Горизонтальное давление грунта на стены колодца от вертикальных нагрузок, приложенных на поверхности земли

Вблизи опускных колодцев на поверхности земли устраивают отвалы вынутого грунта, прокладывают дороги, устанавливают строительные краны и другие механизмы; на естественном основании возводят фундаменты зданий и сооружений. Перечисленные объекты создают местные пригрузки поверхности, увеличивающие интенсивность горизонтального давления грунта на стены колодцев.

Под пригрузкой обычно отсутствуют зоны пластических деформаций грунта и определение горизонтальных напряжений в массиве грунта, к поверхности которого приложена та или иная нагрузка, может быть сделано по уравнениям теории упругости для полупространства.

Горизонтальное давление от сплошной пригрузки поверхности  принимается равным 

                            т/м².                                               (2.36)

Решение для случая сосредоточенной силы, приложенной нормально к поверхности упругого основания, имеет вид

     т/м²,       (2.37)

 где .

Местную нагрузку рассматриваем как сумму сосредоточенных сил. Произвольную нагрузку Q разбиваем на эквивалентную ей систему сосредоточенных сил, приложенных в узлах сетки с одинаковым шагом в двух направлениях, равном . Координаты каждой сосредоточенной силы обозначим через .

Произвольный контур нагрузки в плане поместим в прямоугольник со сторонами 2А и 2В. Тогда

 ;

 .

Для того чтобы в формулу (2.37) вместо х и у подставить их значения  и , введем новые обозначения:

    .                                 (2.39)

 Горизонтальное давление в точке М (х, у, z) от произвольной внешней нагрузки

    ,                                  (2.40)

 где  — составляющая напряжений от сосредоточенной силы .

 Рис. 10. Схема воздействий нагрузок на вертикальную плоскость от местной пригрузки поверхности земли (1 — 20 — маркировка точек приложения горизонтальных сил).

Для равномерно распределенной (по прямоугольнику в плане) вертикальной местной пригрузки (рис. 10)

 ,                                            (2.41)

где  принимается по табл. 12—14 в зависимости от значений  для точек 1—20.

Увеличение давления грунта от пригрузки поверхности на круглые колодцы (рис. 11) вычисляют по формуле

 ,                         (2.42)

 где  —  радиально направленное давление грунта на круглый колодец в точке А (х, у)

 ;

 ;

  — давление, вычисляемое по формуле (2.41).

Давление грунтового массива на стены в плане неравномерно и изменяется по зависимости

  т/м²,             (2.43)

где  — коэффициент неравномерности давления грунта (в плане), учитывающий разброс физико-механических свойств грунта, искажения формы колодца, крены и навалы при опускании. Для расчетов в стадии опускания =1,25; в стадии эксплуатации—1,10.

 Рис. 11. Схема воздействия нагрузок на круглый колодец (1) от местной пригрузки поверхности земли (2).

При наличии вблизи стен колодца достаточно широких и протяженных односторонних насыпей и выемок коэффициент неравномерности увеличивается на величину, равную:

для насыпей                      

  ;                                   (2.44)

 для выемок
                                     .                                   (2.45)

 где     — высота насыпи или глубина выемок, м;

  — объемный вес грунта в насыпи, т/м³;

 В — ширина насыпи или выемки, м.

Коэффициенты  и  перемножаются. При этом величину давления грунта на стены на площадках с выемками следует принимать

 т/м².                         (2.46)

 На площадках со слоистой текстурой грунтов необходимо учитывать неравномерность давлений по горизонтам. При угле наклона более 8° следует увеличить дополнительную неравномерность давления на одном уровне стен (рис. 12) по формуле

 ,                                                                       (2.47)

 где     — давление грунта в рассматриваемом пласте, т/м2;

  — давление грунта в подстилающем пласте, т/м2.

Кроме этого, следует иметь в виду, что в пластах со значительным падением давление по простиранию  бывает больше, чем в перпендикулярном к нему направлению .

При погружении колодцев мощными вибраторами горизонтальное давление грунта на стены увеличивается. На поведение грунта, подвергнутого воздействию вибрации, влияют многие факторы; оценка каждого из этих факторов в отдельности связана с большими трудностями.

В несвязных грунтах под воздействием вибрации происходит уплотнение и уменьшение угла внутреннего трения; вплоть до некоторого значения ускорения начальная степень уплотнения грунта остается неизменной. После того как ускорение превысит критическое его значение, начинается процесс уплотнения. Область, характеризующая начало процесса уплотнения, представляет собой сравнительно малый интервал значений ускорения. При увеличении ускорения достигается стабильность уплотнения. После достижения предела объем пор в грунте остается постоянным. Горизонтальное давление песчаных грунтов в зависимости от их первоначальной плотности и влажности увеличивается на 20—40%. При вибрации же в глинистых грунтах происходят некоторые нарушения абсорбированных водяных пленок. В зависимости от влажности глин горизонтальное давление увеличивается на 10—25%.

При сейсмических воздействиях давление грунта в состоянии покоя на колодец увеличивается. Увеличение нагрузки может произойти в любом направлении. При этом с одной стороны увеличивается активное давление грунта, а с противоположной стороны его соответственно будет уравновешивать равный отпор грунта.

Величина увеличения давления выражается коэффициентом неравномерности

.                                 (2.48)

 Давление грунта на колодец при сейсмических воздействиях

   .                                       (2.49)

Для круглых колодцев сейсмическая горизонтальная нагрузка от грунта изменяется по косинусоиде, для прямоугольных — по линейной закономерности.

Давление грунта на грунтовую стенку тиксотропной рубашки рассчитывают по формулам предельного равновесия:

для прямоугольных колодцев

 ;                (2.50)

 Рис. 12. Давление на колодец в наклонных пластах грунта:
а — поперечный разрез колодца; 1 — 3 — пласты грунта; б — расчетная схема колодца; Я1 — Я3 — зоны с разным давлением грунта на противоположные стороны колодца.

 Рис. 13. Схема воздействия нагрузок на вертикальную плоскость от местной полосовой пригрузки поверхности земли (по теории предельного равновесия).

 для круглых колодцев

 ,      (2.51)

 где

 ;

 .

здесь  — радиус грунтовой стенки тиксотропной рубашки.

При местной равномерно распределенной пригрузке (интенсивностью ) и виде полосы шириной b (рис. 13) давление в точках возрастает на величину . Коэффициент  принимают по табл. 15 в зависимости от отношений  и , где  и х — координаты рассматриваемой точки. Следовательно,                                    .                                            (2.52)