Zaštita Građevinske Jame

Mehanika tla i stijene II Program I

1. OPIS KONSTRUKCIJE

1.1. PROFIL TLA I KARAKTERISTIKE SLOJEVA:

Geotehničkasredina

γ[kN/m3] C [kPa] φ [°] E [kPa] k[cm/sec] υ[] ψ [°]

0,0: -5,0mGW

20 0 35 5000 10-1 0,3 0

-5,0: -20,0mCH-CM

21 10 28 30000 10-7 0,3 0

1.2. ZADATAK:

Izvršiti proračun zaštite građevinske jame, čije su projektne dimenzije axb = 40x30m.Na strani jame A-B, na dubini 3,0m nalazi se postojeći objekat, na udaljenosti 3,0m.Dimenzije susjednog objekta su 8x20m, a opterećenje koje izaziva je 10 kPa.Dubina jame iznosi 10,0m. Nije uočeno prisustvo podzemne vode.Usvojeni način zaštite: AB dijafragma u kombinaciji sa geotehničkim razuporama.

1


1.3. AB DIJAFRAGMA

Dijafragme su armirano betonski zidovi koji se po specijalnom postupku neposredno grade u terenu – in situ. Pri tom se betoniranje vrši po lamelama – na preskok, tj. Prvo neparne, pa parne lamele. Dimenzije lamela najćčešće su u slijedećim granicama: visina 10-35 m, širine 2-6 m i debljine 0,50-1.0 m.

Dijafragme se koriste kao zaštita bočnih strana temeljne jame i/ili kao sastavni dio budućeg objekta. Osim toga, one mogu da se koriste kao vodozaštitni elementi – naročito kod hidrotehničkih objekata. U toku građenja dijafragmi okolno tlo ostaje praktično neporemećeno, te se one mnogo koriste u urbanim područjima.

1.3.1. Analiza stabilnosti AB dijafragme

Slično kao i potporni zidovi tako i dijafragme primaju prije svega bočne pritiske tla. Međutim, način njihovog proračuna znatno se razlikuje od proračuna potpornih zidova. Ova razlika proističe iz slijedećih pretpostavki koje se usvajaju prilikom proračuna dijafragmi:

- dijafragme su deformabilni gredni nosači, - stabilnost dijafragme uslovljena je veličinom pasivnog pritiska tla,- sopstvena težina dijafragme je relativno mala, pa se u postupku analize stabilnosti zanemaruje.

Veličina bočnih pritisaka, koji djeluju na dijafragmu, određuju se uz pretpostavku da je trenje između dijafragme i tla jednako nuli. Ovo je saglasno Rankinovim uslovima aktivne i pasivne granične ravnoteže tla.

Geostatičkim proračunom dijafragme određuje se :- dubina fundiranja dijafragme, koja obezbjeđuje njen bočni oslonac u tlu kako ne bi došlo

do njenog horizontalnog pomjeranja ili preturanja, i - veličina sile u ankeru, ukoliko je dijafragma oslonjena na njh.

2


1.3.2. Konzolne dijafragme

Konzolne dijafragme se najčešće koriste kao privremene ali i stalne konstrukcije u nekoherentnom tlu i to za efektivne visine zida 10 m (dužina AB na sl.)

a) pomjeranja; b) teorijska raspodjela bočnih pritisaka tla; c) uprošćena raspodjela bočnih pritisaka tla; d) dijagram momenata savijanja

U postupku proračuna pretpostavlja se da se, pod dejstvom bočnih pritisaka tla, dijafragma rotira oko tačke C koja se nalazi nešto iznad nožice dijafragme. Ovaj tip deformacije izaziva aktivne i pasivne pritiske tla sa obe strane dijafragme.Kod određivanja sile pasivnog pritiska ispred zida usvaja se faktor sigurnosti – najčešće je Fs = 2. Na taj način umanjuju se pomjeranja zida potrebna za realizacciju pasivnog pritiska tla.U cilju dobijanja jednostavnijeg rješenja pretpostavlja se, osim toga, da pritisci tla koji nastaju ispod tačke rotacije zid djeluju u tački C, tako da je računska dubina fundiranja D = BC. Sile koje djeluju na dijafragmu su:- sila aktivnog pritiska tla - Ea - sila mobilisanog pasivnog pritiska tla - Epm

Dubina fundiranja dijafragme određuje se iz uslova da je suma momenata svih sila, u odnosu na tačku C, jednaka nuli.

∑Mc = 0 => 1/3 Ep∙ m ∙D = 1/3 Ea (H+D)∙ ∙

Rješavanjem ove jednačine se dobije da je: D = H / ((Kp2 / Fs)1/3 – 1

Pošto je pri postavljanju uslova ravnoteže zanemarena dužina CD, to se ovako dobijena dubina fundiranja dijafragme povećava za 20 %, tj. Ds = 1.2 D. Konzolne dijafragme se rijetko koriste u glinovitim materijalima kao stalne konstrukcije jer se u glinama, tokom vremena razvijaju velika pomjeranja.

3


1.3.3. Dijafragme sa ankerima

Ukoliko su temeljne jame dublje od 10,0 m, konzolna dijafragma nije ekonomična zbog velike dubine fundiranja potrebne za realizovanje uklještenja njenog donjeg kraja. Zato se tada vrši ankerovanje, neposredno ispod vrha zida, čime se smanjuje dubina fundiranja, bočne deformacije i momenti savijanja dijafragme.

Dijafragme sa ankerima mogu da budu slobodno oslonjene ili uklještene, što zavisi od dubine fundiranja i, s tim u vezi, mogućnosti formiranja uklještenja donjeg kraja dijafragme u tlu.

Slobodno oslonjene dijafragme Kod ovog tipa dijafragme pretpostavlja se da je dubina fundiranja, u odnosu na dno temeljne jame, tolika da omogućava slobodnu rotaciju njenog donjeg kraja. Pri tome se gornji kraj rotira oko oslonca koji je formirao anker. Aktivni pritisak tla djeluje iza zida,a pasivni ispred njega. I ovdje se vrši redukcija pasivnog pritiska sa Fs.

Uklještene dijafragme

Kada je dubina fundiranja dovoljna da obezbjedi uklještenje donjeg kraja dijafragme tada pomjeranja imaju oblik kao na slici. Sprječavanje rotacije donjeg kraja dijafragme podrazumijeva pojavu aktivnih i pasivnih pritisaka tla sa obje strane zida . ali pošto kod ovakvog tipa dijafragme gotovo da ne postoji mogućnost loma tla usljed horizontalnog pomjeranja nožice zida unaprijed, to se u postupku proračuna ne vrši redukcija pasivnog pritiska faktorom sigurnosti.

4


1.4. TEHNOLOGIJA IZVOĐENJA AB DIJAFRAGME

Izvođenju građevinske jame mora se prići stručno i kvalitetno, jer u protivnom možemo ugroziti živote ljudi, susjedne objekte, širu okolinu, a nekad možemo dovesti u pitanje i izvođenje samog objekta , za koji se radi građevinska jama. Ovome prethodi ispitivanje i dobro poznavanje geotehničkih osobina tla, a zatim izrada projekta sa svim odgovarajućim proračunima, nacrtima i opisom pojedinih faza izvođenja radova.

U zavisnosti od veličine i dubine građevinske jame, te od prostornih mogućnosti, obodne strane građevinske jame mogu biti pod izvjesnim nagibom, tako da i nije potrebno izvoditi posebnu zaštitu. U ovom slučaju javlja se problem stabilnosti kosina, koji se rješava u okviru analize i proračuna stabilnosti u zavisnosti od parametara čvrstoće i uticaja podzemnih ili površinskih voda.

Čest je slučaj, da se bočne strane kopaju vertikalno ili približno vertikalno, sa ili bez bankina bez podupiranja, ako geološka struktura i čvrstoća tla to dozvoljava i ako građevinska jama neće dugo ostati nezaštićena.

Ako su bokovi jame nezaštićeni u većoj dužini onda je bolje da se jama izvodi u kampadama, kako bi vrijeme od iskopa do njenog zatvaranja bude što kraće.

Izrada AB dijafragme pomoću kampade predstavlja segmentno građenje. Na datoj dužini prvo vršimo iskop svih osnovnih(primarnih) kampada, te njihovo betoniranje. Potom se vrši iskop i betoniranje sekundarnih (veznih) kamapada sl.

Iskop se vrši redoslijedom koji je prikazan na slici, grabilicom se kopa prvo dio a, pa dio b, i na kraju c.

5


1.4.1. Postupak izvođenja jedne lamele

Obzirom na specifičnost i težinu mehanizacije, kao i tehnologiju izrade, da bi se omogućilo kretanje i pravilan rad angažovane mehanizacije i opreme, ispravno centriranje, nivelisanje i bolji radni učinak radni plato mora biti adekvatno pripremljen. Samonikli materijal mora biti dobro isplaniran i uvaljan da bi se preko izveo zastor od šljunka, pjeska ili tucanika sa dobrim zbijanjem ili da bi se teren popločao prefabrikovanim AB pločama.

Pripremljen teren treba da omogući dreniranje od atmosferskih voda, iznetih iz iskopa sa materijalom, kao i dijela bentonitne suspenzije istisnute u fazi betoniranja diajfragme.

6


Iskop lamele

Uvodni kanal - prije početka iskopa rade se lako armirane-betonske kontinualne uvodnice (vođice) dubine 1,00 - 1,20 m.

Na lokaciji određene lamele centrira se bager, niveliše pribor sa alatom i počinje iskop uz istovremeno upumpavanje bentonitske suspenzije, koja služi da spriječi zarušavanje zidova iskopa, pomoću razmuljivača.

Detalj uvodnog kanala:

7


Ugradnja rubnih kolona

Ugradnja rubnih kolona se vrši pomoću bagera sa strelom ili dizalicom. Uvodne kolone se ugrađuju na krajeve iskopane lamele vertikalno do projektovane dubine.

Ugradnja armaturnog koša

Već pripremljen armaturni koš, urađen prema projektnim crtežima i tako ukrućen i završen da se može bezbjedno drugim bagerom sa strijelom ili

8


dizalicom podići i nadnijeti nad iskop. Ugrađuje se na projektovanu kotu na odgovarajućoj poziciji.

Ugradnja betona u iskop

Spuštanje cijevi za kontraktorsko betoniranje, jednog ili dva kompleta zavisno od širine lamele, kroz armaturni koš do 30 cm od dna iskopa. Ove cijevi su prečnika 245 mm, od visoko kvalitetnog čelika u segmentima od 1,00 m, 1,50 m, 2,00 m, 3,00 m koji se međusobno spajaju

pristupa se odmah, dok ne dođe do taloženja čestica bentonitne suspenzije*, i mora trajati neprekidno do završetka betoniranja da ne bi došlo do prekida i stvaranja „gnijezda“ u betonu ili segregacije betona.

Za vrijeme betoniranja cijevi za kontraktorsko betoniranje moraju biti uronjene u betonsku masu minimalno 2 m.

Betoniranje se izvodi odozdo na gore čime se postiže da betonska masa koja se ugrađuje nema nikakvog kontakta sa podzemnom vodom i bentonitskom suspenzijom*, osim površinskog sloja koji se u kasnijoj fazi odstranjuje „krajcovanjem“ – sječenjem u približnoj visini od 25 – 50 cm.

9


2. PRORAČUN HORIZONTALNIH PRITISAKA

Proračun horizontalnih pritisaka je izvršen prema Rankinovoj teoriji, u funkciji dubine ukopavanja, po metru dužine zaštitne konstrukcije. Nema podzemne vode.

10

VERTIKALNI NAPONI x (Ka,Kp)

NAPONI OD SUSJEDNOG OBJEKTA

HORIZONTALNI NAPONI

+

=


KOEFICIJENTI AKTIVNOG I PASIVNOG PRITISKA

Ka1 = tg2 (45 – φGW/2) = tg2 (45 – 35/2) = 0,271 Ka2 = tg2 (45 – φCH/2) = tg2 (45 – 28/2) = 0,361 Kp1 = tg2 (45 + φCH/2) = tg2 (45 + 28/2) = 2,769 2.1. VERTIKALNI NAPONI

1. Aktivni: z=0m → σv = 0 kPa z=5,0m → σv = γGW x h = 20x5 = 100 kPa z=10,0m → σv = 100 + (γCH x 5) = 205 kPa z=10,0+D → σv = 205 + (γCH x D) = 205+21xD kPa 2. Pasivni: z=0m → σv = 0 kPa z=Dm → σv = γCH x D = 21xD kPa 2.2. NAPONI OD SUSJEDNOG OBJEKTA

y (m) x1 (m) x2 (m) x3 (m) a b q (kPa) σx (kPa)

1 3 7 11 82 13 10 2,92 3 7 11 74 23 10 4,73 3 7 11 67 30 10 5,54 3 7 11 60 33 10 5,55 3 7 11 54 35 10 5,06 3 7 11 49 35 10 4,47 3 7 11 45 34 10 3,88 3 7 11 41 33 10 3,39 3 7 11 38 32 10 2,8

10 3 7 11 35 31 10 2,311 3 7 11 32 30 10 2,012 3 7 11 30 28 10 1,713 3 7 11 28 27 10 1,414 3 7 11 27 26 10 1,215 3 7 11 25 25 10 1,016 3 7 11 24 24 10 0,917 3 7 11 22 23 10 0,818 3 7 11 21 22 10 0,719 3 7 11 20 21 10 0,6

11


20 3 7 11 19 20 10 0,5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 200.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

2.9

4.7

5.5 5.55.0

4.43.8

3.32.8

2.32.0

1.7 1.4 1.2 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5

Dijagram napona od susjednog objekta po dubini

(m - dubine)

kPa

2.3. AKTIVNI HORIZONTALNI PRITISCI

z= 0m → σh = 0kN/m2

z= 5,0m → σh1 = σv1 x Ka1 – 2c1√Ka1

12


= 100 x 0,271 - 0 = 27,1 kN/m2 z=5,0m → σh2 = σv1 x Ka2 – 2c2√Ka2

= 100 x 0,361 – 2 x 10 x √0,361 = 24,08 kN/m2 z=5,0m → σh3 = σv2 x Ka2 – 2c2√Ka2 = 205 x 0,361 – 2 x 10 x √0,361 = 61,99 kN/m2 z=10,0+D → σh4 = σv3 x Ka2 ‐ 2c2√Ka2 = (205 + 21 x D) x 0,361 - 2 x 10 x √0,361 = 61,99 + 7,58xD kN/m2

2.4. PASIVNI HORIZONTALNI PRITISCI

z=10,0m → σh = 2c2√Kp1 = 33,28 kN/m2 z=10,0m+D → σh = σv x Kp1 + 2c2√Kp1 = 33,28 + 58,15 x D kN/m2

2.5. DIJAGRAM HORIZONTALNIH NAPONA OD TLA I DIJAGRAM NAPONA OD SUSJEDNOG OBJEKTA

13


3. DEBLJINA AB DIJAFRAGME (d) I POTREBNA DUBINA UKOPAVANJA (D)

- Debljina AB dijafragme je d= 0,4 m. - Materijal od kojeg se izrađuje AB dijafragma je beton MB 30. (Eb = 3,0 x 107 kN/m2)

14


Sile pasivnog otpora podijeljene sa Fs=1.5:- P1 = 67.75- P2 = 33.28D/1.5 = 22.19D- P3 = 29.08D2/1.5 = 19.39D2

Sile aktivnog pritiska: A1 = 120.4 A2 = 94.78 A3 = 61.99D

A4 = 3.79D2

A5 = 28.0 A6 =4.0D

4. BROJ, POLOŽAJ I RAZMAK RAZUPORA

Usvojeno je da se AB dijafragma izvede kombinovano sa geotehničkim razuporama.

15

∑MA = 0 => potrebno D = 2 m


Razupore su se pokazale kao jednostavnije i prikladnije rješenje zbog nemogućnosti ugradnje sidara, koje je uslovila blizina i dubina susjednog objekta, neposredno uz jamu.

Planirana je ugradnja 2 reda razupora, i to prvi red na koti 3,0m‐ od površine terena, a drugi red na koti 7,0m‐ od površine terena.

Osni razmak između razupora iznosi 5,0 m gledano u osnovi:

5. DIMENZIONIRANJE RAZUPORA

Usvojeno je da se razupore izrade u obliku prstenastih nosača. S obzirom na veličinu naprezanja određena je potrebna površina poprečnog presjeka, tako da se dobiju zadovoljavajuća pomjeranja konstrukcije.

Materijal od kojeg je predviđena izrada razupora je čelik BSt 500. (Ečelik = 2,1 x 105 kN/m2)

16


Sile u razuporama (PLAXIS 8.2 Professional):

Prvi red ............ N1 = 86.210 kN x 5 = 431,05 kN Drugi red ......... N2 = 167.6 kN x 5 = 838 kN

*Proba prsten, dimenzije:

d1 = 40 cm; d2 = 36 cm (debljina stijenke, t = 2 cm)

A = d2 π/4 : A1 = 1256 cm2 A2 = 1017,36 cm2 A = A1 – A2 = 238,64 cm2

Ix = Iy = I1 I‐ 2 = 125 600 – 82 406,16 = 43 193,84 cm4

ix = iy= imin = √ (I /A) = 13,4536 cm

Č.0361 σdop = 160 MPa

Izvijanje: σN = N/A < К x σdop (К,kapa: koef. izvijanja)

Dužina izvijanja: li = β x l = 1,0 x 15 = 1500cm

Efektivna vitkost: λ = li / imin = 1500/ 13,4536 = 111,494 < λgran.= 200

Relativna vitkost: λrel = λ / λv = 111,494 / 92,9 = 1,2 > 0,2

Kriva izvijanja : A (α= 0,206)

Za λrel > 0,2 => К = 2 / [ β + √ (β2 ‐ 4 λrel)]

β = 1 + α (λrel – 0,2) + λ2rel

β = 2,65

17


К = 0,412599467

К σ∙ dop = 6,60159

PRVI RED: N = N/A = 1,80529 < К x σdop = 6,60159 (PRVI RED)

DRUGI RED: N = N/A = 3,50965 < К x σdop = 6,60159 (DRUGI RED)

Napomena:

6. DIMENZIONIRANJE AB DIJAFRAGME

Momenti koji naprežu presjek dobiveni pomoću programa PLAXIS 8.2 Professional:

18


PODACI:

Presječne sile: Mmax = 84.16 kNm/m’ Mg = 1,6 x 84.16 = 134.656 kNm/m’;

Materijal: MB 30 >‐‐‐ fB = 20,5 N/mm2 BSt500s >‐‐‐ fav = 500 N/mm2

kh = h√bM

= 35 ∙ √1

134.656 = 3.016 => ka = 2,62

potAa = ka ∙Mh

= 10,08 cm2/m’

ODABRANO: φ14/15 cm

stvAa = 10,26 cm2/m’

7. 2D model => PLAXIS 8.2 Professional

19


I N P U T

O U T P U T

20


HORIZONTALNA POMJERANJA AB DIJAFRAGME PO FAZAMA:

HORIZONTALNA POMJERANJA AB DIJAFRAGME PO FAZAMA:

21


UKUPNA POMJERANJA AB DIJAFRAGME – FAZA 6

22


AB DIJAFRAGMA – ANVELOPE PRESJEČNIH SILA

23


SILE U RAZUPORAMA:

24


KONTROLA GLOBALNE STABILNOSTI:

25


8. GRAFIČKI DIO

26


1. RASPORED KAMPADA U OSNOVI (strana A – B)2. RASPORED RAZUPORA U OSNOVI (strana A – B)3. FAZE IZVOĐENJA ISKOPA DIJAFRAGME

27

Documents

Zaštita Građevinske Jame