Критическая глубина определяется как максимальная глубина выемки грунта, которая может быть выполнена без каких-либо сбоев. Критическая глубина является одним из важнейших аспектов проектирования, используемых для изучения и анализа устойчивости незакрепленных траншей или котлованов. Открытая выемка, выполненная за пределами критической глубины для данного типа грунта, приводит к рассеиванию остаточного напряжения, способствуя неустойчивости грунтового массива.
Критическая глубина – это параметр, определяющий необходимость применения систем поддержки котлована при строительстве сооружений. В соответствии с OHSAS (серия стандартов по оценке безопасности и гигиены труда), все траншеи или котлованы глубиной более 5 футов нуждаются в опорах, креплениях или любых других системах поддержки котлована. Вместо обеспечения структурной поддержки, стены котлована могут быть наклонены, чтобы избежать обрушения.
В статье объясняются параметры, которые необходимо изучить для определения критической глубины открытой выемки грунта определенного типа.
Критическая глубина в открытом котловане
Определение критической глубины в открытом котловане для однородных грунтов дается методом Тейлора. Тейлор разработал серию расчетных кривых, основанных на условиях полного напряжения, чтобы установить приблизительное значение коэффициента безопасности (КБ).
Поэтому Тейлор разработал соотношение, включающее удельный вес грунта, критическую высоту котлована (Hc), значение связности грунта “c” и число устойчивости “Ns”:
![Как определить критическую глубину в открытом котловане? [PDF]](https://centrselstroy.ru/wp-content/uploads/2020/05/Stability-Number-Ns.jpg)
Экв.1
Фактор безопасности (FS) – это отношение сил сопротивления к движущим силам. Эти силы также могут быть моментами сопротивления и моментами движения. На сайте FS меньше или равно 1 приводит к разрушению склона. Теоретически устойчивый склон имеет следующее значение FS больше 1. Обычное значение FS составляет от 1,3 до 1,5.
Коэффициент безопасности для склона изучается на основе следующей информации:
- Профиль почвы и воды
- Кинематика разрушения склона
- Прочность почвы
- Вес грунта
Фактор безопасности может быть определен по высоте как отношение максимальной высоты склона (критическая глубина) к фактической высоте склона. Следовательно,
FS = Hc/H Eq.2
Определение числа устойчивости (Ns)
Тейлор разработал график, показывающий взаимосвязь между числом устойчивости (Ns), углом наклона (B) и углом трения почвы (Eq.1). Учитывая угол наклона и угол трения почвы, число устойчивости рассчитывается по приведенному ниже графику.
График для определения числа устойчивости
Значение числа устойчивости зависит от типов разрушения склонов на данном грунте.
Определение Критическая глубина в открытом котловане
По приведенной ниже формуле можно определить критическую глубину (Hc) в открытом котловане
Экв.3
Расчет может быть понятен на примере ниже:
Пример 1
Производится выемка мягкой глины с углом наклона 75 градусов по отношению к горизонтали. Число устойчивости составляет 4,55. Показатель связности грунта составляет 650psf. Удельный вес грунта составляет 110псф. Определите максимальную глубину, до которой может быть проведена выемка грунта? Какова F.S. склона против скольжения или разрушения, если глубина выемки составляет 10 футов?
Решение:
Дано,
Примечание: единица pcf – это фунт на кубический фут. 1pcf = 16,02 кг/м3
Уравнение для критической глубины дано в уравнении 3,
Подставляя значения, Hc = [4,55 x 650]/110 = 26,9 фута.
Согласно вопросу, если глубина котлована составляет 10 футов, коэффициент безопасности F.S определяется уравнением 2,
F.S = Hc/H
Где, Hc = 26,9 фута и H = 10 футов.
Тогда, F.S = 26,9/10 = 2,69 >1
Поскольку FS больше 1, вырытый склон устойчив.
Безопасная высота для открытой выемки грунта
Ниже приведена таблица теоретических безопасных высот для однородного глинистого склона, подвергающегося вертикальному боковому резанию.
Теоретическая безопасная высота (H) для однородной глины
Открытая выемка грунта, требующая копать глубже критической глубины, требует временной защиты откоса для предотвращения обрушения грунтовых материалов, опасности выемки и для безопасности рабочих.
Часто задаваемые вопросы
На какую глубину я могу проводить открытые земляные работы без поддержки?
В соответствии с OSHAS (Закон о безопасности и гигиене труда), все траншеи или котлованы глубиной более 5 футов нуждаются в подпорках, креплениях или системах поддержки котлована. Вместо обеспечения структурной поддержки, стены котлована могут быть наклонены, чтобы избежать обрушения.
Открытая выемка грунта, требующая копать глубже критической глубины, требует временной защиты откоса для предотвращения обрушения грунтовых материалов, опасности выемки и для безопасности рабочих.
По какой формуле определяется критическая глубина открытого котлована?
Критическая глубина открытого котлована (Hc) определяется по формуле:
Где Ns – число устойчивости, “c” – величина связности грунта, а Gama – удельный вес грунта.
Каковы различные методы поддержки открытого котлована за пределами критической глубины?
Различные методы поддержки котлована включают временные опорные конструкции, крепь, достаточный наклон и т.д.
Подробнее:
- Теория анализа нагрузок Марстона-Спенглера для канализационной санитарной системы.
- Каковы причины разрушения склонов?.
- Устойчивость откосов открытых выемок в различных типах грунта.
- Подвижные опоры котлована для строительства траншей и фундаментов.
- Нагрузки и силы, действующие на подпорную стену, и их расчеты [PDF].
- Дефекты строительства в глубоких котлованах и их устранение.
- Проектирование сегментной подпорной стены из георешетки с расчетами.