ВЛИЯНИЕ ОПТИМИЗАЦИИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАТЯЖЕНИЯ ВОСХОДЯЩИХ АНКЕРОВ, НА УПРЕЖДЕНИЕ ОБВАЛООПАСНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОГРАЖДЕНИЙ КОТЛОВАНОВ

ВИКУЛОВ В.М., ВОЛКОВ М.Н.

Введение. В современных условиях в России инновации в строительстве городских подземных сооружений, выступают одним из ключевых факторов экономического развития.Для повышения эффективности удержания борта котлована в условиях плотной городской застройки и предотвращения разуплотнения грунта вокруг котлована, предлагается оптимизировать усилия предварительного натяжения восходящих анкеров. Было установлено, что усилия натяжения активных анкеров формируют дополнительные удерживающие силы в призме обрушения и в определенном смысле упрочняют ограждаемый массив грунта.

Методика исследования. При моделировании комплексного расчета ограждения котлована было задано 4 основных этапа устройства котлована и 3 этапа предварительных поярусных натяжений анкерных тяг. Методической основой расчета на прочность ограждающих конструкций служит численное решение задачи изгиба балки, лежащей на упругопластическом основании и удерживаемой анкерными конструкциями в качестве связей. Моделирование восходящей анкерной конструкции, реализуется в операционной среде программы GeoWall. Величины предварительных натяжений восходящих анкеров задаются в соответствии с ординатами усилий в анкерах, полученных из расчета устойчивости ограждающей системы детерминированным методом. Проведены экспериментальные исследования влияния этапов вскрытия котлована на напряженно – деформированное состояние ограждения.

Результаты. Анализ и обсуждение. Эффективность оптимального предварительного натяжения восходящих анкеров по результатам исследований, достигается при построении диаграмм, отображающих корреляционную зависимость нагружения анкеров от смещения ограждающей системы. Безусловным достоинством программы является возможность поэтапного расчета ограждающих и удерживающих конструкций при различных технологиях их возведения. Экспериментальный расчет в программно-вычислительном комплексе GeoWall показал высокую несущую способность восходящей анкерной крепи.

Вывод. Характер полученной зависимости продольных усилий анкера от горизонтальных перемещений элементов ограждения котлована отражает реальную ситуацию. Таким образом, для вполне ожидаемого значения горизонтального перемещения следует корректировать оптимальное значение предварительного натяжения, используя уравнения эмпирической зависимости.

Ключевые слова: анкерная крепь, конструкция восходящего анкера, активные анкера, перемещение ограждающей конструкции, подпорные сооружения.

Введение. В масштабе городского подземного строительства, подземные сооружения, строящиеся открытым способом, составляют весьма значительную долю. Успех строительства такого рода объектов во многом определяется надёжностью подпорных сооружений и рациональностью принимаемых технических решений.

Для удержания борта котлована в условиях плотной городской застройки, снижения материалоемкости, трудоемкости, стоимости работ по устройству грунтовых анкеров, повышения их несущей способности и надежности, рассматривается возможность оптимального нагружения конструкций восходящих анкеров.

Для ограждений котлованов применяются два типа анкеров [1] по интенсивности нагружения: активные − предварительно напряженные с натяжением более 30 % расчетной нагрузки и пассивные − с некоторым натяжением, обеспечивающим центрирование анкера и выборку ослаблений.

Опираясь на конструктивные типовые решения подпорных сооружений котлованов [7,8,9], следует заметить, что анкера связаны с ограждением обвязочным поясом и рассматриваются как упругие связи, значения реакций которых прямо пропорциональны деформации или смешению анкеров [11,12]. Работа анкера под нагрузкой характеризуется его жесткостью K, которая увязывает величину продольной силы в анкере N со смещением анкера U [4].

Расчетная схема, отражающая изменение усилий восходящего анкера, при поэтапной экскавации котлована, представлена на рис. 1.

Рис. 1. Расчетная схема по определению продольных усилий восходящих анкеров

В процессе поэтапной разработки котлована, постепенно нарастают деформации гибкой подпорной стены, при этом опасность её смещения усиливается с ростом глубины котлована. В результате действия предварительного натяжения анкеров предотвращается разуплотнение грунта вокруг котлована. Тем не менее, действие предварительного натяжения ограничивается не бесконечной жесткостью анкеров. Кроме того величина предварительного натяжения, не имеющая строгой увязки с активным давлением грунта, влечет образование пластических деформаций, величина которых измеряются десятками миллиметров.

Между тем эталонным критерием эффективности натяжения анкера является полное отсутствие приращений пластических деформаций за расчетный период времени.

Методика исследований.

В качестве объекта геотехнологического анализа рассматривается пример комплексного расчета в программе GeoWall ограждающей конструктивной системы котлована в слоях пластичного суглинка, дресвы, габбро-диорита пониженной и средней прочности. Параметры котлована 30 х 20 м. Для обеспечения устойчивости стен котлована предусматривается ограждение из ряда стальных дискретно расположенных двутавровых стоек, удерживаемых восходящими анкерными конструкции. После вскрытия котлована примыкающая поверхность грунта загружается активной нагрузкой 30 кН/м². Сейсмичность района: менее 7 баллов.

В программе GeoWall расчет давления на ограждение производится в соответствии с нормативными правилами и положениями [4]. Устойчивость грунта вокруг заглубления стены оценивается по предельному состоянию грунта в зоне заделки. Учтено пассивное давление на ограждение со стороны засыпки. Моделирование упругого изгиба стены осуществляется по методу конечных элементов с использованием вариационной постановки Лагранжа с учетом гипотезы плоских сечений (гипотеза Бернулли). Пакет GeoWall позволяет учитывать неоднородность грунтов оснований, склонение пластов грунта, наличие грунтовых вод и водоупора [4,5,6]. Безусловным достоинством программы является возможность поэтапного расчета ограждающих и удерживающих конструкций при различных технологиях их возведения.

Физико-механические характеристики грунтов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Физико-механические характеристики грунтов

Таблица 2.