Вертикальное давление грунта. Если минимальный горизонтальный размер подземного сооружения b (ширина) равен или превышает толщину слоя грунта над кровлей h, что обычно и имеет место, то вертикальное давление на кровлю сооружения равно полному весу столба грунта над сооружением:
где γi, h i – удельный вес грунта, кН/м3, и мощность слоев грунта над кровлей, м; q – сплошная равномерно распределенная нагрузка на поверхности, кПа.
Удельный вес грунта, расположенного ниже уровня подземных вод, принимается с учетом взвешивающего действия воды для всех грунтов, за исключением грунтов, имеющих коэффициент фильтрации k < 1×10-8 м/с, но в этих грунтах не принимается в расчет давление подземных вод.
Если b/h < 1 и сооружение возведено открытым способом, то вертикальное давление засыпки существенно зависит от формы и размера котлована. Если котлован узкий и имеет вертикальные стены (траншея), то зависание грунта засыпки на стенах траншеи существенно уменьшает давление на сооружение.
|
|
Напротив, если ширина котлована значительно превышает ширину сооружения, то оседание засыпки может вызвать зависание окружающего грунта на столбе грунта над сооружением и вызвать увеличение нагрузки. В этих случаях вертикальное давление грунта определяется по формуле
.
Величина поправочного коэффициента kv определяется по графикам, приведенным на рисунке 4.3.
Рисунок 4.3 – Графики для определения коэффициента вертикального давления грунта: 1 – для песчаных засыпок; 2 – для глинистых засыпок; 3 – для текучих глин; 4 – для мелких песков и мягкопластичных глин; 5 – для средних песков и пластичных глин; 6 – для крупных песков и твердых глин; 7 – для скальных и полускальных грунтов
Горизонтальное давление грунта. Стены подземных сооружений рассчитывают на горизонтальное давление грунта с учетом нагрузки, расположенной на прилегающей территории. Давление от веса окружающего грунта обычно называют основным, а давление от поверхностной нагрузки – дополнительным. Горизонтальные составляющие активного и пассивного давления для вертикальных стен при горизонтальной поверхности грунта вычисляют по формулам:
;
,
где σ v – вертикальное давление грунта, рассчитанное методами, изложенными в предыдущем разделе; φ и с – расчетные значения угла внутреннего трения и сцепления грунта; λag и λpg – коэффициенты активного и пассивного давления грунта, определяемые по формулам:
;
Активное давление грунта действует не по всей поверхности стен, а лишь начиная с глубины от поверхности:
В литературе приводятся методы учета местных распределенных и сосредоточенных нагрузок на поверхности грунта вблизи стены подземного сооружения, а также сейсмических воздействий на величину горизонтального активного давления грунта.
|
|
Давление подземных вод. Давление подземных вод на ограждающие конструкции подземных сооружений
,
где Н – напор (высота столба воды), м; γ w =10 кН/м3 – удельный вес воды.
Расчетным уровнем подземных вод является прогнозируемый, исходя из инженерно-геологических условий, гидрогеологической обстановки, принятого способа производства работ, сроков строительства, мероприятий по водопонижению и водоотведению. При определении бокового давления грунта и гидростатического давления подземных вод необходимо учитывать, что на стадии строительства уровень подземных вод может быть наинизшим, а при эксплуатации сооружения – наивысшим.
Если ограждающая конструкция подземного сооружения имеет наружную гидроизоляцию, то давление воды действует на наружную поверхность ограждения. Если же ограждающая конструкция многослойная, то подземные воды давят на слой гидроизоляции и приложены внутри ограждения.
Гидростатическое давление воды на днище подземного сооружения может вызвать всплытие сооружения. Кроме того, напорные подземные воды в водоносном слое под водоупорным дном котлована могут вызвать при откопке котлована взламывание его дна.