкой
соблюдения условий (VII.42) и (VII.43) по его подошве ведется
по формулам (VII.36) и (VII.37).
В результате расчета выясняется, что условие (VI 1.42)
в подошве второго слоя не выполняется, т. е. Тре-
буется уположить откос во втором слое. Увеличиваем коэффи-
циент запаса устойчивости откоса во втором слое, т. е. приме-
няем пропорциональное уменьшение параметров ф9 и с9.
Принимаем сначала Х3 = 1,4, затем К3*=2 и, наконец, Л'3 =
= 1,85. В каждом случае проверяем прежде всего соблюдение
условий (VI 1.42) и (VI 1.43) на границе первого и второго слоев.
Условие (VI 1.42) во всех случаях соблюдается. Из этого сле-
дует, что уположеиия откоса в первом слое не требуется.
Условие (VI 1.43) во всех трех случаях не выполняется и каж-
дый раз определяется соответствующая высота вертикального
откоса.
В результате расчетов во втором слое получается:
при Л' = 1,4
|О3! > Фу
при Кз,= 2
|53| <
при /<з4 =1,85
!5з| = Фу
Для того чтобы обеспечить соблюдение условия (VI 1.42)
и одновременно ие допустить излишнего запаса, связанного
с соответствующим увеличением объема и стоимости земляных
работ, принимаем промежуточное значение К?,2 =1,85. Соответ-
ственно значения ф2 и будут равны:
, . 1я21°-1,2
Ф = агс(& —---------- = 14°;
2 1,85
> 7,5-1,2
сп —---------= 4,9 тс/л2.
2 1,85
При расчете по формуле (VII.54) величина Лв вверху вто-
рого слоя составила 4 м.
Безразмерные координаты контура откоса во втором слое,
отсчитываемые от точки О2, расположенной на глубине 4 м. от
("2-ЙвИ
поверхности второго слоя до значения х'2=------------------
с
(30 — 4) 1,7
= 5------—- =9,06:
4,9
2 0,078 0,155 0,232 0,303
у'2 . . . . . . . - -0,018 —0,037 —0,059 —0,083
Продолжение
0,403 0,555 0,769 0,95 1,126 1,58
—0,117 —0,175 —0,274 -0,372 —0,478 —0,809 Продолжение
2,089 2,695 3,028 3,491 4,104
—1,287 —1,681 —2,498 —3,276 —4,483
Продолжение
5,248 6,415 7,599 8,435 9,06
—7,221 —10,214 —13,346 —15,525 —17,39
Размерные координаты:
< 4,9
х*=х2 77“^2-86 х2’
'49 '
уа=у2—=2,36 у2,
х,......... 0,223 0,444 0,663 0,882
уг.........—0,052 —0,106 —0,158 —0,237
Продолжение
1,163 1,585 2,2 2,71 3,222 5,52
—0,335 —0,501 —0,785 —1,061 —1,368 —2,31
Продолжение
5,97 7,41 Я 8,67 10,1 11,75
—3,681 —5,4 —7,15 —9,36 —12,3
Продолжение
15 18,3 21,7 24,1 26
—20,6 —29,2 —38,3 —44,6 —49,8
Полученные криволинейные контуры откосов показаны на
рис. УП.25.
При наличии фильтрационного потока слой раз-
бивается на две части, разграниченные депрессионной
поверхностью и имеющие различные характеристики.
Каждая из частей рассматривается как самостоя-
тельный слой и рассчитывается отдельно.
Депрессионная поверхность в большинстве случаев
с небольшим приближением может быть принята
плоской. Тогда граница между верхней и нижней ча-
стями слоя (в случае плоской задачи) будет прямоли-
нейной, наклоненной к горизонту под углом а.
Возникающая в нижней части дополнительная объ-
емная сила принимается действующей горизонтально
[см. формулу (VII.48)], причем уклон грунтового
потока
(VII. 59)
Расчет части слоя ниже депрессионной поверхности
ведется согласно указаниям п. 3.5 данного раздела.
5. РАСЧЕТ ОТКОСОВ
.. в сложных ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
В сложных геологических условиях, когда трудно
свести расчет к одному или нескольким построениям
контуров откосов в однородном слое, подбором отыски-
вается такое очертание откоса, при котором выдержи-
вается требуемый запас его устойчивости. Для такого
расчета поверхности скольжения приближенно прини-
маются имеющими круглоцилиндрическую форму. Соот-
ветствующие им в плоской задаче линии скольжения
имеют форму дуг окружности.
Исходя из этого допущения проверяется устойчи-
вость на сдвиг отсека АВС (рис. VI 1.26) грунтового
массива, ограниченного откосом и дугой окружности не-
которого радиуса Р. Отсек АВС делится на п (произ-
вольное число) вертикальных элементов (столбиков);
участок кривой в основании каждого элемента заменя-
ется прямолинейным отрезком (по хорде); нормальные
и касательные (сдвигающие) усилия, действующие на
каждом 1-м отрезке, и сопротивления сдвигу по нему
принимаются соответственно равными:
= ё1 со8 ап
51п а,-;
= ё1 С03 а/ <рГ + СР Д/1 ’
(VII. 60)
Рис. VII.26. Схема расчета на сдвиг по круглоцилиндри-
ческим поверхностям
где §1 — вес грунта в 1-м элементе рассматривае-
мого отсека;
а-1 и Д/,— угол наклона к горизонту и длина отрез-
ка в основании 1-го элемента;
<рР, ср — расчетные характеристики грунта в осно-
вании 1-го элемента.
Запас устойчивости отсека АВС характеризуется
отношением суммы моментов сил сопротивления сдви-
гу к сумме моментов сдвигающих усилий, действующих
по дуге АС относительно ее центра. Такое отношение
называется коэффициентом запаса устойчивости на
сдвиг грунта по данной кривой и выражается формулой
V дл 2 а, соз а, гоР -4- 2 с.Р
= —---------1 -------- = К3. (VII.61)*
2МГ 2^8ша/
* Сдвигающие усилия и силы сопротивления сдвигу
направлены по касательным к дуге АС и относительно
ее центра имеют общее плечо, равное ее радиусу Р,
который как общий множитель, входящий и в числи-
тель, и в знаменатель формулы ^11.61), сокращается.
Если в сечении грунтового массива провести не-
сколько дуг разного радиуса и из разных центров, то
в конечном итоге можно отыскать наименьшее значение
коэффициента запаса устойчивости на сдвиг грунта по
дуге окружности при заданном очертании откоса. Это
значение и принимается за К3 данного откоса.
Если затем изменять очертание о'гкоса, то можно
в конце концов найти такой его контур, для которого
= (VII. 62)
Этот контур и будет искомым (предельным) отко-
сом для данного грунтового массива, а равенство
(УП.62) определяет условие предельного состояния
грунтового массива, ограниченного откосом. 1
На практике часто ограничиваются отысканием
контура откоса, близкого к предельному, т. е. имеюще-
го коэффициент запаса устойчивости, близкий по вели-
чине к нормированному значению (см. табл. УП.2), но
не менее его. Таким образом, основная формула для
расчета откосов на сдвиг по круглоцилиндрическим по-
верхностям скольжения приобретает вид: •
2 соз а,<рР + 2 сР М{
% =;-------------------------
2 Ё1 51П а/
Следует отметить, что указанный метод нельзя
признать достаточно статически обоснованным, так как
в формулах (VI 1.60), принятых в качестве исходных, не
учитывается взаимодействие смежных элементов. Одна-
ко многократное использование таких расчетов при про-
ектировании различных земляных сооружений и произ-
веденные сравнения этого способа с более строгими ме-
тодами позволяют считать его приемлемым для практи-
ческих целей.
При наличии в грунтовом массиве фильтрационного
потока вычисление сил ё1 в пределах между депрес-
сионной кривой и рассматриваемой круглоцилиндричес-
кой поверхностью производится с учетом взвешивания
грунта, т. е. принимается у₽~ 1 тс/м3, и к моменту от ак-
тивных сил добавляется момент от веса воды в объеме,
ограниченном поверхностью скольжения и депрессион-
ной поверхностью. Условие обеспечения необходимого
запаса устойчивости при этом выражается неравенством
2 ё • соз а, фР + 2 сР Д/,
К =------------------------------ > К" , (VII.64)
3 2 ^1-31п а4-4-2 ^в. 81П аг
(VII. 63)
где ёщ — вес воды в пределах вышеуказанного объема
в 1-м элементе.
Иногда кривая, устойчивость на скольжение по ко-
торой проверяется, проходит в надежном водоупоре,
и вода, насыщающая вышележащий грунт, оказывает
давление на часть водоупорного грунта, расположенно-
го над рассматриваемой кривой, увеличивая сопротив-
ление грунта сдвигу по ней (рис. УП.27). В этом случае
следует принимать уР = 1 тс/м3 лишь для объема, от-
меченного горизонтальной штриховкой. Этот же объем
учитывается при вычислении 2^в^ 31П . Однако часто
глинистые относительно водоупорные грунты, состав-
ляющие нижнюю часть грунтового массива, ограничен-
ного откосом, залегают на скальных грунтах (например,
как отмечено штриховой линией на рис. VI 1.27), содер-
жащих трещинные воды. В этом случае во взвешенном
состоянии находится весь объем грунта между депрес-
сионной поверхностью и рассматриваемой круглоцилинд-
рической поверхностью. Этот же объем учитывается
и при вычислении силы 2^В/ 31па(-.
Иногда в нижнем водоносном горизонте (залегаю-
щем под относительным водоупором) устанавливается
собственная депрессионная поверхность (рис. VII.28).
Тогда учет фильтрационных сил осуществляется сле-
дующим образом. Вдоль кривой (дуги окружности) АС,
по которой проверяется сдвиг грунта, строится эпюра
горизонтального фильтрационного давления на отсек
грунта АВС. Ординаты эпюры принимаются равными
напорам в точках кривой АС.
Рис. VII.27. Схема учета фильтрационного давле-
ния при одной депрессионной поверхности
1 — депрессионная поверхность; 2 — водоупор
Суммарное горизонтальное давление на основание
1-го элемента вычисляется по формуле
РЩ(. = МВД*Ь (VII.65)
где Л/ — высота по оси элемента от его основания до
депрессионной поверхности в том водоносном
горизонте, в котором находится основание дан-
ного элемента (если основание 1-го элемента
находится в водоупорном слое, то й опреде-
ляется по линейной интерполяции между на-
порами на кровлю и подошву водоупора, как
показано на рис. УП.28);
Дх/ — вертикальная проекция подошвы 1-го элемента.
Условие обеспечения необходимого коэффициента за-
паса устойчивости приобретает вид:
2 соз аг ф₽4-2 4 Д/4-
/С -—-------------(VII.66)
3 2 ё1 51п аг- + 2 Р^. соз а/
Следует учитывать, что силы фильтрационного дав-
ления на участки дуги АС, расположенные слева и спра-
ва от вертикали, проходящей через ее центр, должны
приниматься с разными знаками.
Грунты в пределах водоносных горизонтов ниже де-
прессионных поверхностей принимаются взвешенными
(уР~1 тс/м3). В пределах же водоупорного слоя, под-
верженного воздействию фильтрационного потока, на-
правленного сверху вниз, объемный вес грунта прини-
мается как для неполностью взвешенного состояния:
„„„ у? = у 4- у (VII.67)
где и >взв 1 *в 4’ ' '
X; —X?1
т-1
х,- и х]1—расстояния, отсчитываемые по оси 1-го эле-
мента от условной плоскости сравнения до
депрессионных поверхностей соответственно
в I и II водоносных горизонтах;
/Л; —мощность водоупорного СЛОЯ ПО ОСИ 1-ГО эле- д
мента.
При этом для отдельных элементов отсека значение
объемного веса грунтов водоупорного слоя может быть
различным.
Расчет ведется в следующем порядке. Сначала за-
даются некоторым контуром откоса. Затем проводят ряд
круглоцилиндрических поверхностей. При этом можно
руководствоваться рекомендациями Гидропроекта, со-
гласно которым в большинстве случаев центр наиболее
опасной круглоцилиндрической поверхности (такой, на
которой Кз минимален) располагается внутри сектора,
ограниченного двумя прямыми, проходящими через се-
редину откоса: вертикальной прямой и прямой, нормаль-
ной к поверхности откоса (рис. VI 1.29). Предельные
значения радиусов искомой круглоцилиндрической по-
верхности ориентировочно определяются по табл. УП.5.
ЬК
Рис. УП.28. Схема учета фильтрационного давления при двух депрессионных поверхностях
2 —- депрессиоиная поверхность I водоносного горизонта; 2 — то же, II водоносного горизонта; 3 — водоупор; 4 — условная пло-
• скость сравнения
Таблица УП.5-
Предельные значения радиусов Р наиболее опасных круглоцилиндрических поверхностей
Глубина 1 Значения 7? при заложении откоса
1:1 1:2 | 1:3 1:4 1:5 1:6
0,25/7 (1,5=2)77 (1,6=2,2)77 (2,3=3)77 (34-4,5)77 (44-5,5)77 (54-6,5)77
0,5/7 (1,5=2,3)77 (1,8-5-2,6)77 (2,4=3,2)77 (34-4,5)77 (44-5,5)77 (54-6,5)77
1Н (2-г-2,5)/7 (2,2=3)77 (2,6=3,5)77 (3,54-4,5)77 (44-5,5)77 (54-6,5)77
1,577 (2,75=3,5)77 (34-3,75)77 (3=4,2)77 (3,54-4,5)77 (44-5,5)77 (54-6,5)77
При наличии в основании тонких прослойков грунта, ха-
рактеризуемого слабой сопротивляемостью сдвигу, ра-
диусы могут возрасти.
Для каждой из построенных круглоцилиндрических
поверхностей отсек грунтового массива, ограниченный
ею и откосом, разбивается вертикальными полосами на
элементы (см. рис. УП.26). При этом необходимо, что-
бы характеристики сопротивления сдвигу <р₽ и с₽, кото-
рые могут изменяться в пределах отсека, в основании
каждого элемента были постоянными. Если же объем-
ный вес грунтов в пределах одного элемента имеет не-
сколько значений, то вес грунта в элементе подсчи-
тывается как сумма весов соответствующего количества
«подэлементов». Затем вычисляются усилия, действую-
щие в основании каждого элемента, фильтрационное
давление, и в зависимости от принятой расчетной схе-
мы проверяется условие (УП.63), или (УП.64), или
(УП.66).
Если окажется, что для наиболее опасной кривой
^з<Кз. то откос заменяется более пологим, если, на-
оборот, К3 существенно больше К” , то откос (если это
конструктивно возможно) заменяется более крутым.
При новом очертании откоса расчет повторяется.
Пример 9. Требуется построить контур откоса борта карье-
ра, геологический разрез которого, депрессионные поверхности
в двух водоносных горизонтах и расчетные характеристики по-
род приведены на рис VI 1,30. Расчетная сейсмичность 8 баллов.
На борту располагаются дороги III класса. Общая высота-
борта //=70 м. по табл. VII.2 равен 1,2.
Задаемся предварительным очертанием борта, руководст-
вуясь следующими соображениями.
Рис. УП.29. Схема предварительного определения
центра наиболее опасной круглоцилиндрической по-
верхности
По технологическим условиям разработки карьера, учи-
тывая параметры оборудования, а также геологическое строе-
ние карьера, борт разбивается иа пять уступов высотой от 10
до 18 м. Бермы (площадки уступов) приурочиваются к контак-
там пластов, кроме того, одна из иих устраивается примерно
в середине верхнего пласта галечников, имеющего мощность
27 м. Ширина берм на контактах пластов принимается равной
12 м, а в середине пласта галечников — 6 м.
При выборе углов откосов отдельных уступов и общего
угла наклона борта необходимо учитывать ряд обстоятельств.
В данном случае решающее значение приобретает залегание
в нижней части разреза относительно слабых пестроцветиых
глии. Причем условия их залегания таковы, что (как это видно
на рис. VI 1.30) ббльшая часть круглоциличдрической поверхно-
сти, по которой возможен сдвиг, проходит в пределах этого
слабого пласта. Поэтому прежде всего подбираем по графику
на рис. VII.16 общий угол наклона борта (предварительно без
учета К^), ориентируясь на характеристики нижнего пласта.
Если предположить, что весь борт сложен указанными
пестроцветными глинами, то для него:
сР _ 6,8
7РЯ ,09-70
~ 0,046.
По графику для <₽Р=12° (по интерполяции) находим 0—20°.
Этот угол наклона борта и принимаем для первоначального
расчета. Углы откосов отдельных уступов также можно опре-
делить по графику рис. VII.16. Однако в данном случае оче-
видно, что углы уступов по графику будут значительно больше,
чем это допустимо при выбранном общем угле наклона борта.
Задаемся заложением откосов уступов: в пестроцветных
глинах 1 : 3, в галечниках 1 : 2, в остальных грунтах 1 : 2,5, что
вместе с принятыми ширинами берм дает общий угол наклона
борта 20° (контур / на рис. VI 1.30).
Произведенный расчет показывает, что в этом случае зна-
чение К3, определенное пс формуле (У11.66), больше требуе-
мого — 1,2. Это означает, что крутизну откоса можно увеличить.
Задаемся новыми заложениями откосов уступов (контур II
иа рис. VII.30): в пестроцветных глинах 1 : 2,5; в галечниках
1 : 1,5; в остальных грунтах 1 : 2. При этом получаем К3<1,2.
Еще раз принимаем новые заложения откосов (контур 111
на рис. VI 1.30): в пестроцветных глинах 1 : 2,5, в нижнем уступе
галечников I : 2, в верхнем уступе галечников 1:1, в остальных
грунтах 1 : 2,5. Получаем К3«>1,2. Этот контур и принимаем
в качестве проектного.
Средний угол наклона борта 0 =22°.
Вычисления значения К3 для наиболее опасной кривой кои-
тура III сведены в табл. VI 1.6.
На этом же примере проанализируем еще два вероятных для
данного геологического разреза случая: случай 1 — пестроцвет-
ные глины и подстилающие их грунты могут рассматриваться
как полный водоупор; случай 2 — пестроцветные глины отиоси-
Рис. VII.30. Построение контура откоса в сложных геологических условиях (к примеру 9)
1 — кривая депрессии первого водоносного горизонта; 2 — кривая депрессии второго водоносного горизонта
Со Го 'о Со о> Си <о -- № элемента
Со 12’ 12" л ,11 10' 10" <О<О Сл Сл Си 4^ 4^ ч ч - кэю - № «подэлемента»
СЛ КЗ Го СО СП X 00 Высота в м
14624-1372 2834 Л = * 1,2. 3 1884+460 2344 * 4,5 10 13,5 12 ЬЭ<О ой ю 00 СО 00 ю 3,5 27 7 6,5 23 5 кэ »— ЬЭ О Со 1-1 о сл о о Средняя линия в м
СП о 76,5 170 203 180 228 144 525 210 348 96 261 72 59,5 459 119 39 138 30 182 280 28 со 0Г 091 о Площадь 3 в м2
сл 0,56 00 | ОО 1 1,21 1,67 1,83 сл | । 0,96 I 1 1 1 1 1 Градиент
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2,15 2,15 2,15 2,15 15 2,15 грунт прн есте- ственной влаж- ности *8»
1 - 1 ~ 1 - 1 - 1 ~ 1 - 1 - 1 1 - 1 1 - 1 - 1 -1 1 грунт во взве- шенном состоя- нии
сл 1,56 00 1 00 2,21 ю 5 ' 2,83 21 2,17 Ъ1 1 Г| | 00 1 1 11 1 грунт в неполно- стью взвешенном состоянии
00 77 265 203 338 228 318 525 560 348 272 261 180 128 459 258 84 138 59 391 280 50 301 98 344 40 Вес «подэлемента» в тс
00 Го СП СЛ 1085 3 00 00 2 СО со Вес элемента в тс
1 Си 1 СО о 1 о 1 о о СО сл 2 00 о О Г • В м
—0,447 —0,316 —0,175 | —0,053 0,088 0,237 0,324 0,438 0,535 1 0,623 0,719 0,789 0,877 51П а.=—~ 1 Я
0,894 0,949 0,984 0,999 966‘0 0,971 0,946 0,899 0,845 0,782 1 1 1 0,695 0,614 0,48 СОЗ а.
Го ьэ Го Го Го ьэ Го Го ьэ СО сл СО сл ф^, град
м 0,213 0,213 0,213 0,213 0,213 0,213 0,213 0,213 0,213 1 0,213 0,445 р р <8 фЯ
| 1884 1 со 1^ § —94,6 —28,9 95,5 § й со 150,5 <о § со 8 ю 8 31П а{.
29Я | | сл со СЛ со й 1082 § СП о 00 3 СО 113,8 СОЗ а;
о о со 113,5 Гэп й 128,5 1 88,6 3 о СО 123,2 165,2 79,6 соз а{. 42 ч>Р
— о СО А 1, м
о 00 00 ро СР, тс]мг
| 1372 со со 2 А /СР
| | 460 1^ 1 $ <к ю сл о о О) % 1 ^12)1
—14,3 —43,7 —23,6 Го 14,6 28,4 54,9 164,3 1 76,4 со 1 С°5
Расчет устойчивости откоса (см. рис. УП.ЗО)
тельно водоупорны, а подстилающие их грунты водоносны
и депрессионная поверхность в них совпадает с депрессионной
поверхностью в I (верхнем) водоносном горизонте.
Проверку производим в соответствии с ' пояснениями
к рис. У11.27 для окончательно выбранного очертания борта
(контур Щ на рис. VI 1.30). Для случая 1 проверка
устойчивости борта по формуле (VII 64) показала, что К3>1,2
(табл. VII.7), а для случая 2 подсчитанный по той же формуле
(VII.64) К3<1,2 (табл. VII.8). Следовательно, в случае 1 откос
мог бы быть более крутым, а в случае 2 его следовало бы
принять более пологим.
Таблица VII.7
Расчет устойчивости откоса в случае 1 к примеру 9
№ элемента 1 № .подэлемента” Высота в м Средняя линия в м Площадь 5 в м 7Р, тс/м3 Вес .подэлемен- та” в тс Вес элемента в тс 5$ "1* 11~ В с со В со О 9- ЬД 1 1 о е V) О Ъо Си— 9- в V} О м Си И ъо В с со Ю* Ъо
грунт при ес- тественной влажности грунт во взвешенном состояинн
1 1 11 10 110 2,15 — 237 237 100 0,877 0,48 35 0,7 208 113,8 79,4 — —
2 2' 2" 8 20 5 160 40 2,15 1 344" 40 384 90 0,789 0,614 35 0,7 303 236 [165,2 38 8,8 334,2 40 31,6
3 3' 3" 7 20 14 140 98 2,15 1 301 98 399 82 0,719 0,695 24 0,445 287 277,4 123,3 10 8,8 88 98 70,4
4 4' 4" 4'” 14 13 20 2 182 280 28 2,15 • 2 2,09 — 391 560 58,5 1009,5 71 0,623 0,782 12 0,213 593 744 158 — —
5 5' 5" 5'" 6 6,5 23 5 39 138 30 2,15 2 2,09 — 84 276 62,7 422,7 61 0,535 0,845 12 0,213 226 357 76 — —
6 6’ 6" 6"' 17 3,5 27 7 59,5 459 119 2,15 2 2,09 — 128 918 248,7 1294,7 50 0,438 0,899 12 0,213 568 1218 259,3 — —
7 1', 9 29 8 261 72 2 2,09 522 150,5 672,5 37 0,324 0,946 12 0,213 218 636 135 147 6,8 1000 —
8 8' 8" 12 29 8 348 96 2 2,09 — 696 200,6 896,6 27 0,237 0.97Г 12 0,213 212,3 871 185 — —
9 9' 9" 21 25 10 525 210 2 2,09 — 1050 439 1489 10 0,088 0,996 12 0,213 131 1480 315 — —
10 10' 10" 12 19 12 228 144 2 2,09 — 456 301 757 —6 —0,053 0,999 12 0,213 —40,1 756 160,5 — —
И 1Г 11" 15 13,5 12 203 180 2 2,09 — 406 376,2 782,2 —20 —0,175 0,989 12 0,213 —137 770 163,5 — —
12 12' 12’ 17 4,5 10 76,5 170 2 2,09 — 153 353 508,3 —36 —0,316 0,949 12 0,213 —160,5 482 102,4 — —
13 13 14 4 56 2,09 — 117 117 -51 —0,447 0,894 12 0,213 —52,4 104,5 22,2 — —
| Е1 2356,3 1944,8 | 1422,2| 102
*3 = 1944,8 + 1422,2 _ 3367 .47
2356,3+ 102 2458,3
Таблица VII.8
Расчет устойчивости откоса в случае 2 к примеру 9
1 № элемента № „подэлемента* Высота в м Средняя линия в м Площадь 5 в м? грунт при ес- тественной влажности грунт во -5. । взвешенном состоянии Вес „подэле- мента11 в тс Вес элемента в тс 5* С* | II в"* С СО в со О 9* ио В с со ио* В** V) О ио О.— 9* Ър в со О ио А/р м сР, тс{мг 03 ио В с со И ио
1 1 11 10 110 2,15 — 237 237 100 0,877 0,48 35 0,7 208 113,8 79,4 38 8,8 334,2 — —
2 2' 2" 8 19,5 5 156 40 2,15 1 335 40 375 • 90 0,789 0,614 35 0,7 296 230 161 40 31,6
3 3' 3" 7 19 14 133 98 2,15 1 — 286 98 384 82 0,719 0,695 24 0,445 276 267 119 10 8,8 88 98 70,5
4 4' 4" 14 12,5 22,5 175 315 2,15 1 376 315 691 72 0,632 0,782 12 0,213 437 535 113,5 147 6,8 1000 315 199
5 5' 5" 6 6,5 28,5 39 171 2,15 1 84 171 255 62 0,535 0,845 12 0,213 138,8 214 45,4 171 93
• 6' б" 17 3,5 32,5 59,5 553 2,15 1 128 553 681 50 0,438 0,899 12 0,213 296 612 130 543 238
7 7' 7" 9 1.5 33,5 13,5 301,5 2,15 1 29 301,5 330,5 38 0,324 0,946 12 0,213 100 312 66,2 302 100,6
8 8 12 36,5 438 — 1 438 438 27 0,237 0,971 12 0,213 103,6 425 90,2 438 103,8
9 9 21 34,5 724 — 1 724 724 И 0,088 0,996 12 0,213 69,5 722 153 724 63,8
10 10 12 31 372 — 1 372 372 —6 —0,053 0,999 12 0,213 —19,7 371 78,6 372 —19,7
11 И 32 20 640 — 1 640 640 —27 —0,237 0,971 12 0,213 —151,5 622 132 640 —151,7
12 12 14 4,5 63 — | 1 63 63 —51 —0,447 0,895 12 0,213 —28,2 56,4 11,9 63 —28,2
К _ 1180,24-1422,2 2602,4 3 1724,54-706,4 : 2430,9 X | 1724,5 | | 1180,2 | | | 1422,2 | | 706,4 = 1,07.
6. ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ
ГРУНТОВОГО МАССИВА ПРИ НАЛИЧИИ В НЕМ
ОСЛАБЛЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Если в грунтовом массиве имеется ослабленная по-
верхность (контакты пластов, трещины и т. п.), которая
может оказаться поверхностью скольжения (или ча-
стью ее), необходимо произвести проверку обеспечения
необходимого запаса устойчивости.
При выходе ослабленной поверхности на откосе
и в некоторой точке поверхности земли на расстоянии от
бровки откоса не более В, определяемом с помощью
формулы (УП.45) и графика на рис. VII.23, она цели-
ком принимается за возможную поверхность скольже-
ния (рис. УП.31). Если при этом форма ослабленной по-
верхности близка к круглоцилиндрической, то расчет
сводится к проверке устойчивости на сдвиг грунтового
массива по этой поверхности по формуле (VI 1.63) или
Рис. УП.31. Схема ослаблен-
ной поверхности, рассматри-
ваемой как возможная по-
верхность скольжения
(в зависимости от характера фильтрационного потока)
по формуле (УП.64) или (УП.бб) при расчетных ха-
рактеристиках на ослабленной поверхности.
При плоской ослабленной поверхности, принятой
за возможную поверхность скольжения, с углом накло-
6. Проверка устойчивости грунтового массива при наличии в нем ослабленной поверхности
239
на а к горизонту условие обеспечения необходимого
запаса устойчивости приобретает вид:
при отсутствии фильтрационных сил
2^-соз а 1^4-2 с? Д/г
2 51П а
(VII. 68)
при наличии фильтрационных сил .(рис. VI 1.32)
2 соз а ф? 4- 2 с? Д1,
2 31п а;+ 2 Рт соз а
Способ определения и объемного веса аналоги-
чен указанному в п. 5 данного раздела.
Если ослабленная поверхность не выходит на по-
верхность земли или выходит далеко от бровки откоса
(VII. 69)
Рис. VII.ЗЗ. Схемы возможных поверхностей скольжения
при наличии ослабленных поверхностей
Рис. VII.32. Схема фильтрационного давления при пло-
ской поверхности скольжения
(а также в тех случаях, когда она не выходит на от-
кос), она только на каком-то участке может оказаться
поверхностью скольжения. Этот опасный участок, на
котором условия устойчивости наихудшие, так же как
и остальная часть поверхности скольжения, отыскива-
ется подбором (рис. УП.ЗЗ).
Расчетные характеристики сопротивления грунтов
сдвигу на участках произвольно выбранных поверхно-
стей принимаются равными расчетным характеристикам
грунтов в массиве, а на участках ослабленных поверх-
ностей —• равными расчетным характеристикам на ос-
лабленной поверхности.
В основу расчета принимаются следующие допу-
щения:
а) на каждую элементарную площадку рассматри-
ваемой поверхности действуют две силы: вес грунта
в элементе и реакция А4, составляющая угол ф?
с нормалью к данной площадке (рис. VII.34):
Рис. VII.34. Схема расчета на сдвиг по ослабленной
поверхности
Условие обеспечения необходимого запаса устойчи-
вости определяется по формуле
I $
фР = агс!§ фР 4--------
\ °п1
ё1 СО8 а/
°п‘~ М, :
(VII.70)
б) нормальные составляющие сил ё1 и взаим-
но уравновешиваются.
Рассматриваются суммы горизонтальных составляю-
щих действующих на данную поверхность сил 2
и 2 (2(аг—Ф?)Ь
При наличии фильтрационных сил (рис УП.35)
учет их осуществляется следующим образом: грунт в от-
секе, заключенном между ослабленной и депрессионной
поверхностями, принимается взвешенным, и вычисляется
площадь эпюры фильтрационного давления
у р ____ у рсправа _рслева
(УП,72)
(При двух депрессионных кривых фильтрационные
силы учитываются так же, как и в п. 5 данного раз-
дела.)
Условие обеспечения необходимого запаса устойчи-
вости приобретает вид:
^ё1
2 ё1 а1 + Ри>1
(VII. 73)
Рис. УП.35. Схема учета фильтрационного давления
при проверке на сдвиг по ослабленной поверхности
1 — депрессионная поверхность; 2 — водоупор
При Кз, значительно превышающем К3, откос мо-
жет быть запроектирован более крутым, если это воз-
можно по конструктивным соображениям и на осно-
вании расчетов способами, приведенными в пп. 3, 4 и 5
данного раздела.
Данный метод часто используется для оценки Кз
существующих откосов, оползневых склонов и т. п.
При залегании сильнотрещиноватых грунтов над
ослабленной поверхностью следует учитывать возмож-
ный откол массива грунтов (см. рис. УП.ЗЗ,б). В этом
случае расчетные характеристики грунтов в плоскости
откола обращаются в нуль. В остальном расчет ведется
аналогично вышеописанному.
Пример 10. Требуется проверить условия устойчивости от-
коса, рассчитанного в примере 9, с учетом возможного ослаб-
ления прочности грунтового массива пр кровле пестроцветных
глин, т. е. по их контакту с вышележащими грунтами
(рис. УП.36).
Расчетные характеристики на контакте пестроцветных глин
с вышележащими грунтами приняты в соответствии с указа-
ниями п. 2.7 данного раздела: <₽Р = 12°; =6,8X0,9=6,12 тс/м2.
Для расчета выбраны четыре кривые. В результате рас-
четов получены следующие величины К3: по кривой / — 1,3&,
по кривой //—1,27, по кривой ///—1,2, по кривой /И—1,24.
В табл. VI 1.9 приведено вычисление наименьшего значения
/(3> соответствующего кривой ///, которая может рассматри-
ваться как наиболее опасная.
Полученные величины Л'3 подтверждают достаточную устой-
чивость подобранного в примере 9 контура откоса.
Если условие (VII.71) или (при наличии фильтра-
ционных сил) условие (VII.73) не соблюдается, откос
должен быть уположен.
Рис. VП.36. Проверка на сдвиг по ослабленной поверхности (к примеру 10)
<з Оо Сл и Со к> Хе элемента
45 Оо "3 ОзОз СлСл Со Со Ьо Ьо № „подэлемента*
й ьэ ьэ со СО -3 о 12,5 16,5 - О) ел Высота в м
3 ОО Й ю СО со 00 8 4- со со м 00 со СЛ со 00 со го Средняя линия в м
й ьэ СП й со оо со СП со 68 442 42 132 162 225 313 247 209 88 1 оо Площадь 5 в л!
1 1 1 1 1 2,15 1 г; 1 8 1 8 2,15 2,15 грунт при естественной влажности -* "С
— - >- -1 -1 - 1 -1 - 1 - 1 - 1 1 грунт во взвешенном состоянии
со о ьэ от й со 00 Й 146 442 90 132 348 225 672 247 450 88 ОТ 00 Вес «подэлемента» в тс
со со от й сл со й со ОО 00 со со СО со СО СО СЛ со 00 от 00 Вес элемента в тс
1 ОО 1 ОО 1 со со [О со со со 8 ц о а., град
м —0,141 —0,141 —0,052 0,194 0,404 1 0,404 0,404 0,404 0,404 1,28 1 2,747
| 2130 1 1 о 1 СО 03 о сл О со о §> О
> 0,99 0,99 0,999 0,982 0,927 0,927 0,927 0,927 0,927 0,616 0,342 С05а •
С0 11 со ьэ СП со со со 2 со от сл со 00 со со со со СЛ ^С05аг
§ 21 + ё со со со *О со 5 со -3 >—• 2 00 Д/р М
от ОО со Й со со со 00 ^;С05а.
II от сл П1 Ы;
ьэ о о о о о о о о о о со
й ОО со й й от со со 2 со со Й °п1
ьэ к> со со со со со Гэ СЛ СЛ ч>Р , град
0,212 0,212 0,212 0,212 0,212 0,212 0,212 0,212 0,212 р р
0,85 0,583 0,457 0,447 0,478 0,423 0,423 0,373 0,342 1,19 3,96 СР = 12Ф? + ~±—
$ со со со со от со со со со со СО о о! ф?, град
1 СО 1о со ОО х со к 1^ со ьэ 1 от а1 ~ Ф?
—1,15 1 —0,81 0,532 1 0,231 —0,071 —0,017 | —0,017 0,017 0,05 0,035 —0,105 е (".-->?)
1,01 0,67 0,48 0,43 0,48 0,42 0,42 0,39 0,36 2^'1 2,852 «4 — Ф? )
3140 й СИ й СИ СИ со го СИ СО СИ й о ОТ ьэ ОО ^4-[1еа4 — 1&( ~ Ф/)]
ОО 1 о 1 1 ОТ о О сл § О от СЛ о СИ) 1
о\
Ьз
к
1=
и
Расчет устойчивости откоса (рис. VI 1.36)
гиэонхддаои понндидъиэо кэн 9 тъпгон пди Я9пээя1г огоэсмлМг шэоэпъпсиэб тк1д90(1ц 'д
7. УКАЗАНИЯ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ ОТКОСОВ
Очертания откосов, определенные расчетами в со-
ответствии с указаниями пп. 3 и 4 данного раздела, на
практике потребуется несколько видоизменить согласно
условиям строительства и эксплуатации. Так, откос по
высоте разбивается на ряд уступов, чаще всего высотой
8—12 м (но в некоторых случаях и значительно боль-
шей), с устройством между уступами горизонтальных
берм шириной 3—8 м. Иногда по технологическим тре-
бованиям бермы уширяются до 12—20 м и более. От-
кос между двумя бермами устраивается плоским.
При выполнении расчетов в соответствии с указа-
ниями пп. 5 и 6 данного раздела конструирование отко-
сов предшествует расчетам, и выбранное предваритель-
ное очертание откосов лишь уточняется в процессе их.
При конструировании откосов необходимо учиты-
вать параметры оборудования, применяющегося для раз-
работки выемки и заоткоски ее бортов, общую техноло-
Рис. VI 1.37. Разбивка на уступы высокого откоса
1 — расчетный криволинейный контур; 2 — контур откоса
при разбивке борта на два уступа
•гическую схему разработки, требования техники без-
опасности, наличие дорог, дренажных устройств и лив-
нестоков на бортах выемки, а также местные природные
условия, и в частности условия залегания грунтов.
При этом должны удовлетворяться следующие об-
щие требования:
1) при разбивке откоса на уступы следует стре-
миться к тому, чтобы каждый уступ был по возмож-
ности сложен однородными грунтами;
2) общий угол откоса в пределах каждого расчет-
ного слоя должен быть не более определенного рас-
четом для полной высоты слоя с учетом действующей
на нем нагрузки;
3) угол откоса в пределах каждого уступа должен
быть не более определяемого по графику на рис.
VII.16 для принятой высоты уступа;
4) если сравнительно прочные грунты залегают на
более слабых, то угол откоса нижнего уступа в верх-
нем пласте должен быть не больше определяемого по
графику на рис. VII.16 для принятой высоты этого
уступа и расчетных характеристик нижнего пласта.
Рис. VП.38. Построение откосов с уступами
по данным расчета на машине
1 — расчетные криволинейные контуры откоса; 2 — при-
нятое очертание откоса
На рис. VII.37 показано построение конструктивно-
го очертания откоса борта карьера, общий угол накло-
на которого определен в примере 5, а на рис. VI 1.38
показано построение откоса борта, рассчитанного в при-
мере 8.
ЛИТЕРАТУРА
Иванов А. И. О расчете устойчивости откосов и основа-
ний земляных плотин с учетом фильтрационных сил. «Гидро-
техническое строительство», 1940, № 1.
Маслов Н. Н. Условия устойчивости склонов и откосов
в гидроэнергетическом строительстве. Госэнергоиздат, 1955.
Мухин И. С. и Сраговпч А. И. Построение предель-
ных контуров равноустойчивых откосов. Изд-во АН СССР, 1957.
Пальянов П. Ф., Штейнберг А. М. Бурение сква-
жин. «Недра», 1964.
Соколовский В. В. Статика сыпучей среды. Изд. 2.
Гостехиздат, 1954 и изд. 3, Физматгиз, 1960.
Трофименков Ю. Г., В о р о б ко в Л. Н. и др. Поле-
вые методы исследования строительных свойств грунтов. Строй-
издат, 1964.
Фисенко Г. Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов.
«Недра», 1965.
Цы тови ч Н. А, Механика грунтов. Госстройнздат, 1960.
РАЗДЕЛ VIII
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ ПОД МАШИНЫ
С ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ
ПОД МАШИНЫ
Задание на проектирование фундамента под ма-
шину должно содержать следующие исходные мате-
риалы:
а) техническую характеристику машины, в которой
указываются для машин периодического -действия наи-
менование модели машины и ее завода-изготовителя,
расположение и величины статических нагрузок, пере-
дающихся на фундамент, рабочее число оборотов
в 1 мин, величина, направление, точки приложения
и закон изменения неуравновешенных сил инерции или
данные, необходимые для их вычисления по формулам
п. 2 этого раздела; для машин ударного действия наи-
менование модели машины й ее завода-изготовителя,
фактический вес падающих частей, величина скорости
падающих частей в момент соударения с фундаментом
или данные, необходимые для ее вычисления по фор-
мулам п. 2 этого раздела, данные о статических нагруз-
ках (для молотов в данных о статических нагрузках
приводятся вес молота без .шабота и вес шабота, а так-
же указывается площадь подошвы шабота); для пре-
цизионного оборудования класс по чистоте обработки,
вее станка, а при наличии перемещающихся грузов —
их величина и предельные положения;
б) данные о верхней части фундамента, включаю-
щие размеры и расположение выемок и выступов, необ-
ходимых для расположения самой машины и вспомога-
тельного оборудования, каналов и пр.; конструкцию
и расположение фундаментных болтов или размеры
и расположение болтовых колодцев, размеры и распо-
ложение закладных частей (обрамлений каналов и при-
ямков, лестниц, анкерных плит и т. п.) с указанием,
какие из них не поставляются заводом-изготовителем
и должны быть разработаны в проекте, толщину под-
ливки под станину машины;
в) указания об особых требованиях, предъявляемых
к фундаменту, например указание на недопустимость
проникания сырости в заглубленные приямки фундамен-
та (для фундаментов электропечей), указание на не-
обходимость кондиционирования воздуха в приямках
фундамента (для крупных прецизионных станков), ог-
раничение углов упругого поворота фундамента под дей-
ствием подвижных нагрузок (для прецизионных стан-
ков) и т. п.;
г) данные о площадке, предназначенной для уста-
новки машины, включающие чертежи (планы и разре-
зы) здания, в котором она размещается, с нанесенными
размерами его фундаментов, привязку основных раз-
бивочных осей машины к разбивочным осям здания,
чертежи подземного хозяйства в месте установки маши-
ны, чертежи других существующих или намечаемых
к возведению фундаментов оборудования вблизи места
установки машины, сведения о геологии и гидрогеоло-
гии участка.
В случаях установки машин с динамическими на-
грузками вблизи от мест расположения прецизионного
оборудования или жилых домов в данных о площадке
должно быть указано расстояние от этих объектов до
предполагаемого места возведения фундамента.
2. НАГРУЗКИ, ПЕРЕДАВАЕМЫЕ МАШИНАМИ
НА ФУНДАМЕНТЫ
Мащины передают на фундаменты нагрузки двух
видов: 1) статические, слагающиеся из веса машины со
вспомогательным оборудованием и натяжения ремня;
2) динамические, возникающие при движении неуравно-
вешенных частей механизма.
Динамические нагрузки передаются фундаменту ли-
бо В виде периодических сил (неуравновешенных сил
инерции), величина и направление которых изменяют-
ся во времени по-определенному закону (периодические
силы возникают при работе машин с установившимся
движением — периодического действия), либо в виде
ударных нагрузок, представляющих собой отдельные
или действующие один за другим толчки и удары
(ударные нагрузки возникают при работе машин с не-
установившимся движением — непериодического дейст-
вия).
2.1. СТАТИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ
Вес машины и вспомогательных механизмов зада-
ется заводом-изготовителем.
Усилие от натяжения ремня определяется по фор-
муле
То = 2150—— тс, (VIII.!)
где А — мощность привода в л. с.;
п — число оборотов ведомого шкива в 1 мин-,
К—радиус ведомого шкива в м.
Сила То направлена по прямой, соединяющей оси
ведомого и ведущего шкивов. Натяжение приводного
ремня является по отношению к фундаменту внешней
силой только при установке электродвигателя на от-
дельном фундаменте. Но и в этом случае расчет на дей-
ствие силы То требуется производить лишь при очень
больших мощностях привода.
2.2. ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ
Неуравновешенные центробежные силы инерции ма-
шин с равномерно вращающимися частями. К числу
машин с равномерно вращающимися частями относятся
электродвигатели, моторгенераторы, турбоагрегаты, вен-
тиляторы и т. п. Теоретически эти машины являются
полностью уравновешенными, но практически достичь
идеального уравновешивания их вращающихся частей
невозможно. Этим объясняется возникновение при рабо-
те машин центробежных сил инерции.
Величина центробежной силы инерции может быть
определена по формуле
Р = тг^, (VIII. 2)
где гп — масса ротора машины;
г — расстояние от центра тяжести ротора машины
до оси его вращения (эксцентриситет, величи-
ну которого можно принимать по табл. VIII.!);
2лп
— угловая скорость вращения, равная: $$ =
=0,105 и (здесь и — число оборотов ротора
в 1 мин).
Сила Р постоянна по величине и изменяется по на-
правлению. Угол ее поворота <р в каждый момент вре-
мени равен со/, где /— время, истекшее с того момен-
та, когда угол <р равнялся нулю.
Таблица VIII.1
Ориентировочные величины эксцентриситетов
вращающихся масс для некоторых машин
Машины Эксцентриситет в мм или в долях диаметра ротора
Электрические (моторгенераторы, син- хронные компенсаторы, преобразователи) при числе оборотов в 1 мин: >750 . . . . . 750—500 <500 . , , Турбоагрегаты при числе оборотов в 1 мин: 3000 , . 1500 . Тягодутьевые агрегаты (вентиляторы, ды- мососы и т. п ) « ... . Роторные дробилки ......... Центрифуги я . „ . 0,35 0,6 0,8 0,03 0,07 1 1 0,001 а
Вертикальная и горизонтальная составляющие цент-
робежной силы инерции, которые следует располагать
в плоскости, проходящей через центр тяжести ротора
перпендикулярно оси его вращения, равны:
^=р81пю(; ) (уш.з)
Рх = Р соз со I. )
Изменение составляющих силы Р в зависимости от
изменения угла поворота вала приведено в табл. VI 11.2.
Таблица УШ.2
Изменение составляющих центробежной силы инерции
Неуравновешенные силы инерции машин с криво-
шипно-шатунными механизмами. К числу машин с кри-
вошипно-шатунными механизмами относятся поршневые
компрессоры (рис. УШ,1), лесопильные рамы, двигате-
ли внутреннего сгорания и т. п.
Рис. VIII.!. Схемы устройства компрессоров
а — горизонтального однорядного; б — горизонтального двухряд-
ного с 3=90°; в — оппозитного; г —углового; /—кривошип;
2— шатун; 3 — поршень
Составляющие неуравновешенных сил инерции, воз-
никающих при работе машины с одним кривошипно-
шатунным механизмом (однорядной машины), равны*:
Рг ~ таг о2 31П со /;
Р\ = (та 4- г со2 соз со /;
— ть Ло г со2 соз 2 со /,
(VIII.4)
* Формулы (УШ.4) составлены для горизонталь-
ного кривошипно-шатунного механизма. В случае вер-
тикального кривошипно-шатунного механизма, напри-
мер у лесопильной рамы, для определения неуравнове-
шенных сил инерции можно использовать эти же фор-
мулы, но учитывать изменение направления перемеще-
ния механизма. При этом к массе та относят массы
щек и пальца кривошипа и противовеса, приводимые
к точке а по правилу рычага, и 2/з массы шатуна. Мас-
са противовеса включается в общую сумму со знаком
минус. К массе тъ относят массу пильной рамки и де-
талей, служащих для ее закрепления, и ’/з массы ша-
туна.
где Рг — вертикальная составляющая сил инерции
(имеет I порядок);
Р* — горизонтальная составляющая сил инерции
I порядка (изменяющаяся 1 раз за один обо-
рот вала);
Р].1 —то же, II порядка (изменяющаяся 2 раза за
один оборот вала);
та — масса неуравновешенных вращающихся ча-
стей, приведенная к пальцу кривошипа;
тъ — масса возвратно-поступательно движущихся
частей, приведенная к головке крейцкопфа;
Хо — отношение радиуса кривошипа г к длине
шатуна I.
Остальные обозначения приведены ранее.
К массе та относят массы неуравновешенных вра-
щающихся частей (щек и пальца кривошипа и противо-
веса), приводимые к точке а по правилу рычага’, и
2/з массы шатуна. Масса противовеса входит в сумму
со знаком минус и может быть подобрана таким обра-
зом, чтобы сила Рг равнялась нулю.
К массе т& относят массу возвратно-поступательно
движущихся частей (поршня, штока и крейцкопфа) и ’/3
массы шатуна.
Изменение составляющих сил инерции в зависимо-
сти от изменения угла поворота кривошипа приведено
в табл. УШ.З.
Таблица УШ.З
Изменение составляющих сил инерции для однорядного
кривошипно-шатунного механизма
1 Умножая величину каждой массы на отношение
гп
—, где гп — расстояние от центра тяжести массы до
оси вала, аг — радиус кривошипа.
При отсутствии данных о величине масс неуравно-
вешенных движущихся частей кривошипно-шатунного
механизма вместо формул (УП1.4) можно применять
приближенные формулы:
Рг = 0 (условно);
Р^~ вл2 тс>
Р” = 0,2Вд? тс,
(VIII. 5)
где В — коэффициент, зависящий от величины давления
газа в цилиндре, принимаемый равным от 15
до 24 (меньшее значение коэффициента В от-
носится к цилиндрам низкого давления);
д. —диаметр цилиндра в м.
При наличии в одной машине нескольких криво-
шипно-шатунных механизмов (рядов) составляющие
силы инерции от каждого из них сдвинуты между собой
по фазе на угол (3, называемый углом заклинивания
кривошипов. Динамические нагрузки приводятся в этом
случае к равнодействующим и моментам пар сил. По-
следними вследствие их малости при расчете фундамен-
тов в большинстве случаев можно пренебречь.
Принцип суммирования составляющих при наличии
нескольких параллельных рядов показан в табл. VIII.4.
Составляющие неуравновешенных сил инерции, воз-
никающих при работе машин с угловым расположением
рядов, например при работе углового компрессора с го-
ризонтальным и вертикальным цилиндрами, равны:
Р\ ~ (та + тЬ ) Г °2 с03 ш
РХ2~ть \ Г со5 2® Л
Рх = (та + тЬ ) г З’п Ш
Р*1 = — ть %0 г (о2 соз 2<о I.
(VIII.6)
Обозначения в этих формулах приняты такими же,
как в формулах (VIII.4); индексы «в» и «г» указывают
соответственно массы вертикального и горизонтального
цилиндра.
К массе та относят массы неуравновешенных вра-
щающихся частей (щек и пальца кривошипа и противо-
весов), приводимые к точке а по правилу рычага, и 2/3
массы шатунов. Масса противовесов входит в сумму
со знаком минус и может быть подобрана таким обра-
зом, чтобы силы Р* и Р* (одна или обе) равнялись
нулю. К массе тЬв относят массу возвратно-поступа-
тельно движущихся частей вертикального цилиндра
(поршня, штока и крейцкопфа) и ’/3 массы соответ-
ствующего шатуна. К массе т^г относят аналогичные
массы горизонтального цилиндра.
Изменение составляющих сил инерции углового
компрессора в зависимости от угла поворота кривошипа
приведено в табл. VIII.5.
При оппозитном расположении рядов равнодейст-
вующая сил инерции, развивающихся в паре объединен-
ных рядов, равна разности сил, вычисленных для каж-
дого ряда в отдельности. Если веса движущихся масс
в этих рядах одинаковы, разность принимают равной
10% силы, развивающейся в одном ряду. Суммирование
равнодействующих от параллельных пар рядов следует
производить с учетом фазового сдвига. Моментами пар
сил, развивающихся при работе оппозитных компрес-
соров, вследствие их малости при расчете фундаментов
можно пренебрегать.
Таблица УШ.4
Суммирование составляющих неуравновешенных сил инерции для горизонтальной машины с двумя рядами
(двумя параллельными кривошипно-шатунными механизмами) при (3=90°
Составляющие График изменения состав- ляющих при изменении угла поворота первого кривошипа ф ы{ Формула для вычисления
наименование обозначе- ние
Вертикальная от первого ряда Р 21 0 Ъ/2 Я ЗХ/2 И т гша з1пш/
Вертикальная от второго ряда Р 22 т гша з!п ( | аг \ 2 /
Равнодействующая вертикальная I поряд- ка Рг Суммирование ординат графиков Р и Р 21 г2
Горизонтальная I порядка от первого ряда р1 1 пг -4- т, гы- соз ы1
Горизонтальная I порядка от второго ряда р1 хг ("Ч + /Мг“2 С05 +
Равнодействующая горизонтальная I по- рядка р1 X Суммирование ординат графиков и р\ Х1
Горизонтальная II порядка от первого ряда р“ т, X гы* соз 2о>/ 0
Горизонтальная II порядка от второго ря- да Рп хг т, X Гоу* СОЗ 2 | ы1 -]—— ] Ь1 0 V 2 )
Равнодействующая горизонтальная II по- рядка Р11 X Суммирование ординат графиков РП и Р11 Х1 X,
Таблица VIII.5
Изменение составляющих сил инерции для двухрядного
‘ кривошипно-шатунного механизма
(углового компрессора)
Составляющие , График изменения составляю- щих при изменении угла поворота кривошипа ср=ю 1
г
,П
г
II
Составляющие неуравновешенных сил инерции и мо-
менты пар сил инерции, возникающих при работе мно-
гоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания с ли-
нейным' расположением цилиндров, а также вертикаль-
ных компрессоров с одинаковыми цилиндрами, опреде-
ляются по формулам, приведенным в табл. VI 11.6. Обо-
значения в этой таблице приняты такими же, как в фор-
мулах (VIII.4); с — расстояние между осями цилиндров.
Величины составляющих сил инерции некоторых,
наиболее распространенных, типов поршневых компрес-
соров и лесопильных рам приведены в табл. VIII.?—
VIII.12.
Неуравновешенные силы инерции гирационных и-
щековых дробилок. При работе гирационных дробилок
возникает неуравновешенная сила инерции Р, вращаю-
щаяся в горизонтальной плоскости с постоянной угловой
скоростью со, равной угловой скорости вращения ва-
ла-эксцентрика. Точка приложения силы Р располага-
ется для дробилок с крутым конусом в середине длины
главного вала (рис. VIII.2, а), для дробилок с пологим
конусом — в неподвижной точке (рис. VIII.2, б). Вели-
чина силы Р определяется по формуле
Р = (№1/1 — т2г2) со2, (VIII.?)
а ее проекции на координатные оси — по формулам:
^ = Рз1пШ1; | ]8)
Ру = Р соз со I, )
Таблица VIII.6
Формулы для определения составляющих неуравновешенных сил инерции,
возникающих при работе двигателей внутреннего сгорания
Число цилин- дров Углы заклини- вания кри- вошипов Составляющие равнодействующей (точка приложения — середина расстояния между крайними цилиндрами) Моменты пар в плоскости цилиндров
вертикальные горизонтальные
2 ^1,2 =° 2 (та "Ь ть) гш' С03 "Ь 2т& ^0 ги^ С05 2“* 2тд гш2 з1п 0
2 ?> = 0; ₽2 = 180° 2пг& г“2 со5 2ш^ 0 с (та + ть) гш^ С05
2 31 = 0; Рг = 90° У”2 гш2 соз У 2 та гш1 х X з!п Ц- У 2 с (та 4- гш2 соз
3 31 = 0; Рг — 120°; Р, = 240° ГТ к0 гш2 соз 2ш( 0 / тс \ с (та + ть) гс°2 С05 1 ~ — — гой соз 2 (со/ — ] 0 \ 3 /
4 ₽1 = 0; ₽2,3= 9°°: р4 = 360° 2 У2 (та + гы1 соз 4- 0 0
6 31 = 0; р2 = 120°; ₽3>4=--240°; Р5 <= 360°; рв = 480" 0 0 0
где т1 — общая масса главного вала и соединенного с
ним дробящего конуса;
— масса вала-эксцентрика и жестко соединенных
с ним элементов (шестерни, противовесов
и пр.);
Г1 — расстояние от оси дробилки до центра тяжести
главного вала;
г2 — расстояние от оси дробилки до центра тяжести
вала-эксцентрика;
(о — угловая скорость вращения вала-эксцентрика.
Таблица VI11.9
Составляющие сил инерции некоторых угловых
компрессоров
Рис. УШ.2. Схема к определению неуравновешен-
ных сил инерции гирационной дробилки
а — с крутым конусом; б — с пологим конусом; I — непод-
вижная точка; 2 — центр тяжести дробящего конуса;
3 — главный вал; 4 — центр тяжести вала-эксцентрика
Таблица VIII.7
Составляющие сил инерции некоторых
горизонтальных компрессоров
Марка ком- прес- сора Вес агре- гата в т Число обо- ротов в 1 мин расстояние от уровня пола до линии действия го- ризонтальной составляю- щей в м Составляющие сил инерции в тс
горизонталь- ны е верти- каль- ные1
I по- рядка II по- рядка
55-В 40,2 167 0,9 9,35 0,49
55-ВМ 37,8 167 0,9 8,28 0,33 1,68
ВН-120 20,3 140 0,95 5,96 1,25
5Г-100/8 31,5 187 0,9 8,91 0,68 2,12
1 Линия действия вертикальной составляющей проходит
через ось коленчатого вала посередине линдрами. между крайними ци-
Марка компрессора Вес агрегата в т Число оборотов в 1 мин асстояние от ровня пола до инни действия эризонтальной оставляющей в м Составляющие1 сил инерции в тс
горизон- тальные верти- кальные
I по- рядка II по- рядка I по- рядка 11 по- рядка
Л и о
ВП 50/8 10,8 375 0,8 0,6 0,9 0,9 1,2
ВП 20/8 3,5 500 0,5 0,2 0,4 0,4 0,6
2ВП 10/8; 2ВП 6/18; 2ГП 10/8; 2ГПД 13; 102ГПД 13; 2ВП 6/35; 2ВП 20/2; 2ВП 13/3 ~3 735 0,5 0,2 0,2
5ВП 30/8; 5ВП 20/18; 5ВП 16/70; 105ВП 30/8; 5ВП 12/3 ~6,5 500 0,7 0,7 0,9 0,9
5ВП 60/2; 5ВП 40/3 ~6,5 500 0,7 0,9 0,9 0,9 0,9
5ВП 12/220 6 500 0,6 0,2 0,7 0,3 0,8
проходят через середн-
составляющих
1 Линии действия
ну кривошипа.
Таблица VIII.8
Составляющие сил инерции некоторых
вертикальных компрессоров
Марка компрессора Вес агре- гата в т Число оборо- тов в 1 мин Вертикаль- ные состав- ляющие1 сил инерции в тс
I по- рядка II по- рядка
В 300-2К ~10 333 6,5
2 АВ 15/480 ~1,5 480 — 0,1
2 АВ 15/720 ~1 720 0,9 —
АВ 100/3,4; ФВ 85/3,4 ~1 720 — 0,3
АВ 100/1,2; ФВ 85/1,2 ~1 960 — 0,3
КГ4; 2СА8; 2СА 25; 2СА 25Г ^•4 480 2,4 —
2 С ГВ 10,4 365 5,6 —
2СГ4Г; 2СГП20; 2СГ 60В;
2СГ60; 2СГ4; 2СГ8; 2СГ25 ~10 365 4 —
200В-10/8 2,5 730 0,5 0,8
1ВВ-10/8 2,6 730 — 0,5
В Г 25-Э 1,4 730 — 0,2
1 Линия действия вертикальной составляющей проходит
через ось коленчатого вала посередине между крайними цн-
линдрами нли группами цилиндров.
Таблица VIII.10
Составляющие сил инерции некоторых веерообразных
компрессоров
Марка компрессора Вес агрегата в т Число оборотов в 1 мин Расстояние от уровня пола до линии действия горизонтальной составляющей в м Соста щие инерц * Я <О Е( О 3 « т я о. я 5 о О. Ч с о л —< Я - В> верти- я о ь кальные “ 5 « 11 порядка н
АУУ 400/1,2; ФУ У 350/1.2; БФУУ 20 АУУ 400/3,4; ФУУ 350/3,4 160 В-20/8 1 Линии действия ленчатого вала посере ~3 ~3 4,8 состаа дине к 960 720 735 ляющи щжду 0,8 0,8 0,9 х проходят крайними ц 0,6 0,3 0,9 через с илнндра 0,2 0,1 0,7 сь ко- ми.
Таблица VIII.! 1
Таблица VIII.13'
Составляющие сил инерции некоторых У-образных
компрессоров
Силы инерции, возникающие при работе гирационных
дробилок с пологим конусом
Марка компрессора Вес агрегата в т Число оборотов в 1 мин. Расстояние от уроп- а до линии ия горизон- й составляю- м Составляющие1 сил инерции в тс
горизонталь- ные 11 по- рядка вертикаль; ные II по- рядка
ня пол действ: тально щей в
КСЭ 5 АУ 200/1,2; ФУ 175/1,2; БАУ 200; БФУ 10 ДАУ 80; АУ 300 АУ 200/3,4: ФУ 175/3.4 1 Линии действия 1,5 ~2 ~4 ~2 состав 730 960 720 720 ляющи 0,6 0,7 0,7 0,7 х проходят 0,4 0,5 0,6 0,2 через ос 1 .0,2 ь глав-
ного вала посередине между крайними цилиндрами.
Таблица VIII.12
Составляющие сил инерции некоторых лесопильных рам
Диаметр нижнего основания дробящего конуса в мм Вес дробилки (без дви- гателя) в т Число оборотов в 1 мин Расстояние Л от линии действия силы Р ДО верхней грани фундамента в м (см. рис. VIII. 2, б) Р, тс
1200 17,3 270 Силы инерции ие учиты- ваются
1650 38 240 1,5 1.5
2100 62,5 218 2 8,2
Примечание. Для дробилок с пологим конусом (импортных системы Саймонс, а также аналогичных отече- ственных), имеющих числа оборотов, отличные от указанных в таблице, величину равнодействующей можно определить / п' \ 2
путем пересчета по формуле Р'=Р я у • гДе величина равнодействующей неуравновешенных сил ло оборотов устанавливаемой дробилки. — искомая п7 — чис-
Марка лесопильной рамы
о
§
а _ и
я 2
и а==
«
Составляющие сил инерции в тс
вертикальные (суммарные) горизонталь- ные
Двухэтажные
рамы
РД 110-1; РД 110-2 225 0,25 13 3
РД 110-3; РД 110-4 235 — 13 4,3
РД 75-1; РД 75-2 320 0,25 15 4
РД 75-6; РД 75-7 320 — 20,7 3,9
РД 50-3 360 0,25 19 1,8
28" (фирма «Кархула») 300 0,25 20 1,8
30" (фирма «Содерхамнс») 310 — 18 1,6
Одноэтажные
рамы
Рис. УШ.З. Схема щековой дробилки
Р-63; РК
Р-65
РТ
250
600
3,1
0,8
1,5
2,8
1,4
При отсутствии рабочих чертежей эксцентрисите-
ты Г\ И Г2 дробилок с крутым конусом можно прибли-
женно вычислить по формулам:
/\ = I 31П Р; 1
г2 = 2/ 51П р, /
(VIII.9)
где I—полудлина главного вала (см. рис. УШ.2, а);
Р — угол гирации.
Величины сил инерции гирационных дробилок с по-
логим конусом можно принимать по табл. VIII.13.
Величина горизонтальной составляющей неуравно-
вешенных сил инерции для щековых дробилок, устроен-
ных по схеме рис. УШ.З, может быть приближенно оп-
ределена по формуле
Рх = г о21/" 0,8 тс)2 + 0,25Шщ соз со I,
(VIII. 10)
где г — радиус эксцентрика;
со — угловая скорость его вращения;
гп0 — масса эксцентрика;
шс — масса шатуна;
/пщ — масса дробящей щеки.
Величину Рх для щековых дробилок можно прини-
мать по табл. VIII.14.
Таблица VIII.14
Силы инерции, возникающие, при работе щековых
дробилок
Габаритные размеры дробилки в мм Число оборотов в 1 мин Расстояние от линии действия силы Рх до верх- ней грани фунда- мента в м /*х, тс
250X900 325 0,7 0,9
400X 900 325 1,3 2
600X900 275 1,5 2,9
900X1200 170 1,5 6
1200x1500 135 2 9
1500x 2100 100 2,6 12
Ударные нагрузки от машин непериодического дей-
ствия. Ударные нагрузки возникают при работе машин
с падающими или неравномерно движущимися частями.
К первой группе относятся различные копры и кузнеч-
ные молоты, ко второй группе — горизонтальные ковоч-
ные машины, прокатные станы, различные испытатель-
ные машины. Расчет фундаментов на действие ударных
нагрузок производится, как правило, только для машин
с падающими частями, так как фундаменты машин, где
удар создается неравномерностью хода, не испытывают
интенсивных колебаний. Исключение составляют только
уникальные испытательные машины, при работе которых
могут развиваться мгновенные силы величиной в не-
сколько сотен тонн. В последнем случае для расчета фун-
даментов на колебания необходимо располагать значе-
нием мгновенной силы РМГ, временем ее действия 10 и за-
коном изменения ее во времени. Эти параметры должны
входить в задание на проектирование фундамента.
При расчете фундаментов на колебания от действия
падающих частей необходимо знать их вес у и скорость
у0 в момент соударения с фундаментом:
для копров величина равна скорости свободного
падения:
Щ = (VIII. 11)
для свободно падающих молотов (одиночного дей-
ствия) ее принимают равной:
а0 = 0,9 V 2§Н0;
для молотов с принудительным падением
действия)
Л пг т / о , Ро/о + Я
уо = О,65 1/ 2§п0--------------
Г Я
(VIII. 12)
(двойного
(VIII. 13)
где Но — высота падения бабы (для копров) или ход
падающих частей (для молотов) в м;
Ро — среднее давление пара или воздуха в тс/м2-,
/о — площадь поршня в цилиндре молота в м2-,
д — вес падающих частей в тс.
3. РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ
где Р — площадь подошвы фундамента;
а — размер подошвы фундамента в плоскости коле-
баний;
I — момент инерции площади подошвы фундамен-
та относительно центральной оси, перпендику-
лярной плоскости действия момента М.
Поскольку коэффициенты Сг, Сф и Сх оценивают не
только упругие свойства грунтов, но и некоторые не учи-
тываемые отдельно расчетами факторы (влияние боко-
вой засыпки, влияние инерции массы грунта, колеблю-
Рис. VIII.4. Перемещения фундамента при различ-
ных схемах загружения
щейся вместе с фундаментом, и т. п.), их называют
обобщенными упругими характеристиками грунта.
Приближенно считают, что величины коэффициентов
Сг, Сф и Сх для одного и того же грунта связаны
между собой следующими зависимостями:
^ = 2С2; |
Сх = 0,7Сг. /
(VIII. 15)
При расчете фундаментов с площадью подошвы Р
более 50 м2 величину коэффициента Сг можно прини-
мать по расчетному сопротивлению грунтов основания
(табл. VIII.15).
Таблица VIII.15
Коэффициенты упругого равномерного сжатия
грунта Сг (по СН 18—58)
3.1. ОБОБЩЕННЫЕ УПРУГИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ОСНОВАНИЯ
При расчете фундаментов на колебания упругие
свойства грунтов основания характеризуют тремя коэф-
фициентами, выражаемыми в тс/м3: коэффициентом уп-
ругого равномерного сжатия Сг, коэффициентом упру-
гого неравномерного сжатия Сф, коэффициентом упру-
гого равномерного сдвига Сх. Эти коэффициенты связы-
вают напряжения о в основании фундамента с вызы-
ваемыми ими упругими перемещениями (рис. VIII.4):
°г______Рг .
Сг ~ СгР ’
^ср М
(VIII. 14)
Расчетное сопротивление грунта в кгс/см- Сг, тс/м3
1 2000
2 4000
3 5000
4 6000
5 7000
Для фундаментов с площадью подошвы Р менее
50 м2 величины обобщенных упругих характеристик сле-
дует принимать по методу О. А. Савинова, приближен-
но учитывающему влияние инерции грунта. При этом
упругие характеристики грунта определяются по фор-
мулам ':
ох Рх
Сх СХР
1 При расчете фундаментов под точные станки зна-
чения упругих характеристик, определенные по форму-
лам (VIII.16), следует увеличивать: Сг — в 3 раза,
и Сх — в 4 раза.
с„ = с0[1 +
== Ро Г1 +
2 (а + 6)
А Р
(VIII. 16)
1 +
где Со — параметр, определяемый по табл.
VIII.16;
а и Ь — размер подошвы фундамента соответ-
ственно в плоскости колебаний и в на-
, правлении, перпендикулярном плоско-
сти колебаний;
о — напряжение в основании фундамента;
о0, А и О0 — постоянные величины (сг0=2 тс/м2,
А=1 .м-1, Ро=О,75Со).
Таблица VIII.16
Классификация грунтов как оснований фундаментов
под машины (по О. А. Савинову)
Категория основания Характери- стика оснований Грунты Со в тс/м3 при ч0— =2 тс[зл?
I Нежесткие Глины н суглинки текуче- пластичные (В>0,75) Супесн текучие (В> 1) 600 700
II Малой жесткости Глины и суглинки мягко- пластичные (0,5<В< 0,75) Супеси пластичные (0,5< 1) Пески пылеватые водона- сыщенные рыхлые (е>0,8) 800 1000 1200
III Средней жесткости Глнны и суглинки тугопла- стичйые (0,25<В<0,5) Супеси пластичные (0<В < С 0,5) Пески пылеватые средней плотности ( 0,8) Пески мелкие, средние н крупные независимо от плот- ности 2000 1600 1400 1800
IV Жесткие Глины и суглинки твердые (В<0) Супеси твердые (В<0) Щебень, гравий, галька, дресва 3000 2000 2600
3.2. МОДУЛЬ ЗАТУХАНИЯ КОЛЕБАНИЙ
Модуль затухания колебаний Ф характеризует не-
упругие сопротивления основания колебаниям фундамен-
та. Его значение необходимо знать при расчете фунда-
ментов, находящихся в условиях резонанса. Модуль Ф
представляет собой устойчивую характеристику грунта,
колеблющуюся в узких пределах. Для практических
расчетов значение модуля Ф можно принимать равным:
Грунты Ф в сек
Глинистые водонасыщенные и влажные . 0,003
То же, не водонасыщенные.............. 0,003—0,0045
Песчаные водонасыщенные............... 0,0045—0,006
То же, не водонасыщенные.............. 0,006—0,01
Слабые супесчано-суглинистые; ленточные
глины; насыпные....................... 0,01—0,015
Нижний предел приведенных величин относится
к фундаментам мелкого заложения, верхний — к глу-
боко заложенным фундаментам.
4. ДОПУСТИМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ АМПЛИТУДЫ
КОЛЕБАНИЙ
Предельно допустимые значения амплитуды коле-
баний устанавливаются для фундаментов под машины
(исходя из условий нормальной эксплуатации установ-
ленной на фундаменте машины) и для грунта вблизи
места установки машины (исходя из условий нормаль-
ной эксплуатации расположенных на этом участке обо-
рудования и приборов, чувствительных к сотрясениям,
а также из условий нормальной работы или нормаль-
ного проживания на рассматриваемом участке людей).
Допустимые значения амплитуды колебаний фунда-
ментов под машины (табл. УП1.17). Приведенные
в табл. VIII. 17 величины Адоп при горизонтальных коле-
баниях относятся к верхней грани фундамента, а при
вертикальных колебаниях — к крайней точке подошвы
фундамента.
Таблица VIII.17
Допустимые значения амплитуды колебаний
фундаментов под машины Адоп (по СН 18—58)
Машины Число колебаний в 1 мин Лдоп> мм
С кривошипнр-шатунными механиз- мами <200 200—400 >400 0,25* 0,2 0,15
Низкочастотные электрические <500 500—750 >750 0,2 0,15 0,1
Гирационные и щековые дробилки — 0,3
Молоты: при возведении фундаментов на водонасыщенных песчаных грунтах в остальных случаях * Для фундаментов высотой боле е 5 м Адоп ра 0,8 1,2 вно 0,3 мм.
Допустимые значения амплитуды колебаний фунда-
ментов под прецизионное оборудование. Допустимая
амплитуда колебаний фундаментов под прецизионные
станки определяется по формуле
А доп —
На
2р0
(VIII. 17)
где На— среднеарифметическое отклонение профиля для
самого высокого класса чистоты обработки
(по ГОСТ 2789—59), который можно получить
на данном станке:
Класс чистоты обработки..................... 7 8 9 10 11 12 13 14
Ка, .......................................... 1,28 0,64 0,32 0,16 0,08 0,04 0,02 0,01
Цо — коэффициент передачи колебаний от основания
в зону резания, величина которого существенно
зависит от способа установки станка на фунда-
менте (жесткая установка, установка на клинь-
ях, на упругих опорах), от вида колебаний стан-
ка (вертикальные, горизонтальные, вращатель-
ные), от параметров станка, качества его изго-
товления и ряда других факторов. Впредь до на-
копления необходимых опытных данных коэф-
фициент Цо следует определять эксперимен-
тально.
Допустимые значения амплитуды колебаний по ха-
рактеру их физиологического воздействия на организм
людей. Общая оценка интенсивности колебаний исходя
из их физиологического воздействия на организм лю-
дей производится по скорости V или ускорению коле-
бательного движения (табл. VIII.18):
V = А со;
щ = А со2,
(VIII. 18)
где —амплитуда колебаний в мм;
а>— угловая частота колебаний в 1 сек.
Таблица VIII.18
Оценка интенсивности колебаний по характеру
их воздействия на людей (по И 200—54)
Характер воздействия колебаний на людей Ускорение колебаний ш в мм/сек? (для частот от 1 до 10 гц) Скорость колебаний р в мм/сек (для частот от 10 до 100 гц)
Неощутимы 10 0,16
Слабо ощутимы 40 0,64
Хорошо Ощутимы 125 2
Сильно ощутимы (мешают) 400 6,4
Вредны при длительном воз-
действии 1000 16
Безусловно вредны .... >1000 >16
Допустимые значения амплитуды, скорости и уско-
рения колебаний рабочих мест принимаются по
табл. VIII.19.
Таблица VIII.19
Допустимые значения амплитуды колебаний рабочих
мест (по СНиП П-М.2-62)
Частота в гц Лдоп’ мм °доп‘ мм/сек “'доп’ мм/сек'1
<3 3—5 5—8 8—15 15—30 30—50 50—75 75—100 0,6—0,4 0,4—0,15 0,15—0,05 0,05—0,03 0,03—0,009 0,009—0,007 0,007—0,005 0,005—0,003 11,2—7,6 7,6—4,6 4,6—2,5 2,5—2,8 2,8—1,7 1,7—2,2 2,2—2,3 2,3—1,9 220—140 140—150 150—130 130—270 270—320 320—700 700—1120 1120—1200
Примечание. Приведенные в таблице нормативы имеют одинаковое значение для вертикальных и горизонталь- ных вибраций. Они соответствуют их непрерывному воздей- ствию иа рабочих в течение полного рабочего дня. Если продолжительность воздействия вибраций составляет 10—15% рабочего времени, указанные в таблице значения могут быть увеличены, но не более чем в 3 раза.
5. ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ
СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ СПЛОШНЫХ
ФУНДАМЕНТОВ
5.1. ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ
ЖЕСТКОСТИ
Коэффициенты жесткости естественных оснований
определяются по формулам:
при равномерном упругом сжатии
Кг = СгР тс/м; (VIII. 19)
при неравномерном упругом сжатии
Кф = Сф/ тс-м; (VIII.20)
при упругом сдвиге
КХ = СХР тс/м. (VIII.21)
Буквенные обозначения, принятые в этих формулах,
те же, что в формулах ^111.14).
Коэффициент жесткости упругих прокладок
ЕР0
К = —(VIII. 22)
Ьо
где Ро и Ьо— площадь и высота прокладок;
Е — динамический модуль упругости материа-
ла прокладок, принимаемый в зависимости
от вида материала:
Вид материала Е, тс/м3
Дуб (поперек волокон)...................... 50 000
Сосиа или лиственница (поперек волокон) 30000
Резина...................................... 300
Коэффициент жесткости цилиндрических пружин
04
К~ 64>л„ ’
(VIII. 23)
где О—модуль упругости материала пружины при
сдвиге;
— диаметр витка;
— средний радиус пружины;
п0 — число витков.
5.2. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ,
ИМЕЮЩИХ ОДНУ СТЕПЕНЬ СВОБОДЫ
Лежащий на грунте фундамент представляет со-
бой твердое тело, опирающееся на упругое основание.
При центральном, направленном вертикально ударе он
может иметь только одну форму колебаний и является
системой с одной степенью свободы. Частота свобод-
ных колебаний в этом случае равна:
(VIII. 24)
где ш— масса установки (фундамент плюс машина).
5.3. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ,
ИМЕЮЩИХ ДВЕ СТЕПЕНИ СВОБОДЫ
Фундамент, разделенный на две части пружинами
или упругими прокладками, при центральном, направ-
ленном вертикально ударе имеет две формы колебаний
и является системой с двумя степенями свободы (рис.
VIII.5). Примером такого фундамента может служить
виброизолированный фундамент, состоящий из коробки,
на которую опирается при помощи пружин блок, под-
держивающий машину.
,7 Главные собственные часто-
Рис. УШ.5. Схема к оп-
ределению главных ча-
стот свободных верти-
кальных колебаний виб-
роизолированного фунда-
мента
ты такого фундамента опре-
деляются из биквадратного
уравнения
\ Шу т2 )
+ -^ = 0. (VIII. 25)
/П1/П2
В тех случаях, когда ко-
эффициент жесткости -осно-
вания Кг намного больше
коэффициента жесткости
пружин К, а масса гп\ на-
много больше массы /п2,
систему можно приближен-
но считать имеющей одну степень свободы и определять
собственную частоту по формуле
1 ==:
(VIII. 25а)
В случаях, когда К намного больше Кг, систему
также можно считать имеющей одну степень свободы
и определять собственную частоту по формуле
1 =
Шу —ш2
Кг
(VIII. 256)
5.4. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ
И ВРАЩАТЕЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ
(БЕЗ УЧЕТА ВЛИЯНИЯ БОКОВОЙ ЗАСЫПКИ)
При направленном. горизонтально ударе колебания
фундамента будут сопровождаться сдвигом подошвы
и поворотом оси. Следовательно, он будет иметь две
формы колебаний и явится системой с двумя степенями
свободы. Главные собственные частоты фундамента оп-
ределяются в этом случае из уравнения' Н. П. Пав-
люка
уХ4- ( X2 + I2) X2 + I2 I2 = 0, (VIII.26)
е
где У—отношение ~ (здесь 0 — момент инерции мас-
Оо
сы установки1 относительно центральной оси,
перпендикулярной плоскости колебаний; 0оы
момент инерции массы установки относительно
оси, проходящей через центр тяжести подош-
вы фундамента перпендикулярно плоскости ко-
лебаний, равный 0 -\-тК2, где Н2 — расстояние
1 Момент инерции массы относительно какой-либо
оси равен сумме его собственного (табл. VПI.20) и пе-
реносного моментов инерции. Переносный момент инер-
ции тела равен произведению его массы т на квадрат
расстояния I от его центра тяжести до рассматриваемой
оси, параллельной главной.
от центра тяжести установки до подошвы
фундамента);
1% — предельная частота горизонтальных колебаний
фундамента, равная 1/ ;
г т
1ф — предельная частота вращательных колебаний
л. 1/^7
фундамента, равная I/ —1—
0о
Таблица VIII.20
Формулы для определения собственных моментов
инерции массы некоторых тел
Форма элементар- ного объема ег
г 2а3 т 5 2а3 т 5
——1 а ♦ <г 3-х
•
г
1 1
- а 1 * । \ 1 т 12 12
7 2 1 Ч 1 ✓ --1 Ь- + <? т —! 5 а3 + Ь2 т 5
а г а ।
г г । а*а । X За3 + № т !—- 12 а3 т 2
Пр 7 а ( а и м - -X ч а н и е. 12а3 + 3/13 т 80 С — центр тяжести те За2 т 10 па.
Низшая главная собственная частота может быть
определена без решения уравнения (VIII.26) по фор-
муле:
*?= Й — [1 + Л-/(1 + ’ (VIII.27)
2у
где
В тех случаях, когда высота фундамента Н в Зара-
за больше размера подошвы в плоскости колебаний а,
фундамент можно рассматривать как систему с одной
степенью свободы, полагая
В тех случаях, когда высота фундамента /г в 3 раза
меньше размера а, систему также можно приводить к од-
ной степени свободы, полагая
При определении низшей главной собственной ча-
стоты Л-1 из уравнения (VIII.26) или по формуле
(VIII.27) весьма трудоемким является вычисление мо-
ментов инерции массы установки. Трудоемкость расче-
тов может быть значительно снижена при определении
величины Л1 по приближенной формуле О. А. Сави-
нова:
(VIII. 28)
Л1 = Хо Хх,
Для фундамента с прямоугольной подошвой
Хо =
сх^
1+12сД?
5.5. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ
И ВРАЩАТЕЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ
ПРИ УЧЕТЕ ВЛИЯНИЯ БОКОВОЙ ЗАСЫПКИ
Уравнение (УШ.26) выведено в предположении,
что боковая засыпка вокруг фундамента отсутствует
и упругие реакции грунта действуют на него только со
стороны основания. Такое положение возникает в дей-
ствительности крайне редко — лишь в тех случаях, ког-
да конструктивно обеспечено наличие вокруг фундамен-
та воздушного зазора.
Влияние боковой засыпки сказывается в некотором
повышении собственных частот фундамента по сравне-
нию с величинами, получаемыми из уравнения (VIII.26),
однако учитывать это обстоятельство в обычных слу-
чаях не требуется.
В тех же случаях, когда необходимо оценить влия-
ние боковой засыпки на собственные частоты фундамен-
та, последние могут быть приближенно определены из
уравнения
уЛ4 - ( Х1 20 + X2 + Х20 Л20 = 0, (VIII. 29)
где
/2 _ ^Х ,9 __
^0- т > \0- 0о ;
пх = Кх + ~ 5хр,-^=^ + ^а2 +
00 — 0 4“ (^2 — Й4)2.
В этих выражениях приняты следующие обозна-
чения:
— коэффициент жесткости основания при упру-
гом сдвиге фундамента;
IV—коэффициент жесткости основания при упру-
гом повороте фундамента;
8Х — коэффициент упругого сжатия боковой засып-
ки, равный коэффициенту упругого равномер-
ного сжатия;
Рг — площадь засыпки по лобовым граням фунда-
мента, равная 2АА3;
Аз —высота засыпки;
А4
а2
— расстояние от подошвы
центра упругости, равное
фундамента до его
з I рх ) ’
— то же, что в уравнении ^111.26).
Приведенные выше формулы являются приближен-
ными, так как они выведены в предположении, что ве-
личина 8Х изменяется по высоте по треугольной эпюре.
6. ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ФУНДАМЕНТОВ
НА ДЕЙСТВИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИЛ
6.1. ОБЩИЕ ПОЯСНЕНИЯ
Расчет фундаментов на действие периодических сил
заключается в определении амплитуд вынужденных ко-
лебаний, возникающих под действием этих сил. Най-
денные значения амплитуд колебаний не должны пре-
вышать величин, приведенных в табл. VIII.17.
В резонансной области (т. е. при отношении угло-
вой частоты возмущающей силы со к соответствующей
собственной частоте фундамента X, лежащем в пределах
от 0,75 до 1,25) расчет следует производить с учетом
влияния неупругих сопротивлений, в противном случае
могут получиться абсурдные результаты (значение ам-
плитуды колебаний для области резонанса может быть
получено сколь угодно большим). Вне области резо-
нанса учитывать влияние неупругих сопротивлений не
требуется.
6.2. ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ОБЫЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
БЕЗ УЧЕТА ВЛИЯНИЯ НЕУПРУГИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ,
НЕ СОДЕРЖАЩИЕ В ЯВНОМ ВИДЕ ЧАСТОТЫ
СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ (табл. У111.21 и VIII 22) >
1 Формулы непригодны для расчетов в резонанс-
ной области.
Таблица VI 11.21
Таблица VIII.22
Точные формулы для определения амплитуд
вынужденных колебаний без учета неупругих
сопротивлений (по СН 18—58)
Приближенные формулы для определения амплитуд
вынужденных колебаний без учета неупругих
сопротивлений (по СН 18—58)
Схема загружения фунда-
мента динамической наг-
рузкой
Формулы
Схема загружения фунда-
мента динамической наг-
рузкой
Формулы
Л-------------<
г Кг — тиР
где т — общая масса уста-
новки (фундамент
плюс машина)
При а > ЗЛ
-6^)РХ + КХН2М
д
„ Л
При а < —
2
А = Л' Л,
х Ф
где А
О
0 = в 4-
О 2
А =
V
^ХН2Рх+^Х-тШ^М
Л
д = «Ош4 — т+кх
+ К 9Ъ)24- К К ;
х ) х
М = РХ(Н-Ь2)
(М — возмущающий момент,
равный моменту от горизон-
тальных составляющих воз-
мущающих сил относительно
оси, проходящей через центр
тяжести установки перпенди-
кулярно плоскости колеба-
ний)
6.3. ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ОБЫЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
БЕЗ УЧЕТА ВЛИЯНИЯ НЕУПРУГИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ,
СОДЕРЖАЩИЕ В ЯВНОМ ВИДЕ ЧАСТОТЫ
СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ (табл. УП1.23) 1
При расчете фундаментов на вынужденные коле-
бания значительно удобнее пользоваться формулами,
содержащими собственные частоты фундамента в яв-
ном виде.
6.4. ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ОБЫЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ НЕУПРУГИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
Вертикальные колебания. Амплитуда вертикальных
колебаний фундамента равна:
1 Формулы непригодны для расчетов в резонансной
области.
где
(VIII. 30)
При резонансе (со = Хг) коэффициент динамичности
равен:
1
^2Рез— ф^2
Горизонтальные и вращательные колебания (рис.
VIII.6). Амплитуда горизонтальных колебаний верхней
грани фундамента равна:
Ах =б + Афй; (VIII. 31)
амплитуда вертикальных колебаний края подошвы фун-
дамента равна:
а
Аг = А^ — , (VIII.31а)
где
б = дст т]х; дст = ;
Ах
РХН
ФсТ ’ Фет Д’ ’
Таблица У111.23
Точные формулы для определения амплитуд вынужденных колебаний без учета сопротивлений
(по А. Д. Кондину)
2 _ Кх . «2 _ .
т ' Л<₽— Оо ’
Рис. УШ.б. Схема к расче-
ту фундамента на вынуж-
денные горизонтальные и
вращательные колебания
------ . --------- — Ф2 СО2
Р2 - Ф2 о2
1
2
В частном случае при первом резонансе (со=А,1):
При втором резонансе (со=Х2):
и Л-2 представляют собой главные собственные ча-
стоты колебаний фундамента, которые могут быть при-
ближенно (без учета сопротивлений) определены из
уравнения (УШ.26).
6.5. ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА
ВИБРОИЗОЛИРОВАННЫХ ФУНДАМЕНТОВ
НА ВЕРТИКАЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ
Амплитуды вертикальных колебаний фундамента,
разделенного на две части пружинами или упругими
прокладками, равны (рис. VIII.7):
______ Рг (К 4~ Кг — т2 в)2)
(АГ — От1 и2) (К + Кг~ со2) —К2 ’
(VIII. 32)
' (К-т.! со2) (К+ /(г~ т2 со2) — /<2 '
6.6. ПРИБЛИЖЕННЫЕ ФОРМУЛЫ
ДЛЯ РАСЧЕТА ОБЫЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ НЕУПРУГИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
Все приведенные формулы связаны с более или ме-
нее громоздкими вычислениями. Вместе с тем значения
входящих в них упругих характеристик назначаются
грубо приближенно. Применение при этих условиях точ-
ных методов расчета лишено смыёла. Поэтому расчет
на колебания обычных фундаментов наиболее целесо-
образно проводить приближенным способом А. Д. Кон-
дина. При этом способе учитывается наличие неупру-
гих сопротивлений, следовательно, он применим для
расчетов в области резонанса. Величина амплитуды ко-
лебаний фундамента подсчитывается по формуле
4=ЛстП. (VIII. 33)
где Азт — перемещение при статическом действии силы;
т]— коэффициент динамичности.
Величины Аст и т] определяются по табл. VIII.24 *.
7. ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ФУНДАМЕНТОВ
НА ДЕЙСТВИЕ УДАРНЫХ НАГРУЗОК
7.1. ОБЩИЕ ПОЯСНЕНИЯ
При расчете фундаментов на действие ударных на-
грузок следует различать два случая: 1) действие уда-
ряющих масс; 2) действие мгновенных сил.
В первом случае удар наносится движущейся мас-
сой, например бабой молота или копра. При расчете на
действие таких нагрузок считают, что скорость от дви-
жущейся массы передается фундаменту мгновенно (т. е.
что время действия ударной силы равнр нулю) и в ре-
зультате нанесения удара возникают только свободные
колебания фундамента. Поэтому расчет, последнего на
действие ударяющих масс заключается в определении
наибольшей амплитуды его свободных колебаний. Для
выполнения такого расчета необходимо располагать
данными о величине массы, наносящей удар, и ее ско-
рости в момент соударения с фундаментом.
Во втором случае ударные нагрузки возникают
вследствие неравномерности хода машины, например
при ее внезапной остановке, коротком замыкании и т. п.
При расчете на действие таких нагрузок рассматривают
два вида перемещений: перемещение, вызванное дейст-
вием мгновенной силы, и свободные колебания, которые
возникают после прекращения действия силы. Для вы-
полнения такого расчета необходимо располагать дан-
ными о величине мгновенной силы, продолжительности
ее действия и законе изменения силы во времени.
Во всех случаях амплитуда колебаний фундамента
не должна превышать величин, приведенных в табл.
VIII.17.
Рис. VIII.7. Схема к расчету виб-
роизолированного фундамента
на вынужденные колебания
17—631
7.2. ЦЕНТРАЛЬНЫЙ УДАР,
НАНОСИМЫЙ ПАДАЮЩЕЙ МАССОЙ
Для фундамента, представляющего собой систему
с одной степенью свободы, амплитуда колебаний оп-
ределяется по формуле
* Для дополнительного упрощения расчетов в таб-
лицу включена приближенная формула О. А. Савинова,
позволяющая определять величину X] без вычисления
моментов инерции массы.
Таблица VIII.24
Приближенные формулы для определения амплитуд вынужденных колебаний с учетом неупругих сопротивлений
(по А. Д. Кондину)
Схема загружения фунда-
мента динамической
нагрузкой
Перемещение при статическом действии силы
Коэффициент динамичности г,
Л мл
Л =----- ;
х К
ч>
__ М а
~~ К 2
Ф
Д2 = ^-, (VIII. 34)
л2
где V] — начальная скорость движения фундамента,
Таблица VШ.25
Значения коэффициента восстановления
скорости при ударе 8
равная: ^1 = о0 (1 4-е)--------[здесь п0 — ско-
т 4- Ио
Тип машины
рость падающих масс в момент соударения с
фундаментом, вычисляемая по формулам
(VIII.! 1)—(VIII.13); 8—коэффициент восста-
новления скорости при ударе, принимаемый по
табл. VIII.25; т0 — падающая масса; т — мас-
са фундамента, установленного на нем обору-
дования и грунта, лежащего на его уступах];
Х2 — частота свободных колебаний, определяемая по
формуле ^111.24).
Для фундамента, представляющего собой систему
с двумя степенями свободы (обозначения см. на рис.
VI 11.5), следует различать для случая: 1) удар нано-
сится по верхней массе; 2) удар наносится по нижней
массе.
Молоты штамповочные:
при штамповке изделий из стали................
то же, из цветных металлов....................
Молоты ковочные .................................
Копры скрапоразделочные .........................
0,5
0
0,25
0
В первом случае, когда удар наносится по верхней
массе фундамента, амплитуду колебаний каждой мас-
сы без особых погрешностей можно определять по со-
ответствующей приближенной формуле:
°1 (к — т1
Аг~ т,х,(л?-М) (VIII. 35)
(4 (/С —/74 (/С —/п2
22 /<7^ 11 (1? — 1^)
где = о0(1 4~ 8)-------- (о0, 8и /По имеют те же зна-
/П1 4- т0
чения, что в предыдущей формуле);
Х1 и %2 — главные собственные частоты системы,
определяемые из уравнения (VI 11.25).
Во втором случае, когда удар наносится по нижней
массе фундамента, приближенные формулы для опре-
деления амплитуд колебаний имеют вид:
где
у2 = (1 + 8) .
т2 + т0
а остальные буквенные обозначения ясны из предыду-
щего.
Начальные скорости движения фундамента опреде-
ляются по формулам:
о0(1 4-е)
01 — ; т те2 1 1 I
т Д /По 0 то0е (1 4- 8) (VIII. 38)
„ / т те2 \ 0 Р+- \ т0 0 /
где е расстояние от линии действия удара до вер-
тикальной оси, проходящей через центр тя-
жести подошвы фундамента;
0—момент инерции массы т относительно цент-
ральной оси, перпендикулярной плоскости ко-
лебаний,
а0, т, т0 и 8 имеют те же значения, что в формуле
(УШ.34).
Для получения точного значения 2 сложение входя-
щих в формулу (УШ.37) величин следует производить
графически.
Уравнение горизонтальных перемещений центра тя-
жести фундамента имеет вид:
2С = 5181п Л>1 / 4- В2 81п 121, (VIII. 39)
где
®1 А2 11 ®1 Л2 ^2
1 = Вг°°~
7.3. ВНЕЦЕНТРЕННЫЙ УДАР,
НАНОСИМЫЙ ПАДАЮЩЕЙ МАССОЙ
Расчетная схема представлена на рис. УД1.8.
7.4. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ УДАР,
НАНОСИМЫЙ ДВИЖУЩЕЙСЯ МАССОЙ
Уравнение вертикальных перемещений края подош-
вы фундамента имеет вид:
2 = А181п 1$ / 4-^2 51п /4-
4-Д381пХ2^, (VIII. 37)
где
Щ (1)1
Л2=~х
х -
I2 I2
(1)1 Л2
/’ = V :
Рис, УН1.8. Схема к рас-
чету фундамента на вне-
центренный вертикальный
удар
01 — начальная скорость поступательного движения
центра тяжести фундамента;
0)1 — начальная угловая скорость вращательного
движения фундамента;
Хг— собственная частота вертикальных колебаний
фундамента, определяемая по формуле
(VI 11.24);
— предельная частота горизонтальных колебаний
фундамента, определяемая по формуле
(УШ.26);
Х1 и 12 — главные собственные частоты колебаний фун-
дамента, определяемые из уравнения (VIII.26).
17*
Расчетная схема представлена на рис. УШ.9.
Амплитуду горизонтальных колебаний центра тяже-
сти фундамента можно определять по приближенной
формуле
о. 2_л 2 о 2
__ У1 л2~~лх 0)1
~ м 1 Х2_Х2 + \ 8 '
(VIII. 40)
Приближенная формула для определения амплиту.
ды угла поворота оси фундамента имеет вид:
12 52 / I2 т2
лх ~ Л1 / л2 ~ лх
(VIII.41
Буквенные обозначения, принятые в формулах
(УШ.4О) и (УШ.41), те же, что в формулах п. 7.3 дан-
ного раздела.
Рис. УШ,9. Схема к рас-
чету фундамента на го-
ризонтальный удар
7.6. ДЕЙСТВИЕ ВЕРТИКАЛЬНОЙ
ИЛИ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ МГНОВЕННОЙ СИЛЫ
Закон изменения мгновенной силы во времени мо-
жет быть очень сложным. Ниже приводятся расчетные
формулы для простейшего случая, когда сила РМг вне-
запно появляется в момент времени /1 = 0 и внезапно
исчезает в момент времени /2=/о, сохраняя весь проме-
жуток времени /о постоянное значение.
Вертикальная мгновенная сила. Перемещение в кон-
це удара определяется по формуле
Лг1=Л„(1-С05М0), (VIII.42)
а наибольшая амплитуда свободных колебаний систе-
мы, возникающих после прекращения действия мгновен-
ной силы, составляет:
Д22=Дст251пАг , (VIII.43)
где
Горизонтальная мгновенная сила. При действии
горизонтальной мгновенной силы систему можно счи-
тать имеющей одну степень свободы и рассматривать
ее в зависимости от соотношения предельных частот.
При кх < ку можно учитывать только горизонталь-
ные колебания. В этом случае горизонтальное переме-
щение фундамента в конце удара определяется по фор-
муле
Лх,= 4т(1-со5\У . (VIII.44)
а наибольшая амплитуда свободных колебаний системы,
возникающих после прекращения действия мгновенной
силы, составляет:
ДХ2 = ДСт25шХх (VIII.45)
где
При к9 < кх можно учитывать только вращательные
колебания. В этом случае амплитуда угла поворота
фундамента в конце удара определяется по формуле
Ар. = Фет С1 ~СО5 Ч у (VIII.46)
а наибольшая амплитуда угла поворота фундамента
при свободных колебаниях системы, возникающих после
прекращения действия мгновенной силы, составляет:
Дф± = Фст2щпЛф-^ , (VIII.47)
где
7.6. РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ ПОД МОЛОТЫ
Амплитуда колебаний фундаментов под молоты на-
ходится по формуле
(1 4- е) о0 <7
Аг = 0,2 , (VIII. 48)
где <7 — вес падающих частей молота;
<2 — вес фундамента, грунта, лежащего на его
уступах, молота и шабота.
8 и о0 имеют те же значения, что и в формуле
(УШ.34).
В формулу (VIII.48) на основании анализа экспе-
риментальных данных введен коэффициент повышения
жесткости основания, равный трем.
Для определения напряжений в основании фунда-
мента под молот сггр можно использовать формулу
агр=-^ + СгАг, (VIII.49)
г
где Е — площадь подошвы фундамента.
Фундаментпроект рекомендует принимать сггр<0,7/?н-
Напряжения в подшаботных прокладках опр под-
считывают по формуле
оПр = (1 + 8) до0
Е
(VIII. 50)
где Е — модуль упругости материала подшаботной про-
кладки, принимаемый равным 50 000 тс/м2
для дуба и 30 000 тс!м2 для сосны или лист-
венницы;
—вес шабота и станины (для штамповочных мо-
лотов) или вес шабота (для молотов ковоч-
ных) ;
Е\ —площадь подошвы шабота;
Ь — толщина прокладок.
Допускаемые напряжения для подшаботных про-
кладок зависят от их материала:
Материал прокладки Допускаемое
напряжение (по
СН 18—58) в тс/м2
Дуб...................... 400
Лиственница.............. 250
Сосна.................... 200
Опыт эксплуатации фундаментов под молоты пока-
зывает, что величины допускаемых напряжений для
подшаботных прокладок, рекомендуемые СН 18—58, не-
сколько завышены. Поэтому толщину подшаботных про-
кладок следует назначать таким образом, чтобы на-
пряжение в них не превосходило 200—250 тс/м2. Для
предварительного назначения толщины подшаботных
прокладок можно пользоваться следующими данными:
Фактический вес
падающих частей в т
3.........................
5.........................
>10 ......................
Минимальная
толщина прок-
ладки в м
0,2—0,4
0,5
0,6
0,8—1
1,2—1,4
(здесь И — плечо силы Рмг относительно подошвы фун-
дамента).
Толщина подшаботной части фундамента под мо-
лот должна быть не менее следующих величин:
Номинальный вес Минимальная
падающих частей в г толщина под-
шаботной час-
ти фундамен-
та в м
<1............................ 1
1-2..................... .... 1,25
2—4............................ 1,75
4—6............................ 2,25
8. УЧЕТ ЯВЛЕНИЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ СЕЙСМИКИ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ГЕНПЛАНОВ
И ВЫБОРЕ ТИПА ФУНДАМЕНТОВ
ПОД ОБОРУДОВАНИЕ
8.1. ОБЩИЕ ПОЯСНЕНИЯ
Развитие современной техники характеризуется,
с одной стороны, увеличением мощности, быстроходно-
сти и концентрации машин с динамическими нагруз-
ками и, с другой стороны, повышением точности выпол-
няемых работ. Это приводит к необходимости как при
проектировании генеральных планов предприятий, так
и при выборе типа фундаментов под оборудование учи-
тывать явления промышленной сейсмики.
В каждом конкретном случае задача сводится либо
к определению минимально допустимых расстояний ме-
жду источниками колебаний и объектами, чувствитель-
ными к последним, либо к обоснованию необходимости
применения виброизоляции (или отказа от нее), если
взаимное расстояние задано. Для решения задачи тре-
буется определить следующие параметры: а) допускае-
мые амплитуды колебаний объектов; б) амплитуды ко-
лебаний, распространяющихся по грунту от различных
источников; в) амплитуды колебаний фундаментов, воз-
веденных на участках с заданным вибрационным режи-
мом.
8.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АМПЛИТУД КОЛЕБАНИИ,
РАСПРОСТРАНЯЮЩИХСЯ ПО ГРУНТУ
ОТ РАЗЛИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Колебания, возбуждаемые работой машин с перио-
дическими нагрузками (в этом случае частота колеба-
ний равна частоте возмущающей силы). До последнего
времени в практике проектирования фундаментов под
машины амплитуды колебаний, распространяющихся по
грунту от источника возмущения, определяли по фор-
муле Голицына.
Однако эта формула в рассматриваемом случае
дает значительное расхождение с экспериментальными
данными (рис. VIII. 10). Поэтому в практике института
Фундаментпроект для ориентировочного определения
амплитуд колебаний, распространяющихся по грунту от
фундаментов под машину, используются графики (рис.
VIII.! 1), составленные инж. М. М. Клатцо на основании
О
О
г)
Рис. УШЛО. Графики зависимости отношения Дг/А0 от относительного
расстояния до фундамента машины
а и б —для вертикальных колебаний, распространяющихся от опытного фундамента,
возведенного на слабых грунтах (г0 = 1 м); в — для вертикальных колебаний, распро-
страняющихся от фундамента под молот весом 10 т, возведенного на плотных грун-
тах (г0=6,5 мУ, г — для горизонтальных колебаний, распространяющихся от четырех
фундаментов под компрессоры, возведенных на слабых грунтах (г0=7,1 л); 1—по фор-
муле Голицына; 2 — по формулам (VIII.51) и (У111.52)
Рис. VIII.11. Вспомогательные графики для
ориентировочного определения амплитуд коле-
баний, распространяющихся по грунту от ма-
шин с периодическими нагрузками
а — для площадок, сложенных мягкопластичными
суглинками, пластичными супесями и водоиасыщен-
ными песками; б — для площадок, сложенных твер-
дыми и полутвердыми супесями и суглинками и не
водонасыщенными песками
обработанных ею экспериментальных данных1. При
пользовании графиками амплитуда колебаний грунта
1 При составлении таблиц были использованы ре-
зультаты экспериментов, выполненных инж. А. Я. Лус-
киным, результаты натурных измерений, выполненных
инж. Э. И. Часовым и В. Н. Радостным, и ряд других
материалов.
на расстоянии г от фундамента машины
по формулам:
при вертикальных колебаниях
определяется
(УШ.51)
при горизонтальных колебаниях
Агх =? 2АОх /Сп
(VIII. 52)
гдеЯваиЛох—амплитуда соответственно вертикальных
и горизонтальных колебаний края по-
дошвы фундамента машины;
/Сп — коэффициент, зависящий от вида грун-
тов площадки, частоты распространяю-
щихся колебаний п и отношения г/г0
(принимается по графикам рис. VIII.! 1);
г о—радиус круга, равновеликого по площа-
ди подошве фундамента;
г—расстояние от рассматриваемой точки
до центра фундамента.
При определении амплитуд колебаний, возбуждае-
мых работой нескольких машин, установленных на раз-
дельных фундаментах, величину АГ следует увеличи-
вать, вводя поправочный коэффициент, равный ^/2, где
Ы — число фундаментов.
Значения амплитуд колебаний грунта, вычисленные
с помощью графиков на рис. VIII.! 1, дают хорошее сов-
падение с результатами измерений (см. рис. VIII.10).
Исключение составляет область частот, совпадающих
с резонансными колебаниями фундаментов, где значе-
ния Аг, вычисленные по формулам (УП1.51) и (VIII.52),
могут в 2—4 раза отличаться от действительных вели-
чин как в меньшую, так и в большую сторону.
Колебания, возбуждаемые работой машин с им-
пульсными нагрузками и движением транспорта. При
распространении в грунте колебаний, возбуждаемых ис-
точниками типа импульса, наблюдается «сползание»
частоты: с увеличением расстояния она понижается.
Закон изменения частоты с расстоянием совсем не изу-
чен теоретически и почти не изучен экспериментально.
Поэтому определять амплитуды колебаний, вызывае-
мых действием таких источников, как молоты, копры
и пр., можно только по имеющимся экспериментальным
данным, которых накоплено весьма мало. В табл. VI 11.26
приводятся такие данные для молотов, а в табл. VIII.27
Таблица VIII.26
Параметры вертикальных колебаний, распространяющихся по грунту от кузнечных молотов
Груиты площадки Вес падающих частей молота в т Амплитуды А в мк и частоты п в кол/мин на расстоянии от молота в м
20 50 100 150 250
А п А п А п А д А п
Суглинки туго- и мягко- 6—10 160—200 550—600 50—70 480—520 25—30 380—420 16—20 350—370 12—14 320—340
пластичные и супеси пла- 3—6 115—125 550—750 25—35 400—650 15—20 420—580 12—15 400—500 8—10 340—380
этичные 1—3 40—85 550—800 12—25 520—720 5—15 450—560 3—10 420—480 2—7 350—400
Суглинки твердые и полу- 6—10 40—50 750—850 10—15 650—750 д $ 720—760 2—5 650—700
твердые и супеси твердые 3—6 1—3 25—40 15—30 810—870 750—1050 7—10 5—10 800—850 750—1050 2—6 2—5 670—720 700—850 1—2 1—2 610—650 700—850 — —
Примечание, Входящи режиме эти значения могут воз{ е в таблицу застать в 1,5 значения —2 раза. амплиту д соот! зетствуют среднее/ у режим! работь Г молотов . При т яжелом
Таблица VIII.27
Амплитуды колебаний, распространяющихся по грунту при движении транспорта
Грунты площадки Расстояние в м до линии движения транспорта Вид транспорта Вид колебаний Амплитуда в мк при частоте в кол/мин
250 500 750 1000 1500 2000
Суглинки ленточные мягко- пластичные и пески пыле- ватые водонасыщенные 10—15 Трамвай Вертикальные — — 12 18 8 3
Г оризонтальные — 4 6 4 2 —
Пески мелкие, гравийный галечник с валунами и пес- ки пылеватые 35—40 Тяжелые авто- бусы Вертикальные 2 3 3 2 1 0,5
Г оризонтальные 2 3 3 2 1 0,5
Суглинки туго- и мягко- пластичные и супеси пла- стичные >150 Трамвай, авто- машины Вертикальные 2 — — — — —
Горизонтальные 2 — — — —
для транспортных средств *. Необходимо отметить, что
колебания, распространяющиеся по грунту от транспорт-
ных средств, имеют сплошной частотный сйектр.
8.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АМПЛИТУД КОЛЕБАНИИ
ФУНДАМЕНТОВ, ПОДВЕРГАЮЩИХСЯ ВОЗДЕЙСТВИЮ
ВОЗМУЩАЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ
При расчете фундаментов под прецизионные стан-
ки, которые очень хорошо уравновешены и не могут
возбуждать колебаний своих фундаментов, определяют-
ся лишь амплитуды колебаний, вызванных действием
поверхностной сейсмической волны (т. е. кинематичес-
ким возмущением в отличие от силового, рассмотрен-
ного в пп. 6 и 7 данного раздела).
Ниже приводятся формулы для приближенного оп-
ределения амплитуд колебаний фундаментов, восприни-
мающих кинематические возмущения. Эксперименталь-
ная проверка этих формул дала положительные резуль-
таты.
Вертикальные возмущающие колебания. Амплиту-
да колебаний, вызванных действием возмущающих ко-
лебаний с амплитудой Аго и частотой ю, равна:
Лг.= Д20 -----1- —ГТ, (VIII.53)
/ / со2 \
I/ II ——| 4-Ф2со2
V \ 4/
где Ф— модуль затухания колебаний, принимаемый по
рекомендациям п. 3.2 данного раздела.
Горизонтальные возмущающие колебания. Ампли-
туда горизонтальных колебаний верхней грани фунда-
мента, подвергающегося воздействию возмущающих
колебаний с амплитудой Ах0 и частотой ю, равна:
АХ = АХО----—=====» (VIII.54)
где Фх можно принимать равным 0,25Ф.
1 Табл. УШ.27 составлена в результате обработки
данных измерений, выполненных Э. И. Часовым.
8.4. ВЫБОР РАССТОЯНИЙ
МЕЖДУ ИСТОЧНИКАМИ ВИБРАЦИИ И ОБЪЕКТАМИ,
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ К КОЛЕБАНИЯМ ОСНОВАНИЯ
Прецизионные участки. Расстояние между точны-
ми станками и источниками колебаний следует назна-
чать таким образом, чтобы параметры колебаний, вы-
зываемых последними, не выходили за пределы сред-
него уровня колебаний механических цехов. По данным
ЭНИМС, этот уровень характеризуется следующими па-
раметрами:
Частота в кол/мин . 2000 1500 1000 500 250 100
Амплитуда в мк . . 1,7 3 7 27 108 675
По данным института Фундаментпроект, приве-
денным параметрам отвечают соответствующие ориен-
тировочные значения расстояний между источниками ко-
лебаний и прецизионными участками (табл. УШ.28).
В тех случаях, когда выдержать расстояния, ука-
занные в табл. VIП.28, не представляется возможным,
следует при установке прецизионных станков произве-
сти измерения колебаний на площадке, намеченной для
их размещения, а при установке машин с динамически-
ми нагрузками определить расчетом ожидаемые ампли-
туды колебаний грунта в месте расположения прецизи-
онного участка. Если результаты произведенной провер-
ки оказываются неблагоприятными, необходимо учесть
это при проектировании фундамента. Однако в некото-
рых случаях исправить положение при помощи специ-
ально запроектированного фундамента невозможно,
и единственным выходом из создавшегося положения
остается отказ от установки намеченного оборудо-
вания.
Жилые, общественные и. коммунальные здания.
В тех случаях, когда приемником колебаний является
здание, рассматриваемая задача становится еще более
сложной. Это объясняется, во-первых, тем, что в настоя-
щее время не имеется нормативных указаний по огра-
ничению вибраций в местах проживания людей,
во-вторых, тем, что здания, имеющие различную конст-
Таблица VIII.28
Ориентировочные значения минимально допустимых
расстояний между источниками колебаний
и прецизионными участками
Источник колебаний
Расстояние в м
для площадок,
сложенных грун-
тами категорий1
I, II и III | IV
Транспорт:
железнодорожный (внутризаводской)
трамвайный
автомобильный
Кузнечные
частей в тс:
6-10
3-6
1—3
молоты с весом падающих
Машины с периодическими
при их частоте в кол!мин:
<250
250-500
500—1000
1000—1500
100
50
40
65
35
25
150
100
75
100
75
50
250
150
75
50
150
75
40
30
нагрузками
1 По классификации О. А. Савинова (см. табл. VIII.16).
рукцию или находящиеся в различном состоянии,
по-разному реагируют на колебания грунта, имеющие
одинаковые параметры.
Данные обследований, проведенных институтом
Фундаментпроект за длительный период времени, по-
зволяют лишь весьма ориентировочно наметить мини-
мально допустимые расстояния между рассматриваемы-
ми объектами (табл. УШ.29).
Таблица УШ.29
Ориентировочные значения минимально допустимых
расстояний между машинами с динамическими
нагрузками и жилыми, общественными
и коммунальными зданиями
Виды машин Расстояние в м для площадок, сложенных грун- тами
слабы- ми ПЛОТНЫ- МИ
Машины с периодическими нагрузками при их частоте в кол!мин: 250 500 1000 1500 250 150 75 50 150 75 40 .30
Кузнечные молоты с весом падающих частей в тс: 6—10 3-6 1—3 250 150 100 100 75 50
8.5. ВЫБОР ТИПА ФУНДАМЕНТОВ
Установка машин с динамическими нагрузками.
Если в результате проверки, произведенной по указани-
ям пп. 8.2 и 8.3 данного раздела, оказывается, что па-
раметры колебаний грунта, возбуждаемых работой ма-
шины в месте расположения прецизионного участка, не
выходят за пределы среднего уровня колебаний механи-
ческих цехов, машина может быть установлена на фун-
дамент обычного типа. Если результаты проверки ока-
зались неблагоприятными, а увеличить расстояние ме-
жду машиной и прецизионным участком невозможно,
следует применить активную виброизоляцию, т. е.
устроить для машины виброизолированный фундамент.
При этом нужно иметь в виду, что применение активной
виброизоляции связано со значительным удорожанием
фундаментов и усложнением работ по их возведению.
Кроме того, применение виброизоляции для таких ма-
шин, как тяжелые молоты (с весом падающих частей
10 тс и более) ведет к серьезному ухудшению условий
их эксплуатации. Для машин с периодическими нагруз-
ками, имеющими частоту менее 500 кол]мин, виброизо-
ляция вообще неприменима. Равным образом она непри-
менима для скрапоразделочных копров.
При проектировании фундаментов обычного типа
необходимо учитывать, что увеличение размеров их по-
дошвы уменьшает амплитуды колебаний грунта только
на участках, расположенных вблизи фундамента. Для
дальних расстояний эта мера не приводит к положи-
тельным результатам. Применение свайных фундамен-
тов также не приводит к уменьшению амплитуд коле-
баний грунта на удаленных участках.
Установка прецизионных станков. При установке
прецизионных станков применяется пассивная вибро-
изоляция, осуществляемая двумя способами: 1) путем
расположения непосредственно под станиной станка,
установленного на обычный фундамент, упругих опор;
2) путем использования специально запроектированных
виброизолированных фундаментов со стальными или
резиновыми виброизоляторами.
Необходимость применения виброизоляции и спо-
соб ее осуществления определяются требуемой сте-
пенью виброизоляции станка и его конструктивными
особенностями.
Опыт института Фундаментпроект в области проек-
тирования и обследования фундаментов под прецизион-
ные станки показывает, что применение свайных фунда-
ментов для установки прецизионных станков значи-
тельно улучшает условия их эксплуатации.
9. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ФУНДАМЕНТОВ
ПОД МАШИНЫ 1
9.1. ОБЩИЕ ПОЯСНЕНИЯ
Фундаменты машин разделяются по следующим
признакам: по типу основания—обычные (сооружае-
мые на естественном основании), свайные и виброизо-
лированные (с активной и пассивной виброизоляцией),
по конструкции верхней части — массивные (сплошные,
стенчатые и столбчатые) и рамные, по возвышению над
поверхностью грунта — одноэтажного типа (с верхней
гранью, расположенной на уровне пола I этажа) и
1 При составлении п. 9 использованы варианты про-
екта новой редакции СН 18—58, составленные НИИ ос-
нований, ВНИИГС и ЛО ГПИ Фундаментпроект.
‘двухэтажного типа (с верхней гранью, расположенной
па уровне пола II этажа), по компоновке на них обо-
рудования — индивидуальные и групповые.
Тип основания фундамента определяется грунтовы-
ми условиями площадки и характером передаваемых на
него нагрузок. В отдельных случаях при выборе типа
основания необходимо учитывать наличие промышлен-
ной сейсмики, а также требования по ограничению
упругого крена, вызванного действием кратковременных
нагрузок (при устройстве фундаментов под сборочные
стенды и точные станки).
Конструкция и высота наземной части фундамента
определяются в основном установочными размерами
машины и вспомогательного оборудования и указывают-
ся в задании на проектирование.
Групповые фундаменты применяются в тех случа-
ях, когда по каким-либо причинам возникает опасность
появления неравномерных осадок, а также когда требу-
ется сильно увеличить момент инерции подошвы для
уменьшения амплитуды колебаний или упругого крена.
9.2. ВЫБОР ТИПА ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ
И РАЗМЕРОВ ИХ НИЖНЕЙ ЧАСТИ
Фундаменты под машины, как правило, проектиру-
ются на естественном основании. Свайные фундаменты
применяются в следующих случаях: а) при возведении
фундаментов на площадках, сложенных грунтами, от-
носящимися к I категории по классификации О. А. Са-
винова (см. табл. VIII.16); б) при опирании фундамен-
тов на неуплотненные 1 насыпные грунты или насыпные
грунты, имеющие органические примеси; в) при опира-
нии высоких фундаментов подвального типа на любые
насыпные грунты, независимо от их состояния и соста-
ва; г) при неудовлетворительных результатах расчетов
по несущей способности основания, на колебания или
на упругий крен и отсутствии возможности увеличения
размеров подошвы фундамента; д) при установке пре-
цизионных станков на площадках с повышенным уров-
нем вибраций.
При проектировании фундаментов под машины сле-
дует стремиться к устройству их без виброизоляции2.
Случаи, при которых ее применение становится неиз-
бежным, рассмотрены в п. 8 данного раздела. Кроме
того, для некоторых машин виброизоляцию применяют
с целью понижения уровня вибраций рабочих мест (см.
табл. VIII.19). Последнее не относится к кузнечным
молотам, на которые требования СНиП П-М.2-62 не
распространяются.
Размеры подошвы фундамента определяются несу-
щей способностью и жесткостью грунтов площадки,
а также характером воздействующих на него нагрузок.
Иногда при выборе размеров подошвы фундамента
приходится считаться с требованиями по ограничению
его упругого крена от кратковременных нагрузок.
Принятые размеры подошвы фундамента проверя-
ются расчетом по несущей способности основания, на
колебания и на упругий крен (в случаях его ограниче-
ния). Расчет фундаментов под машины на осадку не
производится.
1 Уплотненными считают песчаные насыпи, имеющие
возраст более двух лет, глинистые насыпи возрастом
более трех лет и насыпи, подвергнутые искусственному
уплотнению при помощи тяжелых трамбовок.
2 Эта рекомендация не относится к случаям уста-
новки машин на междуэтажные перекрытия, где при-
менение виброизоляции зачастую является единственной
мерой борьбы с повышенными вибрациями.
Расчет по несущей способности основания для фун-
даментов под все машины, за исключением молотов 1
и копров, производится по формуле
ЯР<ан/?н, (VIII. 55)
где Рр — давление на грунт от расчетных статических
нагрузок;
Р" — нормативное давление;
ан — коэффициент снижения нормативного давле-
ния, принимаемый в практике института Фун-
даментпроект равным:
для фундаментов подвального типа........ 0,6
» бесподвальных фундаментов............. 0,75
Расчет на колебания производится по указаниям,
приводимым в данном разделе.
Упругий поворот (крен) фундаментов, возникающий
под действием кратковременных нагрузок (веса тяже-
лых перемещающихся частей станка или веса соседних
станков при проектировании групповых стендов), при-
ближенно определяется по формуле
/<"КР
'ф
где <р — угол упругого поворота фундамента при
перемещении груза из крайнего левого
в крайнее правое положение;
<2 — вес перемещающегося груза;
61 и е2 — его эксцентриситеты относительно центра
тяжести подошвы фундамента;
Кк^ — коэффициент жесткости основания при уп-
ругом неравномерном сжатии, вызванном
действием кратковременных нагрузок, ко-
торый можно принимать равным 0,6 Аф
(здесь Аф — тот же коэффициент для ди-
намических нагрузок, определяемый по
указаниям п. 5.1).
Очертание подошвы фундамента желательно вы-
бирать прямоугольное. Центр тяжести подошвы должен
лежать на одной вертикали с общил! центром тяжести
фундамента, грунта, лежащего на его уступах, и обо-
рудования. Величина эксцентриситета не должна пре-
вышать 3—5% размера соответствующей стороны.
Чрезвычайно важно стремиться к возможному сокраще-
нию величины эксцентриситета вертикальных динами-
ческих нагрузок относительно центра тяжести подошвы
фундамента. Для кузнечных молотов с несимметричны-
ми станинами линия удара должна совпадать с центром
тяжести подошвы фундамента.
При проектировании фундаментов, 'подверженных
действию горизонтальных периодических нагрузок, сле-
дует придавать подошве вытянутую форму, увеличивая
ее размер в плоскости колебаний. В этих случаях весь-
ма полезно объединять смежные фундаменты, располо-
женные вдоль линии действия сил.
Глубина заложения фундамента определяется сле-
дующими условиями: а) глубиной габаритных выемок;
б) глубиной заложения окружающих фундаментов, ка-
налов и т. п.; в) глубиной промерзания грунта (при
1 Расчет фундаментов под молоты см. в п. 7.6 дан-
ного раздела.
установке машин на открытом воздухе или в неотапли-
ваемых помещениях); г) гидрогеологическими условия-
ми площадки.
Как правило, глубина заложения принимается рав-
ной наибольшему из размеров, определяемых перечис-
ленными условиями. В отдельных случаях глубину
удается уменьшить, что почти всегда представляется
желательным, применяя местные заглубления под приям-
ками, забивку свай, устройство песчаных или бутобетон-
ных подушек и т. п.
9.3. МЕТОДИКА ТИПОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ФУНДАМЕНТОВ ПОД МАШИНЫ
Начиная с 1957 г. институт Фундаментпроект про-
изводит систематический выпуск типовых проектов фун-
даментов под машины с динамическими нагрузками. Ти-
повые проекты разрабатываются для наиболее ходовых
машин, выпускаемых серийно отечественной промышлен-
ностью. В их число входят кузнечные молоты ковочные
и штамповочные с весом падающих частей до 5 т вклю-
чительно (серии ОФ-01-Ю и 3.004-2) и компрессоры —
вертикальные, мелкие горизонтальные, V- и ^-образные,
угловые и мелкие оппозитные (серии ОФ-01-11 и 3.004-8).
Каждый из проектов выпускается в четырех вариан-
тах, соответствующих различным грунтовым условиям.
Для систематизации этих условий составлена «Класси-
фикация грунтов как оснований фундаментов под ма-
шины». Она отличается от классификации О. А. Сави-
нова менее строгим подходом к определению упругих
характеристик грунта, которые приняты зависящими от
его прочностной характеристики (расчетного сопротив-
ления— по СН 18—58). Классификация в сокращенном
виде приведена в табл. VIII.30.
Таблица УШ.ЗО
Классификация грунтов как оснований фундаментов
под машины, положенная в основу типовых проектов
института Фундаментпроект
Катего- рия грунтов Расчетное сопротивле- ние в кгс/см* Упругие характеристики в тс/м3
Сг сф СХ
I 2000 4000 1500
II 1—1,5 2000—3000 4000—6000 1500—2000
III 1,5-2,5 >2,5 3000—4500 6000—9000 2000—3000
IV 4500 9000 3000
Для сокращения объема вычислительных работ при
типовом проектировании применяется специальная ме-
тодика расчетов, разработанная инж. М. М. Клатцо,
позволяющая производить прямое определение искомых
размеров подошвы фундамента (вместо метода проб-
ных попыток, применяемого обычно).
Эта методика основана на приближенном способе
расчета, учитывающем наличие неупругих сопротивле-
ний (см. табл. УШ.24). Обследование ряда фундамен-
тов, осуществленных по типовым проектам, показало,
что примененный способ расчета дает надежные ре-
зультаты. Об этом свидетельствует также многолетний
опыт применения типовых проектов: за все годы их ис-
пользования случаев появления повышенных вибраций
фундаментов зарегистрировано не было.
10. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
10.1. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ РАСЧЕТА ФУНДАМЕНТОВ
НА КОЛЕБАНИЯ
Основной трудностью при расчете фундаментов на
колебания, вызываемые действием периодических сил,
является правильный выбор схемы приложения динами-
ческих нагрузок, которая определяется типом устанав-
ливаемой на фундаменте машины. Самый расчет на ко-
лебания не связан с типом машины и всегда сводится
к одной или нескольким из трех схем, приведенных
в табл. УШ.24*. В табл. УШ.31 помещены схемы при-
ложения к фундаментам динамических нагрузок от раз-
личных машин периодического действия.
При расчете фундаментов на действие ударных на-
грузок каких-либо затруднений с выбором расчетных
схем не возникает.
При расчете фундаментов на колебания следует
иметь в виду, что значения упругих характеристик грун-
та, необходимые для расчета на колебания, назначаются
приближенно. Поэтому значения всех других величин,
входящих в этот расчет, следует также округлять. Кон-
фигурацию фундамента, принимаемую в расчетной схе-
ме, нужно максимально упрощать, приводя ее не более
чем к трем-четырем элементарным объемам.
10.2. ПРИМЕР РАСЧЕТА ФУНДАМЕНТА
ПОД ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ КОМПРЕССОР НА КОЛЕБАНИЯ **
а) Исходные данные.
Техническая характеристика компрессора
Марка компрессора ....................... 5Г-100/8
Завод-изготовитель ...................... Пензен-
ский ком-
прессорный
Вес компрессора в г...................... 34~
Рабочее число оборотов в 1 мин .... 187
Максимальные значения неуравновешенных сил
инерции в тс (см. табл. VIII.7):
горизонтальные составляющие:
I порядка ............................ 8,9
II порядка ............................ 0,7
вертикальная составляющая .................... 2,1
Расстояние от оси коленчатого вала до верхней
грани фундамента в м......................... 0,9
Размеры верхней части фундамента, заданные Пензенским
компрессорным заводом, и размеры нижней части фундамента,
назначенные по конструктивным соображениям, указаны на рас-
четной схеме (рис. VIII. 12). Центр тяжести подошвы фунда-
мента расположен на одной вертикали с центром тяжести уста-
новки (фундамент плюс машина).
Основанием фундамента являются пылеватые пески сред-
ней плотности с нормативным давлением 1,5 кгс/смг.
б) Определение постоянных величии. Для удобства ведения
расчета фундамент расчленен на четыре элементарных объема
(два положительных и два отрицательных). Веса элементарных
объемов фундамента составляют:
</! = 119 т; чг<= — 14 т; <?а = — 7 т; = 91 т.
Полный вес фундамента Оф = 189 т.
Вес установки
О = 189 + 34 = 223 т.
* Наличием крутящего момента, действующего в го-
ризонтальной плоскости, всегда следует пренебрегать.
** Расчет на действие статических нагрузок и дан-
ные, необходимые для его составления, не приводятся.
Таблица VIII.31
Схемы приложения к фундаментам динамических нагрузок от некоторых машин
Вид машины
Схема приложения к фундаменту
динамических нагрузок
Расчетные схемы фундамента
Примечания
Машина с равно-
мерно вращающимися
частями
Амплитуды, полученные
при расчете по схемам а и б,
рассматриваются независимо,
гак как при Р 2=тах Рх =0
(см. табл. VIII.2), и наобо-
рот
Агрегат из несколь-
ких машин с равно-
мерно вращающими-
ся частями при раз-
ных скоростях нх вра-
щения
'7777777777
с) 5)
Р2, = Р} 51.ПЫ, I Р2. = Р251П 1л)?1
Амплитуды, полученные
прн расчете по схемам а и
б, складываются
Амплитуды, полученные
прн расчете по схемам в и а,
складываются
Горизонтальный
компрессор
Р^Р3
е
(7777 а/г\ 7777'.
Амплитуды, полученные
при расчете по схемам а и б,
складываются
Амплитуды, полученные
при расчете по схемам в и г,
складываются (см. табл.
УШ.З)
Продолжение табл. VIII- 31
Внд машины
Схема приложения к фундаменту
динамических нагрузок
Расчетные схемы фундамента
Примечания
Вертикальный ком-
прессор или дизель
б) Р^^соз2ш1 г) И
Амплитуды, полученные
прн расчете по схемам а, б,
виг, складываются
Амплитуды, полученные
при расчете по схеме д, рас-
сматриваются независимо
3) =
Р2=Р,со5ш1
1 М* 1^Р,еС03(в1
Угловые и вееро-
образные компрес-
соры
а/2
а.
в) Р*=1Р2соз2ы1 г} М*=Р2есо$2ш1:
у
♦ а/2 [ а/2\
® Р^РзШио! е^Р^Р.соз2ш1
— а —н ж%ж — а -*
Амплитуды, полученные
при расчете по схемам а, б,
в и г, складываются
Амплитуды, полученные
при расчете по схемам д и е,
складываются (см. табл.
УШ.5)
Лесопильная рама
Р^-Р^ОШ! Р2=Р2С052ш1
Амплитуды, полученные
при расчете по схемам а и б,
складываются
Амплитуды, полученные
при расчете по схеме в, рас-
сматриваются независимо
Продолжение табл. VIII.31
Вид машины
Схема приложения к фундаменту
динамических нагрузок
Расчетные схемы фундамента
Примечания
Гирационная дро-
билка
Амплитуды, полученные
при расчете по схемам а и б,
рассматриваются независимо
Р1 = РС05МТ
Щековая дробилка
Масса установки
223
т ------— И,! т-сек-/м.
9,81
Находим положение по высоте центра тяжести установки,
считая, что 'центр тяжести компрессора расположен на уровне
коленчатого вала.
Рис. VIII.12. Схема к примеру расчета фундамента
под горизонтальный компрессор
а — задание завода; б — принятые размеры
Статические моменты элементарных объемов относительно
оси, проходящей через подошву фундамента, равны:
= 119-1,7 = 202 т-м;
32 = — 14-1,8 = — 25 т-м;
3, = — 7-1,7 = — 12 т-м;
34 = 91-0,45 = 41 т-м;
5маш = 34’3’4^115 т м~
Полный статический момент 3=321 т • м.
Расстояние от центра тяжести установки до подошвы фун-
дамента
Площадь подошвы фундамента
Г = 5,5-7,7 = 42,3 ж2.
Момент инерции площади подошвы относительна централь-
ной осн, перпендикулярной плоскости колебаний:
7,73
7 = 5,5 —= 208 м*.
12
Эксцентриситет силы Рг относительно центра тяжести по-
дошвы фундамента
е с= 3,85 — 2,35 = 1,5 м.
Ее момент относительно той же точки:
М = 2,1 -1,5 = 3,1 т-м.
в) Определение упругих характеристик грунта. Напряже-
ние в основании фундамента
223 г о ,
а —----= 5,3 тс)м*.
42,3
Принимаем по табл. VIII.16 Со-140О тс/м*. Находим значе-
ния Сг, Сф и Сх по формулам (VIII.16):
С = 1400 Г1 + ?_57>7 +5,5)1 1 /5,3 = 37(Х)
[ 42,3 _| Г 2
О = 1400 Г1 +1А7?7 + 3-5,5) ] ТЛ— = 4900 тс/м3;
* I 42,3 ] Г 2
Сх = 0,750* = 0,75-3700 = 2800 тс/м3.
г) Определение собственных частот установки. Определяем
коэффициенты жесткости основания фундамента по формулам
(VIII.19)—(VIII.21):
Кг = 3700-42,3 = 156 500 тс/м;
К = 4900-208 = 1 020 000 тс-м;
Ф
Кх = 2800-42,3 = 119 500 тс/м.
Определяем собственную частоту вертикальных колебаний
фундамента по формуле (VIII.24):
Амплитуда горизонтальных колебаний верхней грани фун-
дамента от действия горизонтальной силы I порядка равна;
65я
Амплитуда горизонтальных колебаний верхней грани фун-
дамента от действия горизонтальной силы II порядка равна:
„ ( Р" рхт\ №
АХ = I к + К I =
\ Ф / I_______
\ 119,5-10»
0,7-3,4-2,5
1020-10»
Определяем предельную собственную частоту горизонталь-
ных колебаний фундамента по формуле (VIII.26):
10*
39,2я
65я
= 0,019 мм.
119 500 _
------ = 72,5 сек
22,7
Суммарная амплитуда горизонтальных колебаний
А* = 0,16+ 0,019 = 0,179 < 0,25 мм.
Размеры фундамента выбраны правильно.
Определяем низшую главную собственную частоту системы
по приближенной формуле (VIII.28), где
1
------------ =0 9-
1,44я-119 500
1 + 1 020 000
= 0,9-72,5 = 65 сек~\
д) Определение амплитуд колебаний фундамента. Угловая
частота возмущающих сил I порядка равна:
10.3. ПРИМЕР РАСЧЕТА ФУНДАМЕНТА
ПОД КОВОЧНЫЙ МОЛОТ НА КОЛЕБАНИЯ
а) Исходные данные.
Техническая характеристика молота
Модель молота...........................
Завод-изготовитель .....................
ш — 0,105-187 = 19,6 сек
Угловая частота возмущающих сил II порядка составляет:
2ш = 2-19,6 = 39,2 сек—1.
Отношения частот:
о>
2<о
X.
19,6
83
19,6
65;
39,2
65
= 0,24 < 0,75;
= 0,3 < 0,75:
= 0,6 < 0,75
Фактический вес падающих частей в т
Ход падающих частей в м...............
Диаметр цилиндра в мм.................
Давление пара (воздуха) в ати . . . .
Вес молота без шабота в т.............
» шабота вт.............. ...........
Площадь подошвы шабота вл/2 . . . .
Отметка подошвы шабота (от уровня по-
ла) в м...............................
М 156Б
ВЗКПО
им. Кали -
нина
3
1,45
550
8
36
70
6,2
1,92
Размеры верхней части фундамента, заданные заводом-
изготовителем, и размеры подошвы, назначенные предваритель-
но по очертаниям верхней части фундамента, приведены по рас-
четной схеме (рнс. VIII.13).
Основанием фундамента являются мягкопластичные суглин-
ки с нормативным давлением 2 кгс/см2.
т. е. расчет на действие всех трех сил Р2, Р* и произво-
дится вне области резонанса. Следовательно, неупругне сопро-
тивления можно не учитывать.
Вычисляем по табл. УШ.24 (принимая Ф=0) амплитуды
вертикальных и горизонтальных колебаний. Так как вертикаль-
ная сила приложена внецентренно, заменяем ее на приложен-
ную центрально вертикальную силу и ее момент. Тогда ампли-
туда вертикальных колебаний составит:
I = . 1 + м а 1
2 К , К 2 ш*
* 1---------ср 1----------
2,1
156,5-10*
1 3,1 7Д
, 19,6* 1020-10* 2
= 0,027 мм < 0,25 мм (допустимая амплитуда по табл. VIII. 17).
Рис. VIII.13. Схема к примеру расчета фундамента
под молот
б) Расчет подшаботных прокладок. Скорость падающих ча-
стей паровоздушного молота в момент соударения с фундамен-
том определяем по формуле (VIII.13), где площадь поршня
в цилиндре составляет:
= 0,237
4
80-0,237 + 3
3
= 9,4 м/сек-,
Принимаем подшаботные прокладки из трех рядов дубовых
брусьев толщиной по 18 см. Напряжения в прокладках опреде-
ляем по формуле (УШ.бО), где е=0,25; Е=5 • 10* тс/м2: Ь~=
-0,18 • 3=0,54 м:
°пр“ 1.25-3-9.4
5-Ю4
70-9,81-6,2-0,54
164 тс/м2.
Глубина подшаботной ямы определяется принятой толщи-
ной подшаботных прокладок. Она равна 192 + 54 = 246 см.
Толщину подшаботной части фундамента принимаем рав-
ной 175 см (см. п. 7.6 данного раздела).
в) Определение постоянных величин. Для удобства ведения
расчета фундамент расчленен на три элементарных объема.
Веса элементарных объемов фундамента составляют:
<71 = 7,2-5,4-1,75-2,5 = 170 т;
Чъ = 7,2-5,4-2,46.2,5 = 238 т;
<7, = —3,8-3,2-2,46-2,5 = —75 т.
Полный вес фундамента <?ф=333 т.
Вес установки
$ = 333 + 36 + 70 = 439 т.
Площадь подошвы фундамента
7,2-5,4=38,3 м2.
г) Определение упругих характеристик грунта. Напряже-
ния в основании фундамента
439
о= -----= 11,3 тс/м2.
38,8
Определяем коэффициент Сг по формуле (VIII.16), при-
нимая Со=800 тс/м3:
е, = «оо [1+ з™ „м.. .
д) Определение амплитуды колебаний фундамента и напря-
жений в его основании. Определяем амплитуду колебаний фун-
дамента по формуле ^111.48)
п „ (1 + 0,25) 3-9,4-103 „ „„ ,
Аг = 0,2 — ' — = 0,97 < 1,2 мм.
У 3100-38,8-439
Определяем динамические напряжения в основании фун-
дамента
аДин = 3100-0,97-10 3 = 3 тс/м2.
Полное напряжение в основании фундамента
агр = 3 + 11,3 = 14,3 тс/м2 - 0,7 /?н = 0,7-2 = 14 т/м2.
Размеры фундамента выбраны правильно.
ЛИТЕРАТУРА
Баркан Д. Д. Динамика оснований и фундаментов.
Стройвоенмориздат, 1948.
Виброизоляция прецизионных станков. Руководящие мате-
риалы ЭНИМС, 1964.
Инструкция по проектированию и расчету виброизоляцин
машин с динамическими нагрузками и оборудования, чувстви-
тельного к вибрациям (И 204—55). Госстройнздат, 1955.
Инструкция по устранению вредных воздействий вибраций
рабочих мест на предприятиях железобетонных изделий
(СН 190—61). Госстройнздат, 1962.
Клатцо М. М. О выборе расчетных значений динамиче-
ских характеристик основания фундаментов, рассчитываемых на
колебания. Труды ВНИИГС, вып. 27, 1968.
К о н д' и и А. Д. Влияние сопротивлений на колебания
сплошных фундаментов. Труды НИС ЛО треста глубинных ра-
бот, вып. 1. Стройиздат, 1940.
К о н д и н А. Д., Г о ц М. А. и др. Рациональные конст-
рукции фундаментов промышленных зданий. Стройиздат, 1964.
П а в л ю к Н. П. Фундаменты под молота. Изд. Ленинград-
ского института сооружений. 1933.
Павлюк Н. П. О колебаниях твердого тела, опирающе-
гося на упругое основание. Сборник статей о вибрациях фун-
даментов. Госстройнздат, 1933.
Пановко Я. Г. Основы прикладной теории упругих коле-
баний. «Машиностроение», 1967.
Резино-металлические опоры и резиновые коврики для виб-
роизоляции и бесфундаментной установки металлорежущих
станков. Информационный листок № 2 ЭНИМС, 1964.
Савинов О. А. Современные конструкции фундаментов
под машины. Стройиздат, 19о4.
СНиП П-М.2-62. Производственные здания промышленных
предприятий. Нормы проектирования. Госстройнздат, 1962.
Технические условия проектирования фундаментов под ма-
шины с динамическими нагрузками (СН 18—58). Госстройнздат,
1958.
Тимошенко С. П. Теория колебаний в инженерном де-
ле. ОНТИ, 1932.