Метод проектирования гибких защемленных нижним концом шпунтовых стенок с анкером. Несвязные грунты

Этот метод основывается на предположении, что прогибы стенки у таковы, что ее упругая линия будет соответствовать по форме пунктирной линии, показанной на рис. 16.19, а. Эта линия изменяет свою кривизну в точке перегиба. Это эквивалентно тому предположению, что грунт, расположенный ниже «линии дна», накладывает эффективное ограничение на деформацию стенки. В результате стенка работает подобно балке с частично защемленным концом под воздействием изгибающих моментов, эпюра которых имеет вид, приведенный на рис. 16.19,б.

Классический метод расчета рассматриваемых стенок связан с множеством произвольных упрощающих допущений. Пассивное сопротивление грунта за стенкой у ее нижнего конца заменяется сосредоточенной силой RD, приложенной на расстоянии ti, равном 0,2 D', выше этого конца. Упругая линия стенки в точке t предполагается касательной к вертикали.

Затем, как показано на рис. 16.19, а, определяется графическим построением эпюры путем вычитания активного давления из пассивного непогашенная часть пассивного давления. С этой целью расстояние st принимается равным 0m и проводится линия, соединяющая точки v и 0. Затем принимают произвольное значение D' и определяют применительно к заданным условиям загрузки стенки линию ее прогиба, называемую иначе упругой линией стенки, касательной к вертикали в точке t.

В этой связи для проектирования предпочтительнее применение графических методов. Если установленная таким образом упругая линия не пересекает на уровне заделки анкера вертикаль (предпосылка: в этом месте боковое смещение (y=0), это свидетельствует о том, что глубина заделки стенки D' принята неправильно и несовместима с накладываемыми на решение условиями равновесия. В этом случае задаются новым значением D', и весь процесс построения упругой линии выполняется для уже новой глубины заделки. Эта операция повторяется до тех пор, пока не будет найдена величина D', при которой обеспечивается пересечение упругой линией вертикали в уровне заделки анкера. Этот метод называется методом упругой линии. Он весьма трудоемок и потому редко применяется на практике, в силу чего в этой книге он не будет подвергаться дальнейшему рассмотрению.

Однако использование метода упругой линии позволило X. Блюму разработать намного более упрощенный прием, который известен как метод заменяющих балок. Проведя соответствующий подбор различных значений ф исходя из величин KA по выражению (10.7) и приняв KP равным 2/КA, Блюм установил теоретическую зависимость между ф и расстоянием х от «линии дна» до точки перегиба с. На рис. 16.19, д эта зависимость приводится в графической форме при выражении ф исходя из значений KA. В этой связи следует отметить, что удваивание значений KP по сравнению с величинами, получаемыми из выражения (10.7), было принято Блюмом исходя из результатов предшествующих испытаний, проведенных Франциусом в Ганновере, а не из учета благотворного влияния трения грунта по стенке. В период этих испытаний Франциус получил весьма высокие значения пассивного сопротивления и рекомендовал удваивать величины такого сопротивления при использовании для их определения бывшего обычным для того времени выражения (10.14а). При этой рекомендации совершенно не учитывалось влияние трения по стенкам ящика, поэтому ею следует пользоваться с известной осторожностью. Установка в виде ящика, которая была использована Франциусом для опытов, имела ширину 3,3 фута и высоту 4,9 фута. При этом условии трение грунта по боковым стенкам ящика могло оказать весьма большое влияние на увеличение замеренного пассивного сопротивления грунта в ящике, возникавшего при перемещении передней стенки под искусственным давлением в нем. Сомнительно, чтобы результаты такого испытания можно было бы просто переносить на обычную длинную стенку, работающую в полевых условиях.

Метод «заменяющих балок» Блюма базировался на предположении о существовании шарнира в точке перегиба с стенки, где изгибающий момент равен нулю. Часть стенки выше шарнира могла в этом случае рассматриваться как показанная на рис. 16.19,в отдельная свободно опертая консольная балка. Ее реакции (натяжение анкера AР и поперечная сила RiВ в точке перегиба) и изгибающие моменты могут быть найдены обычным способом.

Нижняя часть стенки, расположенная ниже точки перегиба с, рассматривается при этом так же, как отдельная свободно опертая балка на двух опорах. Все усилия, действующие на эту балку, за исключением реакции RD, известны, так как К'' задается. Длина (D'—х) этой балки, вытекающая из условия ее равновесия, также остается пока еще неизвестной. Однако эта величина может быть легко определена из уравнения моментов сил, показанных на рис. 16.19,г, относительно точки приложения силы RD. После определения (D'—x) окончательная глубина заделки D находится из выражения

Иногда метод расчета с учетом защемления нижнего конца шпунтов подвергается критике в связи с использованием в нем, якобы, сомнительных допущений. Однако более тщательные экспериментальные исследования показали, что эти допущения применительно к условиям работы рассматриваемых стенок с обратной засыпкой весьма близки к действительности.