🏗️ Konstruksie — diepuitgrawing-monitering Lewendige model
Jy is die terreiningenieur vir 'n 15 m-uitgrawing wat deur vyf vlakke stutte gestut word, met 'n gebou 6 m agter die muur. Elke gesimuleerde dag grawe die model teen jou tempo, laat die stutspan die volgende vlak installeer, buig die muur volgens hoeveel daarvan ongestut is, versprei die beweging in 'n versakkingstrog onder die gebou, en verlaag die grondwater waar jy ook al pomp. Jy sien wat die terrein sien: inklinometer- en versakkingslesings met metingsfout. Slegs opvoedkundige simulasie — die getalle is illustratief en dit is nie ingenieursontwerpadvies nie.
Wat jy sal leer
Hoekom die ongestutte hoogte muurbeweging bepaal: styfheid daal met die vierde mag van die span, so een oorgegrawe meter kos baie meer as een meter wat betyds gegrawe is.
Hoe ontwatering keer dat die uitgrawing se bodem opgelig word — en hoekom dieselfde peilverlaging die klei onder 'n naburige gebou laat konsolideer.
Die waarnemingsmetode in die praktyk: snellervlakke, raserige lesings, en noodmaatreëls wat beplan word voordat dit nodig is.
Simuleerder
Tyd 0 d
━Stut geïnstalleer
┅Stut word geïnstalleer
▼Oorgegrawe front
✓Onder waarskuwingsvlak
!Waarskuwingsvlak bereik
‼Aksievlak bereik
▤Grondberm
┄Akwifeer-drukhoogte
Kontroles
Meter diepte verwyder per dag. 0 stop die grawers.
Stop die grawe 0,5 m onder die volgende stutvlak totdat daardie stut geïnstalleer is.
Domkrag-krag wat in elke nuwe stut vasgesluit word, as 'n aandeel van sy ontwerplas. Geld vir stutte wat van nou af geïnstalleer word.
Laat grond teen die voet van die muur of plaas dit daar: dit stut die oop front (−2 m ongestutte hoogte), maar geen grawe is moontlik solank dit daar is nie.
Pomp uit die putte binne die uitgrawing. Verlaag die akwifeerdruk onder die bodem — en rondom dit.
Water wat naby die gebou ingespuit word om die grondwater daaronder op te hou. Dit is die gepompte water wat hergebruik word, en inspuitputte verstop, so hoogstens 55 % van die gepompte vloei kan teruggaan. Dit druk ook terug teen die ontwatering.
Aanwysers
Gebouversakking (lesing)
0,0mm
normaal
Muurdefleksie (inklinometer)
0,0mm
normaal
Gebou-hoekvervorming
0,00‰
normaal
Bodemopheffing-veiligheidsfaktor
1,97
normaal
Gebouversakking (model)
0,0 mm
Muurdefleksie (model)
0,0 mm
Versakkingsverandering per dag
0,0 mm/d
Grawediepte
0,0 m
Ongestutte hoogte
0,0 m
Laagste stutlas
0 %
Stutvlakke geïnstalleer
0
Peilverlaging onder die uitgrawing
0,0 m
Peilverlaging onder die gebou
0,0 m
Konsolidasieversakking
0,0 mm
Dae oorgegrawe
0 d
Water tot dusver gepomp
0 10³ m³
Aanvulling werklik ingespuit
0 m³/h
Tendens
Krisisscenario's
Vlak 1 · Grawe teen die stutte se tempo
Die grawers kan 0,8 m per dag neem en die program wil daardie tempo hê. Die stutspan het twee dae per vlak nodig en kan eers begin sodra die grawe 0,5 m daaronder is, so teen volle tempo loop die front voor die stutte uit. Die eienaar van die gebou agter die muur het 'n versakkingslimiet van 12 mm ooreengekom. Bereik die 15 m-fondament binne die 40 dae, hou die gebou onder 12 mm en die muurdefleksie onder 15 mm.
Gebouversakking nooit bo 12 mm
Muurdefleksie aan die einde ≤ 15 mm
Bereik 15 m diepte
Vlak 2 · Ontwatering onder 'n buurman
'n Begrensde sandakwifeer lê 22 m diep. Onder ongeveer 9 m kan die grond wat onder die bodem oorbly nie meer sy waterdruk onderdruk nie, so die akwifeer moet gepomp word namate die uitgrawing dieper gaan — bodemopheffing-veiligheidsfaktor deurgaans minstens 1,2. Op dag 8 maak die ontwateringspan die putte oop tot 450 m³/h. 'n Kleilaag lê bo-op die akwifeer onder die gebou langsaan. Die afvoerpermit laat 280 duisend m³ vir die hele projek toe. Bereik 15 m in 45 dae met die gebou se versakking aan die einde binne 30 mm.
Bodemopheffing-veiligheidsfaktor nooit onder 1,2
Gebouversakking aan die einde ≤ 25 mm
Totaal gepomp ≤ 280 duisend m³ (afvoerpermit)
Bereik 15 m diepte
Vlak 3 · Die staal is laat
Die kontrakteur grawe aaneenlopend teen 0,7 m per dag sonder hou-punte, en die stutspan het tot dusver bygehou. Op dag 15, met die front reeds by die vierde stutvlak, word die staal vir daardie vlak 'n week lank vertraag. Stutte 1–3 is in. Hou die laagste stut binne sy ontwerplas en die muurdefleksie onder 30 mm, en bereik steeds 15 m teen dag 30.
Laagste stutlas nooit bo 100 % van ontwerp
Muurdefleksie aan die einde ≤ 30 mm
Bereik 15 m diepte
Grondslag — die model agter die syfers
Elke verband wat die simuleerder gebruik, met sy bron. Konstantes gemerk as aannames is illustratiewe kalibrasies.
Clough & O'Rourke-stelselstyfheid: die muur se buigstyfheid gedeel deur die vierde mag van die ongestutte span.
S = EI / (γw · h⁴), h = depth − lowest strut level (unsupported height)[3][5]
Elke meter wat gegrawe word voeg defleksie by teen 'n tempo wat styg soos stelselstyfheid daal; voorlas verminder dit, 'n oop front dieper as die hou-punt kruip.
Δδh = ΔH · ρ(S) · (1 − 0.8·preload); ρ(%) = clip(2.3 − 0.7·log10 S, 0.12, 1.6); creep 2.5 mm/d per m of h above 3.5 m (berm −2 m)[3][5][10]Illustratiewe groottes vir onderrig, nie waardes vir enige werklike terrein nie.
Grondversakking agter die muur: ongeveer 0,75 × die muurdefleksie, plat tot 0,75 H, verdwyn na nul by 2 H (sag-tot-medium klei-omhulsel).
δv,max = 0.75·δh,max; δv(d) = δv,max for d ≤ 0.75H, × (2 − d/H)/1.25 to 0 at d = 2H[3][4]
Die grond wat onder die bodem gelaat word, moet swaarder weeg as die ingeslote waterdruk wat van die akwifeer af opdruk.
Thiem se bestendige vloei: waterpeilverlaging neem af met die logaritme van afstand van die putte; aanvulputte voeg die teenoorgestelde effek by.
s(r) = Q/(2πT)·ln(R/r) − Q_r/(2πT)·ln(R/r_r) (steady radial flow, superposition; heads lag the steady state with τ = 1.5 d); Q_r ≤ 0.55·Q[9]Illustratiewe groottes vir onderrig, nie waardes vir enige werklike terrein nie.
Terzaghi se 1-D-konsolidasie: verlaagde waterdruk diffundeer oor dae in die klei in, en die klei druk saam soos effektiewe spanning toeneem.
Hoekvervorming: verskil in versakking oor die gebou gedeel deur sy lengte, teenoor Bjerrum se limiete.
β = (s_near − s_far) / L; 1/500 = 2 ‰ (limit where cracking is not acceptable), 1/300 = 3.3 ‰ (first cracking)[6][7]
Peck se oënskynlike gronddruk op die laagste stut oor sy tersaaklike hoogte; hoe dieper die oop front, hoe meer dra dit.
P = 0.3·γ·H · (half span above + h) · 5 m ≥ preload; shown as % of design load 2400 kN[2]Illustratiewe groottes vir onderrig, nie waardes vir enige werklike terrein nie.
Instrumentlesings bevat metingsfout — lees tendense, nie enkele waardes nie.
reading = true value + N(0, σ); σ = 0.5 mm (settlement points), 1.0 mm (inclinometer)[1]Illustratiewe groottes vir onderrig, nie waardes vir enige werklike terrein nie.
Konstantes wat deur die model gebruik word
final depth 15 m · struts at 1, 4, 7, 10, 13 m, 5 m apart along the wall, crew starts 0.5 m below a level and needs 2 days · over-excavation allowance 4 m unsupported · wall 0.8 m concrete (EI = 1.28 GN·m²/m per m) · γ = 19 kN/m³ · building 12 m long, near edge 6 m behind the wall · water table 1 m · aquifer T = 300 m²/d, R = 400 m, excavation radius 12 m, recharge line 4 m behind the wall (effective radius 3 m) · clay 5 m above the aquifer, m_v = 0.2 /MPa, c_v = 0.15 m²/d · ground factors lognormal (σ 0.10 wall, 0.15 m_v, 0.20 c_v) · base unworkable below FS 1.05 · recharge capped at 55 % of the water pumped (supply from the discharge, well clogging)Illustratiewe groottes vir onderrig, nie waardes vir enige werklike terrein nie.
Lukraakheid: 'n gesaaide mulberry32-genereerder; verdelings gebruik — uniform, eksponensieel (inverse CDF), normaal (Box–Muller), Poisson (Knuth). Die saad word gewys en kan gedeel word.
R. B. Peck — Deep excavations and tunneling in soft ground (apparent earth-pressure diagrams for braced cuts) — Proc. 7th ICSMFE, Mexico City, State-of-the-Art Volume, 225–290, 1969
G. W. Clough, T. D. O'Rourke — Construction induced movements of in-situ walls (system stiffness EI/(γw·h⁴), settlement envelopes) — ASCE Geotechnical Special Publication 25, Design and Performance of Earth Retaining Structures, 439–470, 1990
C.-Y. Ou — Deep Excavation: Theory and Practice (upheaval / uplift check against a confined aquifer, dewatering, strut preload) — Taylor & Francis, 2006