Opis techniczny
Inwestycja:
Wykonanie stalowej ścianki szczelnej
Inwestor:
Zarząd Morskich Portów Szczecin-Świnoujście
Adres inwestora:
Szczecin, ul. Bytomska 7.
Ares inwestycji:
Szczecin, ul. Jana z Kolna
Przedmiot i zakres opracowania
Przedmiotem opracowania jest projekt budowlany stalowej ścianki szczelnej wspornikowej
oraz jednokrotnie zakotwionej górą, dołem wolnopodpartej. Zadaniem konstrukcji jest utrzymanie
stateczności naziomu gruntu, podczas robót ziemnych w postaci wykopu o głębokości pod
projektowaną drogę przy nabrzeżu portowym.
Oznaczenie parametrów geotechnicznych
Po wykonaniu wierceń oznaczono parametry wiodące I
D
, I
L
dla gruntów zalegających w
poszczególnych warstwach geotechnicznych, a następnie wyznaczono pozostałe parametry metodą
B.
Warunki gruntowo – wodne
W miejscu lokalizacji budynku pod warstwą humusu zalega pył genezy A o
. Poniżej
znajduje się warstwa torfu
. Najniżej zalega warstwa żwiru wilgotnego o
którą
traktuje się jako warstwę nośną. Zwierciadło wody gruntowej znajduje się na głębokości 2,6 m
( . poniżej poziomu terenu (strop pierwszej warstwy geotechnicznej – ).
Warunki konstrukcyjne
Ścianka szczelna wspornikowa
Konstrukcja ścianki wspornikowej jest zaprojektowana z profili stalowych typu U o
oznaczeniu Profil V o szerokości 420 mm , które mają być w wibrowywane przy użyciu wibromłota
typu MRZV-V firmy ABI do głębokości –
Ścianka szczelna jednokrotnie zakotwiona górą za pomocą płyty, dołem wolnopodparta.
Konstrukcja ścianki wspornikowej jest zaprojektowana z profili stalowych typu U o
oznaczeniu Profil II o szerokości 400 mm, które mają być wibrowywane przy użyciu wibromłota typu
MRZV-V firmy ABI do głębokości – Ścianki należy zakotwić przy użyciu pręta do
płyt żelbetowych znajdujących się w pierwszej warstwie geotechnicznej. Przyjęto płytę żelbetową
prefabrykowane o wymiarach 0,15x1,5x2,0 m betonu klasy C35/45 (B45).
Charakterystyka konstrukcji:
Długość ścianki wspornikowej
Długość ścianki zakotwionej
Długość konstrukcji
Różnica nazi omów
Obliczenia zostały wykonane w biurze projektowym firmy Skanska Sp.z.o.o. z siedzibą w
Warszawie, przy ul. Generała Zajączka 9.
Parametry gruntów:
π (A)
I
L
=0,01
ɣ=20,5 kN/m3
c=50 kPa
=25°
T
I
L
=0,83
ɣ=13,0 kN/m3
c=10 kPa
=10°
Ż, m
I
D
=0,40
ɣ=20,5 kN/m3
c=0 kPa
=38°
Zakładam zagłębienie ścianki:
Wyznaczenie efektywnego ciężaru objętościowego gruntu:
Dla parcia czynnego:
√
√
Efektywny ciężar objętościowy gruntu w warstwie:
I.
II.
III.
Dla parcia biernego:
√
√
Efektywny ciężar objętościowy gruntu w warstwie III:
Parcie czynne:
√
Współczynnik parcia czynnego dla danej warstwy gruntu:
I.
(
)
II.
(
)
III.
(
)
(
) √
(
) √
(
) √
(
)
√
(
)
√
(
(
)
) √
Parcie bierne:
√
Współczynnik parcia biernego dla III warstwy gruntu:
(
)
(
) √
Parcie wody:
Ścianka szczelna wspornikowa
Wskaźnik wytrzymałości na 1 metr ściany:
Tablica z profilami:
Na podstawie wskaźnika wytrzymałości na 1 metr ścianki dobrano następujące profile:
Profil V
Głębokość zakotwienia ścianki
, gdzie:
Ścianka szczelna wolnopodparta jednokrotnie zakotwiona
Ściąg na 1/3 H – lepiej żeby ściąg nie znajdował się na powierzchni, na środku płyty, ściąg z reguły pod
kątem
Wskaźnik wytrzymałości na 1 metr ściany:
Na podstawie wskaźnika wytrzymałości na 1 metr ścianki dobrano następujące profile:
Profil II
Głębokość zakotwienia ścianki
, gdzie:
Obliczenie kotwy:
- co 10 grodzice
Potrzebny przekrój kotwy:
Przyjęto pręty:
Zakotwienie płytą pionową:
Wyznaczenie minimalnej odległości płyty kotwiącej od ścianki szczelnej:
Płaszczyzna odłamu dla parć czynnych na ściankę:
Płaszczyzna odłamu – grunt I:
Płaszczyzna odłamu – grunt II:
Płaszczyzna odłamu – grunt III:
Płaszczyzna odłamu dla parć biernych na płytę:
Płaszczyzna odłamu – grunt I:
Wstępne założenie dla wymiarów płyty pionowej to:
Jednostkowe wartości odporu :
√
(
)
(
)
√
(
) √
√
(
) √
Szerokość płyty pionowej:
Wartość wypadkowej odporu obliczamy ze wzoru:
Odpór gruntu po uwzględnieniu współczynnika korekcyjnego η
Współczynnik η dla tej ścianki wynosi:
- ponieważ, ścianka jest gładka, kąt nachylenia naziomu w stosunku do poziomu jest zerowy
oraz kąt nachylenia ścianki szczelnej do pionu wynosi zero
Warunek nośności zakotwienia:
Warunek spełniony – nośność płyty kotwiącej została zapewniona
Zakotwienie palowe:
Siły działające na poszczególne elementy zakotwienia palowego:
Suma sił pionowych, kolejno: ciężar bloku łączącego pale (głowica), ciężar gruntu nad blokiem i
obciążenie użytkowe na powierzchni
(
)
- pal wciskany
- pal wyciągany
Pole podstawy pala:
Pole pobocznicy pala:
Do obliczeń pali wciskanych przyjęto schemat „i”, natomiast do obliczenia pali wyciąganych przyjęto
schemat „h”, więc wyznaczam wysokość zastępczą h
Z
:
Wartość jednostkowego granicznego oporu gruntu pod podstawą pala:
Dla Żwiru o
(
)
Wartość jednostkowego granicznego oporu gruntu wzdłuż pobocznicy pala:
Dla Żwiru:
(
)
Dla Torfu:
Dla Pyłu:
(
)
Średnia głębokość zalegania pyłu wynosi 2,60 m od poziomu terenu, więc:
Wstępnie przyjmuję długość pala:
Pal wciskany:
- 0,62 m na rozkucie
Pal wyciągany:
- 0,78 m na rozkucie
L
1
I
, L
2
I
– długości pali mierzone od podstawy ścianki; rzeczywista długość pala w ziemi po rozkuciu
części górnej pala
PAL WCISKANY – obliczenia dla schematu „i”
∑
Ciężar własny pala:
Strefa naprężeń w gruncie:
∑
Wartość współczynnika redukcyjnego:
Nośność pojedynczego pala powinna wynosić:
∑
Sprawdzenie warunku nośności dla wciskanego:
Nośność pala wciskanego została zapewniona
PALE WYCIĄGANE – obliczenia dla schematu „h”
Współczynniki technologiczne S
w
dla gruntu nośnego – Żwiru: S
w
=0,6
∑
Wartość współczynnika redukcyjnego:
∑
Ciężar własny pala:
Sprawdzenie warunku nośności dla pala nr 3:
Nośność pala wyciąganego została zapewniona
Wnioski
Po obliczeniu dwóch wariantów zakotwienia ścianki szczelnej jednokrotnie zakotwionej
górom, dołem wolnopodpartej, widać wyraźną przewagę rozwiązania zakotwienia płytą pionową nad
zakotwieniem palami kozłowymi. Zakotwienie płytą pionową jest lepsze od drugiego rozwiązania,
ponieważ wymaga dużo mniej materiału, mniejszego nakładu pracy sprzętu oraz jest mniej
skomplikowane do wykonania. Wynika to z tego, iż w pierwszej warstwie gruntu występuję grunt o
dużej spójności, w którym nie występuję parcie czynne na ściankę szczelną oraz płytę kotwiącą. Dzięki
temu otrzymujemy mniejszy moment zginający na ściankę szczelną, która przekłada się jednocześnie
na mniejszą reakcję (siłę) przenoszoną przez kotwę oraz na to, iż brak parcia czynnego sprawia, że
płyta kotwiąca może mieć mniejsze wymiary. W przypadku zastosowania zakotwienia palowego,
trzeba by zużyć znaczną ilość pali o dość dużej długości (do 13,00 m długości) co sprawia, iż w
przypadku takiej konstrukcji rozwiązanie to staję się mało ekonomiczne.