Spis treści

I.OPIS TECHNICZNY ……………………………………………………………………………………2

1. Założenia projektowe ……………………………………………………………2

2. Lokalizacja obiektu …………………………………………………………… 2

3. Przedmiot i zakres opracowania ………………………………………………2

4. Charakterystyka geotechniczna podłoża …………………………………… 2

5. Warunki hydrogeologiczne …………………………………………………… 2

6. Technologia wykonania ………………………………………………………… 3

7. Wykorzystane materiały …………………………………………………………3

II. OBLICZENIA STATYCZNE……………………………………………………………………………4

1. Przyjęcie wstępnych wymiarów o konstrukcji ścianki szczelnej ………………………4

2. Obliczenie oddziaływań gruntu i wody na ściankę szczelną ……………………………4

   1. Wyznaczenie wartości wypadkowych parcia i odporu ……………………4

   2. Wyznaczenie głębokości zerowania się parcia i odporu gruntu …… 7

3. Obliczenia statyczne ścianki szczelnej metodą analityczną: …………………………8

   1. Wyznaczenie siły w ściągu i reakcji w podporze B ……………………9

   2. Wyliczenie potrzebnego zagłębienia:………………………………………9

   3. Wyliczenie maksymalnych momentów zginających ………………………10

4. Zwymiarowanie elementów konstrukcyjnych ścianki szczelnej: ……………………… 11

   1. Profil brusów …………………………………………………………………12

   2. Wymiarowanie kleszczy ………………………………………………………12

   3. Dobranie ściągów …………………………………………………………… 12

   4. Dobranie śrub …………………………………………………………………13

5. Zaprojektowanie i obliczenie nośności zakotwienia ściągów ścianki szczelnej …13

   1. Obliczenia odporów i parcia gruntu na płytę kotwiącą ……………13

   2. Warunek nośności ………………………………………………………… 14

   3. Wyznaczenie długości ściągu ………………………………………………14

6. RYSUNKI:

-Rys. 1. Rysunek ogólny ścianki szczelnej: przekrój pionowy z profilem geotechnicznym, widok z góry.

-Rys. 2a Połączenie kleszczy i ściągów z profilami ścianki szczelnej: przekrój poziomy z widokiem.

-Rys. 2b Połączenie kleszczy i ściągów z profilami ścianki szczelnej: przekroje pionowe.

OPIS TECHNICZNY

1.Założenia projektowe.

Projekt wykonano na zlecenie Katedry Geotechniki Wydziału Inżynierii Środowiska Politechniki Gdańskiej w ramach zaliczenia przedmiotu Fundamentowanie .

Temat: Dla przedstawionych danych zaprojektować konstrukcję ścianki szczelnej.

2.Lokalizacja Obiektu.

Projektowany obiekt zlokalizowany jest nad rzeką Radunia w Gdańsku. Obiekt ma za zadanie odgrodzić i zabezpieczyć brzeg rzeki przed podmywaniem i osuwaniem.

3.Przedmiot i zakres opracowania.

Projekt przewiduje wykonanie ścianki szczelnej jednokrotnie kotwionej, utrzymującej uskok naziomu o wysokości 7,9m. Przyjęto profil typu PU16. Na podstawie obliczeń zaprojektowano ściąg o średnicy Ф50mm, rozstaw między ściągami a=2,4m. oraz długość ściągu L=10,6m. Jako kleszczy użyto 2x C200. Śruby mocujące to śruby M30. Ścianka zostanie zakotwiona za pomocą ściągów do płyty o wymiarach: h=1m / b=1m. Zaprojektowana ścianka szczelna wykonana zostanie z Brusów typu PU16, ze stali St3S. Ścianka zapuszczona będzie na głębokość t=4.8m poniżej dna zbiornika wodnego. Ściągi kotwiące wykonane ze stali St3S ściągi wykonane zostaną z prętów okrągłych, gwintowanych na końcach. Rozstaw pomiędzy sąsiednimi śrubami mocującymi l=2,4m.

4.Charakterystyka geotechniczna podłoża.

Warstwa	wysokość	Id	γ	Φ	c
Glina pylasta saclSi	2,7	0,30	20,10	12	20
Piasek drobny Fsa	3,8	0,40	18,20	29	0
Piasek gruby Msa	6,2	0,70	18,50	35	0

5.Warunki hydrogeologiczne.

Zwierciadło wody po stronie górnego naziomu znajduje się 2,0 [m p.p.t.], zaś w kanale 3,1 [m p.p.t]. W okolicy kanału znajdują się budynki mieszkalne w odległości 10m.

1. Technologia wykonania

Ścianę wykonać należy wykonać z profili PU16. Wbijanie zaczynamy od brusa narożnego wbijając go na odpowiednią głębokość. Kolejne elementy wbijamy parami pomiędzy drewnianymi łatami długości ok. 4m. Brusy łączymy na zamki. Za pomocą dwóch kafarów dokonujemy wbijania poszczególnych elementów zabezpieczając specjalnymi kołpakami głowice złączonych profili. Po wbiciu profili należy wykonać wykop za ścianką, na głębokość ponad 2,5m w celu zamontowania kleszczy. Za pomocą śrub M27 łączymy brusy z ceownikami C180. W celu umieszczenia ściągu w gruncie należy wykonać wąski wykop wzdłuż docelowego położenia ściągu, prostopadle do brusów. Na prętach mocujemy śrubę rzymską o gwincie M48 i średnicy wewnętrznej d=48mm , w celu naciągnięcia ściągu. Po zakończeniu czynności należy zasypać i zagęścić wszystkie wykopy.

 

7.Wykorzystane materiały

- PN – 81 / B –03020 – Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli.

- PN – 83 / B –03010 – Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie.

- Obliczanie i projektowanie ścianek szczelnych, Dr inż. Adam Krasiński

OBLICZENIA STATYCZNE

1.Przyjęcie wstępnych wymiarów o konstrukcji ścianki szczelnej.

Przyjęto wstępnie zagłębienie: t = 4.8 m

2.Obliczenie oddziaływań gruntu i wody na ściankę szczelną.

2.1. Wyznaczenie wartości wypadkowych parcia i odporu

Współczynniki parcia gruntu: 

δ_a = 0,   

$$K_{\text{ai}} = \text{tg}^{2}(45 - \frac{\varnothing_{i}}{2})$$

$$K_{a1} = \text{tg}^{2}\left( 45 - \frac{12}{2} \right) = 0,656$$

$$K_{a2} = \text{tg}^{2}\left( 45 - \frac{29}{2} \right) = 0,347$$

$$K_{a3} = \text{tg}^{2}\left( 45 - \frac{35}{2} \right) = 0,271$$

Współczynniki odporu gruntu:

$$\delta_{b} = - \frac{\varnothing}{2} = - \frac{35}{2} = - 17.5;\ \ \ \ \ \eta = 0,85$$

$$K_{p} = \frac{\cos^{2}\varnothing}{\cos\delta_{p} \bullet \left\lbrack 1 - \sqrt{\frac{sin(\varnothing - \delta_{p}) \bullet sin\varnothing}{\cos\delta_{p}}} \right\rbrack^{2}} = \frac{\cos^{2}35}{cos( - 17) \bullet \left\lbrack 1 - \sqrt{\frac{sin(34 + 17.5) \bullet sin35}{cos( - 17.5)}} \right\rbrack^{2}} = 7.3567$$

K^′_p = K_p • η •  cosδ_p = 0, 85 • 0, 95371 • 7, 3567 = 5, 9638

Obliczenie wartości jednostkowego parcia gruntu dla

charakterystycznych punktów:

$$e_{\text{ai}} = \lbrack P + \Sigma{(h}_{i} \bullet \gamma_{i})\rbrack \bullet K_{\text{ai}} - 2c \bullet \sqrt{K_{\text{ai}}}$$

$$e_{a1} = 11 \bullet 0,656 - 2 \bullet 20 \bullet \sqrt{0,656} = - 25,18kPa$$

e_a2 = −25, 18 + 2 • 20, 1 • 0, 656 = 1, 1896kPa

e_a3 = 1, 1896 + 0, 35 • 11, 6 • 0, 656 = 3, 853kPa

e_a4^g = 3, 853 + 0, 35 • 11, 6 • 0, 656 = 6, 516kPa

e_a4^d = (11 + 2 • 20, 1 + 0, 7 • 11, 6)•0, 347 = 20, 584kPa

e_a5 = 20, 584 + 0, 4 • 9, 7 • 0, 347 = 21, 93kPa

e_a6^g = 21, 93 + 3, 8 • 9, 7 • 0, 374 = 33, 374kPa

e_a6^d = (11 + 2 • 20, 1 + 0, 7 • 11, 6 + 3, 8 • 9, 7)•0, 271 = 26, 065kPa

e_a7 = 26, 065 + 1, 4 • 10 • 0, 271 = 29, 859kPa

e_a8 = 29, 859 + 4, 8 • 10 • 0, 271 = 42, 867kPa

Obliczenie wartości jednostkowego parcia wody:

e_wi = γ_w • h_wi

e_w2 = 0

$$e_{w5} = 10\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 1,1m = 11kPa$$

Obliczenie wartości jednostkowego odporu gruntu:

$$e_{p} = \gamma \bullet h \bullet K_{p}' + 2c^{*} \bullet \sqrt{K_{p}'}$$

e_p7 = 0

e_ph8 = 4, 8 • 10 • 5, 9638 = 286, 26kPa

Określenie wartości wypadkowych odporu i parcia:

e_pi^* = e_ai + e_wi − e_pi

e_p1^* = e_a1 = −28, 18kPa

e_p2^* = e_a2 = 1, 1896kPa

e_p3^* = e_a3 + e_w3 = 3, 853 + 3, 5 = 7, 353kPa

e_p4^*g = e_a4^g + e_w4 = 6, 516 + 7 = 13, 516kPa

e_p4^*d = e_a4^d + e_w4 = 20, 584 + 7 = 24, 584kPa

e_p5^* = e_a5 + e_w5 = 21, 93 + 11 = 32, 93kPa

e_p6^*g = e_a6^g + e_w6 = 33, 374 + 11 = 44, 374kPa

e_p6^*d = e_a6^d + e_w6 = 26, 065 + 11 = 37, 065kPa

e_p7^* = e_a7 + e_w7 = 29, 859 + 11 = 40, 859kPa

e_p8^* = e_a8 + e_w8 − e_p8 = 42, 867 + 11 − 286, 26 = −232, 393kPa

2.2. Znalezienie głębokość x₁ równoważenia się parcia i odporu:

e_a(x) = e_p(x)

$$\frac{40,859}{x} = - \frac{232,393}{4,8 - x}$$

$$x = \frac{40,859}{232,393} \bullet (4,8 - x)$$

1, 176x = 0, 8448

x₁ = 0, 72m

Znalezienie głębokości x₂ na którym parcie gruntu jest równe 0

$$\frac{25,18}{x} = \frac{1,1893}{2 - x}$$

x • 22, 172 = 42, 344

x₂ = 1, 91

3.Obliczenia statyczne ścianki szczelnej metodą analityczną:

E_ai = pole powierzchni trojkata badz trapezu

E_a2 = 1, 189 • 0, 09 • 0, 5 = 0, 0534kN/m

$${r_{a2}}^{B} = \frac{1}{3} \bullet 0,09 + 7,015 = 7,045m$$

$$E_{a3} = \frac{(1,189 + 7,353)}{2} \bullet 0,35 = 2,81kN/m$$

r_a3^B = 6, 27 + 0, 525 = 6, 795m

$$E_{a4} = \frac{(7,353 + 13,516)}{2} \bullet 0,35 = 5,66kN/m$$

r_a4^B = 5, 92 + 0, 7 = 6, 62m

$$E_{a5} = \frac{(27,584 + 32,93)}{2} \bullet 0,4 = 12,9kN/m$$

r_a5^B = 5, 52 + 0, 595 = 6, 115m

$$E_{a6} = \frac{(32,93 + 44,374)}{2} \bullet 3,4 = 131,42kN/m$$

r_a6^B = 2, 12 + 1, 6 = 3, 72m

$$E_{a7} = \frac{(37,065 + 40,859)}{2} \bullet 1,4 = 54,55kN/m$$

r_a7^B = 0, 72 + 1, 085 = 1, 805m

$$E_{a8} = \frac{40,859}{2} \bullet 0,72 = 14,709kN/m$$

$${r_{a8}}^{B} = 0,72 \bullet \frac{2}{3} = 0,48m$$

3.1. Wyznaczenie siły w ściągu (Rs) i reakcji w podporze B.

Równania momentów w podporach

ΣM_B = 0 ∖ nΣM_B = 7, 045 • 0, 0534 + 6, 795 • 2, 81 + 6, 62 • 5, 66 + 6, 115 • 12, 9 + 4, 115 • 131, 42 + 1, 805 • 54, 55 + 0, 48 • 14, 709 = 0

R_s = 118, 32kN/m

ΣX = 0

ΣX = 222, 102 − R_s − R_b = 0

R_b = 103, 782kN/m

3.2.Wyliczenie potrzebnego zagłebienia (x_t):

ΣM_C = 0

$\Sigma M_{C} = R_{b} \bullet x_{t} - \frac{1}{2} \bullet 10 \bullet x_{t} \bullet 5,9638 \bullet x_{t} \bullet \frac{1}{3} \bullet x_{t} = 0$

$59,638 \bullet x_{t}^{2} \bullet \frac{1}{6} = 103,783$ x_t* = 3, 23

=> koścowe x_t = (x_t* + 0,72)* 1,2

(+20% z warunków bezpieczeństwa oraz z tego, że odpór graniczny gruntu zmobilizuje się jedynie w górnym odcinku, a nie na całej wysokości zagłębienia ścianki).

x_t = 1, 2 • (3, 23 + 0, 72)=4, 74m

Przyjęto zagłębienie 4,8m,

3.3.Wyliczenie maksymalnych momentów zginających:

a)w belce górnej

T(y_1m)  =  0

S − E_a2 − E_a3 − E_a4 − E_a5 = 96, 9866 > 0 oraz

S − E_a2 − E_a3 − E_a4 − E_a5 − E_a6 = −34, 2454 < 0 stąd wynika, iż moment maksymalny znajduje się pomiędzy punktami 5-6.

$$e_{a + w}\left( y_{1m} \right) = 32,93 + \frac{11,444}{3,4} \bullet y_{1m} = 32,93 + 3,66 \bullet y_{1m}$$

$$E_{a + w}\left( y_{1m} \right) = \frac{32,93 + 32,93 + 3,66 \bullet y_{1m}}{2} \bullet y_{1m} = 1,83 \bullet {y_{1m}}^{2} + 32,93 \bullet y_{1m}$$

T(y_1m) = S − E_a2 − E_a3 − E_a4  − E_a5 − E_a + w(y_1m) =

=118, 32 − 0, 0534 − 2, 81  − 5, 66 − 12, 9 − 32, 93 • y_1m − 1, 83 • y_1m² = 0

y_1m = 2, 574m

e_a + w(y_1m=2,574m) = 32, 93 + 3, 66 • y_1m = 42, 35

$$E_{a + w}\left( y_{1m} = 2,574m \right) = \frac{32,93 + 42,35}{2} \bullet 2,574 = 96,886kN/m$$

$$r_{y1m} = \frac{32,96 \bullet 2 + 42,35}{32,96 + 42,35} \bullet \frac{1}{3} \bullet 2,574 = 1,233$$

Moment maksymalny w górnej belce:

M_1max = −0, 0534 • 3, 704 − 2, 81 • 3, 454 + 118, 32 • 3, 324 − 5, 66 • 3, 277 − 12, 9 • 2, 774 − 96, 889 • 1, 233 = 209, 599kNm/m

a)w belce dolnej

f-cja przebiega liniowo

T(y_2m)  =  0

$$\frac{103,782}{y_{2m}} = \frac{474,08}{4,08 - y_{2m}}$$

y_2m = 0, 733m

Moment maksymalny w dolnej belce:

$$M_{2max} = - 103,782 \bullet 0,733 + 41,85722,03 \bullet {0,733}^{3} \bullet \frac{1}{6} = - 72,324kNm/m$$

Spośród momentów M_1max i M_2max większą bezwzględna wartość uzyskał moment M_1max.

4. Zwymiarowanie elementów konstrukcyjnych ścianki szczelnej: brusów, kleszczy, ściągów i śrub.

Wartość obliczeniowa momentu zginającego i siły w ściągu (do wymiarowania elementów):

M_max =  1.25  ⋅ 209, 599  =  261, 99 kNm/m

 S  =  1.25  ⋅  118, 32  = 147, 9 kN/m

Zagłębienie ścianki przyjęte do wykonania:

t = 1, 2 • t_C = 4, 74m

Przyjęto t=4,8m

4.1. Profil ścianki

Przyjęcie profilu ścianki:

Przyjęto stal St3S  f_d  =  195 MPa

Potrzebny wskaźnik wytrzymałości:

$$W \geq \frac{M_{\max}}{f_{d}} = \frac{261,99 \bullet 10^{2}}{195\ \bullet 10^{- 1}} = 1343,538\frac{\text{cm}^{3}}{m}$$

Przyjęto profil PU16 o Wx  =  1600 cm3/m  > 1343, 538 cm3/m

Pozostałe parametry profilu:

J  =  30400 cm4/m

A  =  159 cm2/m

4.2.Dobranie kleszczy.

Przyjęto stal S 240 GP → fd  =  240 MPa, kleszcze wykonane zostaną z pary ceowników walcowanych.

Obliczeniowa siła w ściągu z 1mb ścianki: S^(r) =  147, 9 kN/m ∖ nPrzyjeto rozstaw ściągów co 4 profile PU16 → L_s  =  4 • 0, 6  =  2, 4 m

Maksymalny obliczeniowy moment zginający w kleszczach:
M_max^(r) = 0, 1 • S^(r) • L_s² = 0, 1  • 147, 9  • 2, 4² = 85, 19 kNm

Wymagany wskaźnik wytrzymałości kleszczy:

$$W \geq \frac{M_{\max}^{\left( r \right)}}{f_{d}} = \frac{85,19 \bullet 100}{240 \bullet 0,1} = 354,96\text{cm}^{3}\backslash n$$

W₁ =  0.5 ⋅ 354, 96 =  177, 48 cm3 

Przyjęto profile C200 o Wx = 191cm³  >  177, 48cm³

4.3. Dobranie ściągów.
Przyjęto stal St3S → fd  =  195 MPa, ściągi wykonane zostaną z prętów okrągłych, gwintowanych na końcach.
Obliczeniowa siła na pojedynczy ściąg:

$S_{1}^{(r)} = 2,4m \bullet 147,9\ \frac{\text{kN}}{m} = 354,96\ kN$ (przy rozstawie Ls=2,4m)

Wymagany przekrój netto (po nagwintowaniu) ściągu:

$$A_{\text{nt}} = \frac{S_{1}^{(r)}}{f_{d}} = \frac{354,96}{195\ \bullet 0,1} = 18,2\ \text{cm}^{2}$$

Przyjęto pręt φ50 mm z gwintem M48 o A_nt  =  19, 6 cm²  > 18, 2cm² ∖ n

4.4.Dobranie śrub.
Przyjęto śruby klasy 5.6 o Rm = 500 MPa i Re = 380 MPa

Obliczeniowa siła na pojedynczą śrubę (przy rozstawie ls = 1,2 m):

S_s1^(r) = 1, 2  • 147, 9 = 177, 48 kN

Wymagany przekrój netto śruby: $A_{s} > max\left\{ \begin{matrix} \frac{S_{s1}}{0,65\ R_{m}} = \frac{177,48\ \ kN}{0,65 \bullet 500 \bullet 0,1} = 5,46\ \text{cm}^{2} \\ \frac{S_{s1}}{0,85\ R_{e}} = \frac{177,48\ \ kN}{0,85 \bullet 380 \bullet 0,1} = \ {5,495cm}^{2} \\ \end{matrix} \right.\ $

Przyjęto śruby M30 o As = 5, 61 cm2

5. Zaprojektowanie i obliczenie nośności zakotwienia ściągów ścianki szczelnej.

- Schemat zakotwienia płytowego

5.1.Obliczenia odporów i parcia gruntu na płytę kotwiącą:

a = 2, 4m

b = 1m

$$\frac{H}{h} = \frac{2,85}{1} = 2,85 \rightarrow \eta = 7,91$$

Jednostkowe wartości odporu:

$$e_{p1}\ = \ \gamma \cdot h_{1}\ \cdot \eta = 20,10\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 1,85m \bullet 7,91 = 294,133kPa$$

$$e_{p2}\ = \ \gamma \cdot \text{H\ } \cdot \eta = (20,10\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 2,0m + 11,6*0,85) \bullet 7,91 = 395,97kPa$$

Szerokość stref oddziaływania odporu:

$$\frac{H}{h} = \frac{2,85}{1} = 2,85 \rightarrow \beta = 2,47$$

b_z = b • β = 1m • 2, 47 = 2, 47m

b_z  <  a więc wartość wypadkowej odporu obliczamy

$$E_{\text{ph}} = \frac{(e_{p1} + e_{p2})}{2} \bullet h \bullet a = \frac{\left( 298,075 + 459,2 \right)}{2} \bullet 1 \bullet 2,4 = 908,73kN$$

Jednostkowe wartości parcia : ∖nPrzyjmujemy ${K_{a} = K}_{a1} = \text{tg}^{2}\left( 45 - \frac{12}{2} \right) = 0,656$

$$e_{a1} = \left( \gamma \bullet h_{1} + p \right) \bullet K_{a} = \left( 20,10\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 1,85m + 11kPa \right) \bullet 0,656 = 31,609kPa$$

$$e_{a2} = \left( \gamma \bullet H + p \right) \bullet K_{a} = \left( 20,10\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 2m + 0,85m \bullet 11,6 + 11 \right) \bullet 0,656 = 40,1kPa$$

Wartość wypadkowej parcia

$$E_{a} = \frac{(e_{a1} + e_{a2})}{2} \bullet h \bullet b = \frac{\left( 31,609 + 40,1 \right)}{2} \bullet 1 \bullet 1 = 35,855kN$$

5.2. Warunek nośności:

S  ≤  0, 8 ⋅ Eph  1, 2 ⋅ Ea

0, 8 ⋅ Eph  1, 2 ⋅ Ea = 0, 8 ⋅ 908, 73  1, 2 ⋅ 35, 855 = 683, 958kN

S = 118, 32kN ≤  683, 958kN

Wyznaczenie długość ściągu:

Przyjęto L=10,6m

6.1 Obliczenie stateczności metodą Kranza

Przyjęta długość ścianki h=12,7m

Długość ściągu wyznaczona metodą graficzną 10.6m

Grubości poszczególnych warstw gruntu:

L₂=3,895m

L₁=6,705m

Ciężar poszczególnych pasków pasków:

G₂=4,13*9,7+11,96*9,7+2,73*11,6+7,79*20,1=344,32kN

G₁=13,24*9,7+7,16*11,6+13,41*20,1=481,03kN

Siła P rozłożona na paski:

P₂=3,895*11=42,85

P₁=6,705*11=73,76kN

Siły działające na płytę z pkt. 5.2(str.15)

E_a=-35,86kN

E_ph=908,73kN

Reakcja C₁ wynikająca ze spójności w warstwie nr 1:

C₁=$\sqrt{{6,705}^{2} + {2,7}^{2}} \bullet 20 = 144,56\text{kN}$

tg v – kąt pomiędzy ścianką a ściągiem (dł. Ściągu/ msc. zerowe e_a i e_p)

tg v=10,6/(12,7-4,08-2,35)=1,69

α = 59, 4

β = 90 − 59, 4 = 30, 6

α1 = 18, 6

α2 = −4, 4

Suma sił pionowych:

P₁+G₁=554,79

P₂+G₂=387,17

Wyznaczona siła:

S_dop=664kN*0,8=531,2 > S =118,32kN