Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 [ 60 ] 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148

при расчете по эквивалентному сцеплению и меньше (порядка 1/3) -при полном учете трения и сцепления н значительном ф.

§ 7. Примеры расчета на прочность мерзлых грунтов

Расчеты на прочность мерзлых и вечномерзлых грунтов имеют огромное практическое значение, так как позволяют правильно определить безопасную нагрузку на мерзлые и вечномерзлые грунты с учетом их особенностей и в первую очередь -их состава (льдистости), величины отрицательной температуры и реологических свойств (релаксации напряжений и ползучести во времени).

Особо существенное значение расчеты на прочность мерзлых грунтов приобретают при применении искусственного замораживания грунтов в строительном и горном деле, которое находит все более широкое применение при экскавации грунтов без креплений глубоких строительных котлованов (например, при устройстве подземных вестибюлей и наклонных вводов метро), для защиты котлованов гидротехнических сооружений от притока грунтовых вод и при устройстве глубоких шахтных выработок в сложных геологических условиях и неустойчивых грунтах.

По данным Я. А. Дормана, за последние 30 лет с помощью искусственного замораживания грунтов пройдено около 70 наклонных тоннелей для метрополитена (из них 10 перегонного типа), более 30 строительных котлованов и около 100 стволов глубоких шахтных выработок *.

Успешное и широкое применение искусственного замораживания грунтов, которое оказалось возможным лишь на базе разработки новых методов расчета прочности и устойчивости мерзлых грунтов с учетом их реологических свойств, позволило значительно сэкономить средства, обеспечив при этом безопасность и удобство работ. Так, например, при устройстве глубокого котлована для метрополитена в Москве (у Красных ворот) применение искусственного замораживания грунтов позволило сэкономить 700 т металла и 500 крепежного леса, и сократить время производства работ на 11-12 месяцев.

Упомянутый строительный котлован, сооружаемый при консультации автора и по его расчетам на прочность мерзлых грунтов (руководителем работ был инж. Я. А. Дорман), имел круглую форму диаметром 40 Л1 и глубину около 20 м (отдельные замораживающие скважины имели глубину до 27 м). Толщина удерживающей замораживаемой стенки (из плывунного супесчаного грунта) по расчету на прочность с учетом релаксации напряжений (при длительном сопротивлении мерзлого грунта, равном 14 кГ/см, средней температуре 9= -10°С) получилась равной 5,6 м, что оказалось

* Я. А. Дорман. Искусственное замораживание грунтов при строительстве метрополитенов. Изд-во «Транспорт», 1971.

вполне приемлемым и позволило отказаться от всех видов креплений внутри котлована (рис. 93).

Успешная экскавация огромного котлована иод защитой стен из искусственно замороженных грунтов на краю которого (на расстоянии около 1-2 м) было расположено высотное здание (высотой 138,5 м и весом около 27ООО Г), подтвердила правильность произведенных расчетов на прочность мерзлых грунтов с учетом релаксации их напряжений и послужила примером для последующего применения искусственного замораживания грунтов при проходке вводов и тоннелей метрополитенов.

Рис. 93. Общий вид льдогрунтовых стен, ограждающих глубокий котлован

ввода метрополитена (в летнее время для предохранения от непосредствен-ного действия солнечных лучей стены покрывались соломенными матами)

Не менее широкое применение искусственное замораживание грунтов нашло и в горном деле при проходке глубоких шахт в плывунных грунтах, причем учет реологических свойств мерзлых грунтов "позволяет более экономно осуществлять крепление шахтных выработок.

Так, при проектировании глубоких шахт (глубиной порядка 500 м) Курской магнитной аномалии расчет толщины льдогрунтовых ограждений по теории упругости (по формуле Ламэ) давал

* Н. А. Цытович, X. Р. Хакимов. Применение искусственного замораживания грунтов в строительном и горном деле. Сб. «Доклады к V Международному конгрессу по механике грунтов», под ред. Н. А. Цытовича. Госстройиздат, 1961.

12-16 м, тогда как расчеты мерзлых грунтов с учетом ползучести по полученным замкнутым решениям теории реологии * позволили ограничиться толш;иной стенок около 3,4 ж, что с успехом было применено на практике.

Приведем ряд примеров расчета на прочность мерзлых грунтов.

Пример 1. Определить безопасную нагрузку и предельное давление на вечномерзлый суглинок, имеющий следующие механические характеристики: при незначительной величине сопротивления трению величина предельно-длительного сцепления при температуре 9=-0,4° С равна Сдл = 0,9 кГ/слг и при температуре 0=-4,0° С Сдл = 2,0 кГ/см?; глубина заложения фундаментов h = 3 м, объемный вес грунта выше подошвы фундамента 7= 1,8 Т/м, форма площади подошвы фундамента квадратная.

Величина совершенно безопасной нагрузки на мерзлый грунт при сохранении его отрицательной температуры будет соответствовать нач ркр и определится по формуле (IV.100, т. е.

нач Ркр ~ ХСдл + h.

При 8 = -0,4 с

нач = 3,14-0,9 + 0,0018-300 ==3,4 kFIcm")

при о - -4,0" С

нач /7кр = 3,14-2+ 0,54 = 6,8 кПсм.

Полученные значения критического давления и следует рассматривать как совершенно безопасную нагрузку для данного вечномерзлого грунта.

Лредельное давление, соответствующее полному использованию несущей способности вечномерзлого суглинка, как для идеально связного грунта (бдл=70 и фдлО) определим по формуле для фундамента с квадратной площадью загрузки (табл. 26, п. 4):

пред Ркр = 5,71Сдл + q,

где q - величина боковой пригрузки в рассматриваемом случае равна q = yh = = 0,0018-300-0,54 кГ/см. Тогда при 0- -0,4° С

пред /7кр = 5,71- 0,9 + 0,54 - 5,7 kFjcm;

при 0= -4,0° С

поед /?кр 5,71-2+ 0,54=.= 12,0 кГ1см. Если принять значение произведения коэффициента однородности грунта на коэффициент условий работы km = 0,6, то для величины расчетного давления будем иметь:

при 0- -0,4° С

расч р = km (шед Ркр) = 5 ,7-0,6 = 3,42 kFiCM]

„ри 0= 1-4,0° С

расч р = km (пред Ркр) = 12-0,6 ==7,2 kFjCM,

что близко к ранее полученным величинам совершенно безопасного давления на грунт.

Пример 2. Определим начальную нач Ркр и предельную критическую пред Ркр нагрузки на вечномерзлую супесь при следующем задании (см. например, данные табл. 20): 0=-0,4°С; фдл =26° (т. е. фО); Сд-1 = 1,0 кГ/см, q = yh = = 0,54 кГ/см.

В рассматриваемом случае необходимо применить решения с учетом как сцепления мерзлого грунта, так и его сопротивления трению при сдвиге. Для определения величины нач Ркр по формуле (IV. 13)

* См. сноску*! на стр. 124.