Расчет колодца на всплытие

Обновлено: 07.07.2024

Расчет колодца на всплытие

Март 2020 года

Проектирование подземного гаража и других отдельно стоящих подземных сооружений в заболоченной местности требует проверки на всплытие.

Проектирование заглубленных сооружений в заболоченной местности сопряжено с трудностями.

Водоотведение и дренаж не всегда могут надежно отвести грунтовые воды, особенно в долговременной перспективе эксплуатации проектируемого объекта.

При высоком уровне грунтовых вод возможно «всплытие» проектируемого объекта, если вес его конструкций окажется меньше веса вытесняемой воды (объем конструкции ниже уровня грунтовых вод в м3 надо перемножить на вес 1 м3 воды), а мероприятия по закреплению в грунте окажутся не эффективными.

Вы можете сказать – бетонные конструкции всплыть не могут – но тогда вспомните про железо-бетонные корабли начала 20 века.

В настоящее время, заглубленные конструкции типа гаража, бункера или специальных емкостей проверяют на всплытие, если нет гарантии, что уровень грунтовых вод не вытолкнет их на поверхность.

ОТДЕЛЬНО СТОЯЩИЙ ПОДЗЕМНЫЙ ГАРАЖ

Для примера рассмотрим подземный гараж, который заглублен в землю на 5,5 метров, при уровне грунтовых вод в паводок, порядка -0,5 метра.

При расчете конструкции возможны различные варианты закрепления конструкции в грунте:

1. За счет утяжеления конструкции (увеличения веса фундаментной плиты).

2. За счет обустройства свай под фундаментом (это достаточно дорого и при слабых грунтах требует много свай).

3. За счет создания трения между стенками конструкции и грунтом (современные гидроизоляционные материалы делают коэффициент трения близким к нулю).

4. За счет расширения фундаментной плиты за границы проектируемого объекта (обычно в пределах 1,0 – 1,5 метров равномерно по периметру объекта).

РАСЧЕТ НА ВСПЛЫТИЕ

Ниже приводятся расчеты на всплытие гаража, при толщине фундаментной плиты 1,25 метра.

Надо отметить, что конкретно в этом случае, конструктивно достаточно толщины фундаментной плиты 0,65 метра. Но при этом, при прочих равных, возникает не компенсированная сила порядка 500 тонн, которая выталкивает конструкцию наверх, что может привести к деформациям и растрескиваниям.

В результате увеличения толщины плиты на 600 мм, и учета всех действующих сил, получаем расчетную силу выталкивания (всплытия):

Сопротивление конструкции выталкиванию (всплытию), с учетом уступов фундаментной плиты (в нашем случае 300 мм по периметру) и учета всех действующих сил, составляет:

Расчет показывает, что подземный (заглубленный) гараж гарантированно не всплывет под напором паводковых вод.

Полезная информация

Расчет колодцев на всплытие ведется из условия отсутствия сдвига колодца в грунте под действием выталкивающей (архимедовой) силы. В зависимости от того, из какой трубы изготавливается колодец, механизм сдвига может быть разным (рис. 1). Если колодец изготавлен из гофрированной трубы, то сдвиг происходит внутри грунта по соответствующим площадкам скольжения – в таком случае расчет следует вести из условия предельного равновесия грунта. Если же колодец изготовлен из трубы с гладкой поверхностью, то в силу довольно низкого коэффициента трения между грунтом и полиэтиленом (по разным данным от 0,2 до 0,4) сдвиг, вероятнее всего, будет происходить по стенке колодца – в этом случае расчет ведется из условия преодоления силы трения между стенкой колодца и грунтом.

Рис. 1 – Механизм сдвига колодца: а) для гофрированной трубы; б) для гладкой трубы

Так или иначе, в обоих случаях методики основаны на расчете баланса выталкивающей силы и сил трения вкупе с весом колодца. Отличаются они только выбором соответствующего коэффициента трения.

Исходными данными для расчета на всплытие являются следующие величины:

· H_g – проектная отметка поверхности земли;

· Н_b – отметка верха фундаментной плиты или дна колодца;

· H_w – отметка уровня грунтовых вод (УГВ);

· внешний D_e и внутренний D_i диаметры колодца;

· физические свойства грунта, о которых будет сказано ниже.

Расчетная схема приведена на рис. 2. На ней показаны действующие на колодец силы, в том числе распределенная по поверхности сила трения. Также на схеме показана эпюра вертикальных напряжений в зависимости от глубины. Для упрощения расчетной методики модельный колодец не имеет горловины и установлен вровень с землей.

Рис. 2 – Расчетная схема

На колодец в грунте действуют следующие силы.

Выталкивающая (Архимедова) сила:

(1)

где γ_w = 9810 Н/м 3 – удельный вес воды;

h_w = H_w – H_b – высота части колодца, находящейся в воде.

Всплытию колодца препятствуют сила трения, а также вес колодца.

Сила трения вычисляется из закона Амонтона–Кулона, который говорит о том, что модуль силы трения не превышает величины прямо пропорциональной нормальной нагрузке [1]:

(2)

где f – коэффициент трения.

Равенство в данном случае наблюдается в предельном случае, при движении трущихся поверхностей друг по другу.

Для того чтобы началось всплытие, сила трения должна достигнуть своего предельного значения во всех точках стенки колодца. То есть мы можем утверждать, что всплытие начнется тогда и только тогда, когда неравенство (2) станет равенством. И тогда общую силу трения, действующую на колодец можно представить в виде следующего интеграла:

(3)

Распределенная по длине сила трения τ(z), согласно вышесказанному, будет пропорциональна нормальным к стенке колодца горизонтальным напряжениям σ_x, которые, в свою очередь, можно найти из вертикальных напряжений σ_z, используя коэффициент распора грунтовой среды:

(4)

где ξ – коэффициент распора.

В итоге, получаем:

(5)

Коэффициент распора можно вычислить из угла внутреннего трения грунта φ по следующей известной формуле:

(6)

Правда, необходимо помнить, что, поскольку колодец представляет собой коробчатую конструкцию, то давление грунта на него можно считать не активным давлением, а так называемым давлением покоя. В этом случае коэффициент распора (бокового давления) ξ вообще может не зависеть от угла внутреннего трения и должен определять на основании геологических изысканий. Тем не менее, для проведения расчетов допустимо использовать коэффициент бокового давления, вычисленный по формуле (6).

Угол внутреннего трения изменяется в достаточно широких пределах: от 10 до 50º. Поэтому его значение желательно принимать по данным непосредственных измерений и геологических исследований, либо по СП 22.13330.2011, приложение Б [2].

Вертикальные напряжения σ_z(z) определяются только весом грунта. Удельный вес грунта над УГВ можно определить по следующей формуле [3]:

(7)

где γ_s – удельный вес минеральной составляющей грунта, приблизительно можно принять γ_s = 27000 Н/м 3 ;

е – коэффициент пористости грунта, который может лежать в широких пределах; для практических расчетов можно принимать e = 0,5–0,7.

Как уже говорилось, обводненный грунт из-за взвешивающего действия воды уменьшает свой удельный вес, который можно вычислить по формуле:

(8)

Таким образом, напряжения над УГВ и под ним определяются соответственно по формулам: (9)

Исходя из этого, можно определить силу трения:

где h = H_g – H_b – высота колодца.

Приведя подобные члены и подставив значение ξ из (6), получим в итоге:

(10)

Величина коэффициента трения f, входящего в формулу (10) определяется в зависимости от механизма трения (см. рис. 3). Если расчет ведется для колодцев из гладкой трубы, то f – это коэффициент внешнего трения между грунтом и стенкой колодца (то есть полиэтиленом). Значение этого коэффициента колеблется в пределах 0,2–0,4. Если же расчет ведется для колодцев, выполненных из гофрированной стенки, то f – это коэффициент внутреннего трения грунта, определяемый как тангенс угла внутреннего трения:

(11)

Формула (10) выражает так называемую расчетную силу трения. Для расчета массы пригруза используется теоретическая сила трения, получаемая из расчетной введением коэффициента запаса по трению n:

(12)

Значение коэффициента n принимается проектировщиком, в зависимости от степени уверенности в свойствах грунта, используемых для расчета силы трения. В любом случае, рекомендуется, чтобы оно было не меньше 1,2.

Вес колодца определяется по простой формуле:

(13)

где g – ускорение свободного падения;

m_l – масса одного метра трубы, из которой выполнен колодец, определяемая по техническим условиям на ее изготовление.

Дополнительный вес, который могут создавать плиты, арматура внутри колодца и другие элементы конструкции, также определяется достаточно легко:

(14)

где m_доп – общая масса таких дополнительных элементов.

Массу плит верха достаточно часто можно принять равной нулю, поскольку при всплытии колодца верхняя плита не связана с ним жестко, и колодец может всплыть независимо от ее наличия.

В расчете принимается, что равнодействующая всех упомянутых сил равна нулю:

где G_пр – вес необходимого пригруза.

Используя формулы (1), (10), (13) и (14) с учетом (12), можно вычислить вес бетонного пригруза.

(15)

Если учесть формулу (11), то можно получить формулу для расчета веса пригруза, применимую к колодцам из гофрированных труб:

(16)

Приведенная в этой статье методика применима для расчета внешнего пригруза, будь то бетонная плита или специальный бетонный якорь. Однако ее нельзя применять напрямую для расчета высоты камеры бетонирования. Специфику расчета пригрузочных камер мы обсудим в следующей статье.

Главный инженер ПТО Карпенко Д. Н.

Список литературы:

1. Андронов В.В. Сухое трение в задачах механики / В.В. Андронов, В.Ф. Журавлев. – М. – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2010. – 184 с.

2. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01–83*. – М.: Минрегион России, 2011. – 166 с.

3. Механика грунтов, основания и фундаменты: Учеб. пособие для строит. спец. вузов / С.Б. Ухов, В.В. Семенов, В.В. Знаменский и др.; под ред. С.Б. Ухова. – 3-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2004. – 566 с.: ил

Расчет на всплытие

9.31 При размещении подземной части сооружения ниже уровня подземных вод в водонасыщенных грунтах должна быть обеспечена устойчивость сооружения против всплытия.

Устойчивость против всплытия обеспечена, если выполняется следующее условие

Если условие формулы (9.18) не удовлетворяется, то, чтобы не допустить разрушение от всплытия сооружения, необходимо применять следующие мероприятия:

увеличение собственного веса сооружения или его пригрузка;

уменьшение поровых давлений под сооружением с помощью устройства дренажа;

закрепление сооружения в нижележащих слоях грунта с помощью анкеров или свай.

Методика 1 расчет колодца на всплытие

На сегодняшний день существует несколько разноплановых подхода к расчету устойчивости пластиковых колодцев к всплытию и, как следствие веса бетонного «якоря».
Не взирая на то, что в качестве шахты колодца могут использоваться как гофрированные двустенные трубы, так и гладкие спиральновитые, отдельные методики учитывают наличие гофры, а отдельные игнорируют.

Упрощенная методика

Вес якоря рассчитывается как разница между собственным весом пластикового колодца и весом аналогичного колодца ЖБИ. Данная методика приводит, как правило, к избыточному объему бетона. И является неэффективной

Методика расчета проверки устойчивости пластикового колодца на всплытие (ГУП «Ленгипроинжпроект», 2008 г.)

В данной методике наличие гофрированной стенки у колодца опускается и это дополнительная и существенная по величине сила трения не учитывается при расчетах. Для целей методики колодец разбивается на условные зоны, по уровню которых находятся грунтовые воды.

Принимается, что поверхность грунта горизонтальная, что колодец пуст, а окружающий колодец насыпной грунт в некоторой части водонасыщен: то есть уровень грунтовых вод выше дна колодца.
Таким образом, колодец находится под воздействием следующих активных вертикальных сил:

Веса самого колодца Gк.
Веса пригружающего колодец грунта Gгр, если конструкция колодца это предусматривает.
Выталкивающей силы Архимеда F, направленной вверх.

Если выталкивающая сила Архимеда F больше суммы сил, направленных вниз Gк и Gгр, то неподвижность колодца обеспечивается силами трения стенок колодца об окружающий грунт. Величина силы трения T очевидно при этом должна быть равна:

T = F – Gк – Gгр (1)

Известно, что сила трения не может возрастать безгранично, а лишь до некоторого предельного значения Tпр. В данной методике принимается, что при движении колодца вверх скольжение будет происходить по круглоцилиндрической поверхности. Т.к. в общем случае физико-мехаические характеристики окружающего колодец грунта меняются по его глубине, то величина предельной силы трения складывается как сумма сил трения в отдельных зонах расчетной поверхности скольжения:
(2), где
Тiпр – предельное значение силы трения в i-ой зоне, n-общее количество зон.

Предельное значение силы трения зависит от величины нормального (горизонтального) давления грунта на стенку колодца. Обозначим силу нормального давления грунта на единицу длины поверхности скольжения в окружном направлении Е. Тогда предельное значение силы трения на единицу длины в окружном направлении по Кулону tiпр будет равно:

где f i – коэффициент трения грунта по поверхности скольжения в рассматриваемой зоне,
коэффициент трения f принимается равным :

Устойчивость колодца на всплытие предлагается оценивать коэффициентом устойчивости nвс, который вычисляется как отношение

nвс = Тпр/T = Тпр/( F – Gк – Gгр) (8)

величина, которого должна быть больше некоторого допустимого значения [n].
Ввиду отсутствия экспериментальных данных, предлагается по аналогии с проверкой устойчивости откоса [1, c1.38] принимать за допустимое значение [n]=1.5.
Таким образом, условие устойчивости колодца на всплытие примет вид

Таковы принципиальные положения, используемые в настоящей методике.
Некоторые особенности принятой методики проиллюстрируем на колодце определенной конструкции. Схематичный вид колодца приведен на рисунке 1

Размеры для расчета:
ht = hтел , hк = hкон , hв = H - ht - hк, h1= ht + hк, h2=H0 - h1, h3=H - (h1 + h2)

Количество колец колодца: i=(hв-hкин)/hкол

Вес колодца:
Gк = mк*g = (mкинеты + i*mкольца + mкон)*g , (кН)

При этом верхняя часть колодца размером ht телескопическая и может двигаться независимо от нижней части, поэтому Gк включает только коническую и нижнюю цилиндрическую части колодца.

Всего может быть 3 случая положения грунтовых вод относительно элементов колодца:

Уровень грунтовых вод в пределах верхней цилиндрической части колодца.

Определяем вертикальный размер 2ой зоны:
h2 = ht + hk - H0

Вес грунта, пригружающего колодец, в рассматриваемой случае определится по формуле:

где d-диаметр верхней части колодца.

Выталкивающая сила Архимеда, действующая на колодец, в этом случае равна:

Уровень грунтовых вод в пределах конусной части (горловины) колодца

В этом случае соблюдается условие: ht<=H0<=ht+hk

В этом случае при определение сил трения также различаются 3 зоны.
Расчет производится в следующем порядке:
h1 = H0

Толщина зоны
h2 = ht + hk - H0

Вес грунта, пригружающего колодец, определяется в следующем порядке:

Вначале определяется диаметр конусной части колодца на уровне грунтовых вод
d0=d+((D-d)/hk)*(h1-ht)

А затем вес грунта по формуле

Выталкивающая сила в этом случае равна

Уровень грунтовых вод в пределах нижней цилиндрической части колодца

В этом случае соблюдается условие: ht+hk<=H0<=ht+hk+hв

Высота 1ой зоны h1 в этом случае
h1 = ht + hk

Высота второй зоны
h2 = H0 - ht - hk
Предельное значение силы трения во 2ой зоне

В 3 зоне предельное значение силы трения будет:

Вес грунта, пригружающего колодец, определяется

Выталкивающая сила в этом случае равна

В итоге по формуле 8 вычисляется значение nвс, по величине которой (формула 9) принимается решение об устойчивости колодца на всплытие.

РАСЧЕТЫ ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ

Проверка гидротехнических и геотехнических сооружений на всплытие является важным видом расчета для многих конструкций, заглубленных в естественное основание и испытывающих значительное воздействие грунтовых вод. По стандартной схеме всплытию способствует взвешивающая сила, направленная вертикально верх и вызванная наличием грунтовых вод. Сопротивление всплытию оказывают две силы, направленные вниз: собственный вес сооружения и силы трения по контакту сооружения с грунтом основания.

Расчет опускных колодцев

Основным является расчет не на эксплутационные, а на строительные нагрузки, т.к. во время их изготовления и погружения последние оказываются в более напряженном состоянии, чем при эксплуатации.

Расчет на строительные нагрузки включает:

- расчет на погружение;

- расчет стен на разрыв;

- расчет ножевой части колодца;

- расчет стен колодца на боковое давление грунта;

- расчет прочности стен на изгиб в вертикальной плоскости;

- расчет на всплытие.

Рис.13.8. Схема нагрузок, действующих на опускной колодец во время его погружения

Методики этих расчетов приведены в специальной литературе. Ниже, в качестве примера, рассмотрим только основные положения расчетов опускных колодцев на погружение, разрыв и всплытие:

Расчет на погружение и разрыв

- Погружение колодца обеспечивается при соблюдении условия:

Где T – полная расчетная сила трения грунта по боковой поверхности колодца;

F – сила расчетного сопротивления грунта под ножом колодца;

- коэффициент надежности погружения, принимается

- При погружении колодца в тиксотропной рубашке сила трения учитывается только в ножевой части.

- При зависании верхней части колодца в стенах колодца возникают растягивающие напряжения (сила N), которые могут привести к отрыву его нижней части. Такая вероятность может возникнуть у глубоких колодцев (H>15м).

- Расчетная нормальная сила определяется из условия:

- если высота верхнего, более плотного, слоя меньше половины глубины погружения. Здесь - расчетная сила трения стен колодца по прочному грунту.

- при высоте более плотного верхнего слоя более половины проектной глубины погружения.

- Для обеспечения прочности колодца на возможный разрыв вертикальное армирование стен проектируется исходя из определенной т.о. силы N/

Расчет на всплытие

- После полного погружения колодца в водонасыщенные грунты и устройства днища, на его подошву будет действовать гидростатическое давление воды, направленное снизу вверх. От всплытия его будут удерживать собственный вес и наружные силы трения.

- Колодец не всплывет, если будет выполняться условие:

Где - площадь колодца по внешнему периметру ножа;

- высота столба воды (расстояние от УГВ до низа ножа);

>1,2 – коэффициент надежности на всплытие.

- Если это условие не выполняется необходимо предусмотреть устройство анкерных креплений или увеличить вес колодца.

4.3 Кессоны

В сильно обводненных грунтах, содержащих прослойки скальных пород или твердых включений (валуны, погребенную древесину и т.д.) погружение опускных колодцев по схеме «насухо» требует больших затрат на водоотлив, а разработка грунта под водой невозможна из-за наличия в грунте твердых включений.

В этом случае используется кессонный метод устройства фундаментов глубокого заложения, который был предложен во Франции в середине 19в.

Кессон схематически представляет собой опрокинутый вверх днищем ящик, образующий рабочую камеру, в которую под давлением нагнетается сжатый воздух, уравновешивающий давление грунтовой воды на данной глубине, что не позволяет ей проникать в рабочую камеру, благодаря чему разработка грунта ведется насухо без водоотлива.

Рис.13.9. Схема устройства кессона:

а – для заглубленного помещения; б – для глубокого фундамента; 1 – кессонная камера; 2 – гидроизоляция; 3 – надкессонное строение; 4 – шлюзовой аппарат; 5 – шахтная труба

Метод является более дорогостоящим и сложным, поскольку требует специального оборудования. Кроме того, этот способ связан с пребыванием людей в зоне повышенного давления воздуха, что значительно сокращает продолжительность рабочих смен (до 2 часов при 350…400кПа(max)) при максимальной глубине 35-40м.

В связи с вышесказанным кессоны применяют значительно реже других типов фундаментов глубокого заложения.

Кессонная камера, высота которой по санитарным нормам принимается не менее 2,2 м, выполняется из ж/б и состоит из потолка и стен, называемых консолями.

Способ погружения кессона аналогичен опускному колодцу. Глубину погружения кессона и его внешние размеры определяют так же, как и для опускных колодцев.

Шлюзовой аппарат, соединенный с кессонной камерой шахтными трубами, предназначен для шлюзования людей и грузов при их спуске в кессонную камеру и при подъеме из нее.

Рабочий процесс. Рабочий входит в прикамерок шлюза, где давление постепенно повышается до имеющегося в рабочей камере. На этот процесс затрачивается от 5 до 15 мин., что необходимо для адаптации организма человека, после чего по шахтной трубе рабочий опускается в рабочую камеру кессона. Выход из рабочей камеры кессона осуществляется в обратной последовательности, но при этом на снижение давления воздуха в прикамерке шлюза до уровня атмосферного давления требуется 3-3,5 раза больше времени, чем вначале, т.к. быстрый переход от повышенного давления к атмосферному может быть причиной начала кессонной болезни.

Сжатый воздух в кессонную камеру начинают подавать не сразу, а как только ее нижняя часть при погружении достигнет уровня подземных вод. Давление воздуха, обеспечивающее отжим воды из камеры кессона, определяется из условия:

Где - избыточное (сверх атмосферного) давление воздуха,кПа;

- гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м;

- удельный вес воды,

После опускания кессона на проектную глубину все специальное оборудование демонтируется, а рабочая камера заполняется бетоном.

Грунт в камере кессона разрабатывается или ручным или гидромеханическим способом.

Имеется опыт разработки грунта в кессонной камере вообще без присутствия в ней рабочих, когда все управление гидромеханизмами выносится за ее пределы. Такой способ опускания кессона называется слепым.

Расчет опускных колодцев

Расчет на строительные нагрузки включает:

- расчет на погружение;

- расчет стен на разрыв;

- расчет ножевой части колодца;

- расчет стен колодца на боковое давление грунта;

- расчет прочности стен на изгиб в вертикальной плоскости;

- расчет на всплытие.

Рис.13.8. Схема нагрузок, действующих на опускной колодец во время его погружения

Расчет на погружение и разрыв

- Погружение колодца обеспечивается при соблюдении условия:

Где T – полная расчетная сила трения грунта по боковой поверхности колодца;

F – сила расчетного сопротивления грунта под ножом колодца;

- коэффициент надежности погружения, принимается

- При погружении колодца в тиксотропной рубашке сила трения учитывается только в ножевой части.

- Расчетная нормальная сила определяется из условия:

- при высоте более плотного верхнего слоя более половины проектной глубины погружения.

Расчет на всплытие

- Колодец не всплывет, если будет выполняться условие:

Где - площадь колодца по внешнему периметру ножа;

- высота столба воды (расстояние от УГВ до низа ножа);

>1,2 – коэффициент надежности на всплытие.

4.3 Кессоны

Рис.13.9. Схема устройства кессона:

В связи с вышесказанным кессоны применяют значительно реже других типов фундаментов глубокого заложения.

Где - избыточное (сверх атмосферного) давление воздуха, кПа;

- гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м;

- удельный вес воды,

Грунт в камере кессона разрабатывается или ручным или гидромеханическим способом.

Сбор нагрузок от подземной части сооружений

Распределение сил, действующих на основание от подземной части сооружения, рассматривается на примере насосных станций 1-го и 2-го подъёма. Каждая из них состоит из надземной части и глубокой подземной части, вмещающей основное оборудование и резервуар с запасом воды. Подземная часть сооружения выполнена по типу прямоугольного опускного колодца с бетонными стенами и железобетонным днищем. Колодец имеет внутреннюю вертикальную перегородку из бетона, отделяющую многоэтажное помещение с оборудованием от резервуара с запасом воды (рис. 2).

Сумму вертикальных сил, действующих на грунты основания от подземной части сооружения и отнесенных к центру тяжести опускного колодца можно представить как:

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆ ,

где Q₁ - вес стен колодца; Q₂- вес перегородок внутри колодца; Q₃ - вес днища и пола; Q₄ - вес перекрытий внутри колодца; Q₅ - вес оборудования; Q₆ - вес запаса воды в резервуаре.

Q₁, Q₂ , Q₃ рассчитываются аналогично формуле 4 в зависимости от плотности материалов и геометрических параметров сооружения. Также легко можно подсчитать вес запаса воды Q₆.

Вес оборудования Q₅ устанавливается исходя из фактического веса насосов, трубопроводов и других механизмов.

Общий вес перекрытий между этажами Q₄ как и для надземной части сооружения устанавливается в зависимости от площади F₃ и нормативных значений, обусловливающих надежность работы:

Q₄= n · q₄ · F₃ ,

где n - число междуэтажных перекрытий;

q₄ - нормативные нагрузки от конструкций, кПа.

Сумму вертикальных нагрузок от надземной и подземной частей здания, отнесенную к площади подошвы фундамента (без учёта моментов действующих относительно центра тяжести сооружения), сравнивают с расчетным сопротивлением грунтов основания R и делают вывод об устойчивости основания сооружения, исходя из условия

Рис. 2. Схема и расчетное сечение насосной станции 2-го подъёма.

Расчет устойчивости опускного колодца

При проектировании сооружений типа опускных колодцев производятся расчеты на период строительства и эксплуатации, к которым относятся:

определение толщины стен колодца из условий его опускания;

расчет стен колодца на разрыв;

расчет стенки на прочность;

расчет ножевой части;

расчет днища на изгиб;

расчет устойчивости опускного колодца.

В последнем случае проверяется устойчивость против всплытия и сдвига. При этом в значительной мере необходима информация об инженерно-геологических условиях территории, в частности, о положении уровня грунтовых вод, показателях свойств грунтов, слагающих основание, и прочего.

Расчет устойчивости колодца против всплытия

После сооружения колодца возможно его всплытие под действием гидростатических сил. Проверка на всплытие осуществляется установление коэффициента всплытия k_в, который должен удовлетворять соотношению k_в ≥ 1,25 и рассчитывается на период строительства по формуле:

где Т₁ – полная сила трения стен колодца о грунт.

Сила Т₁ находится из выражения:

Т₁= U₁· ∑ h_i · f₁_i , (6)

где U₁ – внешний параметр колодца; h_i – мощность слоя грунтов в разрезе; f₁_i – нормативная, удельная сила трения, определяемая по таблице 3.

Значение нормативной удельной силы трения f₁ , кПа

Приложение Д. Методика расчета на всплытие трубопроводов, колодцев и емкостей

Расчет трубопровода на всплытие сводится к выполнению неравенства:

где - сила давления грунта, Н;

- сила от массы трубы, Н;

- сила всплытия трубы (сила Архимеда), Н.

Высоту перекрытия трубы, м, рассчитывают по формуле

где D - наружный диаметр трубы, м;

здесь Н - глубина заложения, м;

Е - уровень грунтовых вод, м.

Если расчетный К > 1, принимают К = 1. Рассчитываемый коэффициент характеризует процент площади сечения трубы, находящейся ниже зоны грунтовых вод.

Силу давления грунта, Н, рассчитывают по формуле

где - удельный вес грунта, ;

g - ускорение свободного падения, .

Силу всплытия (силу Архимеда), , рассчитывают по формулам:

- для незаполненных труб

- для заполненных труб

где d - внутренний диаметр трубы, м.

Силу от массы трубы, , рассчитывают по формуле

где m - масса 1 пог. м трубы, кг.

Д.2 Расчет колодцев на всплытие (в том числе емкостей вертикального исполнения)

Расчет колодцев на всплытие сводится к определению массы якоря по формуле

где - масса якоря теоретическая, кг;

k - коэффициент запаса, принимают k = 1,25.

Теоретическую массу якоря определяют по формуле

где - сила Архимеда, Н;

Силу Архимеда рассчитывают по формуле

где - плотность воды ;

D - наружный диаметр, м;

H - высота колодца, погруженная в воду, м.

Силу трения рассчитывают по формуле

где - удельный вес грунта, ;

h - глубина колодца, м;

- угол внутреннего трения, град, определяется по таблице Д.1.

Вес колодца рассчитывают по формуле

Вес плиты рассчитывают по формуле

где - масса опорной плиты.

Таблица Д.1 - Углы внутреннего трения

Д.3 Расчет емкостей на всплытие (горизонтальное исполнение)

Расчет емкости на всплытие сводится к выполнению неравенства

где - сила давления грунта, Н;

- сила от массы емкости, Н;

- сила всплытия емкости (сила Архимеда), Н.

Условие устойчивости имеет вид

Высоту перекрытия емкости, м, рассчитывают по формуле

где D - наружный диаметр емкости, м;

здесь H - глубина заложения, м;

Е - уровень грунтовых вод, м.

Если расчетный К > 1, принимают К = 1. Рассчитываемый коэффициент характеризует процент площади сечения емкости, находящейся ниже зоны грунтовых вод.

Силу давления грунта, Н, рассчитывают по формуле

где - удельный вес грунта, ;

l - длина емкости, м;

g - ускорение свободного падения, .

Силу всплытия (силу Архимеда), , рассчитывают по формулам:

- для незаполненных емкостей

- для заполненных емкостей

где d - внутренний диаметр емкости, м.

Силу от массы емкости, , рассчитывают по формуле:

где m - масса 1 пог. м емкости, кг.

<< Приложение Г. Методика прочностного расчета колодцев	Приложение >> Е. Форма акта входного контроля напорных полиэтиленовых труб
Содержание Свод правил СП 399.1325800.2018 "Системы водоснабжения и канализации наружные из полимерных материалов. Правила проектирования.

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас или получите полный доступ к системе ГАРАНТ на 3 дня бесплатно!

Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.

Получите полный доступ к системе ГАРАНТ бесплатно на 3 дня!

Читайте также: