PROJEKT BUDOWLANY PIERWSZEGO ETAPU REALIZACJI ODCINKA ZACHODNIEGO II LINII METRA W WARSZAWIE TUNEL SZLAKOWY D07 TOM II PROJEKT ARCHITEKTONICZNO-BUDOWLANY TOM II/3 KONSTRUKCJA WENTYLATORNI V07 Z POMPOWNIĄ SZLAKOWĄ OBLICZENIA STATYCZNO WYTRZYMAŁOŚCIOWE ( wyciąg z obliczeń stron... ) mgr inż. Franciszek Ryszard Misiurek mgr inż. Urszula Gawlewicz mgr inż. Ewa Zawada 1
SPIS ZAWARTOŚCI OBLICZEŃ STATYCZNO WYTRZYMAŁOŚCIOWCH 1. Obliczenia stateczności na wypływanie wentylatorni V07 2. Obliczenia stateczności dna wykopu wentylatorni V07 3. Obliczenia ścian szczelinowych w fazach realizacji i docelowej 3.1. Obliczenia palościanki berlińskiej zabezpieczenie wykopu w wstępnego 3.2. Obliczenia ścian szczelinowych 4. Obliczenia konstrukcji obiektu wentylatorni V07 posadowionej na podłożu podatnym programem ( 3D) ABC6- obiekt 1. STATECZNOŚĆ NA WYPŁYWANIE WENTYLATORNI SZLAKOWEJ V07 1.1. Obliczenia stateczności na wypływanie konstrukcji wentylatorni V07 Podstawowe dane gabarytowe obiektu: Rzędna PGS w obiekcie - 16.07 m n 0 W. Rzędna spodu pł. dennej śr- 13.30 m n 0 W. Rzędna wierzchu stropu - 31.30 m n. 0 W. Rzędna terenu na obiektem śr. ~33.10 m n. 0 W. Rzędna poziomu wody gruntowej obliczeniowy do obliczń sateczności obiektu na wypływanie przyjęto I poziom wodonośny 28.00 m n. 0 W Wentylatornia Vo7 w rzucie kształt prostokąta o wymiarach w świetle długość wzdłuż torów 15.0 m, szer.- 25.90 m, obudowana ścianami szczelinowymi grubości 1.0 m. 1.1. Siły wyporu ( W ) Objętość obiektu poniżej poziomu wody gruntowej H w = 28.00 13.30 = 14.70 m ; V=17.00 x 27.90 x 14.70 = 6970 m 3 Wypór wody obiektu : W = 6970 x 10 =69 700 kn Projektowane ściany szczelinowe 15.1 m poniżej dna wypór o ścian i baret Ws = 2x(15+27.90)x 15.1x 10 = ~13 000 kn, baret Wb = 3600 kn Wypór baret i ścian szczelinowych poniżej dna Ws,b =13 000+3600 = 16 600 kn Łączny wypór : W = 69 700 + 16 600 = 86 300 kn 1.2. Siły balastujące obiekt - ciężary ( U ) 2
1.2. 1. ściany szczelinowe ( na wysokości obiektu do poziomu spodu dna ) ciężar pomniejszony o 4 otwory wejściowe dla tuneli drążonych g= 4 x Pi x 2.7 2 x 1 x 25 = 2300 kn g ś = [18.0 x 2 x ( 27.90+15)] x 25 = 38 700-2300 =... 36 400 kn łączny ciężar ścian i baret poniżej płyty dennej=.16 60025/10...41 500 kn 1.2.2. Strop górny (ciężar pomn. o otwory) : go = (4.5x4.5)+ (9.15x3.3) x 0.78 x 25 = 400+590 kn g sz = 15.0x 25.90 x 0.78x 25 = 7570-990 =...6580 kn 1.2.3. Stropy pośrednie ( pomniejszony o otwory ) g sp = (2x 388.5 2x20) x 0.5 x 25 =...9200 kn 1.2.4. płyta denna g d = 388.5 x 1.10 x 25 =...10700 kn 1.2.5.Zasypka - grubość średnia ~1.9 m g z = 1.9 x 27.90x 17.0 x 19 =... 17100 kn 1.2.6. warstwa betonu gr. 1.40 m na płycie dennej( poza zbiornikiem ) łącznie ze ściankami konstrukcyjnymi na wysokość 1.40 m w nawie środkowej, płyta nad zbiornikiem (2x15x 1.4 x 0.5+ 2x12 x1.0x 1.4) x 25 + 12x5x0.6x25 + 12x8x1.4x24=... 4480 kn suma ciężarów balast.- po przesuwie tarcz bez cięż. ( 1.2.5 i 1.26) 1.3. Stateczność na wypływanie konstrukcji n = 0.9 x U / 1.1 x W > 1.0 n = 0.9 x 104 400 / 1.1x 86300 = ~ 0.99 < 1.0 104 400 kn Dla zbilansowania sił należy wykonać w fazie roboczej co najmniej ścianki i warstwę betonu na pł. dennej w nawie środkowej na wysokość 1.4 m (1.2.6) n= 0.9 ( 104 400+4480) /1.1 x 86.300 = ~ 1.03 > 1.0 Przyjęto w bilansie sił utrzymujących i wyporu fazę stanu surowego konstrukcji po przejeździe obu tarcz przez przestrzeń szybu bez zasypki na stropie. Ciężar ścian szczelinowych uwzględniono odrębnie do spodu pł. dennej oraz i zagłębienie poniżej dna 15.1 m tak jak i barety. W fazie docelowej przy uwzględnieniu ciężarów ścian i zasypki na stropie stateczność na wypływanie jest zapewniona ze współczynnikiem n = dużo większym od jedności. 2. STATECZNOŚĆ DNA WYKOPU WENTYLATORNI V07 3
2.1.Obliczenia stateczności dna wykopu w fazie realizacji wentylatorni V07 i niezbędnej grubości warstwy tamującej JET przegrody hydraulicznej. Rzędna spodu pł. dennej śr. 13.30 m n 0 W. Rzędna poziomu wody gruntowej II poziom wodonośny 26.2-26.5 +/- 0.3 m przyjęto do obliczeń stateczności dna - 27.00 m n. 0 W Sprawdzenie stateczności dna wykopu przy realizacji wentylatorni V07 określono przyjmując założenie warstwy tamującej ( korka ) na głębokości 1.0 m poniżej spodu płyty dennej. γ w =10 kn/m 3 - ciężar jedn. wody ; γ g =20.5 kn/m 3 - ciężar jedn. gruntu warstawa IIIb; γ J = 23 kn/m 3 - ciężar jedn. warstwy jetu; Bilans sił wyporu grożących przebiciem hydraulicznym dna - i balastujących. Przyjęto założenie obniżenia poziomu wody gruntowej wewnątrz wykopu okolonego ścianami szczelinowymi ~ 0.5 m poniżej najniższej rzędnej spodu dna do rzędnej ~ +12.80 m n 0 W - do tej rzędnej będzie obniżony poziom wód napływowych przenikających do wnętrza wykopu przez nieszczelności warstwy JET i okalających ścian szczelinowych. Rzędna wierzchu warstwy JET - 13.30 1.0 = + 12.30 m n..0 W Wysokość słupa wody gruntowej do wierzchu projektowanej warstwy Jet wynosi zatem Hw = 27.00 12.30 = 14.70 m Niezbędną grubość warstwy JET gwarantującej stateczność dna z uwagi na przebicie hydrauliczne określamy wg wzoru n > 0.9 x B / W > 1 ; 0.9 ( 1.0 x γ g + X x γ J ) > γ w ( Hw + X ) 0.9 ( 1.0 x 20.5 + X x 23 ) > 10 ( 14.70 + X ) Stąd grubość warstwy Jet X = ~ 12, 0 m - wierzch warstwy na rzędnej 12.30 m n 0 W Spód warstwy Jet na rzędnej + 0.30 m n 0 W. Wynikające stąd niezbędne zagłębienie ścian szczelinowych poniżej płyty dennej z uwagi na nie rozprzestrzenianie się Jetu w środowisku gruntowym wynosi : (przyjęto spód ściany 0.3 m poniżej spodu Jetu rzędna + 0.00 m n. 0 W.) h = ~13. 60 m. 4
3. OBLICZENIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH WENTYLATORNI V07 W FAZACH REALIZACJI I DOCELOWEJ 3.1. Obliczenie pali ścianki berlińskiej zabezpieczającej wykop powyżej spodu wieńca stropu zewnętrznego obiektu Grubość zasypki nad projektowanym stropem 1. 90 2.1 m Wysokość pala ścianki berlińskiej zakotwionej w ścianie szczelin.-1.75 + 0.85 + 0.5 =3.10 m Obciążenie pala parciem gruntu Parcie gruntu max = K a x h x γ, K a = tg 2 ( 45 φ/2 ) = tg 2 ( 45 30/2 ) = 0.33 Trójkątny wykres parcia - rzędna e= 0.33 x 20 x 3.10 = 20.63 kn/m2 Parcie od naziomu przyjęto pracę sprzętu na powierzchni 15 kn / m2 rostokątny wykres parcia od obc. naziomu początek w odległości 0.6 x tg 30 = 0.35 m od wierzchu pala rzędna parcia od naziomu en= 0.33 x 15 = 5 kn/m2 Rozstaw pali w ściance berlińskiej a= 1.75 m. Moment zginający pojedynczy pal M P = 1.75 x [( 0.5 x 20.63 x 3.1 x o.33 x 3.1 ) + ( 5 x 2.75 x 0.5 x 2.75 ) ] = 90.33 knm x 1.3 = 117.50 knm Siła ścinająca pal T = ( 0.5 x 20.63 x 3.1 + 5x 2.75 ) x 1.75 = 45.75 kn /pal x 1.3 = ~ 60 kn Sprawdzenie przekroju pala: σ = M / W R W = M / R gdzie W- niezbędny wskaźnik wytrz. dla pala W = 117.5 / 215 (stal-st3sx) = 547 cm 3 - I 340 W=923 cm 3 Przyjąć pale I 340 w rozstawie co 1.75 m Obciążenie ściany szcżelinowej palami ścianki berlińskiej zakotwionymi w ścianie : M= 117,5 co 1.75 m = ~68 knm/m T= 60 /1.75 m = ~35 kn/m 3.2. Ściany szczelinowe wentylatorni V07 Założenia do obliczeń. - warunki geotechniczne - wg opracowania geotechnicznego. - zagłębienie wentylatorni i wg profilu. rzędna terenu - 33.22 m rzędna wierzchu stropu 31.32m - poziom wody gruntowej wg geotechniki 28.00 m Założono wykop wstępny głębokości 0.50m zdjęcie warstw nawierzchni. - Geometria przekroju wg rysunku - Ściany szczelinowe grubości 1.0 m - Stropowa metoda realizacji - Woda będzie obniżana w obrębie wykopu ograniczonego ścianami szczelinowymi. - W poziomie pośrednim ( między stropami docelowymi ) w fazie realizacji zaprojektowano dodatkowe rozpory czasową z rur stalowych Ф 711/12.5 mm. 5
- Strop zewnętrzny jest monolitycznie związany ze ścianami szczelinowymi, rozparcia pozostałymi stropami przegubowe. - Pod płytą denną zostanie wykonana warstw Jet-groutingu niezbędna do stabilizacji dna wykopu, jest to dodatkowa rozpora ścian szczelinowych pracująca w fazach realizacji i docelowo. Sztywność rozpory przyjęto jak dla stropy o h=1.0 z betonu B-15. Geometria rozpór : - strop zewnętrzny : EF = 0.80 x 1.0 x 32x10 6 = 2.56 x 10 7 kn/m EJ = ( 1.0 x 0.8 3 /12) x 32 x 10 6 =1.36 x 10 6 knm 2 /m - stropy pośrednie : EF = 0.5 x 1.0 x 32 x 10 6 = 1.6 x 10 7 kn/m EJ = ( 1.0 x 0.5 3 /12 )x 32 x 10 6 = 3.33 x 10 5 knm 2 /m - rozpora stalowa : EF = 0.0274 x 2x10 8 = 5.48 x 10 6 / 3.0m = 1.83 x 10 6 7 kn/m EJ = 0.00167 x 2 x 10 8 = 3.35 x 10 5 / 3.0 m = 1.12 x 10 5 knm 2 /m - płyta denna : EF = 1.0 x 1.0 x 32x 10 6 = 3.2 x 10 6 kn/m EJ = ( 1.0 x 1.0 3 /12 ) x 32x 10 6 = 2.66 x 10 6 knm 2 /m - Jet- grouting : EF = 1.0 x 27 x 10 6 = 27 x 10 6 kn/m EJ = 1/12 x 27 x10 6 = 2.25 x 10 6 knm 2 /m Obliczenia pracy ściany w fazach realizacji i docelowej przeprowadzono programem GGU- RETAIN. Obliczenia w fazach realizacji przeprowadzono dla parcia czynnego, a w fazie docelowej dla parcia spoczynkowego. 6
FAZA 1- realizacyjna 7
FAZA 2 - realizacyjna 8
FAZA 3 - realizacyjna 9
FAZA 4 - realizacyjna 10
FAZA 5 docelowa ( stopa przegubowo oparta w gruncie ) 11
FAZA 5 docelowa ( utwierdzenie w gruncie stopy ściany) 12
4.OBLICZENIA KONSTRUKCJI OBIEKTU WENTYLATORNI V07 POSADOWIONEJ NA PODŁOŻU PODATNYM PROGRAMEM ( 3D) ABC6- OBIEKT Obliczono przestrzenny schemat statyczny konstrukcji wenylatorni szlakowej programem (3D) ABC 6 OBIEKT. W obliczeniach statyczno wytrzymałościowych strukturę konstrukcyjną obiektu posadowiono na podłożu podatnym (Winklera). Parametry podatności wyprowadzono z modułu odkształcenia E 0 = 35-45 Mpa (dla warstwy Vb w poziomie posadowienia) wg wzoru K z = E 0 / ( 1-ν ) x ω x 1 [ Mpa /m ]. Dla wymiarów wewnętrznych wentylatorni L/B =25.5x 15.0 m = ~1.7 ω= 1.20, ν = 0.25. i E 0 = 35 Mpa, wartość parametru podatności pod płytą denną obiektu wynosi : K z = ~ 31 Mpa / m. Wartość parametru podatności pod ścianami szczelinowymi w poziomie posadowienia przyjęto K = 4 x 30 = 120 Mpa/m Konstrukcja obiektu - monolityczne stropy pośrednie i płyta denna połączone są przegubowo ze ścianami szczelinowymi przegubowo ( we wnękach śc. szcz.). Strop zewnętrzny zwarty jest monolitycznie ze ścianami za pośrednictwem monolitycznych wieńców. Ściany wewnętrzne połączone są monolitycznie ze sobą i ze stropami oraz przegubowo ze ść. szczelinowymi. Obciążenia obiektu - schematy obciążeń przyjęte w obliczeniach zestawiono na stronie następnej oraz wybrane zaprezentowano na wydrukach. Obciążenia boczne - wartości parć i odporu przyjęto z obliczeń GGU ścian szczelinowych patrz p. 3 Obciążenia pionowe - strop zewnętrzny ; zasypka gr. 2 0 m, obciążenia ruchome chodnik 5 kn / m2, obciążenie na jezdni 1 pas - 110 kn/ m2, 2 pas - 70 kn/m2. Obciążenia pionowe - stropy pośrednie: warstwy nawierzchni, obciążenia wentylatorami i tłumikami 8 kn/m2, obc. technologiczne 5 kn /m2. Obciążenia pionowe - płyta denna : warstwy nawierzchni, obciążenie taborem metra 15 kn/m2, obc. technologiczne 5 kn /m2, obciążenie wyporem wody dna 130 kn/m2. Współczynniki obciążenia obc. sałe [ 1.35], zmienne [1.5] 13
Sumy sił w schematach Nr X[kN] Y[kN] Z[kN] Xx[kNm] Yy[kNm] Zz[kNm] Opis 1 0,0 0,0-109301 0,0 0,0 0,0 Ciężar własny 2 0,0 0,0-14321 0,0 0,0 0,0 sz_zasypka 3 0,0 0,0-1219 0,0 0,0 0,0 sz_chodnik 4 0,0 0,0-7677 0,0 0,0 0,0 sz_p1 5 0,0 0,0-3834 0,0 0,0 0,0 sz_p2 6 0,0 0,0-111,4 0,0 0,0 0,0 sz_pawilony 7 0,0 0,0-900,2 0,0 0,0 0,0 s1_szlichta 8 0,0 0,0-816,3 0,0 0,0 0,0 s1_went 9 0,0 0,0-1353 0,0 0,0 0,0 s1_uzytkowe 10 0,0 0,0-928,5 0,0 0,0 0,0 s2_szlichta 11 0,0 0,0-1934 0,0 0,0 0,0 s2_uzytkowe 12 0,0 0,0-3785 0,0 0,0 0,0 pd_szlichta_nb 13 0,0 0,0-5000 0,0 0,0 0,0 pd_szlichta_ns 14 0,0 0,0-893,8 0,0 0,0 0,0 pd_pociag1 15 0,0 0,0-788,6 0,0 0,0 0,0 pd_pociag2 16 0,0 0,0-901,4 0,0 0,0 0,0 pd_pociag3 17 0,0 0,0-795,4 0,0 0,0 0,0 pd_pociag4 18 0,0 0,0-651 0,0 0,0 0,0 pd_uzytkowe1 19 0,0 0,0-359 0,0 0,0 0,0 pd_uzytkowe2 20 0,0 5755 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_1_1 21 0,0-5755 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_1_2 22 9676 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_1_3 23-9676 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_1_4 24 0,0 9643 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_2_1 25 0,0-9643 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_2_2 26 16213 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_2_3 27-16213 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_2_4 28 0,0 26656 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_3_1 29 0,0-26656 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_3_2 30 44815 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_3_3 31-44815 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_3_4 32 0,0 19404 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_4_1_1 33 0,0-19404 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_4_2_1 34 32623 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_4_3_1 35-32623 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_4_4_1 36 23323 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_4_1_2 37-23323 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_4_2_2 38 0,0 13873 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_4_3_2 39 0,0-13873 0,0 0,0 0,0 0,0 szcz_4_4_2 40 0,0 75331 0,0 0,0 0,0 0,0 obciazenie_sciany_szczelinowej 41 126650 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 obciazenie_sciany szczelinowej26,9 42 0,0 0,0 55952 0,0 0,0 0,0 pd_wypor_wody 14
Obliczenia wentylatorni V07 w programie ABC Obiekt 3D Schemat statyczny Podparcie schematu na podłożu podatnym 15
Widok ścian wewnętrznych i grubości Obciążenie ściany obiektu parciem i odporem gruntu 16
Obciążenie ściany obiektu parciem i odporem gruntu Strop zewnętrzny obciążenie zasypką 17
Obciążenie stropu zewnętrznego w obrębie chodnika Strop zewnętrzny- obciążenie na jezdni (pas1) 18
Strop zewnętrzny- obciążenie na jezdni (pas2) Strop poziomu -1-obciążenie wentylatorami i tłumikami 19
Strop poziomu -2- Obciążenie technologiczne(schemat 1) Płyta denna -obciążenie pociągiem (schemat1) 20
Płyta denna obciążenie technologiczne (schemat1) Płyta denna-obciążenie wyporem wody 21