Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska

PROJEKT ŚCIANY OPOROWEJ
DLA DWÓCH WARIANTÓW POSADOWIENIA

TEMAT Nr 24

Marzena Feszak
Nr indeksu 139967, Grupa 8

Rok akademicki 2012/13

Spis treści

OPIS TECHNICZNY PROJEKTU…………………………………………………………………………..str. 3

OBLICZENIA STATYCZNE

1. Przyjęcie konstrukcji i wymiarów ściany oporowej…………………………………. str. 5

2. Zebranie obciążeń działających na ścianę oporową:

   1. Obciążenia pionowe……………………………………………………………………….str. 6

   2. Obciążenia poziome (parcie gruntu czynne)……………………………………str. 7

   3. Sprowadzenie obciążeń do poziomu podstawy fundamentu i przyjęcie kombinacji obciążeń według EC7…………………………………………………...str. 8

Obliczenia do wariantu I – posadowienie bezpośrednie ściany.

3. Sprawdzenie mimośrodu wypadkowej obciążeń w podstawie fundamentu i obliczenie nacisków na grunt………………………………………………………………..…str. 9

4. Sprawdzenie warunków stanów granicznych nośności (GEO) według zaleceń EC7.

   1. Sprawdzenie nośności pionowej podłoża gruntowego w warunkach z odpływem……………………………………………………………………………………..str. 9

   2. Sprawdzenie nośności poziomej podłoża gruntowego (opór na przesunięcie)………………………………………………………………………………...str. 11

   3. Sprawdzenie stateczności ogólnej uskoku naziomu podpartego ścianą oporową metodą Felleniusa…………………………………………………………...str. 13

5. Obliczenia przemieszczeń ściany oporowej i sprawdzenie warunków stanów granicznych użytkowalności:

   1. Obliczenie osiadań i przechyłki ściany……………………………………..….... str. 14

   2. Obliczenie przesunięcia poziomego ściany…………………………….......…..str. 15

Obliczenia do wariantu II – posadowienie ściany na palach.

6. Przyjęcie układu pali……………………………………………………………………………….str. 16

7. Obliczenia statyczne fundamentu palowego (wyznaczenie sił w palach)…...str. 16

8. Obliczenia nośności pali w gruncie wg EC7

oraz dobranie długości i średnic pali………………………………………………………..str.

OPIS TECHNICZNY

1. Podstawa opracowania

Projekt został wykonany w celach ćwiczeniowych dla Katedry Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska na Politechnice Gdańskiej. Podstawowe wytyczne zawarte zostały w temacie nr 19. Projekt został wykonany zgodnie z obowiązującymi normami i przepisami budowlanymi.

2. Warunki gruntowo-wodne

Grunt zalegający bezpośrednio przy ścianie jest gruntem zasypowym, o stopniu plastyczności I_D = 0,9. Naziom powyżej ściany obciążony jest ciężarem równomiernie rozłożonym o wartości p=20kN/m².

A. Wariant I

Na podstawie badań geotechnicznych zaobserwowano, że do głębokości 2,2m pod poziomem terenu występuje pył ilasto-piaszczysty (saclSi), następnie do głębokości 4,0m znajduje się piasek drobny(FSa) o stopniu plastyczności I_D = 0,47, poniżej którego zalegają piaski średnie i grube (MSa/CSa, dla których I_D = 0,71). Ponadto stwierdzono, że zwierciadło wody gruntowej znajduje się na głębokości 2,5m pod poziomem terenu.

B. Wariant II

Stwierdzono, że do głębokości 2,2m pod poziomem terenu występuje pył ilasto-piaszczysty (saclSi), pod którym znajduje się warstwa torfu (Or) ciągnąca się do głębokości 5,9m ppt. Jako warstwę znajdującą się poniżej tofu wyznaczono piasek drobny (FSa) o stopniu plastyczności I_D = 0,47 do głębokości 8,4m, poniżej którego zaobserwowano warstwę piasków średnic i grubych (MSa/CSa, I_D = 0,71). Podobnie jak w wariancie I wyznaczono poziom zwierciadła wody gruntowej na 2,5m ppt.

3. Opis konstrukcji

Posadowienie bezpośrednie.

_{Charakterystyka konstrukcji:}

^{Zaprojektowano ścianę lekką (żelbetową) typu C1, podtrzymującą naziom o wysokości 3,2m, który jest obciążony siłą} 20 kN/m². Głębokość posadowienia fundamentu wynosi 1,2m poniżej poziomu terenu. Całkowita wysokość konstrukcji wynosi 4,4m. Szerokość podstawy 2,9m z odsadzką lewą o długości 0,48m i odsadzką prawą o długości 1,97m. Wysokość podstawy fundamentu wynosi 0,45m. Grubość ściany w koronie wynosi 0,45m. Ściana wykonana jest z betonu klasy B-20 i stali zbrojeniowej. Ponadto ściana została zbudowana na 15-centymetrowej warstwie chudego betonu.

Izolacja przeciwwilgociowa:

W miejscu styku ściany oporowej z gruntem zaprojektowano izolację przeciwwilgociową czterowarstwową:

• 1x emulsja asfaltowa gruntująca

• 3x emulsja asfaltowa przeznaczona do wierzchniego krycia

Dylatacja

Długość jednej sekcji dylatacyjnej wynosi 15 metrów. Przerwa dylatacyjna o szerokości 20 mm przecina ścianę oporową od korony do spodu fundamentu i wypełniona jest kitem trwale plastyczny. Przerwy dylatacyjne zaprojektowano jako zazębione, aby zapobiec wzajemnym ruchom sekcji dylatacyjnych względem siebie.

Odwodnienie:

W celu odwodnienia terenu zastosować drenaż z rurek drenarskich otoczonych warstwami filtracyjnymi z tłucznia, żwiru oraz piasku drobnego ułożonych na uszczelnieniu. W celu odprowadzenia na zewnątrz wody z zasypu, w ścianie wykonano co 2 metry otwory drenarskie.

Posadowienie na palach

Wymiary ściany nie uległy zmianom. Izolacja przeciwwilgociowa, dylatacja, odwodnienie jak dla wariantu pierwszego. Dla posadowienia przyjęto pale wwiercane CFA średnicy 500 mm i długościach roboczych:

1. Pal pionowy wciskany – 11 m

2. Pal ukośny (5:1) wciskany – 14 m

3. Pal ukośny (5:1) wyciągany – 15 m

Wydzielono sekcje dylatacyjne o długości 15 metrów. W każdej sekcji znajdują się 3 rzędy pali. W każdym rzędzie znajduje się siedem pali oddalonych osiowo od siebie o 2,0 metry. Oś pala pierwszego oddalona jest od krawędzi odsadzki lewej, od strony niższego naziomu o 25 cm. Oś pala drugiego i trzeciego oddalona jest od krawędzi odsadzki prawej, od strony wyższego naziomu też o 20 cm.

Obliczenia statyczne

1. Przyjęcie konstrukcji i wymiarów ściany oporowej.

Rys. 1. Przekrój poprzeczny ściany oporowej posadowionej bezpośrednio

Słownie:

- Głębokość posadowienia: 1,2 m

- Szerokość podstawy fundamentu: 2,9 m

- Wysokość postawy fundamentu: 0,45 m

- Szerokość korony: 0,40 m

- Szerokość odsadzki lewej: 0,45 m

- Szerokość odsadzki prawej: 1,97 m

- Całkowita wysokość konstrukcji: 4,4 m

- Wysokość części pionowej: 3,95 m

2. Zebranie obciążeń działających na ścianę oporową:

2.1 Obciążenia pionowe

Tablica 1. Zestawienie obciążeń pionowych na 1 mb ściany

Obciążenie	Vk	r0	M0(Vk)	γF max	Vd max	M0(Vd max)	γF min	Vd min	M0(Vd min)
	kN	M	kNm	-	kN	kNm	-	kN	kNm
Obc.	Vk	r0	M0(Vk)	ϒF;max	Vd;max	M0(Vd;max)	ϒF;min	Vd;min	M0(Vd;min)
	[kN]	[m]	[kNm]		[kN]	[kNm]		[kN]	[kNm]
Q	70,4675	0,34	24,99	1,35	95,13113	32,34458	1	70,4675	23,95895
G	146,2356	-0,39	-52,619112	1,35	197,4181	-76,993	1	146,2356	-57,031884
P	45,6	-0,31	-12,71	1,5	68,4	-0,465	0	0	0
Σ	262,3031		-40,339112		360,9492	-45,1135		216,7031	-33,072934

2. Obciążenia poziome (parcie gruntu czynne):

Tablica 2. Zestawienie obciążeń poziomych na 1 mb ściany

obciążenie	Hk	r0	M0(Hk)	γFA	HdA	M0(HdA)	γFB	HdB	M0(HdB)
	kN	M	kNm	-	kN	kNm	-	kN	kNm
	[kN]	[m]	[kNm]		[kN]	[kNm]		[kN]	[kNm]
E1	53,49168	1,46	78,45624706	1,35	72,21377	105,9159	1,35	72,213768	105,9159335
E2	27,016	2,2	59,4352	1,5	40,524	89,1528	0	0	0
Σ	80,50768		137,8914471		112,7378	195,0687		72,213768	105,9159335

Obliczenia:

= tg²(45 - 16) = tg²(29) = 0,3073

= 0,307259  20 = 6,14518 kPa

= 0,3073  18  4,4 + 0,3073  20 = 30,48416 kPa

E2 = e₁ · h = 6,14518· 4,4 = 27,016 kN

E1 = 0,5 · (e₂ – e₁) · h = 0,5 · (30,48416 -6,14518) · 4,4 = 53,49168 kN

2. Sprowadzenie obciążeń do poziomu podstawy fundamentu i przyjęcie kombinacji obciążeń według EC7.

Obciążenia charakterystyczne:
kombinacja 1
- V_k;1 =262,3031 kN,
- H_k;1 = 80,50768 kN,
- M_0k;1 =-40,339112+137,8914471 = 97,552335kNm

e_B;K1= = = 0, 3719 m

e_B;K1=0,3719 m ≤ =0,4833m

Obciążenia obliczeniowe
kombinacja 2
- V_d;2 = 360,9492 kN,
- H_d;2 = 112,7378 kN,
- M_{0d;2 =}-45,1135 + 195,0687= 149,9552 kNm

e_Bd;2= = = 0,41544 m

e_Bd;2=0,41544 m ≤ =0,4833m

kombinacja 3
- V_d;3 = 262,3031 kN,
- H_d;3 = 112,7378 kN,
- M_0d;3 =-40,339112+ 195,0687= 154,729588 kNm

e_Bd;3= = = 0,5898 m

e_Bd;3=0,5898 m ≤ =0,725m

Zebranie wartości mimośrodów dla danych kombinacji wraz z zestawieniem warunków, które powinny spełnić.

kombinacja 1	ebk;1	0,371906909	B/6	0,4833
kombinacja 2	ebd;2	0,415447046	B/6	0,4833
kombinacja 3	ebd;3	0,589888522	B/4	0,725

Obliczenia do wariantu I – posadowienie bezpośrednie ściany.

3. Sprawdzenie mimośrodu wypadkowej obciążeń w podstawie fundamentu i obliczenie nacisków na grunt.
   
   e_B;K1= = = 0, 3719 m
   e_B;K1=0,3719 m ≤ =0,4833m

q_max = Ʃ · (1+ )

q_min = Ʃ · (1- )

q_max = · (1+ ) = 160,045437 kPa

q_min = · (1- ) = 20,8532524 kPa

4. Sprawdzenie warunków stanów granicznych nośności (GEO) według zaleceń EC7:

1. Sprawdzenie nośności pionowej podłoża gruntowego w warunkach z odpływem i bez odpływu.

1. Warunek bez odpływu (kombinacja 2 i 3)

Nośność: R_v = A’ · [(π+2) · C_u · b_c · s_c · i_c + q_min)

A’ = B’ · L’; B’ = B-2·e_B;

B’ = 2,9 – 2 · 0,41544 = 2,06912 m;
A’=2,06912 · 1 = 2,06912 m

A’· Cu =2,06912 · 18 =37,24416 kN > H_d;2 = 112,737768 kN

W przypadku warunków bez odpływu, zakłada się, że podczas budowy fundament bezpośredni przechodzi chwilowe osiadanie. Po zakończeniu budowy, grunt doświadcza podstawowej i drugorzędnej konsolidacji. Jeżeli pierwsza faza budowy konstrukcji wiązałaby się w szybkimi przyrostami naprężeń, należałoby rozpatrywać powyższy warunek. W przeciwnym razie można uwzględniać wyłącznie warunek z odpływem.

2. Warunek z odpływem

KOMBINACJA 2

B’ = B – 2 · e_Bd;2 = 2, – 2 · 0,41544 =2,06912 m

L’ = 1m

A’=2,06912 · 1 = 2,06912 m²

N_q= 7,82112

N_c=(N_q-1) ctg =(7,82112 16,88286462
5,511822739

b_c = b_γ = b_q = 1

s_c = s_γ = s_q = 1

m = m_b =2

i_q =[1 - H_d /(V_d+A’·c’·ctgφ’)]^m =0,517682

i_c = i_q–(1- i_q)/(N_c · tgφ’)= 0,446972

i_γ = [1 - H_d /(V_d+A’·c’·ctgφ’)]^m+1 = 0,372473

q’min = γ · D = 18 · 1,2 =21,6 kPa

R_v = 393,758kN

R_v;d = R_v / 1,4

V_d;2 = 360,9492 kN ≤ R_v;d = 281,2557 kN

Warunek nośności nie został spełniony.

W przypadku nie spełnienia warunku nośności należy przeprojektować ścianę oporową w celu zmiany układu obciążeń na bardziej korzystny, bądź wzmocnić podłoże gruntowe

Ponieważ warunek nośności dla kombinacji 2 nie został spełniony, wymieniamy grunt znajdujący się bezpośrednio pod fundamentem na występujący poniżej piasek drobny (FSa) o stopniu plastyczności I_D = 0,47. W celu sprawdzenia wytrzymałości wymienionego podłoża wykonujemy ponownie sprawdzenie warunków nośności pionowej z odpływem dla obu kombinacji.

KOMBINACJA 2

B’ = B – 2 · e_Bd;2 = 2, – 2 · 0,4154468274 m =2,06912 m

L’ = 1m

A’=2,06912 · 1 = 2,06912 m²

N_q= 18,401122

N_c=(N_q-1) ctg 30,13962741
21,24778548

b_c = b_γ = b_q = 1

s_c = s_γ = s_q = 1

m = m_b =2

i_q =[1 - H_d /(V_d+A’·c’·ctgφ’)]^m =0,4788

i_c = i_q–(1- i_q)/(N_c · tgφ’)= 0,4488479

i_γ = [1 - H_d /(V_d+A’·c’·ctgφ’)]^m+1 = 0,3251823

q’min = γ · D = 18 · 1,2 =21,6 kPa

R_v =612,6841kN

R_v;d = R_v / 1,4

V_d;2 = 360,9492 kN ≤ R_v;d = 437,6315kN

KOMBINACJA 3

B’ = B – 2 · e_Bd;3 = 2,9m – 2 · 0,5898885221m = 1,720222956 m

L’ = 1m

A’ = B’ · L’ =1,720222956 m²

N_q= 18,401122

N_c=(N_q-1) ctg =30,13962741

21,24778548

b_c = b_γ = b_q = 1

s_c = s_γ = s_q = 1

m = m_b =2

i_q =[1 - H_d /(V_d+A’·c’·ctgφ’)]^m =0,325128

i_c = i_q–(1- i_q)/(N_c · tgφ’)= 0,2878476453

i_γ = [1 - H_d /(V_d+A’·c’·ctgφ’)]^m+1 = 0,185388

q’min = γ · D = 18 · 1,2 =21,6 kPa

R_v;d = 310,4828kN

V_d;3 = 262,3031 kN ≤ R_v;d = 310,4828kN

Warunek nośności został spełniony.

2. Sprawdzenie nośności poziomej podłoża gruntowego (opór na przesunięcie).

1. Warunek bez odpływu

Ac = 2,9m²

Cu = 0 kPa

Podobnie jak w przypadku nośności pionowej, nośność pozioma podłoża w warunkach bez odpływu ma charakter krótkoterminowy, zatem jej rozpatrywanie nie jest konieczne .

2. Warunek z odpływem

KOMBINACJA 2

V_d;2 = 360,9492 kN

R_h = V_d · tgφ = 208,3941178 kN

R_h;d = 208,3941178 / 1,1 = 189,449198 kN

H_d;2 = 112,7378 kN ≤ R_h;d = 189,449198 kN

KOMBINACJA 3

V_d;3 = 262,3031 kN

R_h = 151,4407654 kN

R_h;d = 137,6734231 kN

H_d;3 = 112,7378 ≤ R_h;d = 137,6734231 kN

Warunek został spełniony dla obu kombinacji.

3. Sprawdzenie stateczności ogólnej uskoku naziomu podpartego ścianą oporową metodą Felleniusa.

R = 6,865 m

	Wi	bi	α	sinα	cosα	tgα	Wi*cosαi*tgøi	Wi*sinαi
1	3,2688	0,64	0,785398	0,707106781	0,7071068	0,57735	1,33448139	2,311391
2	9,0752	0,64	0,663225	0,615661475	0,7880108	0,57735	4,12883492	5,587251
3	13,5952	0,64	0,541052	0,515038075	0,8571673	0,57735	6,728067908	7,002046
4	17,1136	0,64	0,436332	0,422618262	0,9063078	0,57735	8,954807587	7,23252
5	19,792	0,64	0,331613	0,325568154	0,9455186	0,57735	10,8043568	6,443645
6	21,7312	0,64	0,244346	0,241921896	0,9702957	0,57735	12,1738234	5,257253
7	22,992	0,64	0,139626	0,139173101	0,9902681	0,57735	13,14524535	3,199868
8	23,616	0,64	0,05236	0,052335956	0,9986295	0,57735	13,61601172	1,235966
9	30,9696	0,85	0,069813	0,069756474	0,9975641	0,57735	17,83674305	2,16033
10	10,046	0,24	0,139626	0,139173101	0,9902681	0,57735	5,743612333	1,398133
11	9,9433	0,24	0,174533	0,173648178	0,9848078	0,57735	5,653549147	1,726636
12	58,2492	0,45	0,226893	0,224951054	0,9743701	0,57735	32,7682364	13,10322
13	38,5218	0,33	0,279253	0,275637356	0,9612617	0,57735	21,37899961	10,61805
14	37,9397	0,33	0,331613	0,325568154	0,9455186	0,57735	20,71109821	12,35196
15	37,2561	0,33	0,383972	0,374606593	0,9271839	0,57735	19,94354793	13,95638
16	36,4676	0,33	0,436332	0,422618262	0,9063078	0,57735	19,08191971	15,41187
17	35,5632	0,33	0,488692	0,469471563	0,8829476	0,57735	18,12904509	16,69591
18	34,1207	0,33	0,558505	0,529919264	0,8480481	0,57735	16,70619653	18,08122
19	51,5988	0,69	0,645772	0,601815023	0,7986355	0,661006	27,23915601	31,05293
20	44,1216	0,69	0,785398	0,707106781	0,7071068	0,661006	20,62251766	31,19868
21	37,6632	0,79	0,942478	0,809016994	0,5877853	0,661006	14,63326814	30,47017
22	14,931	0,79	1,204277	0,933580426	0,3583679	0,661006	3,536905743	13,93929
∑							314,8704246	250,4347

F=(∑Wi cosαi tgø)/∑Wi sinαi=1,257295424

F dop= 1,1-1,3

Stateczność ogólna uskoku naziomu podpartego ścianą oporową metodą Felleniusa została zachowana.

4. Obliczenia przemieszczeń ściany oporowej i sprawdzenie warunków stanów granicznych użytkowalności:

1. Obliczenie osiadań i przechyłki ściany.

σ_0zi = k_0i ⋅p₁ + k_0i ⋅p₂

σ_1zi = k_1i ⋅p₁ + k_1i ⋅p₂

σ_2zi = k_1i ⋅p₁ + k_2i ⋅p₂

q_max = · (1+ ) = 160,045437 kPa

q_min = · (1- ) = 20,8532524 kPa

p₁ = q_min = 20,8532524 kPa

p ₂ = q_max – q_min = 160,045437 kPa - 20,8532524 kPa = 139,1921846 kPa

• osiadanie pierwszego punktu krawędziowego:

S₁=9,15209 mm

• osiadanie drugiego punktu krawędziowego:

S₂=3,17291 mm

• osiadanie środka podstawy fundamentu:

S₀=6,0175438 mm

Obliczenie przechylenia ściany:

φ = = = 0,0020617 rad ≤ φ_dop = 0,006 rad

f₂ = φ · H = 0,0020617 · 4,4 = 0,00907148m = 9,07148 mm

2. Obliczenie przesunięcia poziomego ściany.

Q_Hn= 80,50768 kN

l₁ = 1 mb

Dla piasku drobnego:

m_Г1 = = 1,373368276

= 2,352258

E₁ = 0,8 · 55 = 44 kPa

I_a = D · tg (45⁰+φ/2) = 1,2 · tg (45⁰+30⁰/2) = 2,07846 m

h_w = 0,4 · (B + I_a) = 1,991384 m

= 2,151986754 mm

f = f₁ + f₂ = 2,151986754 mm +9,07148 mm =11,22346675 mm

f_dop = 0,045 · 4,4 = 0,198 m = 198,0mm

f ≤ f_dop

Warunki stanu granicznego nośności zostały spełnione.

Obliczenia do wariantu II – posadowienie ściany na palach.

4. Przyjęcie układu pali.
   
   

Rodzaj pali:

Średnica: ø 500 mm

Nachylenie pali ukośnych: 1:5

Ilość pali w sekcji:

Długość sekcji dylatacyjnej:

4. Obliczenia statyczne fundamentu palowego (wyznaczenie sił w palach).
   
   Określenie wypadkowej obciążeń:

Wartość wypadkowej obciążeń:

 W= 378,1456552 kN;

KOMBINACJA 2

Suma sił pionowych:

V_d;2 = 360,9492 kN;

Suma sił poziomych:

H_d;2 = 112,7378 kN;

Siły wyznaczone metodą graficzną:

S1 = 254,87 kN

S2 = 181,09 kN

S3 = 103,46 kN

S3 = 103,46 kN ≰ 0,1 · Ʃ Si = 0,1 · kN = 43,596 kN

Dla powyższego układu pali warunek S3 ≤ 0,1 Ʃ Si nie został spełniony, przyjęto następny układ pali – kozioł palowy.

KOMBINACJA 2

Siły wyznaczone metodą graficzną:

S1 = 254,34 kN

S2 = 434,2 kN

S3 = 330,12 kN

Wyznaczenie siły w pojedynczym palu:

L = 12 m

n = 6

S1 = 508,68 kN - pal wciskany

S2 = 868,4 kN – pal wciskany

S3 = 660,24 kN – pal wyciągany

KOMBINACJA 3

Siły wyznaczone metodą graficzną:

S1 = 276,18 kN

S2 = 417,02 kN

S3 = 344,61 kN

Wyznaczenie siły w pojedynczym palu:

S1 = 552,36 kN - pal wciskany

S2 = 834,04 kN – pal wciskany

S3 = 689,22 kN – pal wyciągany

4. Obliczenia nośności pali w gruncie według EC7 oraz dobranie długości i średnic pali.

str. 27