Способ выполнения ограждения в грунте

 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении заглубленных в грунт сооружений различного назначения, а именно к способу выполнения ограждения в грунте. Новым в способе является то, что ограждающие элементы, составляющие ограждение, выполняют по глубине различной жесткости EJ, где E - модуль деформации ограждающего элемента, J - момент инерции поперечного сечения ограждающего элемента, причем каждый ограждающий элемент имеет по крайней мере два участка различной жесткости, один из которых выполняют в зоне действия на ограждение в процессе эксплуатации максимального изгибающего момента на длине, равной (4-20)d, где d -наибольший размер поперечного сечения ограждающего элемент с жесткостью, соответствующей величине максимального изгибающего момента, а жесткость каждого следующего участка ограждающего элемента принимают соответствующей величине изгибающего момента на границе смежного участка с большей жесткостью, при этом длину каждого участка с меньшей жесткостью принимают не превышающей (10-50)d. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении заглубленных в грунт сооружений различного назначения: ограждений котлованов, шпунтовых стенок, причальных и других сооружений, в строительстве фундаментов, подвальных помещений, стенок набережных и т.п.

Известен способ возведения стены в грунте, включающий забивку в грунт вертикальных элементов железобетонных свай, бурение между ними скважин, в которые опускают перфорированные трубы с соплами, направленными в стороны соседних свай, и подачу через сопла под высоким давлением воды для размыва грунта между скважинами и сваями и обнажения поверхности свай с одновременным заполнением образующейся полости между сваями цементным раствором, при твердении которого образуется стенка между сваями [1] Недостатками известного способа являются большая трудоемкость производства работ, а также значительный перерасход материалов за счет выполнения элементов постоянной жесткости, излишней на участках, где по условиям работы конструкции этого не требуется.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ выполнения ограждения в грунте, включающий создание по крайней мере одного ряда ограждающих элементов [2] Недостатком известного способа также является большой расход материалов, вызванный излишком жесткости элементов конструкции на участках, где действующие нагрузки, преимущественно моментные, меньше максимальных.

Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности за счет обеспечения возможности оптимизации параметров ограждающих элементов, а именно жесткости, по их длине, что позволит при обеспечении требуемой несущей способности исключить перерасход материалов при общем снижении трудозатрат на производстве работ, а также снизить стоимость строительства вследствие уменьшения материалоемкости и трудоемкости работ.

Задача решается за счет того, что в способе выполнения ограждения в грунте, включающем создание по крайней мере одного ряда ограждающих элементов, их выполняют по глубине различной жесткости EJ, где E модуль деформации ограждающего элемента, J момент поперечного сечения ограждающего элемента, причем каждый ограждающий элемент имеет по крайней мере два участка различной жесткости, один из которых выполняют в зоне действия на ограждение в процессе эксплуатации максимального изгибающего момента на длине, равной (4-20)d, где d наибольший размер поперечного сечения ограждающего элемента, с жесткостью, соответствующей величине максимального изгибающего момента, а жесткость каждого следующего участка ограждающего элемента принимают соответствующей величине момента на границе смежного участка с большей жесткостью, при этом длину каждого участка с меньшей жесткостью принимают не превышающей (10-50)d. При этом участки с различной жесткостью могут образовывать путем изменения площади поперечного сечения ограждающего элемента или путем изменения модуля деформации поперечного сечения ограждающего элемента. Ограждающие элементы могут выполнять вертикально или с отклонением от вертикали на угол, не превышающий 8^o. При выполнении ограждения в несвязных грунтах между ограждающими элементами по мере выемки грунта котлована устанавливают забирки.

Технический результат, обеспечиваемый указанной выше совокупностью признаков, состоит в том, что обеспечивается возможность выполнения ограждающих элементов с оптимальной материалоемкостью и оптимальным распределением этого материала по длине ограждающих элементов в соответствии с условиями работы ограждения в процессе эксплуатации, при этом сохраняются требуемая надежность и долговечность самой конструкции и снижаются трудозатраты на стройплощадке, а также сокращаются сроки строительства.

На фиг. 1 изображено ограждение в плане; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1 и эпюра моментов; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 разрез В-В на фиг.2; на фиг.5 разрез Г-Г на фиг.2.

Способ осуществляют следующим образом.

В грунте вдоль возводимого ограждения любым известным методом выполняют ограждающие элементы 1, причем по глубине каждый ограждающий элемент выполняют различной жесткости EJ, где E -модуль деформации ограждающего элемента, J момент инерции поперечного сечения ограждающего элемента. Каждый ограждающий элемент имеет по крайней мере два участка 2 и 3, один из которых, например участок 3, выполняют в зоне действия на ограждение в процессе эксплуатации максимального изгибающего момента на длине, равной (4-20)d, где d -наибольший размер поперечного сечения ограждающего элемента 1, с максимальной жесткостью, соответствующей величине этого максимального момента. Жесткость участка 2 принимают соответствующей величине изгибающего момента М на границе участка 3 с большей жесткостью, при этом длину каждого участка с меньшей жесткостью, в частности участка 2, принимают не превышающей (10-50)d.

Ограждающие элементы 1 с различной жесткостью по длине могут выполнять непосредственно в грунте набивным методом, в том числе и буронабивным, при этом на участках действия больших по величине моментов скважину под ограждающий элемент образуют путем погружения в грунт любым известным методом, в частности забивкой или задавливанием, заранее изготовленного ствола, к участкам этого ствола, которые будут располагаться в зоне действия максимального изгибающего момента, могут быть приварены дополнительные элементы 4, увеличивающие момент инерции поперечного сечения, например уголки, или полосы, или элементы другого профиля. Ограждающие элементы могут выполнять вертикально или с отклонением от вертикали на угол, не превышающий 8^o. При выполнении ограждения в несвязных грунтах между ограждающими элементами 1 по мере выемки грунта котлована 5 могут устанавливать забирки 6, например, из досок.

Пример осуществления способа.

На строительстве возникла необходимость выполнения ограждения котлована глубиной 3-4 м в песчаных грунтах. Для ограждения котлована из вертикальных ограждающих элементов было предложено использовать имеющиеся материалы: металлопрокат двутавр N 20, уголок, полосу и пиломатериалы доски. Ограждение экспериментальных участков котлована глубиной 3 м общей протяженностью 100 м было спроектировано и выполнено из ограждающих металлических элементов с шагом 1,2 м и забирками из досок между ними выше дна котлована. Устойчивость вертикальных металлических элементов была обеспечена заглублениями их в грунт ниже дна котлована на 3 м на этой глубине изгибающие моменты сил активного и пассивного давления на них взаимно уравновешиваются: выше этой глубины вертикальные металлические элементы изгибались от преобладающего воздействия моментов активного давления, а их прочность определялась зависимостью где σ напряжения, допускаемые в материале вертикального металлического элемента от воздействия изгибающих моментов М; J момент инерции сечения; r расстояние от центра тяжести сечения вертикального металлического элемента до крайней его точки в плоскости действия изгибающего момента М.

Изгибающие моменты сил давления грунта на ограждение изменялись по длине элементов следующим образом: с поверхности грунта до подошвы котлована на верхних трех метрах длины элементов от 0 до 4,5 тсм; на последующих двух метрах от 4,5 до 14,4 тсм; на последнем шестом метре от 14,4 тсм до 0.

Необходимый момент инерции сечения вертикального ограждающего элемента с допускаемым напряжением его материала 2850 кгс/см² равен:

Вертикальные металлические элементы выполнены из двутавра N 20, уголка 75 х 75 и полосы 50 х 10 мм (сталь по ГОСТ 27772-88 с допускаемым напряжением 2850 кг/см²). Верхние 2,5 м и нижние 0,5 м вертикального ограждающего элемента выполнены из двутавра N 20 массой 21 кг/м, моментом инерции J 1840 см⁴ и жесткостью EJ=2·10⁶·1,84·10³=3,68·10⁹кгс· см²=368 тсм², а на срединном участке длиной 3 м к полкам двутавра были приварены уголки 75 х 75 х 6 с металлической полосой 50 х 10, прикрепленной между внутренними плоскостями уголков. Масса срединного участка составила 31,81 кг/м, момент инерции его поперечного сечения J 9176 см⁴, а жесткость EJ=18,35·10⁹ кгс·см²= 1835 тсм² и обеспечила восприятие изгибающего момента, равного М s·J:r= 2850·9176:15=1743440 гкс·см=17,4 тсм. Сечения остальных (верхнего и нижнего) участков массой 21 кг/м воспринимали моментом М s·J:r=2850·1840:10 524400 кгс·см=5,2 тсм.

Исходя из указанных значений моментов сил активного давления, воспринимаемых металлическими элементами, шаг их вдоль ограждения был принят равным 17,4 14,4 1,2 м, общее количество 1 + 100 1,2 84 шт.

Расход металла на них составил 84·3·31,81+84·3·21=7921+5229=13150 кг= 13,2 т.

Если бы ограждение было выполнено из металлических элементов постоянной жесткости, например из двутавра N 20, их следовало бы установить с шагом 5,2: 14,4 0,4 м, количество их составило бы 1 + 100 0,4 251 шт. а масса 251·6·21 31626 кг 31,6 т.

Таким образом, применение для ограждения элементов переменной жесткости с приведенным соотношением параметров, установленных экспериментально и подтвержденных приведенным расчетом, позволяет сократить расход металла почти в три раза.

Таким образом, при выполнении ограждения заявленным способом с соблюдением выявленных в результате многочисленных экспериментов соотношений параметров обеспечивается возможность создания ограждения с оптимальным расходом материалов при обеспечении требуемой несущей способности и при одновременном снижении трудозатрат.

Формула изобретения

1. Способ выполнения ограждения в грунте, включающий создание по крайней мере одного ряда ограждающих элементов, отличающийся тем, что ограждающие элементы выполняют по глубине различно жесткости EI, где E модуль деформации ограждающего элемента, I момент инерции поперечного сечения ограждающего элемента, причем каждый ограждающий элемент имеет по крайней мере два участка различной жесткости, один из которых выполняют в зоне действия на ограждение в процессе эксплуатации максимального изгибающего момента на длине, равной (4 20) d, где d наибольший размер поперечного сечения ограждающего элемента, с жесткостью, соответствующей величине максимального изгибающего момента, а жесткость каждого следующего участка ограждающего элемента принимают соответствующей величине изгибающего момента на границе смежного участка с большей жесткостью, при этом длину каждого участка с меньшей жесткостью принимают не превышающей (10 50) d.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что участки с различной жесткостью образуют путем изменения площади поперечного сечения ограждающего элемента.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что участки с различной жесткостью образуют путем изменения модуля деформации поперечного сечения ограждающего элемента.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что ограждающие элементы выполняют вертикально или с отклонением от вертикали на угол, не превышающий 8^o.

5. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что при выполнении ограждения в несвязных грунтах между ограждающими элементами по мере выемки грунта котлована устанавливают забирки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5