Расчет шпунта онлайн с примерами расчетов аналитическими и численными методами представлен на нашем сайте. Расчет шпунта онлайн выполняется по схеме, предназначенной для определения предварительных параметров шпунта. Точное определение параметров шпунта требует проведения детальных геотехнических и конструктивных расчетов, которые также описаны в этой статье.
Область применения шпунтов
Шпунты крайне широко используются в строительстве при наличии сложных инженерно-геологических и гидрогеологических условий. Шпунты применяются в основном для:
- устройства ограждений котлованов
- строительства подпорных стен
- гидротехнического строительства, например – в конструкциях типа «больверк».
Принцип работы шпунтов
Шпунты как правило работают как гибкие подпорные сооружения, это означает, что что они удерживают грунт, сопротивляясь сдвигу и опрокидыванию за счет:
- заделки в грунтовый массив
- конструкций крепления (распорок, анкеров).
Таким образом, шпунтовые сооружения работают или по консольной расчетной схеме, или по балочной расчетной схеме (в случае наличия распорок или анкеров).
Распорки и анкера следует применять в тех случаях, когда работа шпунта по консольной схеме не обеспечивает необходимой устойчивости, прочности, жесткости, деформативности. Как правило, при высоте удерживаемого перепада более 5м требуются конструкции крепления. Кроме того, следует понимать, что работа шпунта по консольной схеме требует наличия достаточно прочных грунтов, в которые можно заглубить шпунт.
Нормативная база для расчета шпунта
Расчет шпунта производится с учетом следующих основных нормативных документов:
- СП 101.13330.2012 Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения
- СП 248.1325800.2016 Сооружения подземные. Правила проектирования
- СП 381.1325800.2018 Сооружения подпорные. Правила проектирования
- ВСН 136-78/Минтрансстрой Инструкция по проектированию вспомогательных сооружений и устройств для строительства мостов
- ГОСТ Р 58744.1-2019 Внутренний водный транспорт. Объекты инфраструктуры. Набережные, подпорные стены тонкостенные (шпунтовые). Основные требования к расчету и проектированию
- ПНСТ 493-2020 Внутренний водный транспорт. Объекты инфраструктуры. Набережные, подпорные стены тонкостенные (шпунтовые). Особенности расчета и проектирования различных конструкций
- ОДМ 218.2.090-2017 Методические рекомендации по применению трубчатых сварных шпунтов при строительстве автомобильных дорог
- ОДМ 218.2.092-2018 Рекомендации по применению шпунтовых свай из полимерных материалов в дорожном строительстве
Расчет шпунта
Расчет шпунта сводится в основном к определению его длины и марки, а также параметров анкерного или распорного крепления в необходимых случаях.
Как известно, гидротехническое строительство является наиболее сложным по совокупности факторов. По этой причине многие принципы расчета и проектирования берут начало и наиболее развиты именно в гидротехнике. Расчет шпунтов не является исключением, вопросы расчета шпунта хорошо описаны в гидротехнической литературе, например – в работе «Проектирование сооружений, обеспечивающих устойчивость грунтовых массивов: набережные, берегоукрепления, подпорные стены, защита от оползней и пр». / В.Э. Даревский, А.М. Романов.
Расчет шпунта включает следующие основные этапы:
- расчет общей устойчивости шпунта;
- расчет внутренних усилий в шпунте и конструкциях крепления;
- расчет шпунта и конструкций крепления по прочности;
- расчет шпунта и конструкций крепления по деформациям.
Во многих случаях шпунтовые сооружения устраивают не в чистом поле, а в условиях окружающей застройки. В этом случае в расчет шпунта необходимо включать геотехнический прогноз и геотехническое обоснование.
В некоторых случаях, когда шпунт и новое строительство изменяют естественные фильтрационные потоки, требуется выполнение расчета фильтрационной устойчивости основания.
Сбор нагрузок на шпунт подробно описан в указанных выше нормативных документах. Отметим лишь, что даже если заказчик не задал в техническом задании никаких нагрузок на бровке подпорного сооружения, все равно нужно учитывать в расчетах кратковременную нагрузку величиной 20 кПа в соответствии с пунктом 6.2.21 СП 381.1325800.2018.
При расчете шпунта важно учитывать следующее положение норм: «Расчетные значения горизонтальных перемещений гибких подпорных сооружений при расчете на основное сочетание нагрузок рекомендуется принимать не более 1/100 от удерживаемого перепада высот и не более 10 см. В случае превышения указанного значения в расчете следует учитывать возможность образования заколов в зоне призмы активного давления и снижение прочностных характеристик грунта по плоскости сдвига» — это пункт 6.1.7 СП 381.1325800.2018.
В простых случаях или на предпроектном этапе расчет шпунта может быть выполнен аналитическими методами, например – методом Блюма-Ломейера (способ «упругой линии»). Недостатком всех аналитических методов является необходимость значительного упрощения расчетной схемы, поэтому приходится использовать численные методы расчета.
Для расчета шпунта, чаще всего, используются следующие численные методы:
- метод снижения прочности, который позволяет рассчитывать общую и местную устойчивость системы, а также определять усилия на предельной стадии;
- упругопластический расчет методом конечных элементов, который позволяет выполнять расчеты по второй группе предельных состояний, а также определять усилия на допредельной стадии.
Аналитические методы расчета реализованы в программах Фундамент, GeoWall, GEO5, Wall-3. Применение этих методов не требует высокой квалификации, что является их основным преимуществом.
Численные методы расчета реализованы в программах PLAXIS, midas GTS NX, ZSoil, Rocscience. Применение численных методов требует высокой квалификации и соответствующего опыта, в противном случае – высока вероятность получения ошибочных проектных решений.
Важно заметить, что в численных расчетах шпунтов, помимо прочего, необходимо учитывать технологию погружения шпунта, т.к. от этого зависит зона его влияния и параметры напряженно-деформированного состояния.
Пример №1. Расчет консольного шпунта методом Блюма-Ломейера
Пример №2. Расчет шпунта с анкерной тягой методом Блюма-Ломейера
Пример №3. Расчет консольного шпунта численными методами
Пример №4. Расчет шпунта с анкерной тягой численными методами
Предварительный расчет шпунта
Консольный шпунт
Глубина заделки консольного шпунта по опыту расчетов находится в диапазоне от H до 2,5H, где H – удерживаемый перепад высот.
Шпунт с креплением
Глубина заделки шпунта с креплением по опыту расчетов находится в диапазоне от 0,5H до 1,5H, где H – удерживаемый перепад высот.
Последствия неправильного расчета
Выполняя расчеты шпунтов, нужно понимать, что ошибки приведут не только к разрушению шпунтового сооружения, но и к разрушению окружающего грунтового массива, что особенно опасно в условиях наличия окружающей застройки в зоне влияния шпунта.
Основные причины разрушения шпунтовых сооружений:
- недостаточная глубина заделки шпунта;
- недостаточная прочность или жесткость шпунта;
- недостаточная прочность или жесткость конструкций крепления.
Особенно опасны шпунты, работающие по консольной расчетной схеме, т.к. единственное, что держит шпунт – это заделка в грунтовом массиве. Именно по этой причине, при перепаде высот от 5м желательно закладывать анкера или распорки даже в том случае, если консольная схема проходит по расчету.
