При малой глубине котлованов (не более 10 м) грунт разрабатывают сразу до проектной отметки с помощью экскаваторов, которые устанавливают на поверхности земли.

Разработанный грунт грузят в автосамосвалы, и часть его вывозят в отвал, а часть используют для обратной засыпки котлована. При большой глубине котлованов грунт разрабатывают отдельными ярусами. В этом случае автосамосвалы, для которых в определенных местах устраивают съезды (с уклоном до 0,01), загружают в котловане.

Котлован большой глубины (более 10 м) разрабатывают в заходками. Первую заходку делают с разработкой в средней части котлована траншеи глубиной 2,5 м для пропуска экскаватора под расстрелами. Грунт первой заходки разрабатывают драглайном. Вторую заходку до полной глубины котлована разрабатывают экскаватором (с прямой лопатой) или грейфером (с перемещением его вдоль края котлована). Наиболее целесообразно применять для разработки котлована экскаваторы универсального типа, которые можно использовать как механические лопаты, драглайны и краны.

При этом выемку грунта следует вести от середины котлована к бортам с оставлением у свай берм шириной не менее 1 м. Грунт непосредственно у свай срезают вручную заходками на две-три доски затяжки с немедленной их установкой за полки двутавра и тщательной расклинкой, чтобы они были плотно прижаты к грунту. А перемещают его в зону действия экскаватора с помощью бульдозеров, находящихся на дне котлована

При незначительном притоке подземных вод в процессе разработки грунта выполняют открытый водоотлив насосами, установленными на поверхности земли или в котловане. Одновременно с разработкой грунта осуществляют тщательное крепление стен котлована досками, заводимыми за полки свай. Дощатая крепь должна быть плотно расклинена между грунтом и сваями и не должна иметь щелей.

Крепление стен котлована ведут одновременно с разработкой грунта. После разработки котлована на определенную глубину по обеим его сторонам между сваями устанавливают продольные горизонтальные связи в виде поясов из швеллерных или двутавровых балок, которые распирают поперечными расстрелами. Монтаж балок поясов и расстрелов осуществляют стреловыми гусеничными или колесными кранами, установленными на бровке котлована, или козловыми кранами.

Подземное сооружение чаще всего выполняют из сборных элементов или из объемных секций и секций замкнутого сечения, реже - из монолитного железобетона.

Работы по возведению конструкции при свайном креплении котлована выполняют в следующей последовательности. После разработки и зачистки котлована в его основание укладывают слой бетона толщиной 10 см - так называемую подготовку, затем устраивают стяжку, т. е. на подготовку наносят слой раствора (цементно-песчаного) толщиной 4 см, хорошо выровненный и заглаженный. Раствор выравнивают виброрейкой, полосами 2 м поперёк тоннеля. Одновременно с устройством подготовки вдоль боковых стен котлована возводят защитные стенки для гидроизоляции. Они могут быть возведены из асбоцементных листов толщиной 10 - 12 мм, кирпича (- щуцванд на высоту 0,75 м), шлакоблоков, железобетонных плит толщиной 3 см, армированных двумя сетками из проволоки диаметром 5 - 6 мм.

Защитные стены из железобетонных плит возводят следующим образом. Вначале на расстоянии 0,5 - 0,7 м от стен котлована и 1 - 1,5 м друг от друга устанавливают стойки, которые связывают между собой досками и раскрепляют распорками, устанавливаемыми по высоте стен. К стойкам прибивают обрешетку из досок толщиной 2,5 и шириной 20 см, к которой крепят железобетонные плиты размерами 120 х 60 х 4 см. Обшивку обрешетки плитами осуществляют снизу вверх, начиная со дна котлована. Поверхность плит в местах, где имеются неровности, а также швы между плитами заполняют цементным раствором и тщательно выравнивают. После устройства подготовки и возведения защитной стенки приступают к гидроизоляционным работам. Для этого по подготовке дна котлована и по всей высоте защитных стенок наносят в два слоя гидроизоляционный материал, главным образом на резинобитумной основе (бризол, изол) с выведением концов на защитные стенки. После окончания изоляционных работ в лотке для предотвращения повреждения изоляции укладывают защитный слой из цементного раствора толщиной 2 - 3 см и приступают к монтажу обделки.

Вначале укладывают лотковые блоки, затем стеновые (их фиксируют в вертикальном положении при помощи инвентарных винтовых стяжек - подкосов). После выверки правильности установки лотковых и стеновых блоков стыки между ними бетонируют с предварительной сваркой выпускной арматуры. До укладки плит перекрытия на опорную поверхность стеновых блоков наносят слой цементного раствора, обеспечивающий плотную посадку плит на стены. Зазор между стеновыми блоками и гидроизоляционной стенкой заливают цементным раствором. Монтаж сборной обделки осуществляют при помощи стреловых или козловых кранов.

Готовую конструкцию засыпают грунтом. За стены отсыпают песчаный грунт слоями 20 - 30 см, каждый слой поливают водой и уплотняют. Засыпку за стены подземного сооружения следует осуществлять одновременно с двух сторон во избежание одностороннего бокового давления грунта. На перекрытие грунт отсыпают слоями 50 - 60 см, уплотняя его послойно.

После засыпки грунта за стены подземного сооружения демонтируют расстрелы, пояса обвязки и извлекают сваи.

В последнюю очередь выполняют отделочные и монтажные работы в подземном сооружении, осуществляют восстановительные работы на поверхности и ликвидируют строительную площадку (снос временных сооружений и планировка).

3.3 Траншейный способ

Траншейным называют способ работ, при котором сначала в узких траншеях возводят стены подземного объекта (тоннеля, камеры), а затем вскрывают поверхность земли на всю ширину (иногда на всей площади) подземного объекта, устраивают перекрытие и осуществляют обратную засыпку котлована. Затем под защитой перекрытия разрабатывают породу в центральной части и возводят бетонную подушку.

Траншейный способ применяют в условиях плотной городской закройки под узкими улицами с целью быстрейшего восстановления движения городского транспорта.

Основными технологическими операциями при траншейном способе являются: прокладка траншей, монтаж основных несущих элементов подземного сооружения, разработка грунта внутри подземного сооружения.

Прокладку траншей и монтаж основных несущих элементов подземного сооружения в последние годы осуществляют в основном способом «стена в грунте». Сущность способа заключается в том, что вначале по контуру на всю глубину заложения сооружения в грунте отрывают траншею шириной 0,4 - 1 м. Для удержания стенок от обрушения траншею по мере выемки из нее грунта заполняют высокотиксотропным глинистым раствором. Тиксотропный глинистый раствор, имея низкую вязкость и высокую глинизирующую способность, проникает в грунт и кольматирует стенки траншеи, образуя на их поверхности тонкую (0,5 - 30 мм) и достаточно плотную и прочную корку. Наличие такой корки предотвращает избыточную фильтрацию глинистого раствора в грунтовый массив и удерживает от обрушения стенки траншеи. Глинистая корка является также своеобразным экраном, обеспечивающим передачу на грунт статического и динамического давлений глинистого раствора. Для устойчивости траншейных стен необходимо, чтобы давление глинистого раствора превышало активное давление грунта и воды. Из этого условия находят требуемую плотность глинистого раствора, которая обычно колеблется в пределах 1,05 - 1,2 г/см³. После того как траншея будет отрыта на проектную глубину, глинистый раствор заменяют постоянной крепью. Под защитой возведенных стен в дальнейшем разрабатывают грунт внутри сооружения. В этом случае предварительно возведенная в грунте постоянная крепь чаще всего играет роль грузонесущей конструкции подземного сооружения.

Постоянная крепь по контуру подземного сооружения при использовании этого способа может быть выполнена из монолитного железобетона (бетона) или из сборного железобетона.

Конструктивно монолитная железобетонная (бетонная) крепь по периметру подземного сооружения может быть выполнена из стыкующихся между собой буронабивных свай или отдельных отрезков траншей.

При возведении стен в грунте из отрезков траншей работы ведут в отдельных секциях (захватках) длиной 3 - 6 м последовательно или в шахматном порядке, что зависит от принятого оборудования и условий проведения работ. Способом стена в грунте можно возводить подземные сооружения как с прямолинейным, так и криволинейным контуром.

Как показал опыт, применение способа стена в грунте наиболее эффективно в сложных гидрогеологических условиях: при наличии высокого уровня грунтовых вод и водоупора на практически достижимой глубине, а также при устройстве подземных помещений и ограждений котлованов в городских условиях вблизи существующих зданий.

«Стена в грунте» представляет собой вертикальную монолитную конструкцию, возводимую в узкой траншеи, заполненной глинистым раствором.

Устройство «стены в грунте» условно можно разделить на 4 фазы:

- устройство «пионерной траншеи» и заполнение ее глиняным раствором;

- разработка грунта в захватке экскаватором;

- установка армокаркасов;

- бетонирование захватки методом вертикально-перемещающейся трубы (ВПТ).

Метод «стена в грунте» подробно рассмотрен на примере сооружения станции «Шипиловская» (см. дальше).

Перед устройством «пионерной траншеи» необходимо выполнить подготовительные работы: планировка площадки вдоль будущей стены в грунте с таким расчётом, чтобы по обеим сторонам траншеи было достаточно места для установки оборудования и движения автомобильного транспорта.

3.4 Габарит приближения строений

Внутреннее очертание перегонных тоннелей метрополитенов проектируют в соответствие с габаритом приближения строений. Габаритом приближения строений называют перпендикулярный оси пути контур, внутрь которого не должны выступать никакие части сооружений и устройств (с учетом неточностей, допущенных при проходке выработки и возведении обделки). Габарит приближения строений для перегонов показывает расстояние от оси пути и от уровня головки рельсов до облицованных поверхностей. Поэтому при проектировании конструкций учитывают возможные отклонения и неточности при их строительстве, возможные деформации обделок после их возведения.

В габарит приближения строений для тоннелей прямоугольного сечения входит служебная дорожка, располагаемая с правой по ходу движения поездов стороны. Поэтому стена должна быть отодвинута от оси пути на расстояние 2200 мм. Кроме этих линий, на чертеже габарита показана также вертикальная линия, удаленная на расстояние 2450 мм от оси пути, для подпорных стен на наземных участках линии (лист 4).

3.5 Верхнее строение пути метрополитена

На линиях метрополитена для укладки верхнего строения пути применяют бетонное основание, что позволяет содержать его, а, следовательно, и весь тоннель, в чистоте. Недостатком такого пути является его жесткость, ухудшающая условия работы подвижного состава. На главных путях линий метрополитена в качестве ходовых рельсов применяют рельсы типа Р-65, а на парковых и служебный путях - типа Р-43. Рельсы укладывает на сосновые шпалы, длина шпал для перегонных тоннелей метрополитенов составляет 2700 мм. Общее количество шпал на 1 км пути составляет для прямых участков 1680 штук, для кривых - 1840 штук. Прикрепление рельсов к шпалам осуществляют при помощи раздельного скрепления.

4. Сооружение «стены в грунте» станции метрополитена «Шипиловская»

4.1 Общие сведения

«Стена в грунте» представляет собой вертикальную монолитную конструкцию, возводимую в узкой траншеи (ширина 600 метров), заполненной глинистым раствором. Общая длина сооружаемой стены 2 300 метров, глубина 11,68 метра. Основным оборудованием для сооружения «стены в грунте» являются:

- глинорастворный узел с регенерирующей установкой и глиноотстойником, растворонасос;

- экскаватор типа Поклеин SC-160 с грейферным оборудованием;

- стреловой кран КС-5363 грузоподъемностью 25 тонн;

- бетонная труба 300 с приемным бункером;

- автобетоносмесители типа СБ - 60.

Ведомость основных машин и механизмов приведена в таблице.

№ п.п.	Наименование оборудования	Количество	Примечание
1	Экскаватор Поклеин SC-160	1	Vк =0,5 м3
2	Фронтальный погрузчик ТО-18	1	Vк =1,5 м3
3	Экскаватор «Белорусь»	1	Vк =0,15 м3
4	Кран пневмоколесный КС-5363	1	Lстр = 15м; г/п=25т
5	Кран пневмоколесный СМК-10	1	Lстр = 10м; г/п=10т
6	Автосамосвал	3	г/п=7т
7	Автобетоносмеситель СБ-60	6	Vб =2,5 м3
8	Бадья для бетона	2	Vб =1,5 м3
9	Емкость для отстоя грунта	3	V =20 м3
10	Бункер для приема бетонной смеси	1	V =0,85 м3
11	Электровибратор поверхностный И-7 Электровибратор глубинный И-21	4 2	N=0,4 кВт N=1 кВт
12	Комплекс оборудования для приготовления глинистого раствора	1	_________
13	Бетонолитная труба	2	273 L=12м
14	Насос типа «Гном 10-10»	1	_________
15	Сварочный аппарат СТА-24	2	N=19,5 кВт

Устройство «стены в грунте» условно можно разделить на 4 фазы:

Устройство «пионерной траншеи» и заполнение ее глинястым раствором.

Разработка грунта в захватке экскаватором.

Установка армокаркасов.

Бетонирование захватки методом вертикально-перемещающейся трубы (ВПТ).

4.2 Устройство «пионерной траншеи»

По контуру станции сооружается «пионерная траншея» шириной 700 мм. Глубина траншеи 1,2 метра. Стенки траншеи с воротником выполняются бетоном В-15 на арматурной стенке с ячейками 10 10 см из стержней АI 8. Грунт разрабатывают экскаватором типа обратная лопата на базе трактора «Беларусь». Армировку и бетонирование ведут заходками 0,6 метра по высоте и 2 метра по длине. Подача бадьи с бетоном, щитов опалубки, арматурных стенок осуществляется краном СМК-10. После завершения строительства «пионерную траншею» заполняют глинистым раствором.

1. Разработка грунта в захватке.

До начала работ подготавливается бентонитовый раствор, плотностью 1,1 г/см³, в объеме необходимом для заполнения захватки. Состав раствора устанавливается центральной лабораторией Мосметростроя и уточняется по конкретным данным полевой лабораторией ЛГР-3. Приготовленный раствор выстаивается один час и постепенно заполняют траншею с одновременной выемкой грунта. Траншея разрабатывается экскаватором Поклен SC-160 с грейферным оборудованием на напорной штанге. Подача бентонитового раствора из емкости в траншею осуществляется по гофрированным резиновым шлангам d = 100 мм. В процессе отрывки траншеи уровень бентонитового раствора должен находиться не ниже чем на 20 см от верха оголовка траншеи.

Грунт извлеченный из траншеи грузиться в автопогрузчик типа ТО-18 и перегружается в промежуточные отстойники вместимостью V = 20 м^3. После отстоя грунта, из емкости откачивают воду насосом «Гном 10-10», а осушенный грунт грузиться экскаватором «Беларусь» в автосамосвал грузоподъемностью 7 тонн и вывозиться в отвал.

Работы по разработке грунта необходимо производить в теплое время. Промежуток времени между заполнением траншеи раствором и началом бетонирования не должен превышать 8 часов.

После выемки грунта на всю глубину в пределах одной захватки очищают дно траншеи от осадка эрлифтом или грязевым насосом, заменяют загрязнённый глинистый раствор на свежий и приступают к установке ограничителей и монтажу армокаркасов.

4.3 Установка армокаркасов

Первоначально на стройплощадке собираются армокаркасы из отдельных элементов (их ширина на 200 - 250 мм меньше ширины траншеи). Дальше, используя автотранспорт, доставляют армокаркасы в рабочую зону крана КС-5363. Краном КС-5363, нижняя секция армокаркаса длиной 6 метров устанавливается в траншею. Ее верх закрепляют на поверхности при помощи инвентарных обрезков металлических труб. После этого приваривают на весу верхнюю секцию армокаркаса, длиной 6 метров, к выпускам нижней секции. Сваренный армокаркас опускается на проектную глубину с закреплением над траншеей при помощи инвентарных обрезков металлических труб.

Держать каркас в глинистом растворе длительное время не следует, так как частицы глины, осаждаясь на каркасе снижают сцепление бетона с арматурой.

После установки арматурных каркасов приступают к укладке бетонной смеси в захватках.

4.4 Бетонирование захватки методом ВПТ

Перед началом бетонирования собирается из отдельных звеньев длиной 3 метра бетонолитная труба диаметром 300 мм. После установки опорной рамы, краном КС-5363 труба погружается на полную глубину траншеи. С верху трубы присоединяется приемный бункер вместимостью V=0,85 м³. Дальше из автобетоносмесителя, через бункер и трубу, подается в траншею бетон, который вытесняет бентонитовый раствор. Сам раствор по трубам направляется на регенерацию. Закончив бетонирование участка траншеи на высоту одного звена бетонолитной трубы (3 метра), трубу поднимают краном КС-5363 и удаляют ее одно звено. Операция повторяется 4 раза (43 = 12 м). Для того чтобы процесс бетонирования был непрерывным, на одну захватку необходимо иметь 6 автобетоносмесителей типа СБ-60 (62,5 = 15 м³). Во избежании перемешивания бетонной смеси и глиняного раствора, конец бетонолитной трубы должен быть всегда заглублен в бетонной смеси не менее чем на 1,2 метра.

4.5 Организация работ

Для ведения работ по устройству «стены в грунте» весь объем работ разбивается на 5 участков длиной 120 метров каждый. На участке работы ведутся в две смены, одновременно на трех двухметровых захватках: на одной захватке ведется разработка грунта, на другой бетонирование или монтаж каркаса, на третьей бетон набирает прочность. Расстояние между захватками 40 метров.

Состав бригады при двухсменной работе - 12 человек. Средняя скорость сооружения «стены в грунте» V = 1,5 зах./смену (3 м/смену), что дает продолжительность работ:

Продолжительность устройства «пионерной траншеи» Т_п = 22 дня (по данным из производства). Общая продолжительность работы Т_с = 100+22 =122 дня.

Циклограмма работ по сооружению «стены в грунте» приведена в графической части. Расчет и ведомость основных объемов работ указаны в таблице.

Ведомость основных объемов работ по сооружению «стены в грунте»

№ п.п.	Наименование работ	Ед. изм.	Объем на захватку	Общий объем
1	Разработка «пионерной траншеи» экскаватором	м3	-----	1404
2	Бетонирование «пионерной траншеи»	м3	-----	900
3	Разработка грунта экскаватором Поклеин	м3	15,84	4320
4	Монтаж арматурного каркаса	т	3	900
5	Укладка бетонной смеси	м3	14,4	4320
6	Приготовление бетонного раствора	м3	14,4	4320
7	Установка бункера и бетонной трубы	шт	1	300

4.6 Строительно-монтажные работы

Общие сведения

После завершения работ по сооружению «стены в грунте» приступают к строительно-монтажным работам по сооружению станции. Эти работы можно разделить на следующие этапы:

сооружение лотка;

монтаж несущих боковых элементов;

монтаж обвязочных балок;

монтаж плит перекрытия;

сооружение консольных балок КБ-2;

сооружение консольных балок КБ-1;

сооружение внутренних конструкций станции;

заключительный этап работ.

Ведомость основного оборудования для строительно-монтажных работ приведена в таблице.

№ п.п.	Наименование	Кол-во, шт.	Примечания
1	Козловой кран ККТС-20	1	L=32,5м, г/п=20т
2	Кран пневмоколесный СМК-10	1	Lстр=10м, г/п=10т
3	Автосамосвал	3	Г/п=7 т
4	Прицеп тяжеловоз Т-151 А	1	Г/п = 20 т
5	Тягач ЯАЗ-210	1	Г/п = 12 т
6	Спецмашина	1	L=18м, г/п=20т
7	Миксокрет	1	V=0,5 м3
8	Электровибратор поверхностный И-7 Электровибратор глубинный И-21	4 4	N=0,4 кВт N=1 кВт
9	Электросварочный аппарат СТА-24	2	N=19,5 кВт
10	Бадья для бетона	4 2	V=0,5 м3 V=1,5 м3
11	Отбойные молотки	3	N=0,1 кВт

Монтаж основных элементов станции и пристанционных сооружений производится с использованием козлового крана ККТС - 20. Характеристика козлового крана транспортного строительства ККТС-20:

грузоподъемность - 20 тонн;

высота подъемного крюка при сборке крана с верхними и нижними секциями стоек опор - 9 метров;

высота подъемного крюка при сборке крана без нижних секций стоек опор - 4,5 метров;

пролет крана наибольший (со вставкой) - 40 метров;

пролет крана наименьший (без вставки) - 25 метров;

рабочий вылет консоли - 11,6 метров;

тип рельса - 43, Р-50;

длина хода грузовой тележки - 23-40 метров;

скорость подъема груза массой до 20 т - 8 м/мин;

скорость подъема груза массой до 10 т - 16 м/мин;

скорость передвижения грузовой тележки - 37 м/мин;

скорость передвижения крана - 35 м/мин;

база крана при сборке с верхними и нижними секциями стоек опор - 14 м;

база крана при сборке без нижних секций стоек опор - 9 м;

глубина опускания крюка ниже уровня головки рельса - 16 метров;

установленная мощность - 59,5 кВт;

масса - 73,5 т.

Монтаж обвязочной балки

Работы по сооружению обвязочной балки ведутся заходками 12 м в следующей последовательности:

отбойными молотками разламывается бетон пионерной траншеи со стороны котлована, подрабатывается грунт до уровня бетона «стены в грунте». Грунт и разломанный бетон грузится вручную в автосамосвалы г/п 7 тонн и отвозится в отвал;

зачищаются выпуски арматуры и бетон «стены в грунте»;

выставляется опалубка с внутренней стороны обвязочной балки и монтируется армокаркас из отдельных стержней, с дальнейшей приваркой его к выпускам«стены в грунте». Вторая сторона опалубки набирается по мере бетонирования. Опалубка выполняется из досок =4 см;

бетонируется обвязочная балка. Бетон привозится автосамосвалами, выгружается в бадьи V=0,5 м³ и подается краном через направляющий лоток в опалубку. Балка бетонируется заходками 0,5-0,7 метра по высоте и 3 метра по длине. Бетон уплотняется вибраторами. Торцевая опалубка выполнена из металлической сетки. Все работы по установке опалубки, подача бетона и арматуры ведется с помощью крана СМК-10. Опалубка снимается после набора бетоном 70% прочности.

Монтаж балок перекрытия, сооружение консольных балок КБ-2

После сооружения обвязочной балки разрабатывается грунт котлована на глубину 4 метра и козловым краном ККТС - 20 устанавливаются балки перекрытия Б_кр - 18 (шаг установки - 5 метров) с последующей приваркой арматуры к выпускам обвязочной балки. Монтаж балок разрешается только после набора бетоном обвязочной балки 100% прочности.

Одновременно в вестибюлях № 1 и № 2 приступают к монтажу консольных балок.

КБ-2, служащих несущим элементом для внутренних конструкций вестибюлей. Арматура подается краном ККТС -20 и приваривается к арматуре боков несущих стен. Дальше устанавливается деревянная опалубка и бетонируется консольная балка. Бетон подают по бетоноводу от «Миксокрята» установленного на бровке котлована.

7.2. Сооружение лотка, монтаж консольных балок КБ-1.

Дорабатывается грунт до проектных отметок, сооружают бетонную подготовку толщиной 200 мм, гидроизолируют лоток. Сам лоток бетонируется заходками 3 метра в следующей последовательности:

Монтируются армокаркасы лотка и торцевая опалубка (из металлической сетки), подается в бадьях V = 1,5 м³ бетон и уплотняется вибраторами;

По мере бетонирования по верху лотка укладывается шпалы опалубки;

Бадьи с бетоном, гидроизоляционный материал, армокаркасы и опалубка подается краном ККТС - 20. Бетон доставляется в автобетоносмесителях и перегружается в бадьи.

Монтаж консольной балки КБ - 1 ведут после сооружения лотка. Технология монтажа аналогична сооружению балки КБ - 2.

Сооружение внутренних конструкций станции

После набирания 100% прочности лотком приступают последовательно к сооружению внутренних конструкций: венткамеры, вестибюля №1, платформенной части, вестибюля №2, СТП.

Одновременно приступают к монтажу остальных плит перекрытия, со варкой выпусков арматуры между плитами и последующим омоноличиванием стыков бетоном в деревянной опалубке. Подача балок перекрытия, бетона в бадьях V = 0,5м³ и других материалов осуществляется с помощью крана ККТС -20.

Заключительный этап строительства

После сооружения перекрытия, его поверхность выравнивают, делают разгрузку и выполняют гидроизоляционные работы. Одновременно сооружается открытым способом подземные пешеходные тоннели, входы на станцию.

После завершения всех строительно-монтажных работ по сооружению обделки станции приступают к обратной засыпке котлована, демонтажу временных зданий и сооружений, расчистке и сдаче городу строительной площадки.

Расчёт объёмов основных строительно-монтажных работ

Монтаж плит перекрытия (4 балки на 5 метров длины тоннеля):

Сооружение консольных балок КБ-2:

L₁ = 36,1 - длина вестибюля

V₂ = 2 x 2 x 36,1 = 144 м

Сооружение обвязочной балки и консольной балки КБ -1:

L = 300 м - длина станции

V₅ = V₄ = 2 х 300 = 600 м

Гидроизоляция лотка:

L=300 м; S_В = 17,7 ширина лотка

H_н = 1м высота наклеивания изоляций на стену станции;

V₅ = 300 x 17,7 + 2 x 1 x 300 = 5610 м²;

Бетонирование лотка:

L=300 м, S_В = 17,7, H₁ = 1м, H₂ = 0,5м - толщина лотка у стен и в оси симетрии

Гидроизоляция перекрытия:

S_н = 18,9 м - наружная ширина станции;

H_с = 2,2 м - высота части боковой стены, которая изолируется вместе с перекрытием.

V₇ = 300 x 18,9 + 2 x 300 x 2,2 = 6990 м².

Ведомость основных объемов работ и их продолжительности (строительно-монтажные работы)

№ п.п.	Наименование работ	Ед. изм.	Кол-во, шт.	Скорость, м/мес	Продол-ть, мес.
1	Монтаж обвязочных балок	м	600	160	3,8
2	Монтаж перекрытия	шт.	240	160 шт/мес	1,5
3	Сооружение консольных балок КБ-2	м	144,4	200	0,7
4	Гидроизоляция лотка	м2	5610	1300	4,3
5	Бетонирование лотка	м3	3982	800	5
6	Сооружение консольных балок КБ-1	м	600	200	3
7	Гидроизоляция перекрытия	м2	6990	800	8,7
8	Сооружение в.к. вестибюля № 1	м	36,1	-	1,1
9	Сооружение в.к. венткамеры	м	23,6	-	0,6
10	Сооружение в. к. платформенного участка	м	140	-	3
11	Сооружение в.к. вестибюля № 2	м	36,1	-	1,1
12	Сооружение в. к. СТП	м	64,0	-	2,8

4.7 Выбор материала конструкции станции

Район строительства станции «Шипиловская» является очень сложным для строительства станции метрополитена с точки зрения горно - геологических условий и инженерных соображений. Сложные гидрогеологические условия (уровень грунтовых вод на глубине около 5 метров - 6 метров) наличие дорог и трамвайных путей, стесненность поверхности строительной и окружение ее жилыми домами вынуждает к применению специальной конструкции станции.

Работы по сооружению станции должны быть относительно бесшумны, с большой скоростью и с предусмотрением мер по защите фундаментов окружающих зданий (наименьшее расстояние от стены станции до фундамента здания около 10 м).

При вышеприведенных условиях нельзя применять котлованный способ строительства, так как он влечет за собой очень шумную работу дизель-молотов погружающих сваи и не обеспечивает соответствующей защиты фундаментов зданий. Самой подходящей в данных условиях технологией строительства будет сооружение станции способом «стена в грунте». Такой способ является бесшумной технологией, обеспечивающей устойчивость окружающего массива. В таком случае по конструктивным соображениям возможны два варианта:

1. «Стена в грунте» является только закреплением бортов траншей.

2. «Стена в грунте» является одновременно закреплением борта траншеи и несущей стеной конструкции станции. Второй вариант является более перспективным и его принимаем для строительства станции метро «Шипиловская».

«Несущая стена в грунте» уменьшает в сравнении с первым вариантом экономические затраты, продолжительность строительства (не нужно строить боковых стен станции). Меньше становиться на 3 - 5 м ширина траншеи, что важно при сооружении участка станции. С другой стороны «несущая стена в грунте», как элемент обделки станции, требует более качественного выполнения, особенно с точки зрения прочности и гидроизоляции.

Конструкция перекрытия станции может быть выполнена в 3 вариантах:

1. монолитное, сводчатое или плоское перекрытие;

2. сборное, железобетонное трех пролетное перекрытие;

3. сборное, железобетонное однопролетное перекрытие.

Для строительства станции принимаем вариант третий, перекрытие состоящие из отдельных тавровых балок шириной 1 метр каждая. В этом случае отпадает применение дополнительного крепления стен анкерами или распорами в стадии строительства, так как сами балки, установленные с шагом 5 метров, выполняют их функцию.

Сооружение трех пролетной станции (вариант - 2) влечет за собой большие объемы строительно-монтажных работ (необходимость монтажа колон, их фундаментов, ригелей), что удорожает строительство. Монолитное перекрытие необходимо сооружать на самой площадке, что удлиняет во времени и усложняет сам процесс строительства.

В качестве примера в разделе «Экономическая часть», приведено сравнение стоимости строительно-монтажных работ и стоимости материалов конструкций для обделки станции со сборным железобетонным и монолитным железобетонным перекрытием. В результате сравнения: сборное железобетонное однопролетное перекрытие оказалось по забойным затратам на 8,2% дешевле монолитного, плоского железобетонного перекрытия.

4.8 Конструкция обделки станции

Обделка станции состоит из 3 главных элементов: сборного, железобетонного перекрытия, боковой монолитной железобетонной стены и монолитного, железобетонного лотка.

Сборное железобетонное перекрытие

Перекрытие состоит из тавровых балок типа Бкр - 18 длиной 18 метров, шириной полки 1 метр, высотой полки 0,18 метра, шириной ребра 0,2 метра и общей высотой 1,05 метра. Балки монтируются с зазором 0,25 метра между полками. В зазоре арматуру балок сваривают и омоналичивают бетоном стык. Верхняя продольная арматура балки приваривается к выпускам обвязочной балки с последующим омоноличиванием стыка. Балка Бкр - 18 выполняется из бетона В - 35 и арматуры: продольная 8 х АIII Ж40, поперечная АI Ж10, арматура полки - АI 10. Расчет балки Бкр - 18 спецификация арматуры приведена в разделе 4.3

Гидроизоляция перекрытия состоит из: слоя цементно - песчаного раствора В - 7,5 толщиной от 20 до 60 мм (разуклонка), пароизоляции (один слой стеклобита марки Г), защитного слоя из цементно - песчаного раствора В - 7,5 толщиной 30 мм, керамзитбетона толщиной 100 мм, выравнивающего слоя цементно - песчаного раствора В - 7,5 толщиной 30 мм 2 - х слоев гидростеклоизола марки Г, защитного слоя цементно - песчаного раствора В 7,5 толщиной 40 мм, армированного 2 сетками из проволоки Ж4 мм с ячейками 150 х 150 мм.

Боковая монолитная железобетонная стена

Боковая стена состоит из: «стены в грунте» и обвязочной балки. «Стена в грунте» выполняется секциями, длиной по 2 метра каждая, высотой 11,65 м и шириной 0,6 метра. Стыки между секциями рабочие. Для обеспечения совместной работы секции устраивается монолитная обвязочная балка высотой 2,1 метр. Балку сооружают с непрерывным горизонтальным армированием. Конструкция балки выполняет так же функции опорной консоли для плит перекрытия. Ее арматура соединяется с выпусками балки Бкр - 18.

Продольная арматура «стены в грунте» и обвязочной балки соединяется между собой и состоит из (на 1 секцию длиной 2 метра) 24 стержней АIII Ж 40, продольная арматура опорной консоли (на 2 метра балки) 12 стержней АIII Ж16. Поперечная арматура состоит из десятиветьевых хомутов из стержней АI Ж 14. В арматурном каркасе предусматривается место для бетонолитной трубы мм. Боковая стена выполняется из бетона В - 30. Расчет и спецификация арматуры приведены в разделе 3.6.

Гидроизоляция «стены в грунте» состоит из стального листа толщиной 6 мм приваренного к арматурному каркасу. Гидроизоляция обвязочной балки состоит из: керамзит - бетона толщиной 100 мм, выравнивающего слоя из цементно - песчаного раствора В - 7,5 толщиной 30 мм, 2 слоев гидростеклоиза марки Г, защитного слоя цементно - песчаного раствора В- 7,5 армированного одной сеткой из проволоки Ж14 мм с ячейками 15х15 мм (ГОСТ 5336 - 67) и защитной сетки из железобетонных плит толщиной 30 мм.

Монолитный железобетонный лоток

Лоток имеет переменную толщину: 1м, по бокам и 0,5 м по середине Ширина лотка 17,7 м. Арматура лотка состоит из плоских каркасов, установленных с шагом 0,2 метра по длине станции и связанных между собой монтажной арматурой А1 Ж10. Плоский каркас состоит из 2 стержней AIII Ж40 и хомутов А1 Ж10. Конструкция лотка выполняется из бетона В - 30. Расчет арматуры лотка и ее спецификация приведены в разделе 3.7.

Гидроизоляция лотка состоит из бетонной подготовки В 7,5 толщиной 200 мм, выравнивающего слоя из цементно - песчаного раствора В 7,5 толщиной 30 мм, 2-х слоев гидростеклоиза марки Г, защитного слоя цементно - песчаного раствора В 7,5 армированного одной сеткой из проволоки Ж 1,4 мм с ячейками 15 х 15 мм (ГОСТ 5336 - 67). Гидроизоляция лотка соединяется со стальной листовой "стеной в грунте" путем наклеивания.

4.9 Расчёт балки перекрытия Бкр-18

Определение нагрузок

нагрузка от веса дорожного покрытия:

где d_а?= 0,08 м - толщина асфальтового покрытия, g_а = 19,6 кН/м - вес асфальтового покрытия, d_б?= 0,22 м - толщина бетонного основания, g_б = 24 кН/м³ - вес бетонного основания.

q^н_?п = 0,08 x 19,6 + 0,22 x 24 = 6,8 кН/м².

нагрузка от грунта засыпки:

q^н_зас = g?x H_г,

H_г = 2м - толщина слоя грунта, g = 20 кН/м³ - объемный вес грунта засыпки (супеси)

q^н_зас = 20 x 2 = 40 кН/м²;

нагрузка собственного веса плит перекрытия принимается по данным из производства: q^н_св = 9,2 кН/м²

Расчетная вертикальная нагрузка на 1 п.м станции:

q = K x (q^н_?п + q^н_зас + q^н_св) = 1,15 x (6,8+40+9,2)=64,4 кН/м

временная вертикальная нагрузка о транспортных (по СниП 2.05.03 - 84) «Мосты и трубы». Самой неблагоприятной является нагрузка в виде полос типа А-11 (трамвай) и определяется по формуле:

q^в_н = q₁ + q₂, , ,

V=10,78 кН/м - распределенная нагрузка на обе колеи, P₁ = 107,91 кН - осевая нагрузка на одну тележку, А₁ = 0,2 + 2 (б_а + б_б) + 2 H_г x tg 26,5 = 0,2 +2 (0,08+ 0,22) +2xtg26,5, A₁ =2,79 м.

В₁ = 0,6+2(б_а + б_б) + 2 H_г x tg 26,5 = 0,6+2(0,08+0,22)+2tg26,5 = 3,19 м

, .

Расчетная, временная, вертикальная нагрузка на 1 п.м станции:

q^в = K(q₁ + q₂)=1,2x(1,7+6,1)=9,4кН/м.

Определение внутренних усилий

Балка перекрытия жестко связана путем сварки выпусков арматуры с арматурой боковых стен. Соотвественно ее расчет ведется, как для защемленной железобетонной балки, с учетом пластических деформаций прииводящих к перераспределению внутренних усилий.

Изгибающие опорные и пролетные моменты определяются в упругой системе по формулам:

;

с учетом пластических деформаций:

;

После расчетов получаем: М_max =1594 кН/м, Q_max = 664 кН, N = 502,2 кН.

Расчетная схема. Эпюры M,Q,N для балки перекрытия.

Подбор продольной арматуры

Исходные данные: рабочее сечение балки принимаем прямоугольным b x h = 20 x 105см, длина балки L=18м, класс бетона В35 (R_b =195 мПа, R_tt=1,3 мПа, Е_в=34,5 мПа), арматура класса АIII (R_s=R_sc=355 мПа, Е_s=200 x 10³ мПа).

Балка воспринимает нагрузки от 1,25 м длины перекрытия что составляет: N= 1,25 x 502 = 603 кН, М=1,25 x 194 = 1913 кН/м.

Защитный слой бетона а=а`=5 см

Начальный расчетный эксцентриситет:

е_ф = М/N = 1913|603 = 3,17 м

Случайный эксцентриситет:

e_а = h/30=1,05/30=0,035>1/600=18/600=0,03м

Начальный эксцентриситет:

e_в = e_ор + e_а = 3,17+0,035 = 3,205 м

Момент инерции сечения:

J=bh³/12=0,2x1,05³ /12=0,0184 м⁴

Коэффициент, определяющий внецентренность приложения нагрузки:

Коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки для обделок Кол=2

Первоначальный коэффициент армирования принимаем равным Ц₀=0,05

Критичиская сила:

, подставив значения получим:

N_кр = 10681 кН

Коэффициент продольного изгиба:

e₀ x h = 3,205x1,06 = 3,397 м - случай больших эксцентриситетов.

Эксцентриситет e= e₀ x h + 0,5 x h - a = 3,397 + 0,5 x 1,05 - 0,05 = 3,872 м.

Определение площади сечения арматуры при условии симметричного армирования:

А_s=А_sc

А_s=А_sc = 0,00527 м² = 52 см².

Общий коэффициент армирования:

Окончательно принимается: для пролетной части 2 x 4 стержня АIII Ж?40 (2 x 50,24 см), приопорной части, в растянутой зоне 4 стержня АIII Ж40 (50,24 см) в сжатой зоне 2 стержня АIII Ж?40 (25,12 см) плюс 2 стержня АIII Ж?40 работающих в качестве отгрибов (25,12 см). Спецификация арматуры приведена в таблице 3.5.

13. Проверка прочности сечения для приопорного участка:

N_e A₀ x b x h₀² x R_b x R_sc x A_sc x (h₀ - a')

603 x 3,872 0,4 x 0,2 x 1² x 19,5 x 10³ + 355 x 10³ x 0,002512 x (1-0,05)

2334,8 2407,2 кН - запас прочности К₃ = 1,03

N < x b x h₀ x R_b + R_sc x A_sc - R_s x A_s

603 < 0,55 x 0,2 x 1 x 19,5 x 10³ + 355 x 10³ x 0,002512 - 355 x 10³ x 0,005024

603 кН < 1253,2 кН - запас прочности К₃ =2,1.

Подбор поперечной арматуры

Исходные данные: рабочее сечение принимаем прямоугольным b x h = 20 x 105 см, арматура АI (R_sw = 175 МПа, Е = 210 x 10³ МПа). Балка воспринимает нагрузки от 1,25 м длины перекрытия: Q = 1,25 x 664,2 - 797 кН. Остальные данные приведены в разделе «Подбор продольной арматуры».

Коэффициент, учитывающий влияние нормальной силы:

Максимальная поперечная сила воспринимаемая бетоном:

F = 0,6 x (1 + Ф_п) x R_tt x h₀ x b = 0,6 x (1 + 0,015) x 1,3 x 10³ x 0,2 = 158,3 кН

F = 158,3 кН < Q_макс = 797 кН

В соответствии с нормами проектирования поперечной арматуры принимаем: двухветьевые хомуты с шагом S = 20 см на приопорных участках (l₀ = 4,5 м) и S = 40 см в средней части пролета. Диаметр стержней d=10 мм с площадью поперечного сечения.

А_sw = 2 x 0,785 = 1,57 см² (один хомут)

Усилия воспринимаемые хомутами на единицу длины:

Проверка прочности хомутов на действие поперечной силы:

q_sw 0,3 x (1+Ф_п) x R_bt x b = 0,3(1+0,015) x 1,3 x 10³ x 0,2

137,4 кН/м > 79 кН/м

Проверка прочности хомутов на действие поперечной силы на наклонной после между наклонными трещинами:

Определяем величину Ф_w1:

< 3

тогда: Q_max < 0,3 x Ф_w1 (1-0,01 x R_b) x R_b x b x h₀ x 10³

Q_max < 0,3 x 1,12(1-0,01 x 19,5) x 19,5 x 0,2 x 1 x 10³ = 1054,9 кН

797 кН < 1054,9 кН Проверка прочности по наклонной трещине.

Длина проекции наиболее опасного наклонного сечения:

С=4,4 м > 2h₀ = 2 x 1 = 2м принимаем длину проекции С = 2h₀ = 2м

Определение усилия воспринимаемого бетоном:

Q_b = 2/С(1+Ф_п) x R_bt x b x h₀² = 2/2(1+0,015) x 1,3 x 10³ x 0,2 x 1² = 263,9 кН

Q_b = 263,9 кН > F=153,3 кН тогда Q_b =F=153,3 кН

Определение продольных усилий воспринимаемых хомутами:

Q_sw = q_sw x C = 137,4 x 2 = 274,8 кН

Определение поперечных усилий воспринимаемых отгибами (2 отогнутых стержня продольной арматуры):

Q_sinC = R_sw x A_sinC x sin = 290 x 10³ x 0,002512 x sin45 = 515,1 кН

Проверка прочности: Q Q_b + Q_sw + Q_sinC

797 кН 153,3+274,8 + 515,1 = 943,2

В качестве поперечной арматуры принимаем 2x 22 хомута АI 10 с шагом 20 см и 22 хомута АI 10 с шагом 40 см. Спецификация арматуры приведена в таблице 4.1.

Подбор арматуры в полке балки перекрытия.

Q₁ = Q₂ = 46,1 кН

Для уменьшения сортамента арматурной стали принимаем стержни АI 10 мм с шагом установки 0,2 м сжатой и растянутой зоне (5 стержней на один метр длины полки). А_s = А_sc = 5 x 0,785 = 3,925 см²/м.

Дальше проверяем несущую способность полки, как изгибаемой конструкции (расчет на 1 метр длины полки), с учетом что А_s = А_sc получаем формулу:

М R_s x A_s (h₀ - a')

6,15 кН < 225 x 10³ x 0,0003925(0,15-0,03)=12,4 кН

Проверка прочности сечения полки на действие поперечной силы (для расчета принимаем что Ф_п = С); Q_max < F = 0,6 x R_bt x h₀ x b = 0,6 x 1,3 x 10³ x 1 x 0,15;

46,1 кН < 117 кН.

Поперечная сила полностью воспринимается бетоном полки. Спецификация арматуры полки приведена в таблице 3.5

Спецификация арматуры балки перекрытия Бкр-18.

№ п.п.	Назначение арматуры	Профиль	Длина, м	Уд. масса, кг/м	Кол-во, шт.	Общая длина, м	Общая масса, кг
1	Продольная	40 AIII	18	9,87	2	36	355,3
2	Продольная с отгибом	40 AIII	18	9,87	2	36	355,3
3	Продольная	40 AIII	19	9,87	4	76	750,1
4	Поперечная, двухветьевые хомуты с шагом 200 мм	10 AI	2,4	0,617	2x22	105,6	65,2
5	Поперечная, двухветьевые хомуты с шагом 200 мм	10 AI	2,4	0,617	22	52,8	32,6
6	Арматура полки шаг 200 мм	10 AI	2x1,3	0,617	89	231,4	142,8
7	Монтажная арматура полки	10 AI	18	0,617	2x4	144	88,8
ИТОГО:	AIII AI	148 533,8	1460,7 329,3
Бетон В 35	6,7 м3

4.10 Расчёт боковой стены («стены в грунте»)

Расчет боковой стены ведется на основе: «Справочника проектировщика. Основания фундаменты и подземные сооружения». При проектировании боковой стены учитываются нагрузки и воздействия возникающие в условиях строительства и эксплуатации сооружения. Все нормативные нагрузки, коэффициенты надежности по нагрузкам принимаются в соответствии с требованиями: СНиП II-6-74 и СНиП 2.02.0-83.

Расчёт боковой стены в стадии эксплуатации

Боковую стену в стадии эксплуатации рассчитываем как подпорную стенку с одной распоркой (плита перекрытия) равновесие которой обеспечивается за счет усилия сжатия распорки и пассивного давления грунта на заделанную в грунт нижнюю часть стенки. Статический расчет сводится к: определению необходимого заглубления стены в грунт, вычислению усилий действующих в стенке и распорке.

Расчет производится по схеме Якоби Э.К. как для незащемленной стенки - заглубления стенки ниже дна котлована определяется только из условия обеспечения ее статического равновесия против выпора. Схема работы стенки приведена на рисунке 3.2.

Для расчета принимаем усредненную плотность грунта _с = 19 кН/м³ и усредненный угол внутреннего трения _с = 31. Дальше определяют коэффициент активного _а и пассивного _п давления грунта:

_а =tg² (45-/2) = tg² (45-31/2) = 0,32, _п =tg² (45+/2) = tg² (45+31/2) = 3,12

Давление грунта в точке А рассчитываем по формуле:

P _а = K x (_с x H + q_п) x _а =1,1 x (19,2 + 6,8) x 0,32 = 15,8 кПа

Давление грунта в точке В рассчитываем по формуле:

P _в = K x _с x H x _а + p_г = 1,1 x 19 x 11,5 x 0,32 + 57 = 133,9 кПа

Где: p_г - 57 кПа - гидростатическое давление.

Пассивное давление грунта определяю по формуле:

P _п = K x _с x h₀ x _п + p_г

Где К = 2,3 для = 31 - коэффициент сил трения учитывающий сцепление между стеной и грунтом - принимаю по табл. 16.9 из (3).

При не защемленной стенке величина заглубления ее в основании определяется исходя из следующих условий равновесия системы: сумма моментов всех сил относительно точки А закрепления распорки должна равняться нулю и сумма проекции всех сил на горизонтальную ось должна равняться нулю. Требуемую величину заделки в грунте (hо) и опрную реакцию в точке закрепления (Rа) находим путем подбора из уравнения:

Ма + Еп x (Нс + hо - hп) - Еа' x (Hc + ho) x 1 / 2 - Еа x (Hc + ho) x 2 / 3 = 0

R_а + E_п - E_а - E_а' = 0

Где: E_п - равнодействующая пассивного давоения грунта:

1,2 - коэффициент надежности, принимаемый по СН 477 - 75, Р^в_п, Р^п_с - пассивное давление в точке В и С, Е_а - равнодействующая активного давления.

P^c - активное давление в точке С, Е_a'= P^a x (h₀ + H_c)

h_п - ордината приложения равнодействующей пассивной силы:

Путем подбора определяем что hо = 3,25 м тогда:

P^В_п = 2,3 x 19 x 0 x 3,12 + 57 = 57 кПа

P^с_п = 2,3 x 19 x 3,25 x 3,12 + 89,5 = 532,6 кПа

h_n = 1/3 x 3,25 x (1 + 57 /(57 + 532,6)) = 1,19 м3

Е_а = 1 / 2 x (3,25 + 9,5) x (188,2 - 15,8) = 1099,1 кН

Е_а = 15,8 x (3,25 + 9,5) 201,5 кН

Все значения подставляем в уравнение (1):

1407+798,4 x (9,5 + 3,25 - 1,19) - 201,5 x (9,5 + 3,25) x 1 / 2 - 1099,1 x (9,5 + 3,25) x 2 / 3 = 0

1407 + 9229,5 - 1284,6 - 9341,1 = 0 0

Из уравнения (2) находим опорную реакцию Ra в точке закрепления:

R_a = E_a + E_a - E_п = 1099,1 + 201,5 - 798,4 = 502,2 кН

Полную величину заглубления стенки h рассчитываем по формуле:

h = 1 / 2 x h₀ = 1,2 x 3,25 = 3,9 м

Для определения внутренних усилий рассматриваем стенку, как сборную, опертую в месте установки распорки и в точке равнодействующей пассивного давления грунта. Уравнение моментов принимает значение:

М_х = 502,2х - 7,9х² - 2,2 х² - 1407

Уравнение поперечных сил принимает значение:

Q_х = 502,2 - 15,8x - 6,8 x²

На основе этих уравнений определяем значения изгибающих моментов и поперечных сил. Расчетная схема эпюры изгибающих моментов и поперечных сил приведены на рисунке 3.2

Рис. 3.2. Расчетная схема (стадия эксплуатации). Эпюры M и Q для боковой стены

Расчёт боковой стены в условиях строительства. Этап I

Боковую стену на первом этапе строительства можно рассматривать как статически определимую консольную стену, устойчивость которой обеспечивается уравновешенностью пассивного и активного давлений грунта. Расчет такой стены сводится к определению необходимого заглубления ее в грунт основания. Для расчета принимаю метод Блюма - Ломейера (способ «упругой линии») дающий довольно близкие к натуральным данным результаты. Схема расчета приведена на рисунке 3.3.

При расчете учитываем, что строительство ведется с водопонижением (нет гидростатического давления воды). Временную нагрузку от козлового крана, или автотранспорта принимаю равной qв=50 кН/м.

Давление грунта на стенку в точке А' будет составлять:

P^a' = K x q_в x _а = 1,1 x 50 x 0,32 =17,6 кПа

Давление грунта в точке В рассчитываем по формуле:

P^в = P^a' + K x _с x H _c x _а = 17,6 + 1,1 x 19 x 4 x 0,32 = 44,3 кПа

Давление грунта в точке В рассчитываем по формуле:

P^с = P^a' + K x x H x _а

Заменяя пассивное давление грунта равнодействующей сосредоточенной силой Е_п' и составляем уравнение изгибающих моментов относительно точки С, получаем уравнение из которого определяем ho:

1 / 3 Е_a x (H_c + h₀) + 1 / 2 Е_а' x (H_с + h₀) - 1 / 3 E_п x h₀ = 0

Путем подбора определяем h₀ = 3,85 м, тогда P_г = 0 (водоотлив)

P^с_п = 2,3 x 19 x 3,85 x 3,12 = 524,9 кПа

P^с =17,6 +1,1 x 19 x 7,85 x 0,32 = 70,1 кПа

Е_п = 1 / 1,2 x 3,85 x 524,9/2 = 809,3 кН

Е_а = 1 / 2(4+3,85) x (70,1 - 17,6) = 206,1 кН

Е_а` = 17,6 x 4 x 3,85 = 138,2 кН

Все значения подставляем в уравнение:

1 / 3 x 206,1 x (4 + 3,85) + 1/ 2 x 138,2 x (4 + 3,85) - 1/ 3 x 809,3 x 3,85 =0

539,3 + 5424 - 1038,6 = 0; 32,6 = 0

Полная величина заглубления стенки составляет:

n = 1,2 x 3,85 = 4,62 м

Для определения изгибающих моментов и поперечных сил рассматриваю стену как консольную балку нагруженную активными и пассивными нагрузками. Для определения пассивной нагрузки принимаем коэффициент надежности К=1/1,2.

Уравнение моментов принимает значения:

Для x 4 М_x = - 8,8 x² - 1,1 x³

Для 4 x 7,85 М_x = 17,8x³ - 235,6x² + 907,2x - 1209,6

Уравнения поперечных сил принимают значения:

Для x 4 Q_x = -17,6x - 1,1x

Для 4 x 7,85 Q_x = 53,5x² - 472x + 908,8

На основании этих уравнений определяем значения изгибающих моментов и поперечных сил. Расчетная схема, эпюры изгибающих моментов и поперечных сил приведены на рисунке 3.3.

Рис. 3.3. Расчетная схема (1 этап стадии строительства).

Эпюры M и Q для боковой стены.

Расчёт боковой стены в условиях строительства. Этап II

Расчет боковой стены на втором этапе строительства ведется по схеме Якоби аналогично расчету боковой стены в стадии эксплуатации. Схема работы приведена на рисунке 3.4.

Определяем нагрузку на стену на втором этапе строительства:

Момент М_а возникает от внецентренно приложенной нагрузки от веса балки перекрытия:

М_а =1 / 2 x q^н_св x l_b x l₀ = 1/ 2 x 9,2 x 18 x 0,45 = 37,3 кНм