ОБ УСТОЙЧИВОСТИ ШПУНТОВЫХ СТЕНОК В СТРОИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД

Пахоменкова Татьяна Юрьевна.

аспирант, СПГУВК, г. Санкт-Петербург

Е-mail:

В связи с модернизацией портовой техники и увеличением водоизмещения судов, актуальна проблема повышения общей устойчивости возводимых причальных конструкций в виде тонких вертикальных стенок, отличающихся экономичностью, технологичностью и надёжностью в эксплуатации. На открытой акватории преимущественно применяют больверки (заанкерованные и незаанкерованные тонкие подпорные стенки), которые выполняют из шпунтовых свай [2, 5]. Вопросы обеспечения устойчивости свайных конструкций, расположенных на протяжённых акваториях со сложным волновым режимом, обусловлены: процессами стабилизации грунтов, воздействием водного потока от судовых винтов, изменениями нагрузок от портовых механизмов, процессом разуплотнения грунтов основания и другими факторами. Особую опасность представляет строительный период, когда шпунтовый ряд погружён в грунт, но ещё не установлены анкерные тяги. При этом деформации шпунтовых стен, превышающие проектные, требуют сложных восстановительных работ, что приводит к дополнительным затратам. Опыт использования однорядных шпунтовых стен, показал, что в условиях слабых грунтов основания необходимо уделить особое внимание устойчивости с учетом параметров ветровых волн, а так же гранулометрического состава грунта.

В процессе погружения свай грунты подвергаются длительному вибрационному воздействию. При этом происходит разжижение мелких сыпучих грунтов, значительное уменьшение сцепления и угла внутреннего трения [1, 6].

В период производства работ на протяжённых акваториях, не защищенных от волнового влияния, волна, воздействуя на стенку, создает изгибающий момент, вызывающий перемещение свободного конца (рис. 1).

При этом у основания сваи образуется воронка размыва. Слабые несвязные грунты с малыми значениями неразмывающих скоростей, вымываются из образованной полости, относятся водой и оседают вне зоны погружения сваи. В результате длительного волнового воздействия, отклонения стенки увеличиваются, увеличивая тем самым воронку размыва. Этот процесс приводит к развитию процесса выноса грунта основания и образованию глубокой пазухи вдоль сваи [4].

Образование воронки может привести к нарушению устойчивости вертикальных стен и, как следствие, к обрушению сооружения.

Рис. 1. Перемещение шпунтовой стенки при воздействии волн.

При погружении в грунт незаанкерованная стенка работает как консольная балка, нижний конец которой защемлен в грунте. До тех пор, пока стенка не нагружена, она испытывает с обеих сторон защемления одинаковое давление, равное естественному давлению в грунтовом массиве.

При приложении нагрузки (горизонтальной силы Р, см. рис. 2.), стенка изогнется и будет стремиться повернуться вокруг неподвижной точки перегиба эпюры С [3]. Давление грунта на участки стенки, испытывающие перемещение, изменится: с той стороны, куда направлены перемещения, оно возрастет, с противоположной — уменьшится. Схема показана на рисунке 2.

Рис. 2. Эпюры бокового давления грунта при волновом воздействии.

В условиях равновесия на участках стенки с максимальными перемещениями наибольшее давление грунта будет равно пассивному давлению, а наименьшее со стороны обратной направлению перемещения — активному давлению. Таким образом, предельная интенсивность сопротивления грунта внешнему давлению в каждой точке равна разности интенсивностей пассивного и активного давлений грунта.  [2]. Учитывая размыв грунтов основания, получим, что точка перегиба эпюры будет перемещаться вглубь. В конечном итоге произойдет потеря устойчивости шпунтовой стенки.

Известны практические примеры негативного влияния циклических волновых нагрузок на шпунтовые конструкции. В частности, на сооружении, выполненном в виде одиночного ряда шпунтовых свай из профиля типа Ларсен 607n, находящемся на этапе строительства (до его анкеровки), после 10 часов волнового воздействия волны высотой h=2,5 м и периодом Т=3—4 с, было выявлено отклонение фактического положения шпунтового ряда от проектного (до 5 метров) в сторону противоположную накату волн, а также образовалась значительная пазуха грунта основания за лицевой стенкой акватории.

Для оценки процессов происходящих у основания шпунтовой стенки необходимо определить скорости выноса частиц грунта и соотнести их значения со значениями неразмывающих скоростей и значениями гидравлической крупности.

Рассмотрим данные, полученные в результате наблюдений за объектом. На рисунке 3 представлен геологический разрез.

Рис. 3. Геологический разрез.

Анализ гранулометрического состава показал, что формирующей основой массива являются мелкие фракции песка (70—80 % частиц диаметром от 1 мм до 0,25 мм), с объемом пылеватых частиц (8—10 %), которые обладают малыми значениями неразмывающих скоростей а, следовательно, легко выносятся из массива.

Исходя из совокупности данных, можно получить приблизительное представление о виде воронки размыва, образовавшейся в результате формирования временного подводного откоса, вид которого показан на рисунке 4.

Рис. 4. Формирования временного подводного откоса.

Представленный случай потери устойчивости стенки не является единичным. Все известные случаи разрушения свайных сооружений, возведенных на мелкопесчаных слабых грунтах, обуславливают необходимость дополнительного изучения механики взаимодействия слабых оснований со свайными сооружениями.

Список литературы:

1. Гончаров В. Н. Движение наносов. - М.: ОНТИ Главная редакция строительной литературы, 1938. – 110 с.
2. Гуревич, В. Б. Речные портовые гидротехнические сооружения. – М.: Транспорт, 1988. – 415 с.
3. Джунковский Н. Н. и др. Порты и портовые сооружения. Часть II. – М.: Литературы по строительству, 1967.
4. Строительные нормы и правила 2.06.04-82*Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов); Госстрой СССР: М., 1989 – 71 с.
5. Строительные нормы и правила 2.06.07-87 Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения; Госстрой СССР: М., 1989 – 89 с.
6. Терцаги К., Пек Р. Механика грунтов в инженерной практике: [пер. с англ.]. - М.: Госстройиздат, 1970.– 415 с.