Građevinarstvo — praćenje dubokog iskopa Živi model

Vi ste inženjer gradilišta za iskop dubok 15 m, podupiran u pet nivoa razupora, sa zgradom 6 m iza zida. Svakog simuliranog dana model kopa zadanom brzinom, daje ekipi za razupore da ugradi sljedeći nivo, savija zid prema tome koliko je nepodupiran, širi pomjeranje u kotlinu slijeganja ispod zgrade i snižava podzemnu vodu svugdje gdje crpite. Vidite ono što vidi gradilište: očitanja inklinometra i slijeganja s mjernom greškom. Samo edukativna simulacija — brojke su ilustrativne i ovo nije savjet za inženjersko projektovanje.

Šta ćete naučiti

Simulator

Vrijeme 0 d
Dubina iskopa 0,0 m · Ugrađeni nivoi razupora 0/5 · Nepodupirana visina 0,0 m · Slijeganje zgrade (očitanje) 0,0 mm · Ugib zida (inklinometar) 0,0 mm · Ugaona distorzija zgrade 0,00 ‰ · Faktor sigurnosti od izdizanja dna 1,97✓ 0,0 mmZid (inklinometar)✓ β 0,00 ‰✓ 0,0 mmSusjedna zgradaVodonosnik pod pritiskomFaktor sigurnosti od izdizanja dna ✓ 1,97Dubina iskopa 0,0 m · 0/5✓ Slijeganje zgrade (model) 0,0 mmSlijeganje konsolidacijom 0,0 mm⇣ Crpljenje za odvodnjavanje 0 · ⇡ Bunari za ponovno punjenje 0 m³/h · Sniženje ispod zgrade 0,0 m
  • Razupora ugrađena
  • Razupora se ugrađuje
  • Prekopano čelo iskopa
  • Ispod nivoa upozorenja
  • Dostignut nivo upozorenja
  • Dostignut nivo djelovanja
  • Zemljani nasip
  • Pijezometarska kota vodonosnika

Kontrole

Metara dubine iskopanih dnevno. 0 zaustavlja bagere.

Zaustavite iskop 0,5 m ispod sljedećeg nivoa razupore dok se ta razupora ne ugradi.

Sila podizanja pomoću presa zaključana u svaku novu razuporu, kao udio njenog projektnog opterećenja. Odnosi se na razupore ugrađene od sada.

Ostavite ili nasipite tlo uz podnožje zida: ono podupire otvoreno čelo iskopa (−2 m nepodupirane visine), ali dok je tu, kopanje nije moguće.

Crpljenje iz bunara unutar jame. Snižava pritisak u vodonosniku ispod dna — i oko njega.

Voda koja se upumpava pored zgrade da bi podzemna voda ispod nje ostala visoko. To je ponovo iskorištena ispumpana voda, a upojni bunari se začepljuju, pa se najviše 55 % ispumpanog protoka može vratiti. Također djeluje suprotno odvodnjavanju.

Pokazatelji

Slijeganje zgrade (očitanje)
0,0mm
normalno
Ugib zida (inklinometar)
0,0mm
normalno
Ugaona distorzija zgrade
0,00‰
normalno
Faktor sigurnosti od izdizanja dna
1,97
normalno
Slijeganje zgrade (model)0,0 mm
Ugib zida (model)0,0 mm
Promjena slijeganja po danu0,0 mm/d
Dubina iskopa0,0 m
Nepodupirana visina0,0 m
Opterećenje najniže razupore0 %
Ugrađeni nivoi razupora0
Sniženje ispod jame0,0 m
Sniženje ispod zgrade0,0 m
Slijeganje konsolidacijom0,0 mm
Dani s prekopavanjem0 d
Dosad ispumpana voda0 10³ m³
Stvarno upumpano punjenje0 m³/h

Trend

Slijeganje zgrade (očitanje): — mm60,0-5,0

Krizni scenariji

Nivo 1 · Kopajte tempom razupora

Bageri mogu kopati 0,8 m dnevno i program traži taj tempo. Ekipi za razupore trebaju dva dana po nivou, a mogu početi tek kad je iskop 0,5 m ispod njega, pa pri punom tempu čelo iskopa prestiže podupiranje. Vlasnik zgrade iza zida pristao je na granicu slijeganja od 12 mm. Dostignite dno iskopa na 15 m u roku od 40 dana, držite zgradu ispod 12 mm, a ugib zida ispod 15 mm.

  • Slijeganje zgrade nikad iznad 12 mm
  • Ugib zida na kraju ≤ 15 mm
  • Dostignuta dubina od 15 m

Nivo 2 · Odvodnjavanje ispod susjeda

Na dubini od 22 m leži zatvoreni pješčani vodonosnik. Ispod oko 9 m tlo koje ostaje ispod dna više ne može zadržati pritisak njegove vode, pa se vodonosnik mora crpiti kako iskop ide dublje — faktor sigurnosti od izdizanja dna cijelo vrijeme najmanje 1,2. 8. dana ekipa za odvodnjavanje otvara bunare na 450 m³/h. Ispod susjedne zgrade iznad vodonosnika leži sloj gline. Dozvola za ispuštanje dopušta 280 hiljada m³ za cijeli posao. Dosegnite 15 m za 45 dana uz slijeganje zgrade na kraju unutar 30 mm.

  • Faktor sigurnosti od izdizanja dna nikad ispod 1,2
  • Slijeganje zgrade na kraju ≤ 25 mm
  • Ukupno ispumpano ≤ 280 hiljada m³ (dozvola za ispuštanje)
  • Dostignuta dubina od 15 m

Nivo 3 · Čelik kasni

Izvođač kopa neprekidno 0,7 m dnevno bez tačaka zadržavanja, a ekipa za razupore dosad je držala korak. 15. dana, dok je čelo već na četvrtom nivou razupora, čelik za taj nivo kasni sedmicu. Razupore 1–3 su ugrađene. Držite najnižu razuporu unutar projektnog opterećenja i otklon zida ispod 30 mm, i ipak dosegnite 15 m do 30. dana.

  • Opterećenje najniže razupore nikad iznad 100 % projektnog
  • Ugib zida na kraju ≤ 30 mm
  • Dostignuta dubina od 15 m

Osnova — model iza brojeva

Svaka relacija koju simulator koristi, s njenim izvorom. Konstante označene kao pretpostavke su ilustrativne kalibracije.

Clough & O'Rourke sistemska krutost: savojna krutost zida podijeljena četvrtim stepenom nepodupiranog raspona.
S = EI / (γw · h⁴), h = depth − lowest strut level (unsupported height)[3][5]
Svaki iskopani metar dodaje ugib brzinom koja raste kako sistemska krutost opada; prednaprezanje ga smanjuje, a otvoreno čelo dublje od tačke zadržavanja puzi.
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]Ilustrativne veličine za učenje, ne vrijednosti nijednog stvarnog gradilišta.
Slijeganje tla iza zida: oko 0,75 × ugib zida, ravno do 0,75 H, opadajući do nule na 2 H (obuhvat za meku do srednje tešku glinu).
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]
Tlo koje ostaje ispod dna mora nadmašiti težinom pritisak vode pod pritiskom koji gura nagore iz vodonosnika.
FS = γt·(z_aq − H) / (γw·(z_aq − z_wt − s_in)); required ≥ 1.2[10]
Thiemovo ustaljeno tečenje: sniženje opada s logaritmom udaljenosti od bunara; bunari za ponovno punjenje dodaju suprotan efekat.
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]Ilustrativne veličine za učenje, ne vrijednosti nijednog stvarnog gradilišta.
Terzaghijeva 1-D konsolidacija: sniženi pritisak vode širi se u glinu tokom dana, a glina se sabija kako efektivni napon raste.
∂u/∂t = c_v ∂²u/∂z²; Δσ' = −Δu; settlement = Σ m_v·Δσ'·Δz (unloading: 0.1·m_v)[8]
Ugaona distorzija: razlika slijeganja duž zgrade podijeljena njenom dužinom, naspram Bjerrumovih granica.
β = (s_near − s_far) / L; 1/500 = 2 ‰ (limit where cracking is not acceptable), 1/300 = 3.3 ‰ (first cracking)[6][7]
Peckov prividni pritisak tla na najnižu razuporu preko njene pripadajuće visine; što je otvoreno čelo dublje, to ona više nosi.
P = 0.3·γ·H · (half span above + h) · 5 m ≥ preload; shown as % of design load 2400 kN[2]Ilustrativne veličine za učenje, ne vrijednosti nijednog stvarnog gradilišta.
Očitanja instrumenata sadrže mjernu grešku — čitajte trendove, a ne pojedinačne vrijednosti.
reading = true value + N(0, σ); σ = 0.5 mm (settlement points), 1.0 mm (inclinometer)[1]Ilustrativne veličine za učenje, ne vrijednosti nijednog stvarnog gradilišta.
Konstante koje model koristi
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)Ilustrativne veličine za učenje, ne vrijednosti nijednog stvarnog gradilišta.

Nasumičnost: mulberry32 generator sa seedom; korištene raspodjele — uniformna, eksponencijalna (inverzna CDF), normalna (Box–Muller), Poissonova (Knuth). Seed se prikazuje i može se dijeliti.

Izvori

  1. R. B. Peck — Advantages and limitations of the observational method in applied soil mechanics (Ninth Rankine Lecture) — Géotechnique 19(2), 171–187, 1969
  2. 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
  3. 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
  4. A. I. Mana, G. W. Clough — Prediction of movements for braced cuts in clay — Journal of the Geotechnical Engineering Division 107(GT6), ASCE, 1981
  5. A. Gens — Deep excavations: empirical methods for movements; procedures to reduce movements (early bracing, preloading, avoiding over-excavation) — NZ Geotechnical Society lecture notes, 2010
  6. L. Bjerrum — Allowable settlement of structures (angular distortion 1/500, 1/300, 1/150); summarised in NGI report "Skadegrenser" — Proc. European Conf. SMFE Wiesbaden, Vol. II, 135; NGI, 1963
  7. M. D. Boscardin, E. J. Cording — Building response to excavation-induced settlement — Journal of Geotechnical Engineering 115(1), 1–21, 1989
  8. Evolution of primary consolidation settlement with time — Terzaghi 1-D consolidation, Tv = c_v·t/H_dr², U–Tv relation (Fundamentals of Foundation Engineering, §4.8) — University of Newcastle (open textbook)
  9. Steady-state pumping: the Thiem equation s = Q/(2πT)·ln(R/r); superposition of wells — University at Buffalo, Aquifer hydraulics notes
  10. C.-Y. Ou — Deep Excavation: Theory and Practice (upheaval / uplift check against a confined aquifer, dewatering, strut preload) — Taylor & Francis, 2006

Ko se time bavi profesionalno

Edukativni model — nije za operativne odluke. Stvarni objekti kalibriraju svaku konstantu prema vlastitoj opremi i podacima.