Давление покоя р0 — боковое давление грунта, при воздействии которого, подпорное сооружение не смещается и не изгибается. Давление покоя соответствует природному значению бокового давления (рис. 1).
При горизонтальных перемещениях подпорного сооружения или стены подвала менее 0,0005h, где h — глубина котлована или высота конструкции, расчет бокового давления грунта производится при давлении покоя в соответствии с п. 9.20 СП 22.13330.2016.
Рисунок 1 — Давление покоя грунта
- р0 — давление покоя;
- -u — перемещение от засыпки;
- +u — перемещение в сторону засыпки.
Под действием давления грунта возможно смещение (ua) подпорной стенки в сторону от засыпки. В таком случае смещение принимается со знаком минус (-u) (рис. 2).
Рисунок 2 — Активное давление грунта
- рa — активное давление;
- ua — перемещение ограждающей конструкции;
- h — высота конструкции.
Когда это смещение достигает величины ua, в грунте засыпки формируется область обрушения грунта, граница которой называется поверхностью скольжения, а сама область — призмой обрушения (призмой активного давления).
Активное давление рa — минимальное боковое давление грунта на подпорное сооружение, передаваемое призмой обрушения, при воздействии которого, сооружение смещается от грунта засыпки.
Активное давление грунта является основной нагрузкой, которую необходимо учитывать при проектировании подпорных сооружений. Расчет бокового давления грунта на конструкцию, включая активное, выполняется по формулам с учетом значений перемещений и деформаций, возникающих в результате совместной работы подпорного сооружения и грунтового массива на каждом этапе разработки грунта.
Пассивное давление (пассивный отпор грунта) рn — максимальное боковое давление грунта на подпорное сооружение, при воздействии которого, сооружение смещается в сторону грунта засыпки.
Пассивное давление грунта следует учитывать до глубины пересечения грани на контакте «конструкция — грунтовый массив» с предполагаемой плоскостью скольжения.
В засыпке также образуется поверхности скольжения и при некоторой величине перемещения (+u) формируется призма выпирания грунта (2) (рис. 3).
Рисунок 3 — Пассивное давление грунта
- рn — пассивное давление;
- un — перемещение ограждающей конструкции.
Для расчёта пассивного давления грунта применяется ряд классических подходов, наиболее распространёнными из которых являются теории Кулона, Соколовского и методы СП 22.13330.
Эффективное давление грунта — это давление, которое воспринимает скелет грунта, то есть минеральные частицы, и которое реально влияет на его деформацию, уплотнение и упрочнение. Оно отличается от полного давления тем, что учитывает вычитание порового давления воды, которое называется нейтральным, так как не влияет на напряженное состояние скелета грунта.
Дополнительное (реактивное) давление грунта — давление, возникающее в условиях взаимодействия сооружения с упругой средой грунта, учитывающее временные нагрузки, деформации основания и другие факторы, вызывающие отпор грунта, например, температурные воздействия или давление воды. Оно проявляется как реакция грунта на внешние нагрузки и перемещения конструкции.
Взаимосвязь разных видов давлений грунта на подпорное сооружение
При горизонтальных перемещениях u подпорного сооружения или стены подвала более 0,0005h зависимость величин бокового давления грунта допускается определять в соответствии с кусочно-линейной диаграммой (рис. 4) и в соответствии с п. 9.21 СП 22.13330.2016. Знак перемещений считается положительным при перемещении конструкции в направлении грунтового массива.
Значения коэффициентов бокового давления грунта в покое, а также значения активного и пассивного давления следует определять в соответствии с п. 9.20-9.23 СП 22.13330.2016.
При определении давления грунта на подпорные стены (например, из бурокасательных свай), ограждения котлованов, железобетонные стены подземных частей сооружений следует учитывать параметры, указанные в п. 9.18 СП 22.13330.2016.
На основании экспериментов показано (рис. 4), что полное формирование призмы обрушения и развития активного давления происходят при очень небольших перемещениях стенки, составляющих тысячные доли её высоты. Напротив, образование призмы выпирания и развития пассивного давления происходят при значительно больших значениях перемещений стенки.
Рисунок 4 — Диаграмма зависимости величин бокового давления грунта к перемещению конструкций
На подпорную стенку практически всегда будут действовать активное давление со стороны засыпки, стремящееся сдвинуть или опрокинуть стенку, и пассивное давление, препятствующее потере её устойчивости (рис. 5).
Рисунок 5 — Расчетная схема гибкого подпорного сооружения
