книги / Реконструкция подземного пространства

гающую силу Fsa в уровне подошвы фундамента по формуле
Fsa = -Д + (Ру1+ Лз +2 РДЙ2 + Лз)/2,	(5.62)

где Руз - интенсивность горизонтального давления грунта от собственного веса на глубине А.

Если устойчивость стен подвала против сдвига (5.24) не обеспечивает­ ся принятыми размерами фундамента, необходимо предусматривать меро­ приятия, препятствующие сдвигу, например устройство распорок и др.

Рас прочности грунтового основания производится из условия (5.36). В JM случае равнодействующая вертикального давления грунта Fv

определи	я при загружении временной нагрузкой		пролета перекрытия
подвала,	смыкающего к стене, по формуле
	Fv= G| + Go + G3	+ G4,	(5.63)
где G3 -	вес фундамента и грунта на его	уступах; G4 -	вес конструкции под­

вала, грунта и временной нагрузки на перекрытия (с учетом расчетной грузо­ вой площади).

При наличии мероприятий, препятствующих сдвигу фундамента, угол наклона равнодействующей внешней нагрузки к вертикали Si в уровне по­ дошвы фундамента при расчете прочности грунтового основания принимает­ ся равным нулю.

Момент в уровне подошвы фундамента относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента, следует определять по формуле

Mo = -R (h2 +А3) + (2Ру\ +Руз + 3Pq)(/i2 + Л3)2/6 - (G, + G2)e.	(5.64)
Расчетные усилия в стенах подвала определяются по следующим фор­
мулам:
пролетный момент на расстоянии ус от верхней опоры
К = Q jc - K P n + Pq)+(Pi2-Pyi)yc/3h2] у;/2;	(5.65)
расстояние от верхней опоры до максимального пролетного момента

у .л = I (л. +РгУ+*2ЛРг--р*)/11'-- ( п , - П . ) ;	(5.66)
поперечная сила в пролете на расстоянии у с от верхней опоры
Qy = 0 . -Ус[(Ру\ + Pq)h2+ (Рц - РуОуДЖРу! - Ру1);	(5.67)
поперечная сила в нижнем сечении стены
Qu = Ô B - KPyl + Рщ) + (Рц- P y m h b	(5.68)
изгибающий момент в нижнем сечении стены
М„ = QJI2-((Pyl + Р„) + (Ру2 - Ру,)/3] h-/2.	(5.69)

В формулах (5.65)-(5.69) поперечная сила в верхнем сечении стены 0» = Л.

При неполной эпюре интенсивности горизонтального давления грунта по высоте стены подвального помещения и несмещаемом перекрытии (рис.5.12) реакция в уровне низа перекрытия R определяется по формуле

R = Qte = (hl+ К ){р (4л,3- п* + 4к(пх+ tif / т1]/ 8+
Р„[l5п‘, - 3/i; + 20к(п, + n f / т,п, ]/120}/(l+*) +	(5.70)
+ [Mr(1,5m, + k)-G *]/H (l +k),
m, = H l{h, +h2},
n = /I,/(/J, + /I,);	(5.71)
n, = h j(h ,+ h ,);

Mc- изгибающий момент на уровне перекрытия.

Сдвигающую силу Fsa и изгибающий момент Mo в уровне подошвы

следует определять по формулам:
Fsa= -Я + (Ртз + 2РЧШ + Аз)/2;	(5.72)
М0 = -RH + Pq\i!2 + Py3h2/6 - G ' + Мс.	(5.73)

Расчетные усилия в конструктивных элементах подвала (ригелях, ко­ лоннах, плитах перекрытия, фундаментах и т.п.) следует определять по из­ вестным правилам строительной механики.

Расчет оснований при деформациях необходимо производить из усло­ вий (5.45).

Расчетное сопротивление грунта основания Я, кПа, определяется по формуле

R = Ус1Ус2 [ м ^ п + M qdyu + (Mq

+ М сс п \

(5.74)

к

где Yd и ус2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по таблЛ При­ ложения 7; к = 1, если прочностные характеристики грунта (<р и с) определе­ ны непосредственными испытаниями, и к = 1,1, если они приняты по табл. 1-3 приложения 2; MY; Mq\ Мс - коэффициенты, принимаемые по табл. l \ d - глубина заложения подошвы фундамента от пола подвала; dü - приведенная глубина подвала, dB= 2 м при ширине подвала меньше 20 м и dB= 0 - при ширине подвала больше 20 м.

5.11.Расчет анкеров

Несущая способность анкеров ориентировочно определяется расчетом, а в процессе строительства - пробными испытаниями.

Расчетная несущая способность плитного анкера траншейного типа равна пассивному отпору грунта по площади плиты:

F = [2с ctg(45°- ф/2) +yfictg2 (45° - ср /2) ]S,

(5.75)

где h - глубина центра плиты; S - площадь плиты.

Если плита при натяжении анкера опирается на песчаный грунт, то сцеплением пренебрегают, с=0.

Н ес шая способность скважинных анкеров определяется по методике расчета н лцей способности свай, как сумма сопротивлений по торцу и бо­

ковой ПО! хности,
^ = V / a + V / o >	(5.76)

где S à =iu!l - площадь контакта с грунтом по боковой поверхности (d -

диаметр цилиндрической части анкера, равный диаметру скважины dc, а.для инъекционных анкеров принимаемый равным 3dc\ I - длина цилиндрической

части анкера); S0	= ^(D	2	2
			- с /) - опорная площадь торца;/б, /о - удельное со­

противление по боковой поверхности и торцу; D - наибольший диаметр ан­ кера.

У цилиндрических безынъекционных анкеров D = dc, и соответственно сопротивление по торцу равно нулю. У анкеров с расширением D равно диа­ метру расширения; для инъекционных анкеров D принимается равным 3dc. Значения / б и / 0 принимаются по таблице СНиП 2.02.03-85 как величины удельного сопротивления по боковой поверхности и острию свай.

Чтобы удерживаемая анкером стена или сооружение под действием сил давления грунта и грунтовых вод не получили смещений, установленный ан­ кер подвергается предварительному натяжению с помощью специальных домкратов, и в напряженном состоянии наружный конец анкера скрепляется с опорной плитой. Величина предварительного натяжения равна расчетной нагрузке на анкер.

5.12. Расчет фундаментов из опускных колодцев

Расчет производится на нагрузки и воздействия, возникающие в усло­ виях их строительства и эксплуатации. Основным является расчет на строи­ тельные нагрузки, так как в подавляющем большинстве случаев оболочки колодцев во время их изготовления и погружения оказываются в более на­ пряженном состоянии, чем при эксплуатации. Опыт проектирования показал, что проверка многих опускных колодцев, особенно массивных, на эксплуа­ тационные нагрузки вообще не требуется, так как они заведомо обладают достаточно большим запасом прочности.

На колодец при погружении его в грунт действуют следующие основ­ ные нагрузки (рис.5.13): собственный вес колодца G; пригрузка колодца при

погружении Q, горизонтальное давление грунта на стенки колодца Ps; гидро­

статическое давление воды на стенки колодца, если он погружается ниже уровня подземных вод Ри.; силы трения грунта по боковой поверхности ко­ лодца /; реактивное давление грунта под подош вой ножа Р.

Рис.5.13. Схема нагрузок, действующих на опускной колодец во время его погружения

Кроме того, при изготовлении первого яруса колодца и снятии его с подкладок в его стенах в вертикальной плоскости возникают изгибающие моменты, а при срывах во время погружения - значительные инерционные силы.

Расчет опускных колодцев на строительные нагрузки включает: рас­

чет 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. К расчетам на эксплуа­ тационные нагрузки относятся расчет на всплытие, расчет днищ а и других

элементов конструкции, а также при необходимости расчеты устойчивости (сдвиг цо подошве, опрокидывание и т. п.).

Вначале рассмотрим расчеты на строительные нагрузки.

Расчет на погружение и разрыв. Погружение колодца в результате

действующ их на него сил обеспечивается при соблю дении условия
( C + ô ) / ( r + F ) = 7 p /,	(5.77)

где G - расчетное значение веса колодца при погружении, кН; Q - расчетное значение веса пригрузки, кН; Т - полная расчетная сила трения грунта по боко­ вой поверхности колодца, кН; Р - сила расчетного сопротивления грунта под нож ом колодца, кН; ур1- коэффициент надежности погружения, обычно при­

нимаемый равным 1,15.

Все расчетные нагрузки определяют с учетом соответствующих коэффи­ циентов перегрузки. При погружении колодца без водопонижения вес стен, нахо­ дящихся ниже уровня подземных вод, рассчитывают с учетом взвешивания.

При слоистом напластовании расчетную силу трения определяют как средневзвешенную в пределах глубины погружения колодца:

	(5.78)
где ti - сг	няя удельная сила трения, кПа, в пределах слоя грунта мощностью
hpt м; hi-	’• метр колодца.

Щнечете колодца, погружаемого в тиксотропной рубашке, сила тре­

ния учи ается только на участке от низа колодца до начала тиксотропной рубашки. Грение по боковой поверхности колодца в зоне тиксотропной ру­ башки вследствие его малости в расчет не принимается.

Когда прорезаемая колодцем толща основания у поверхности сложена более плотными грунтами, чем нижележащие, появляется опасность заклини­ вания верхней части колодца и его зависания. В результате в стенах колодца возникают растягивающие напряжения N, которые могут привести к отрыву его нижней части.

Расчет опускных колодцев на разрыв выполняется, как правило, при глу­ бине опускания Н >15м. Если высота верхнего, более плотного, слоя при этом меньше половины глубины погружения, расчетная нормальная сила N

может быть определена из условия
N = y„ ,T l,	(5.79)

где Г/ - расчетная сила трения стен колодца по прочному грунту, кН.

При высоте более плотного верхнего слоя более половины проектной

глубины погружения
N = G - T X.	(5.80)

Для обеспечения прочности колодца на возможный разрыв вертикальное армирование стен проектируется исходя из определенной таким образом силы N.

Расчет на всплытие. При погружении колодца в водонасыщенные грунты после устройства днища на его подошву будет действовать гидростатическое давление воды, направленное снизу вверх. От всплытия колодец будут удерживать его вес и силы трения по наружной поверхности. Колодец не всплывет, если будет выполняться условие

(G +0,5Г )/ (А* Н„ 7„ )>ут ,

(5.81)

где G - суммарный вес оболочки колодца и днища, кН, определяемый с коэф­ фициентом надежности по нагрузке 0,9; Т - сила трения по наружной поверх­ ности колодца, кН; Aw- площадь колодца по внешнему периметру ножа, м2; Hw- расстояние от уровня подземных вод до низа ножа, м; ует= 1,2 - коэффи­ циент надежности на всплытие.

При проверке колодца на всплытие в эксплуатационном режиме величи­ на G включает также и другие постоянно действующие нагрузки (внутреннее обустройство колодца, нагрузки от вышерасположенных конструкций и т. п.).

Если условие (5.81) не выполняется, то необходимо предусмотреть уст­ ройство анкерных креплений или увеличить вес колодца.

При расчете на всплытие колодцев в тиксотропной рубашке учитывает­ ся последовательность ведения работ. Если колодец осушается до замены глинистого раствора цементно-песчаным, то в расчет принимается только сила трения на участке от низа колодца до тиксотропной рубашки. Если ко­ лодец осушается после замены рубашки цементно-песчаным раствором, то сила трения учитывается и на остальной боковой поверхности колодца и при­ нимается равной 20 кПа.

Расчет на прочность и устойчивость отдельных элементов конструкции колодца производят по действующим нормативным документам с учетом всех реально возможных условий его эксплуатации.

Основным этапом расчетов опускного колодца является расчет на экс­ плуатационные нагрузки. После назначения отметок обреза и подошвы фунда­ мента устанавливают форму и размеры опускного колодца в плане на уровне обреза. При этом обычно исходят из формы и размеров сооружения, опираю­ щегося на колодец, и минимальных величин уступов. С учетом указанных вы­ ше замечаний устанавливают очертания наружной поверхности колодца (де­ лают её вертикальной или наклонной, с уступами или без них), после чего определяю!' форму и размеры подошвы фундамента, а также его несущую спо­ собность по грунту. Определение последней производят аналогично фундамен­ там мелкого заложения или по результатам полевых испытаний.

При расчете массивных фундаментов глубокого заложения, в отличие от расчета фундаментов мелкого заложения, учитывают не только сопротив­ ление грунта под подошвой фундамента, но и сопротивление вышерасположенного грунта его вертикальному смещению и повороту.

Методика расчета фундаментов глубокого заложения основана на предположении, что грунт представляет собой упругую линейно деформи­ руемую среду, характеризуемую коэффициентом постели. Под коэффициен­ том постели понимают давление, которое надо приложить к площадке по­ верхности грунта вокруг фундамента или под ним, чтобы перемещение, этой площадки равнялось 1 см (или 1 м и т.п.). Коэффициент постели измеряют в Н/см3 или кН/м3.

При расчете фундамента коэффициент постели грунта С, кН/м3 прини­

мают нарастающим прямо пропорционально глубине, т. е.
N =К ,	(5.82)

где К - коэффициент пропорциональности, кН/м4 определяемый по табл.5.3; di - глубина расположения точки, для которой определяют коэффициент по­ стели, от расчетной поверхности грунта, но не менее Юм.

Для расчета определяют два коэффициента постели: Сг - для грунта, пройденного опускным колодцем или кессоном; Сь - для грунта, располо­ женного под подошвой фундамента. Оба коэффициента постели определяют при d\ = d, т. е. для глубины, равной расстоянию от расчетной поверхности грунта до подошвы фундамента.

Коэффициент постели скального грунта под подошвой фундамента принимают в зависимости от нормативного временного сопротивления об­ разцов скального грунта одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии

/?"с : при	'V = 1000 кПа значение Сь = 3-105 кН/м3; при Rnc = 25000 кПа зна­
чение С	1,5 107 кН/м3 Для промежуточных значений Я”с значения Сь оп­
ределяю	I ;терполяцией.
На	ундамент глубокого заложения на уровне поверхности грунта дей­
ствуют следующие нагрузки (рис.5Л4): вертикальная сила FV1горизонтальная
сила Fjj	и момент М. Под действием этих нагрузок фундамент опускается и

поворачивается вокруг некоторой оси О, перпендикулярной плоскости чер­ тежа и расположенной на расстоянии от поверхности грунта. Грунт, окру­ жающий фундамент, сопротивляется его перемещениям, в связи с чем возни­ кает давление со стороны грунта на фундамент. Эпюры давления грунта по передней и задней граням фундамента, а также по его подошве показаны на рис.5.14.

Кроме нагрузок Fv, F/,, М и давления грунта на фундамент действует сила G собственного веса и направленная снизу вверх сила Fe трения грунта о боковую поверхность фундамента.

Рис.5.14. Расчетная схема опускного ко­ лодца

Среднее Рти максимальное давления Pmt кПа, по подошве фундамента могут быть приближенно определены по формулам

	Pm ={FV+ G -F r ) /A ,	(5.83)
pmax	+ G - F e)/A +3 aFh Cb (B C z ),	(5.84)
где Fe - сила трения, кН, определяемая по формуле
	=7 . l e U Z h J , ,	(5.85)

здесь у,„ - коэффициент, принимаемый равным 1,25; ус - коэффициент усло­

вий работы, принимаемый равным 0,7; U - наружный периметр	-перечного
сечения колодца, м; h\ - толщина i -го слоя грунта, м, соприкч	ющегося с
боковой поверхностью колодца; / - расчетное сопротивление	слоя грун­

та по боковой поверхности колодца, кПа; А - площадь подошвы фундамента,

м; а - размер подошвы фундамента, м, в расчетной плоскости ; В -	коэффи­
циент, определяемый по формуле
В = ^dd 3+\SaW Съ IC, )/(6M !Fh +4d ),	(5.86)

здесь W - момент сопротивления подошвы фундамента, м3, относительно оси, перпендикулярной расчетной плоскости; Ьц - расчетная ширина фунда­ мента, м, определяемая по формуле

bd =P(fc+l),

(5.87)

где Р - коэффициент, учитывающий влияние формы боковой грани фунда­ мента на горизонтальное давление его на грунт; Ъ - ширина фундамента (размер фундамента в направлении, перпендикулярном расчетной плоско­ сти), м.

Глубину d0 расположения оси О поворота фундамента находят по фор­

муле

Ь2л (4M IFh +3d)+6aW С„ !C Z

b jd {6 M / Fh+ 4d)	(5.88)
Горизонтальное перемещение верха опоры U определяют по формуле
U=[6Fh /{B C z )]{d0+h),	(5.89)

где h - расстояние от поверхности грунта, м.

Вертикальное перемещение (осадку) массивного глубокого фундамента определяют по методике для свайного фундамента. При этом заданный фун­ дамент заменяют условным, размеры которого определяют через <рт - сред­ нее значение расчетных углов внутреннего трения для грунтов, пройденных опускным колодцем или кессоном. Кроме постоянных внешних нагрузок учитывают собственный вес фундамента и вес грунта, расположенного в пределах условного фундамента.

6 . Э К С П Л У А Т А Ц И Я П О Д ЗЕ М Н Ы Х С О О Р У Ж Е Н И Й

К вопросам эксплуатации подземного сооружения относятся: поддер­ жание требуемого температурно-влажностного режима и состава атмосферы, освещение, водоотлив и канализация, ремонт.

	6 .1 . П оддер ж ан и е тем п ер атур н ого реж им а
Те	оатура воздуха в подземных помещениях определяется назначе­
нием cot	;<ения: в складских помещениях обычно +5...15° (в складах хи­
мически:	>заров, мехов, бумаги +16^25°). Влажность воздуха обычно тре­
буется 7i	.0% (для складов, в которых хранятся меха, кожи - 40-50%). В

складах замороженных продуктов температура должна быть ниже -18...-20°, в складах охлажденных продуктов - (-3...+40), во фруктохранилищах - (-1...+70), в изотермических хранилищах сжиженного пропана - (-42,9°).

Заданная температура в подземном помещении обеспечивается систе­ мой отопления или охлаждения.

Потребная производительность нагревательных (охлаждающих) уста­ новок определяется с учетом: <2i - теплообмена с окружающей средой; Q2 - теплообмена с поступающими в помещение материалами; <2з - затрат тепла (холода) на нагрев (охлаждение) поступающего воздуха; Q4 - тепла, выде­ ляемого людьми, осветительной аппаратурой, механизмами.

Затраты Q2,3,4 рассчйтываются так же, как для поверхностных соору­ жений.

Теплообмен с окружающей средой Q{ у подземных сооружении значи­ тельно ниже, чем у поверхностных, из-за низкой теплопроводности пород. Если поддерживаемая в выработке температура отличается от естественной температуры пород, то вокруг выработки устанавливается зона ее темпера­ турного влияния. Расчет теплового потока от выработки в массиве можно вести, условно считая, что выработка окружена стеной, толщина которой равна радиусу влияния. Теплопотери (или холодопотери) через 1 м“ поверх­ ности (Qf Вт) цилиндрической выработки составляют

	'О “ 'с	(6. 1)
	г 1п(Д / г) ’

где Я - коэффициент теплопроводности (для большинства пород 1-4 Вт/(мК)); t0y tc - природная температура пород и температура стенки выра­ ботки соответственно, К; R, /--радиусы теплового влияния и выработки, м.

Поскольку радиус теплового влияния R входит в формулу под знаком логарифма, ошибки в его определении не сильно сказываются на результатах расчетов. С достаточной степенью точности можно принимать R «4г.

Температура на стенках выработки îc отличается от температуры воз­ духа. Для ее определения необходимо рассмотреть дополнительно уравнение теплопередачи от воздуха к поверхности стенки:

ô = a (rd-/;î),

(6.2)

где \в - температура воздуха в выработке; а - коэффициент теплопередачи, зависящий от шероховатости поверхности и скорости движения воздуха V.

При V < ОД м/с а ~ 7 Вт/(м2К).
Поскольку теплопотоки от воздуха к поверхности стенки	от поверх­
ности стенки в глубь массива равны, можно приравнять правьп.	-асти урав­

нений (6.1) и (6.2) и решить полученное уравнение относителы о (с. Далее, подставив найденную величину tc в любое из уравнений, определим величи­ ну тепло-(холодо-) потерь через 1 м2 площади стены Q, а, умножив Q на об­ щую площадь стен, - суммарную величину теплообмена с окружающей сре­ дой f t.

Если разница температуры воздуха в выработке и природной темпера­ туры грунтов составляет 10-20°, то величина тепло-(холодо-) потерь Q\ со­ ставляет 2-4 Вт/м2 На начальный период неустановившейся теплопроводно­ сти (3-6 месяцев), когда происходит прогрев (охлаждение) грунтов вокруг выработки, величина тепло-(холодо-) потерь составляет 10-20 Вт/м2.

Обогрев подземных помещений производится обычными способами: водяными, электрическими радиаторами; при достаточно интенсивном воз­ духообмене - путем подогрева воздуха в калориферах. Для охлаждения при­ меняются аммиачные и фреоновые холодильные установки; при этом охлаж­ дающие элементы (испарители) устанавливаются в самом подземном поме­ щении.

При устройстве подземных продуктовых складов в северных районах в зоне вечной мерзлоты возможно глубокое охлаждение грунта в зимний пери­ од путем подачи в помещение наружного воздуха таким образом, что запа­ сенного в грунте холода хватает на все лето без добавочного искусственного охлаждения.

6.2. Вентиляция

Стены подземного сооружения в той или иной степени неизбежно ув­ лажняются за счет инфильтрации подземных вод. Испарение влаги со стен приводит к возрастанию влажности воздуха, появлению плесени, порче ма­ териалов и оборудования, находящихся в подземном помещении. Для под­ держания требуемой влажности в подземное помещение нужно подавать свежий воздух с низкой влажностью.

Коэффициент массоотдачи р г/(м2чПа) характеризует процесс поверх­ ностного испарения. При постоянном увлажнении поверхности при /°=0-20° и давлении 1033 мм рт.ст. р= 4,25 (а - коэффициент теплоотдачи, см. форму­