Введение
1. Конструктивные решения крепления стен глубокого котлована.
Постановка задачи исследования.
1.1. Исторический экскурс сооружения котлованов на территории Древней Руси
1.3. Теоретические подходы к расчету крепления стен глубоких котлованов
1.4. Выводы по главе. Постановка задачи исследования
2. Расчет различных креплений ограждения котлована методом конечно-элементного анализа без учета физической нелинейности
2.2. Расчет глубокого котлована с распорным креплением стенок в ВК SCAD
2.3. Расчет глубокого котлована с подкосным креплением стенок в ВК SCAD
2.4 Расчет модели глубокого котлована с креплением стенок по технологии
«Стена в грунте» в ВК SCAD
2.5. Сравнение результатов расчета с допустимыми
2.6. Выводы по главе
3. Расчет подкосного крепления глубокого котлована методом конечноэлементного анализа с учетом физической нелинейности. Ручной расчет.
3.1. Расчет глубокого котлована с распорным креплением стенок в ПК PLAXIS
3.2. Расчет глубокого котлована с распорным креплением стенок в
программе Фундамент
3.3. Статический расчет подкосного крепления глубокого котлована
3.4. Сравнение результатов расчета
3.5. Выводы по главе
Заключение

Купить

С древних времен люди осваивают подземное пространство. Начинали с использования пещер и других подземных полостей, созданных природой. Много тысяч лет назад люди стали создавать искусственные полости в грунте, добывая полезные ископаемые, строя транспортные тоннели, подземные сооружения для собственной защиты и хранения материальных ценностей. Многие знают о тоннелях, построенных задолго до нашей эры для канализования и водоснабжения Рима, Афин и многих других древних городов.
Первый транспортный тоннель, достоверная информация о котором дошла до наших дней, был построен около 4500 лет назад под рекой Ефрат шириной в этом месте более 150 метров. Тоннель строили открытым способом, и возможно впервые в столь значительном объеме выполнялось крепление бортов котлована.
Строительная индустрия России, а в прошлом СССР, относилась к инновационно- малоразвитым отраслям экономики. Но, несмотря на инертность и консерватизм строительной сферы, внедрение инноваций способно обеспечить динамичное развитие отрасли. Инновации обусловливают прогрессивные изменения, в первую очередь, за счёт снижения стоимости и сроков строительства, повышения качества возводимых объектов, комфортности проживания и эксплуатации.
Глубина котлованов в массовом строительстве в СССР не превышала 34 метров[1]. Отдельные случаи устройства глубоких котлованов для строительства уникальных объектов (электростанций, плотин, защитных сооружений, станций метро и т.д.), оставались практически не известными для большинства проектировщиков.
В наши дни освоение подземного пространства может, по-праву, считаться в мировом масштабе одним из важнейших и динамично развиваемых направлений в гражданском и промышленном строительстве.
Значительную роль подземное строительство играет и в России. Наиболее широко строительство подземных и заглубленных сооружений ведется на территориях крупных городов и мегаполисов. Основными факторами, способствующими необходимости использования подземного пространства городов, являются как нехватка свободных территорий в условиях исторически сформировавшейся застройки, так и требования развития городской инфраструктуры. Сегодня подземное пространство городов используется не только для размещения инженерных коммуникаций и объектов транспортного строительства, но также для строительства комплексов общественно- бытового назначения, многоэтажных подземных гаражей и стоянок, предприятий торговли, помещений заглубленных частей жилых и офисных зданий.
Объекты городского подземного строительства подразделяются на протяженные (линейные), компактные и совмещенные. К линейным сооружениям относятся: транспортные тоннели, сооружения метрополитена, пешеходные тоннели, коллекторы инженерных коммуникаций, гидротехнические коллекторы. Компактные объекты подземного строительства имеют соотношение размеров в плане менее 5 и включают: подземные части зданий, гаражи-стоянки, общественно-бытовые комплексы, сооружения гражданской обороны, камеры инженерных коммуникаций, подземные резервуары, очистные сооружения и пр. Общественно-бытовые комплексы, размещаемые в городском подземном пространстве и объединяемые с объектами транспортной инфраструктуры, могут быть отнесены к совмещенному типу.
Конструктивные решения подземных и заглубленных сооружений, а также способы их устройства зависят от объемно-планировочных решений, их назначения, глубины заложения, инженерно-геологических условий, климатических и сейсмических условий строительства, нагрузок на поверхности, наличия близ расположенных зданий и сооружений. По способу строительства подземные сооружения подразделяются на устраиваемые закрытым, открытым и полузакрытым способами. Закрытым способом строятся преимущественно линейные сооружения глубокого заложения, такие как тоннели и коллекторы различного назначения, наклонные ходы метрополитена. Закрытая проходка может осуществляться штольней, комбайновым способом, способом так называемой «новоавстрийской технологии», щитовым оборудованием,микротоннелированием, методом продавливания. В распоряжении строителей в настоящее время имеется значительный ассортимент специального оборудования и технологий для выполнения закрытых подземных работ практически на любых глубинах и в любых инженерно - геологических условиях.
Подавляющее большинство подземных и заглубленных городских объектов гражданского назначения компактных в плане, а также линейных сооружений малых глубин заложения устраивается открытым или полузакрытым способом в котлованах. При этом ежегодный объем таких объектов подземного строительства в России и за рубежом неуклонно растет, возрастает и масштаб реализуемых объектов строительства. Современная тенденция роста габаритов строящихся подземных и заглубленных сооружений, устраиваемых в котлованах, позволяет сделать вывод о том, что при большом увеличении в среднем количества подземных этажей и глубины заложения, эти показатели за последние годы стремятся побить свои рекорды. Технические возможности для роста глубины проектируемых котлованов и увеличения количества подземных этажей в настоящее время, безусловно, существуют. Однако эти показатели сдерживаются такими факторами как: экономическая целесообразность, комфортность пребывания в подземных помещениях, влияние на окружающую застройку и гидрогеологические условия.
Также большую роль играет ответственность такого рода сооружений, так как при стремлении уйти как можно глубже при сооружении котлованов участились и аварийные случаи. К примеру: на Ленинградском шоссе вл. 39, в Москве в 2007 г. грунтовые воды прорвались сквозь некачественно забетонированную стену в грунте, при разработке грунта в котловане, методом сверху вниз под защитой перекрытия; в 2007 прорвало грунтовыми водами стену в грунте при устройстве котлована в Дубае; в мае 2007 года обрушился фрагмент борта котлована на Рублевском шоссе, вл. 111, в Москве. При этом аварии на таких сооружениях могут не только надолго затянуть сроки строительства и увеличить общую стоимость строительства, но самое главное могут повлечь за собой человеческие жертвы. Последствия таких аварий представлено на рис. 1.
При этом аварийные случаи при сооружении глубоких котлованов возникают не только из-за неграмотного производства строительно - монтажных работ, но и проектировании такого рода сооружений.
Таким образом, расчет различных конструктивных решений стен глубоких котлованов требует огромной ответственности.
При этом в нашей стране в практике проектирования подпорных стенок и ограждений глубоких котлованов, в частности, весьма распространенных стенок из металлического и железобетонного шпунта, до настоящего времени широко используются методы определения распора и отпора грунта, базирующиеся на классической теории давлениях. При этом сами стенки рассматриваются как вертикальные балки, находящиеся под воздействием активного и пассивного давления грунта, определяемого по Кулону (методы Э. Якоби, Блюма — Ломейера и др.). Однако получаемые при этом коэффициенты запаса оказываются значительно завышенными, а конструктивные решения неэкономичными.
Уточнение существующих методов расчета заанкеренных стенок и стенок с подкосной и распорной системой в части определения бокового давления грунта и продольных усилий в анкерах и подкосно-распорных системах представляет собой весьма сложную задачу [2]. Такие, например, вопросы, как точный учет активного давления грунта, оптимальная глубина погружения шпунта, форма упругой линии, перераспределение давления грунта по высоте стенки, условия «заделки» шпунта, взаимодействие стенки с грунтом засыпки в условиях допредельного и предельного состояний и другие, до настоящего времени остались не выясненными, а существующие теории и научные предположения, основанные в большинстве случаев на лабораторных опытах, к сожалению еще недостаточно отражают действительную работу конструкций [3].
Вопросы исследования давления грунта на подпорные стенки и выявления особенностей их работы отражены в трудах многих известных авторов[4-19].
В современной ситуации при наличии огромного числа программновычислительных комплексов, основанных на методе конечных элементов и расчета конструкций как без учета, так и с учетом физической нелинейности, ситуация в части расчета подпорных стенок и ограждений глубоких котлованов по классическим методам расчета становится недопустимой.
Также стоит отметить, что современные программные комплексы позволяют оценить развития деформаций и распределения внутренних усилий в элементах конструкции поэтапно с учетом последовательности выемки грунта из котлована.
Анализ имеющихся статей и публикаций[21-31,68-74] современников по этой теме также показывает, что результатов по исследованию различных конструктивных решений крепления стен глубоких котлованов не достаточно. При этом скудно изучен вопрос расчета, как без учета, так и с учетом физической нелинейности, данных задач при использовании ПК с применением метода конечных элементов.
Задачи исследования
Целью работы является расчет различных креплений шпунтового ограждения котлована методом конечно-элементного анализа с учетом и без учета физической нелинейности работы грунта. Оценка возможности применения линейного расчета для проектирования шпунтовых ограждений. Экономическая оценка применения различных конструктивных решений крепления стен глубоких котлованов.
Для реализации поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:
Создание конечно-элементных моделей и расчет совместной работы грунта и различных конструктивных решений крепления стен глубокого котлована без учета физической нелинейности. Инструментом для реализации поставленной задачи служит ВК SCAD;
Моделирование и расчет совместной работы грунта и шпунтового ограждения с подкосным креплением с учетом физической нелинейности. Инструментом для реализации поставленной задачи служит ПК PLAXIS;
Проверка адекватности моделей и результатов расчетов без учета и с учетом физической нелинейности по классическому методу расчета подпорных стенок и ограждений глубоких котлованов;
Оценка возможности применения линейного расчета для проектирования шпунтовых ограждений;
Оценка развития деформаций и распределения внутренних усилий в элементах конструкции крепления стен глубокого котлована поэтапно с учетом последовательности выемки грунта из котлована.
Экономическая оценка применения различных конструктивных решений крепления стен глубокого котлована, а также формирование рекомендаций по использованию различных методов крепления в конкретных ситуациях.
Наиболее существенные научные результаты, полученные лично
соискателем
Построение и расчет конечно-элементных моделей совместной работы грунта и различными конструктивными решениями крепления стен глубокого котлована с учетом и без учета физической нелинейности грунта в ПК PLAXIS и ВК SCAD соответственно, исследована работа данных моделей, выведены зависимости.
Оценка развития деформаций и распределения внутренних усилий в элементах конструкции крепления стен глубокого котлована поэтапно с учетом последовательности выемки грунта из котлована.
Научная новизна
Предложенные модели позволяют более точно исследовать работу совместной работы грунта и различных креплений стен глубокого котлована, используя ПК.
Значение полученных результатов для теории
Полученные результаты и зависимости могут использоваться для дальнейших исследований в области крепления стен глубоких котлованов.
Достоверность
Достоверность полученных результатов базируется на теоретических материалах, подтвержденных результатами практического внедрения в производство и опыта зарубежного проектирования и строительства, а также использованием в расчётах специальных сертифицированных в России компьютерных программ расчета конструктивных систем методом конечных элементов, согласованных с НИИЖБ и рекомендованных нормами.
Значение полученных результатов для практики
Результаты работы имеют практическую значимость для проектировании глубоких котлованов и в частности в следующих вопросах:
- Разработка и проектирование конструкций крепления стен глубоких котлованов
- Методы проектирования крепления стен глубоких котлованов
- Проектирование конструкций нулевого цикла подземных паркингов, высотных зданий, многофункциональных комплексов и других сооружений, требующих устройства глубоких котлованов в стесненных условиях городской застройки
- Снижение риска аварийных случаев на строительной площадки
Рекомендации об использовании результатов диссертационного исследования
Результаты работы рекомендуется использовать при проектировании и обосновании эффективности устройства крепления стен глубоких котлованов
Купить