Obliczanie i dobieranie ścianek szczelnych.

Transkrypt

1 Piotr Jermołowicz Inżynieria Środowiska Szczecin Obliczanie i dobieranie ścianek szczelnych. Ścianka szczelna jest obudową tymczasową lub stałą z grodzic stalowych stosowana najczęściej do obudowy wykopu w gruntach nawodnionych, zwłaszcza niespoistych. Grodzica jest elementem budowlanym o kształcie łączącym zalety dużej nośności na obciążenia poziome od parcia gruntu z łatwym jej pogrążaniem, wyrywaniem i małą masą jednostkową. W ten sposób ukształtowany element nie ma dużej nośności pionowej w gruncie. Dozwolone jest wbijanie, wwibrowywanie oraz statyczne wciskanie grodzic gorącowalcowanych i formowanych na zimno (naroża tych ostatnich nie są pogrubione). Ścianki szczelne pełnią szereg funkcji: a) podtrzymywać ściany wykopów lub uskoków terenu, b) eliminować lub zmniejszać dopływ wody do wykopu i zabezpieczać przed takimi zjawiskami jak: sufozja, kurzawka - rozmycie dna wykopu, (zastosowanie ścianki szczelnej powoduje przecięcie drogi filtracji lub jej wydłużenie i zmniejszenie średniej wartości spadku hydraulicznego a tym samym prędkości filtracji i ciśnienia spływowego), c) zwiększać szczelność podłoża pod podstawą fundamentu we wszelkiego rodzaju budowlach piętrzących wodę. W praktyce, w oparciu o dokładną analizę wielu czynników stosuje się następujące rozwiązania: - ścianki szczelne niepodparte, utwierdzone w gruncie (ich stateczność zapewnia odpowiednio duża głębokość wbicia poniżej dna wykopu), - ścianki szczelne podparte, jedno- lub wielokrotnie. Głębokość wbicia ścianek podpartych może być zróżnicowana, zazwyczaj rozpatruje się dwa przypadki: - wbicie na minimalną głębokość wynikającą z warunku stateczności - zapewniającą tzw. przegubowe podparcie w gruncie", - wbicie na głębokość zapewniającą jej utwierdzenie w gruncie". Głębokość wbicia ścianki ma istotny wpływ na wyniki obliczeń statycznych. Ścianki głębiej wbite są zginane mniejszymi momentami, mniejsze są też reakcje w miejscach podparć (rozpór, zakotwień).

2 Podparcia ścianek realizuje się zazwyczaj poprzez: - rozpory (możliwe w wykopach wąskich), - kotwy gruntowe, - ściągi, (cięgna), przenoszące obciążenia ze ścianki na elementy kotwiące takie jak: płyty i bloki kotwiące, ścianki kotwiące, palowe układy kozłowe. Przy jednokrotnym podparciu, poziom podpory przyjmuje się na głębokości nie większej niż 1/3 wysokości ściany. Rozstaw rozpór, kotew lub ściągów wynika zazwyczaj z wielokrotności szerokości elementu ścianki i sztywności elementu podpierającego ściankę w poziomie kotwienia. Zazwyczaj rozstaw elementów kotwiących nie przekracza 3 m. W projektowaniu ścianek szczelnych obliczenia statyczne wykonuje się stosując metody analityczne i analityczno-wykreślne. Spośród analitycznych metod najczęściej stosowana jest metoda Bluma i Jenne, zaś analityczno-graficznych metoda Bluma. Parcie i odpór gruntu przyjmuje się w tych metodach wg klasycznej metody Coulomba, pomija się, na korzyść bezpieczeństwa, tarcie gruntu o ściankę szczelną. Tok postępowania podczas projektowania ścianki szczelnej jest następujący: a) obliczenie czynnego oraz biernego parcia gruntu na ściankę oraz parcia wody, b) wyznaczenie głębokości wbicia ścianki (przy założonym schemacie statycznym), c) wyznaczenie momentów zginających i sił w elementach podpierających (rozporach, kotwach, ściągach), d) wymiarowanie elementów ścianki szczelnej i kotew, e) obliczenia zakotwienia. Wszystkie obliczenia wykonuje się przy założeniu płaskiego stanu odkształcenia, na 1 m długości ścianki szczelnej. W celu zwiększenia sztywności obudowy stosuje się technologie mieszane. Polegają one na pogrążaniu brusów w wykopie szczelinowym wypełnionym np. zawiesiną iłowo-cementową tworząc układ swoistej synergii. Jest to wtedy konstrukcja zespolona z dwóch lub trzech materiałów o bardzo różnych właściwościach. Wzmocnienie obudowy ze ścianki szczelnej uzyskuje się stosując kotwy gruntowe lub rozpory stalowe. W obliczeniach parć i odporów gruntu stosuje się zasady ogólne wynikające z założeń teorii Coulomba. Jednostkowe parcia czynne i bierne oblicza się wg wzorów: parcia czynne: parcia bierne: e a (z) = q K a +γ z K a - 2 c K # gdzie: e p (z) = q K p +γ z K p +2 c K $

3 z głębokość poniżej naziomu [m], γ ciężar objętościowy gruntu [kn/m 3 ] (dla gruntu poniżej zwierciadła wody gruntowej γ ), c spójność gruntu. ϕ = kąt tarcia wewnętrznego gruntu [ o ] Do wyznaczonych e a i e p dodaje się (w tym przypadku algebraicznie) wartości hydrostatycznych parć wody. W obliczeniach statycznych stosuje się charakterystyczne obciążenia i charakterystyczne wartości parametrów geotechnicznych gruntu. Dla podłoża uwarstwionego parcia i odpory gruntu w kolejnych warstwach oblicza się zastępując wszystkie wyżej leżące warstwy gruntu zastępczym obciążeniem q z. W obrębie warstwy głębokość z" wyznacza się od stropu danej warstwy. Jeśli w rozpatrywanej warstwie występuje woda gruntowa o zwierciadle napiętym obciążenie q z w stropie tej warstwy należy obliczać z uwzględnieniem parć hydrostatycznych na spąg wyżej leżącej warstwy nieprzepuszczalnej (rys. 1). Rys.1. Schematy do obliczania parć hydrostatycznych i q z [2].

4 Projektując ściankę szczelną, w przypadku odpompowywania napływającej do wykopu wody z jego wnętrza musimy sprawdzić wartość ciśnienia spływowego oraz czy nie nastąpi zjawisko przebicia hydraulicznego". Zjawisko to powstaje w wyniku unoszenia najpierw najdrobniejszych, potem coraz grubszych cząstek gruntu przez przepływającą wodę w kierunku wykopu. Rys.2. Schematy do obliczeń ciśnienia spływowego [2]. Przy intensywnym przepływie wody, w wyniku pokonania przez siły ciśnienia spływowego ciężaru gruntu γ następuje zjawisko zwane kurzawką". Aby to zjawisko nie zaistniało powinien być spełniony warunek głębokości wbicia ścianki t" : gdzie : N q współczynnik nośności, r = & (

5 Rys. 3. Schemat do sprawdzenia min. głębokości wbicia ścianki [2]. Rys.4. Minimalne wymagane zagłębienie (h d ) ścianki w podłożu z gruntu przepuszczalnego (na rysunku nie pokazano rozparć ścianki). [1]

6 Przykład:

7

8 Literatura: 1. Jarominiak A. : Lekkie konstrukcje oporowe. WKŁ, Warszawa 2000 r. 2. Rybak Cz.: Fundamentowanie. Projektowanie posadowień. DWE, Wrocław 1997 r.