Расчет устойчивости откосов пойменной насыпи

Расчет устойчивости откосов пойменной насыпи

Тело земляного полотна находится в напряженном состоянии, обусловленном влиянием внешних сил и собственного его веса. Когда напряжения в грунте превышают определенный предел, возникают деформации в виде смещения объема грунта как единого целого.

Обследованием большого числа натурных оползней и просто сползших откосов установлено, что поверхность смещения земляных масс в однородных связных грунтах близка к поверхности круглого цилиндра. Поэтому во всех графоаналитических расчетах, относящихся к однородным грунтам, предполагают, что смещение грунтов при потере устойчивости происходит по круглоциллиндрической поверхности.

Устойчивость откосов насыпей принято оценивать коэффициентом устойчивости, K. Этот коэффициент представляет собой отношение моментов сил, удерживающих откос от смещения, к моментам сил сдвигающих. Моменты берутся относительно центра кривой возможного смещения. Можно записать, что коэффициент устойчивости

где М_уд и М_сдв – моменты удерживающих и сдвигающих сил.

Очевидно, что для устойчивых откосов К>1,0, так как М_уд больше М_сдв. В случае, когда К=1,0 грунты находятся в предельном равновесии.

Расчеты устойчивости обычно проводят на 1 пог. м длины насыпи. На рис. 3.3 показан случай, когда поверхность скольжения проходит через подошву откоса (точка А). Предположим, что обрушение произойдет по круговой кривой АВ, имеющей радиус r. Разобьем сползающий массив на отсеки вертикальными линиями. Границы деления выбираем так, чтобы получились простые фигуры, а также с учетом изменения контурных очертаний, характеристик грунтов и других факторов.

Рис. 3.3 Схема разбивки на отсеки насыпи из однородных грунтов

Рассмотрим i-й отсек. Вес его обозначим через Q_i. Если площадь отсека равна w_i, а насыпь сложена однородным грунтом с плотностью, r, тогда:

Изобразим вес Q_i в виде вектора, приложенного в точке М, представляющей собой проекцию центра тяжести отсека на поверхность скольжения. Разложим вектор веса Q_i на нормальную N_i и касательную T_i составляющие:

Очевидно, сила T_i вызывает смещение отсека, а составляющая N_i порождает силу трения F_i, удерживающую грунт от смещения.

где f – коэффициент внутреннего трения грунта.

К числу сил, препятствующих смещению грунта , помимо сил трения, относятся также силы сцепления, C×l_i, где С – удельное сцепление, l_i – длина кривой смещения АВ (см. рис. 3.3).

где r – радиус кривой обрушения; a — центральный угол, соответствующий дуге l_i.

Как видно из рис. 3.3, в отсеках, расположенных левее вертикально направленного (отвесного) радиуса кривой смещения, возникают тангенциальные составляющие веса, T_k, которые направлены в сторону, противоположную смещению грунта.

Таким образом, часть тангенциальных составляющих веса отсеков относится к удерживающим силам T_уд , другая часть к сдвигающим силам T_сдв.

Рассмотрим теперь момент действующих сил по всем отсекам относительно точки О.

где n – количество рассматриваемых отсеков.

Следовательно, коэффициент устойчивости откоса будет равен:

Земляное полотно железных дорог, как правило, состоит из грунтов защитного слоя, а также грунтов нижней части насыпи и основания, которые могут отличаться по своим физико-механическим свойствам (рис. 3.4).

Расчетные характеристики грунтов обозначим следующим образом:

r₁ , r₂ , r₃ ….. r_n – плотность грунтов, слагающих земляное полотно;

Поскольку каждый отсек может состоять из разных грунтов с различной плотностью сложения, тогда суммарный вес отсека Q_i будет равен сумме веса отдельных его частей q_i—j, сложенных однородным грунтом.

где w_i—j – площади соответствующих частей рассматриваемого отсека.

Рис. 3.4 Схема разбивки на отсеки насыпи c разнородными грунтами

Например для отсека i, приведенного на рис. 3.4, суммарный вес отсека будет равен:

Для оценки устойчивости имеет значение критическая кривая смещения, т.е. кривая при которой коэффициент устойчивости К имеет наименьшее значение.

При построении возможных кривых обрушения учитывают действие внешней нагрузки от веса верхнего строения пути и поездной нагрузки. Эти нагрузки, как было указано в п. 3.3.1.2, заменяют эквивалентными столбиками грунта (рис. п. 3.2) на поверхности основной площадки земляного полотна.

Методика поиска кривой обрушения с минимальным коэффициентом устойчивости сводится к следующему. Опыт показывает, что возможные кривые обрушения пройдут через подошву прямолинейного откоса А и одну из точек: 1, 2, 3, 4, 5, 6 (рис. 3.5). Предположим, что построенные кривые проходят через точки А и 4, затем А и 2 и А и 5. Если для кривой А4 коэффициент устойчивости имеет наименьшее значение, то нет необходимости в построении кривых левее точки 2 и правее точки 5. Если же наименьший коэффициент устойчивости соответствует кривой А2, то необходимо проверить его значение для кривой А1 и т.д. Таким образом, строят эпюру коэффициентов устойчивости, обосновывая положение критической кривой (рис. 3.6).

Рис. 3.5 Схема построения кривой обрушения

Рис. 3.6 Определение критической кривой обрушения

Прежде чем строить возможные кривые обрушения, необходимо провести линию центров этих кривых. Существует несколько способов построения линии центров. Самый простой и распространенный способ (рис. 3.5) сводится к проведению из точки Б линии БС под углом 36 градусов к горизонту (определен на основе многолетнего опыта проектирования).

Насыщение водой тела насыпей может происходить вследствие обводнения поверхности откосов и под влиянием подземных вод. Наличие воды приводит к взвешиванию частиц грунта, а при ее фильтрации возникают гидродинамические силы давления на грунт. Возможны три случая насыщения водой тела насыпи:

1) откос полностью и постоянно затоплен водой, движение которой не происходит;

2) в теле выемки имеется водоносный горизонт, связанный с установившейся фильтрацией;

3) происходит мгновенный спад воды, обводнившей откос.

В случае 1 рекомендуют учитывать эффект взвешивания грунта водой при подсчете сдвигающих и удерживающих сил.

В случае 2 в дополнение к взвешиванию на частицы грунта действует давление фильтрующейся воды. В этой ситуации рекомендуется учитывать фильтрационное давление путем подсчета сдвигающих сил без учета взвешивания, а удерживающих – с учетом взвешивания.

Случай 3 типичен для пойменных насыпей, особенности расчета которой приведены ниже.

В настоящее время при расчетах устойчивости пойменных насыпей из грунтов всех видов получила широкое распространение расчетная схема, предложенная проф. Ордуянцем К.С. Считают, что при паводке происходит полное обводнение насыпи по всему поперечному сечению до максимального внешнего горизонта. В соответствии с этим уровень воды в осевом сечении насыпи принимают равным внешнему максимальному. Далее предполагают, что вода в пойме после достижения максимального уровня внезапно спала, а действительную кривую депрессии заменяют двумя линиями, проведенными от оси насыпи к откосам со средним уклоном I (рис. 3.7). Величину уклонов принимают в зависимости от вида грунта по таблице 3.12.

Рис. 3.7 Разбивка пойменной насыпи на отсеки и построение кривой депрессии.

Т а б л и ц а 3.12

Силы гидродинамического давления, возникающие при инфильтрации, способствуют смещению откоса при потере устойчивости. На рис. 3.7 эта сила представлена в виде вектора D, приложенного к центру тяжести водонасыщенной части сползающего массива и направленного в сторону смещения. Для определения коэффициента устойчивости все силы рассматриваются действующими по поверхности скольжения. Поэтому при вычислении моментов относительно центра кривой обрушения откоса у всех сил было одно и тоже плечо r. Как видно из рис. 3.7, сила D смещена относительно поверхности скольжения и должна иметь другое плечо при определении ее момента относительно того же центра кривой скольжения. В практических расчетах это обстоятельство не учитывают. Значение коэффициента устойчивости для пойменной насыпи может быть найдено по формуле:

Гидродинамическую силу определяют по формуле:

где r_в – плотность воды, принимаемая равной 1,0 т/м 3 ;

I – средний уклон кривой депрессии для данного грунта или иначе средний гидравлический градиент;

V – объем грунта, в котором действует сила D.

Объем грунта, V, определяется как

где W — площадь части сползающего массива, насыщенного водой.

Тогда гидродинамическая сила будет равна:

Методика вычисления коэффициента устойчивости откосов пойменной насыпи сводится к следующему.

1. После построения какой-либо кривой обрушения сползающий массив разбивают на отсеки (рис. 3.4) шириной 2 – 4 м так, чтобы границы отсеков проходили через точки перелома контура сползающего массива и точки изменения характеристик и влажности грунта по поверхности скольжения. В верхней части земляного полотна в пределах ширины основной площадки для повышения точности расчета рекомендуется ширину отсека принимать 1-2 м.

2. Для расчета необходимо знать площадь каждого отсека w_i и угол b_i, составленный вертикальным вектором веса отсека с нормаль (рис. 3.4). Площади отсеков вычисляют приближенно, как площади простых фигур, а углы b_i измеряют по чертежу.

3. С учетом изложенных рекомендаций определяют расчетную результирующую амплитуду колебаний грунтов земляного полотна в пределах длины шпалы на основной площадке земляного полотна, , (мкм);

4. Находят силу Q, кН (т), приложенную в центре тяжести блока, равную собственному весу блока;

5. С учетом рекомендаций вычисляют амплитуду колебаний грунта, , (мкм) в каждом блоке, при этом координаты z (м) и y (м) определяют как координаты точек средин дуг, стягивающих границы блоков по кривой скольжения;

6. Пользуясь указаниями находят по формулам значения удельного сцепления, , и угла внутреннего трения грунта, , при действии динамической нагрузки;

7. Вычисляют реакцию грунта на поверхности скольжения, которая состоит из силы трения ( ), прямо пропорциональной нормальному давлению, и силы сцепления ( ), где

– расчетное значение угла внутреннего трения грунта при динамическом воздействии, град;

– расчетное значение удельного сцепления грунта при динамическом воздействии, кПа (т/м 2 );

l – длина отрезка дуги скольжения в пределах данного блока, м;

– нормальная составляющая веса блока Q;

α – угол наклона поверхности скольжения блока к горизонту, град.;

8. Вычисляют сдвигающие и удерживающие силы , кПа (т).

9. Находят гидродинамическую силу D.

Сделав указанные выше построения, измерения и вычисления, определяют коэффициент устойчивости откоса по формуле:

Следует помнить, что тангенциальная составляющая веса данного отсека будет являться сдвигающей (Т_i‑сдв) только в том случае, когда она направлена в сторону направления смещения массива грунта и удерживающей (Т_i‑уд), если она направлена в сторону, противоположную направлению смещения.

Студенту в рамках курсового проекта необходимо построить одну кривую обрушения и определить коэффициент устойчивости для двух случаев:

— в статической постановке, в этом случае принимается, что прочностные характеристики грунтов остаются неизменными, т.е. амплитуду колебаний на основной площадке следует принять равной 0 ( );

— в динамической постановке, с учетом снижения прочностных характеристик грунтов.

Примеры расчетов для статической нагрузки и вибродинамической нагрузки представлены ниже.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Контекстная справка

В разрез откоса можно задавать грунтовую воду при помощи одной из пяти опций:

1) Уровень грунтовых вод

Уровень грунтовых вод задаём в виде полигона. Его можно любым образом изгибать, он может полностью находиться ниже поверхности или выходить над поверхность рельефа.

Влияние воды учитываем как поровое давление, действующее в грунте и понижающее сопротивление сдвигу. Поровое давление рассчитываем как гидростатическое давление, т.е. удельный вес воды умножаем на уменьшенную высоту уровня воды:

удельный вес воды

уменьшенная высота уровня воды

вертикальное расстояние точки, в которой рассчитываем поровое давление до точки на зеркале

наклон зеркала грунтовых вод

В расчет всегда входит равнодействующая порового давления в определенном отсеке блока:

поровое давление в точке

Ниже уровня грунтовых вод анализ учитывает удельный вес водонасыщенного грунта γ_sat и подъёмную силу воды; выше уровня грунтовых вод — заданное значение удельного веса грунта γ . Силы сдвига на поверхности скольжения рассчитываются по формуле:

сила сдвига на участке поверхности скольжения

нормальная сила на участке поверхности скольжения

равнодействующая порового давления на участке поверхности скольжения

угол внутреннего трения грунта

длина участка поверхности скольжения

В случае состояния полного напряжения (задаём в диалоговом окне «Грунты») используются полные параметры, а поровое давление всегда принимается равным 0.

2) Уровень грунтовых вод с воздействием абсорбции

Уровень абсорбции можно задать над заданным уровнем грунтовых вод. В пространстве между уровнем воды и уровнем абсорбции принимается отрицательное значение порового давления u . Абсорбция увеличивается как отрицательное гидростатическое давление в направлении от уровня грунтовых вод до уровня абсорбции.

3) Резкое падение УГВ

Над заданным уровнем воды можно задать исходный уровень воды, моделирующий состояние непосредственно перед резким падением УГВ.

Резкое падение воды

Сперва рассчитываем исходное поровое давление u :

высота от исходного уровня воды к точке P

удельный вес воды

Высота h — это расстояние от точки P (где определено значение порового давления) до исходного уровня воды — это в случае, когда исходный уровень воды находится ниже поверхности земли. Если исходный уровень воды расположен выше поверхности земли высота h принимается от точки P до уровня земли (см. разрез 1 на рис.). Когда оба уровня воды находятся выше поверхности земли, то высота h — будет расстоянием от точки P до пониженного уровня воды (см. разрез 2 на рис.).

Вторым шагом будет определение убыли порового давления в области между исходным и пониженным УГВ:

высота между исходным и пониженным уровнем воды

удельный вес воды

Как и в предыдущем расчёте давления, здесь тоже могут иметь место три опции положения уровней воды, т.е. три способа как получить высоту h_d . Когда оба уровня расположены под поверхностью земли, то h_d — это расстояние между исходным и пониженным уровнем воды. Когда исходный уровень воды находится над поверхностью земли, то высота h_d пониженного уровня воды принимается только до уровня поверхности земли (см. разрез 1 на рис.). В последнем случае оба уровня могут находиться над поверхностью земли, т.е. разность уровней h_d равна нулю (см. разрез 2 на рис.).

В третьем шагу определяем конечное значение порового давления u . Убыль давления Δu переумножаем на коэффициент редукции исходного порового давления X , который должен задаваться для каждого отдельного грунта в диалоговом окне в рамке «Грунты». В расчёт войдёт значение коэффициента X грунта на участке определения порового давления, т.е. в месте точки P (а не грунта, расположенного в области между исходным и пониженным УГВ). У водоприницаемого грунта равен X = 1, у практически неводопроницаемого X = 0. В расчёт принимается конечное значение порового давления:

исходное поровое давление

поправочный коэффициент исходного порового давления

убыль порового давления

4) Коэффициенты порового давления R_u

Коэффициент порового давления R_u показывает соотношение между поровым давлением и гидростатическим давлением в массиве грунта.

В области, где R_u имеет положительное значение, учитывается заданный удельный вес водонасыщенного грунта γ_sat , в обратном случае — удельный вес грунта γ .

Значения R_u задаём с помощью изолиний, соединяющих точки с одинаковым значениенм. Значения между изолиниямии подвергаем линейной интерполяции. Поровое давление рассчитываем как геостатическое напряжение, уменьшенное коэффициентом R_u :

коэффициент порового давления

высота i-ого слоя грунта

удельный вес i-ого слоя грунта

5) Значения порового давления

Грунтовые воды можно описать непосредственно с помощью значений порового давления в сечении массива грунта.

В области, где u имеет положительное значение, учитывается введенный удельный вес водонасыщенного грунта γ_sat , в обратном случае — удельный вес грунта γ .

Значения порового давления задаём с помощью изолиний, соединяющих точки с одинаковым значением порового давления. Значения между изолиниямии подвергаем линейной интерполяции. В расчёт вводим значения порового давления, считанные в конкретной точке сечения рельефа.

Расчет котлована с откосами с перепадом высот

Укажите размеры в метрах

L — общая длина траншеи или канавы
A — ширина в верхней части
B — ширина дна
H — глубина траншеи

Программа посчитает объем и площадь поверхности траншеи.
Если ширина верха и дна траншеи разные, то будет дополнительно рассчитаны полезный объем C и объем откосов D.

#1. Траншея с вертикальными стенками на спланированной местности

Объем траншеи (V) = м3

Площадь поперечного сечения (F) = м2

#2. Траншея с вертикальными стенками, с перепадом высот

Объем траншеи (V) = м3

Площадь поперечного сечения (F₁) = м2

Площадь поперечного сечения (F₂) = м2

#3. Траншея с откосами на спланированной местности

Объем траншеи (V) = м3

Площадь поперечного сечения (F) = м2

Внимание: если вы задаете вид грунта, то программа сама высчитывает размер a₂ (по коэф. m из таблицы в конце страницы). Если же вам надо вписать свое значение размера a₂, то выберите вид грунта «расчет по размеру a₂«.

#4. Траншея с откосами, с перепадом высот

Объем траншеи (V) = м3

Площадь поперечного сечения (F1) = м2

Площадь поперечного сечения (F2) = м2

Внимание: если вы задаете вид грунта, то программа сама высчитывает размер a₂ (по коэф. m из таблицы в конце страницы). Если же вам надо вписать свое значение размера a₂, то выберите вид грунта «расчет по размеру a₂«.

Уклон откосов в данном расчете принят одинаков по всей длине траншеи.

#5. Котлован с вертикальными стенками на спланированной местности

Объем котлована (V) = м3

Площадь в плане (F) = м2

#6. Котлован с вертикальными стенками, с разными отметками вершин

Объем котлована (V) = м3

Площадь в плане (F) = м2

#7. Котлован с откосами на спланированной местности

Объем котлована (V) = м3

Ширина верха котлована (L3) = м2

Длина верха котлована (L4) = м2

#8. Круглый колодец с откосами

Объем котлована (V) = м3

Описание

Траншея — это открытая выемка в земле, предназначенная для устройства ленточного фундамента, прокладки коммуникаций (водопровод, канализация, силовые кабеля, сети связи).

При устройстве ленточного фундамента ширину траншеи рекомендуется принимать на 600 мм больше ширины основания фундамента bф (для возможности выполнения монтажных работ, проход людей).

Траншея с вертикальными стенками на спланированной местности — самая простая форма выемки. В основном применяется при низкой высоте траншеи и при производстве работ в зимних условиях, когда откосы траншеи заморожены, и нет опасности обвала грунта, так же применяется при устройстве механических креплений стен выемки (распорных; консольных; консольно-распорных).

Крутизна откосов в зависимости от вида грунта и глубины выемки

Объем выемки траншеи можно опрделить как произведение площади поперечного сечения на длинну.

Объем обратной засыпки определяется как разность между объемом выемки и монтируемых конструкций (фундаментных блоков, труб).

Котлован — выемка в грунте, предназначенная для устройства оснований и фундаментов зданий и других инженерных сооружений.

Подсчет объемов земляных работ по устройству выемок (котлова­нов, траншей) и насыпей включает определение формы сооружения, разбиение его на простые геометрические тела, определение их объема и суммирования.

Определение объемов котлованов. Уточнив по приведен­ным выше формулам размеры котлована понизу В_к и L_к, назначив крутизну откосов m и зная глубину котлована Н, определяют размеры котлована по­верху В_к в , L_к в и затем вычисляют объем грунта, подлежащего разработке при устройстве котлована.

Объем котлована V_к прямоугольной формы с откосами (рис. 4.4, а) определяют по формуле опрокинутой пирамиды (призматоида):

где В_к и L_к — ширина и длина котлована по дну, м; В_к в и L_к в — то же, повер­ху; Н — глубина котлована, м.

Объем котлована, имеющего форму многоугольника с откосами (рис. 4.4, б)

где F₁ и F₂ — площади дна и верха котлована, м 2 , F_cp — площадь сечения по середине его высоты, м 2 .

Объем круглого в плане котлована с откосами (рис. 4.4, в) опреде­ляют по формуле опрокинутого усеченного конуса:

Рис. 4.4 – Схема для определения объемов земляных работ при устройстве котлованов различной формы, траншей и насыпей

а, б, в — котлованы прямоугольные, многоугольные и круглые, г — траншея с откосами, д — насыпь

где R и r — радиусы верхнего и нижнего оснований котлована.

Котлованы для сооружений, состоящих из цилиндрической и кони­ческой частей (радиальные отстойники, метантенки и др.), которые обычно возводятся группами, отрывают в два этапа: вначале устраивают общий прямоугольный котлован с размерами В_к, L_к понизу и В_к в , L_к в поверху от отметки заложения их цилиндрических час­тей, а затем делают углубления для конических частей сооружения. Соот­ветственно и объемы земляных работ определяют в два этапа: вначале объ­ем общего прямоугольного котлована по приведенным выше формулам, а затем объем конических углублений с использованием приведенной форму­лы усеченного конуса.

При расчетах объемов земляных работ следует также учитывать объемы въездных и выездных траншей:

где Н — глубина котлована в местах устройства траншей, м; b — ширина их понизу, принимаемая при одностороннем движении 4,5 м и при двухсторон­нем — 6 м; m — коэффициент заложения откоса котлована; m’ — коэффициент откоса (уклона) въездной траншеи (от 1:10 до 1:15).

Общий объем котлована с учетом въездных и выездных траншей получают суммированием объема котлована для сооружения и объемом въездных траншей.

Из общего объема котлована следует выделить объем работ по срез­ке растительного слоя, которую обычно производят бульдозером или скре­пером, а также объем работ по срезке недобора, который оставляют у дна котлована, разрабатываемого экскаватором, чтобы не нарушить целостность и прочность грунта у основания.

Объем срезки растительного слоя зависит от размеров котлована и толщины срезаемого слоя, прини­маемой равной 0,15 – 0,20 м. Также добавляется площадь зоны необходимой для складирования материалов, конструкций и движения строительных машин, принимаемая равной 15 – 20 м вокруг котлована.

Объем работ по зачистке недобора по дну котлована зависит от размеров котлована по низу и величины недобора. Толщину недобора при отрывке котлованов одноковшовыми экска­ваторами определяют в зависимости от вида рабочего оборудования экска­ватора по табл. 4 СНиП 3.02.01.

Для определения объемов траншей продольный профиль траншеи делят на участки с одинаковыми уклонами, подсчитывают объемы грунта для каждого из них и суммируют.

Объем траншеи с вертикальными стенками

где В_тр — ширина траншеи; Н₁ и Н₂ — глубина ее в двух крайних поперечных сечениях; F₁ и F₂ — площади этих сечений, L — расстояние между сечения­ми.

Объем траншеи с откосами (рис. 4.3, д) можно определить по вы­шеприведенной формуле, при этом площади поперечного сечения

Более точно объем траншеи с откосами можно определить по фор­муле Винклера

При отрыве траншей экскаваторами у дна их также оставляют не­обходимый недобор грунта и устраивают приямки, которые в основном разрабатывают вручную.

Объем земляных работ по зачистке дна траншеи определяют по формуле

где В_тр — ширина траншеи по дну, м; L — общая длина траншеи, м; h_н — толщина недобора.

Несущая способность труб в значительной мере зависит от харак­тера опирания их на основание. Так, например, трубы, уложенные в грунтовое ложе с углом охвата 120°, выдерживают нагрузку на 30 — 40% большую, чем трубы, уложенные на плоское основание. Поэтому на дне траншеи пе­ред укладкой труб целесообразно вручную или механизированным спосо­бом устраивать, специальное овальное углубление (ложе) с уг­лом охвата труб до 120°. Объем земляных работ по устройству ложа или выкружки на дне траншеи для укладки труб может быть определен по формуле

где F_л — площадь поперечного сечения ложа (выкружки), м 2 ; L — длина тран­шеи, м.

Площадь сечения ложа (выкружки) можно определить по геометри­ческой формуле площади сегмента

где r — радиус трубопровода, т.е. D/2, м; φ — угол охвата трубы, град.

Объемы насыпей (рис. 4.4, д) можно определить по тем же фор­мулами, что и выемок, учитывая форму насыпи. Потребное количество грунта для возведения насыпи в плотном теле определяют с учетом коэффициента остаточного разрыхления.

После возведения в котловане сооружения пустоты с боков его (пазухи), включая въездные и выездные траншеи, подлежат засыпке грунтом. Объем засыпки пазух котлована определяют разностью общего объ­ема котлована, и объемом заглубленной части сооружения. Если сооружения выступают над поверхностью земли на 0,8 . 1 м, вокруг них делают обсыпку грунтом (рис 4.5).

Рис. 4.5 – Схемы к подсчету объемов вертикальной планировки, засыпки и обсыпки сооружений

а – план котлована и его продольное сечение для определения объема засыпки и обсыпки после возведения сооружений, б – то же, для сооружения с покрытиями

Общий объем грунта, укладываемого в резерв на берме котлована, должен включать объем грунта для обратной засыпки пазух, обсыпки со­оружений и устройства насыпи над ними. Излишек грунта подлежит вывоз­ке.

Объем грунта, необходимый для частичной засыпки труб и обрат­ной засыпки траншеи (V ) с учетом коэффициента остаточного разрыхления (К_ор) определяется по формуле

где К_ор определяется по справочным данным; V_т— объем грунта, вытесня­емый трубопроводом и вывозимый за пределы площадки.

Распределение грунта на основе баланса земляных масс. Срав­нение объемов земляных работ по устройству выемок и насыпей на строи­тельной площадке представляет собой баланс земляных масс, кото­рый может быть активным, если объем выемок превышает объем насы­пей, и пассивным, если объем выемок меньше объема насыпей. В пер­вом случае излишний грунт вывозят со строительной площадки в отвалы, во втором — недостающий для устройства насыпей грунт завозят со стороны.

Поскольку вывозка грунта за пределы площадки нежелательна, так как она увеличивает сроки и повышает стоимость строительства, следует стремиться к тому, чтобы весь грунт из выемок укладывался без остатка в насыпи, т.е. соблюдался нулевой баланс. Определив баланс земляных масс, составляют схемы потоков перемещения грунта из выемок в насыпи или в резервы.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Расчет объема грунта котлована с вертикальными стенками

Наиболее простой вариант — выемка на ровной (спланированной) площадке, которая имеет дно в виде прямоугольника, вертикальные стенки одного размера.

В этом случае формула, по которой производится расчет объема котлована, имеет вид:

V = а ∙ L ∙ h, где:

• V — объем,
• a — ширина,
• h — высота (расстояние от дна до верхней кромки),
• L — длина.

При обустройстве глубокого котлована под масштабное сооружение в калькуляцию земляных работ входят грунтовые массы, подлежащих перемещению при подготовке транспортной траншеи (для одностороннего движения — 4,5м, для двустороннего — 6 метров).

Если углубление имеет вертикальные стенки с перепадом высот (дом на склоне) применяется расчет по площади сечений стен, имеющих разную высоту:

V = (F1 + F2) / 2 ∙ L = ( а∙h1 + а∙h2) / 2 ∙ L, где:

• V — объем выемки,
• F1 — площадь стены с высотой h1,
• F2 — площадь стены, у которой высота — h2,
• h1 — высота наименьшей стенки,
• h2 — высота наибольшей стенки,
• а — ширина углубления,
• L — длина.

Эти же формулы применяются для калькуляции траншеи, если сооружение планируется возводить на ленточном, плитном фундаменте. При сложных формах котлована его объем разбивается на простые геометрические фигуры, вычисляется кубатура каждой, затем полученные значения суммируются.

Подсчет земли, которая подлежит обратной засыпке, выполняется по проектным чертежам (либо исполнительным схемам) с учетом размеров и геометрической формы конструкции, для которой выполнена выемка.

ВСН 04-71
Указания по расчету устойчивости земляных откосов

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО «ЦНТИ Нормоконтроль»

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

• Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
• Курьерская доставка (7 дней)
• Самовывоз из московского офиса
• Почта РФ

«Указания» относятся к любым сооружениям всех классов по капитальности и распространяются на расчеты общей устойчивости любых земляных откосов (выемок, насыпей и естественных склонов), образованных нескальным, а также полускальным грунтом. В «Указаниях» фиксируется методика только таких расчетов, которые являются одинаковыми для всех видов земляных сооружений, встречающихся в практике. Различные специальные расчеты, относящиеся только к одному частному виду земляного сооружения (например, к откосу земляной намывной плотины и т.п.), в приводимых «Указаниях» не затрагиваются; эти частные расчеты должны освещаться в других нормативных документах, посвященных проектированию отдельных земляных сооружений.

Оглавление

I. Общие положения

II. Определение коэффициента запаса устойчивости откоса для простейшего случая: нормальный свободный откос, образованный однородным грунтом

А. Откос, образованный грунтом, насыщенным покоящейся водой

Б. Откос, образованный «сухим» грунтом

III. Определение коэффициента запаса устойчивости откоса в общем случае (метод круглоцилиндрических поверхностей сдвига грунта)

А. Определение коэффициента запаса устойчивости произвольно заданного отсека обрушения, ограниченного снизу круглоцилиндрической поверхностью сдвига, в случае «сухого» грунта, образующего свободный откос

Б. Определение коэффициента запаса устойчивости произвольно заданного отсека обрушения, ограниченного снизу круглоцилиндрической поверхностью сдвига, в случае свободного откоса, образованного грунтом, насыщенным водой (покоящейся или движущейся)

В. Определение коэффициента запаса устойчивости произвольно заданного отсека обрушения, ограниченного снизу круглоцилиндрической поверхностью сдвига, в случае несвободного откоса

Г. Определение коэффициента запаса устойчивости произвольно заданного отсека обрушения, ограниченного снизу круглоцилиндрической поверхностью сдвига при наличии сейсмических сил

IV. Определение коэффициента запаса устойчивости откоса, в теле или основании которого имеются слабые прямолинейные прослойки грунта (метод плоских поверхностей сдвига)

Этот документ находится в:

• Раздел Строительство
  • Раздел Нормативные документы
    • Раздел Отраслевые и ведомственные нормативно-методические документы
      • Раздел Проектирование и строительство гидротехнических сооружений

      Организации:

      21.01.1971	Утвержден	Минэнерго СССР
      Разработан	ВНИИ гидротехники им. Б.Е. Веденеева
      Издан	Издательство Энергия	1971 г.

      • СНиП II-А.10-71Строительные конструкции и основания. Основные положения проектирования
      • СНиП II-А.12-69*Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования

      Чтобы бесплатно скачать этот документ в формате PDF, поддержите наш сайт и нажмите кнопку:

      МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР

      ГЛАВНИИПРОЕКТ

      ВСЕСОЮЗНЫЙ
      НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ
      имени Б.Е. ВЕДЕНЕЕВА

      УКАЗАНИЯ
      ПО РАСЧЕТУ УСТОЙЧИВОСТИ
      ЗЕМЛЯНЫХ ОТКОСОВ

      Издание второе

      Минэнерго СССР

      Составлены, во Всесоюзном

      научно-исследовательском институте

      гидротехники имени Б.Е. Веденеева

      и утверждены Главтехстройпроектом

      МИНЭНЕРГО СССР

      Ленинградское отделение

      Предисловие к первому изданию

      Настоящие «Указания» составлены в отделе грунтов и оснований Всесоюзного научно-исследовательского института гидротехники (ВНИИГ) имени Б.Е. Веденеева профессором, доктором технических наук Р.Р. Чугаевым.

      «Указания» распространяются на нескальные и полускальные грунты. В «Указаниях» вовсе не затрагиваются вопросы проектирования земляных откосов и вопросы выбора так называемых расчетных случаев, подлежащих расчету. Эти вопросы решаются по разному для различных сооружений и потому они должны освещаться в других нормативных документах, посвященных проектированию отдельных земляных сооружений (земляных плотин, дорожных насыпей и т.п.). В данных «Указаниях» имеется в виду зафиксировать только наиболее рациональную методику таких расчетов, которые должны быть одинаковыми для всех видов земляных сооружений, встречающихся в практике. В связи с этим в приводимых ниже «Указаниях» совсем не освещаются различные специальные расчеты, относящиеся только к какому-либо одному частному виду земляного сооружения (например, к намывным плотинам и т.п.). Предполагается, что такого рода специальные («частные») расчеты должны также приводиться в других нормативных документах (посвященных проектированию отдельных земляных сооружений).

      Что касается оценки устойчивости откосов в период консолидации грунта, а также возможного разжижения песчаных грунтов под действием динамических сил, то, поскольку этим вопросам должен быть посвящен специальный нормативный документ (охватывающий не только расчеты устойчивости откосов, но и расчеты оснований массивных сооружений), в данных «Указаниях» вопросы консолидации и разжижения грунтов не затрагиваются.

      Обоснование методов расчета, приводимых в «Указаниях», дано в книге Р.Р. Чугаева: «Земляные гидротехнические сооружения (теоретические основы расчета)», издательство «Энергия», 1967.

      В этой книге показано, что наиболее точными способами расчета устойчивости земляных откосов являются (для случая однородного грунта) способ Тейлора, способ Крея и способ весового давления; эти три способа дают примерно одинаковые численные результаты, практически удовлетворяющие для плоской задачи всем трем уравнениям статики. Что касается способа Терцаги, то для пологих откосов, обычно встречающихся в гидротехнической практике, этот способ дает значительные погрешности.

      Поскольку из числа упомянутых способов, относящихся к методу круглоцилиндрических поверхностей сдвига, способ весового давления является наиболее простым, то в качестве основного способа расчета в «Указаниях» приводится именно этот способ. Следует учитывать, что способ весового давления в отличие от способа Крея позволяет решать соответствующее расчетное уравнение без подбора (так же, как и способ Терцаги); вместе с тем в отличие от способа Тейлора способ весового давления легко распространяется на случай неоднородного грунта (так как мы до сего времени всегда распространяли на этот случай способы Терцаги и Крея).

      Дополнительно в «Указаниях» приводится еще способ наклонных сил, относящийся к методу плоских поверхностей сдвига грунта. Этот способ имеет примерно ту же точность, что и способ весового давления.

      Просьба ко всем организациям и лицам, которые будут пользоваться «Указаниями», присылать свои замечания по адресу: Ленинград, К-220, Гжатская ул., 21, Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники имени Б.Е. Веденеева.

      Предисловие ко второму изданию

      После выпуска в свет в 1967 г первого издания настоящего нормативного документа вопрос о расчете устойчивости земляных откосов в течение 2 — 3 лет рассматривался специальной межведомственной комиссией Госстроя СССР, работавшей под председательством проф. А.Л. Можевитинова. Эта комиссия в результате подробного изучения данного вопроса пришла к заключению, что предлагаемые «Указания по расчету устойчивости земляных откосов» Минэнерго СССР, в отличие от других имеющихся аналогичных ведомственных нормативных документов, более всего отвечают современным взглядам на подобного рода расчеты. Вместе с тем эта комиссия сделала несколько ценных указаний, относящихся к тексту первого издания. Наиболее существенными из этих указаний являются следующие:

      1) в случае относительно крутых и неоднородных откосов найденный при помощи метода весового давления наиболее опасный отсек обрушения, ограниченный снизу самой опасной круглоцилиндрической поверхностью сдвига, рационально подвергать (в ответственных случаях) окончательному расчету по методу Крея;

      2) при учете фильтрационных сил в случае расчета по методу плоских поверхностей сдвига распределение гидродинамического давления вдоль поверхности сдвига не всегда рационально принимать по линейному закону; в некоторых случаях это распределение рационально принимать в соответствии с имеющейся кривой депрессии;

      3) вопрос о расчете устойчивости земляных откосов с учетом консолидации водонасыщенного грунта имеет две разные стороны:

      а) определение величины гидродинамического давления в различные моменты времени и в различных точках грунтового массива;

      б) учет при статическом расчете откоса установленного гидродинамического давления. В данных нормах должна освещаться только вторая сторона вопроса (п. б); что касается величины гидродинамического давления (п. а), то она должна устанавливаться на основании соответствующих фильтрационных (гидравлических) расчетов;

      4) при учете избыточного порового давления (см. стр. 31 первого издания и стр. 34 второго издания) величину этого давления следует умножать не на ds; а на в (здесь в первом издании имелась опечатка);

      5) необходимо иметь в виду, что в районе верхнего участка поверхности сдвига в случае связного грунта должны появляться растягивающие напряжения, обусловливающие возможность появления трещины на некоторой длине поверхности сдвига (в верхней ее части).

      Следует отметить, что во втором издании поясненные замечания (исключая 5-е, по которому мы в настоящее время не располагаем надежными материалами) были соответствующим образом учтены автором настоящих «Указаний» проф. Р.Р. Чугаевым 1 . Кроме того, во второе издание были внесены некоторые чисто редакционные изменения.

      Только в указанном отношении второе издание отличается от первого.

      1 Первое замечание комиссии было учтено не полностью: вместо рекомендуемого способа Крея (согласно которому расчет приходится вести методом подбора) в данных «Указаниях» для наиболее опасной круглоцилиндрической поверхности сдвига при крутых откосах был принят способ Терцаги (который для крутых откосов дает приемлемую погрешность).

      Коэффициент подсчета площади откоса

      Сегодняшний пост пополнит рубрику «Земляные массы» и затронет вопросы, которых я еще не касалась по этой теме. Я уже не раз рассказывала, как правильно заполнить ведомость земляных масс, но при этом почему-то не посчитала нужным рассказать, как выполнить сам план этих самых масс :).

      Рассмотрим на конкретном примере пошаговое построение плана земляных масс. К работе над земляными массами переходят уже тогда, когда полностью отработан план организации рельефа.

      

      Моя последовательность работ:

      Шаг 1.

      Копирую план организации рельефа с топосъемкой на отдельный лист, объединив их в блок. С блоком работать удобнее, так как строить картограмму мы будем поверх плана, заполненного горизонталями и существующими отметками рельефа местности. После определения «черных» и «красных» отметок мы наш блок успешно удалим, но об этом чуть позже, идем дальше.

      Шаг 2.

      Проектируемый участок я делю на квадраты, вычерчивая сетку 20х20 м поверх нашего «блока» — плана организации рельефа. Проектируемые и существующие здания под сетку не заносим – так, как показано на примере. Конечно, в зависимости от формы проектируемой территории, зданий и сооружений, ячейки сетки могут получится любой формы: прямоугольники, треугольники, трапеции и т.д.

      

      Шаг 3.

      Следующим шагом проставляю на всех пересечениях сетки существующие (черные) и проектируемые (красные) отметки рельефа местности. Для этого и нужен наш блок с планом организации рельефа и топосъемкой. По топосъемке я определяю существующую отметку, по плану организации рельефа – проектируемую отметку рельефа местности в местах пересечений сетки.

      

      Проектируемая отметка ставиться над существующей отметкой на чертеже (так, как показано на картинке). Всё, дальше наш «блок» нам уже не нужен. Удаляем топосъемку с планом организации рельефа. У нас останется только сетка с отметками.

      Шаг 4.

      Следующая задача – подсчитать разницу между проектируемой и существующей отметкой. Тут все просто: от проектируемой (красной) отметки отнимаем существующую (черную) отметку и записываем результат слева от проектируемой отметки (смотрим на пример ниже). Результат может быть отрицательный (со знаком минус), положительный и равен нулю (в случае, если значения красной и черной отметок рельефа совпадают). Отрицательный результат означает «выемку», положительный — «насыпь».

      

      По окончанию этой работы мы имеем набор геометрических фигур с высотами каждой ее вершины и можем переходить к следующему шагу.

      Шаг 5.

      После того, как мы определили высотные отметки на каждом пересечении сетки, самое время построить линию нулевых работ. Показывается она штрихпунктирной линией и располагается между выемкой и насыпью. Если все высотные отметки только положительные или только отрицательные, то линии нулевых работ на чертеже не будет (как раз мой случай). Это значит, что грунт всей проектируемой территории мы либо насыпаем, либо вынимаем.

      Так как на моем плане земляных масс весь грунт насыпной (все высотные отметки со знаком «плюс» или равны нулю), я покажу как построить линию нулевых работ на примере отдельной квадратной ячейки. Предположим, что квадратная ячейка имеет длину стороны 20 м и высотные отметки +3,0; -2,0; -4,0; 0,0. Между отметкой насыпи +3,0 и выемки -2,0 пройдет линия нулевых работ. По рассматриваемой стороне ячейки перерабатывается 5 м грунта: 3 м насыпаем и 2 м срезаем. Делим длину стороны на 5 и определяем в какой точке проходит линия нулевых работ 20/5=4 м (4 м длины на 1 м высоты). Значит «ноль» расположен на расстоянии 8 м от отметки -2,0 или 12 м от отметки +3,0.

      Наносим точку на стороне квадрата между отметками +3,0 и -2,0 и соединяем с отметкой 0,0. Продлеваем линию нулевых работ таким образом через все ячейки, имеющие отметки и выемки и насыпи. «Выемку» по проектируемому участку заштриховываем линиями под углом 45 градусов. Переходим к следующему шагу.

      Шаг 6.

      Теперь нам необходимо определить объем каждой ячейки. Тут вариантов не так уж и мало: можно вспомнить школьную математику или воспользоваться онлайн калькулятором (правда калькуляторы в основном придуманы только на подсчет котлованов с откосами или траншей). Я пользуюсь простой и удобной программкой ZEMMAS которую вы можете скачать на сайте в рубрике «Материалы для СКАЧИВАНИЯ». Правила пользования предельно просты: находите нужную вам фигуру (тип ячейки) и вводите необходимые данные для подсчета объема (например, для прямоугольной ячейки надо указать длины двух сторон в метрах (замеряем по плану) и высотные отметки вершин фигуры (это те отметки, которые мы получили путем отнимания существующей отметки от проектируемой (см. шаг 4).

      

      Полученный объем проставляем в центр ячейки сетки на плане. Важно не упускать знаки отметок. Если высотная отметка со знаком «минус», значит и в программу мы вписываем ее со знаком минус. Объем «выемки» на плане указывается со знаком «минус», «насыпи» — со знаком «плюс».

      Отдельно расскажу про подсчет объемов по откосам, образованным насыпью. Уклон откоса принимается от вида грунта. Для примера обозначим уклон откоса 1:1,5 (наиболее часто применяемый уклон для Беларуси). Предположим, что высота насыпи – 1 м, тогда в ширину откос займет 1,5 м. В сечении наш откос будет выглядеть так:

      

      Мы получили прямоугольный треугольник и знаем значения его катетов: 1 м и 1,5 м. Имея такие исходные данные, легко вычислить площадь прямоугольного треугольника по формуле ½*1*1,5 (вспоминаем школу и нашу уверенность в том, что эти дурацкие формулы из геометрии нам никогда в жизни не понадобяться, затем громко смеемся). Площадь нашего откоса в сечении = площади прямоугольного треугольника = 2,5 кв.м.

      Зная длину откоса (а мы ее всегда знаем) не сложно вычислить объем, умножив площадь его сечения на длину. Кто не понял, длину замеряем по чертежу.

      Шаг 7.

      Выдохните, осталось совсем чуть-чуть. Под планом земляных масс приводим маленькую табличку, куда вносим все значения объемов ячеек со знаком «плюс» — строка «насыпь» и все объемы ячеек со знаком «минус» — строка «выемка». В конце каждой строки приводим итоговую цифру – сумму полученных объемов по «насыпи» и «выемки» соответственно.

      голоса

      Рейтинг статьи