Ehitus — sügava kaevendi seire Reaalaja mudel

Sa oled ehitusplatsi insener 15 m sügavusel kaevendil, mida toestab viis tugitalade taset ja mille seina taga 6 m kaugusel on hoone. Igal simuleeritud päeval kaevab mudel sinu kiirusega, laseb tugimeeskonnal järgmise taseme paigaldada, painutab seina vastavalt sellele, kui suur osa on toestamata, jaotab liikumise hoone alla vajumislohuks ja alandab põhjavett seal, kus sa pumbad. Sa näed seda, mida ehitusplats näeb: inklinomeetri ja vajumise näidud mõõtmisveaga. Ainult õppesimulatsioon — numbrid on illustreerivad ja see ei ole inseneriprojekteerimise nõu.

Mida sa õpid

Simulaator

Aeg 0 p
Kaevamissügavus 0,0 m · Paigaldatud tugitalade tasemed 0/5 · Toestamata kõrgus 0,0 m · Hoone vajumine (näit) 0,0 mm · Seina läbipaine (inklinomeeter) 0,0 mm · Hoone nurkdeformatsioon 0,00 ‰ · Põhja kerkimise ohutustegur 1,97✓ 0,0 mmSein (inklinomeeter)✓ β 0,00 ‰✓ 0,0 mmNaaberhooneSurveline veekiht · Põhja kerkimise ohutustegur ✓ 1,97Kaevamissügavus 0,0 m · 0/5✓ Hoone vajumine (mudel) 0,0 mmKonsolideerumisvajum 0,0 mm⇣ Veetaseme alandamise pumpamine 0 · ⇡ Taastuskaevud 0 m³/hVeetaseme alanemine hoone all 0,0 m
  • Tugitala paigaldatud
  • Tugitala paigaldamisel
  • Üleskaevatud pind
  • Häiretasemest allpool
  • Häiretase saavutatud
  • Tegutsemistase saavutatud
  • Pinnasevall
  • Veekihi survekõrgus

Juhtimine

Päevas eemaldatav sügavus meetrites. 0 peatab ekskavaatorid.

Peata kaevamine 0,5 m järgmisest tugitala tasemest allpool, kuni see tugitala on paigaldatud.

Igasse uude tugitalasse lukustatud tungimisjõud, selle arvutuskoormuse osana. Kehtib tugitaladele, mis paigaldatakse edaspidi.

Jäta või aseta pinnast seina jalamile: see toestab avatud pinda (−2 m toestamata kõrgust), kuid kaevata ei saa, kuni see seal on.

Pumpamine kaevendi sees olevatest kaevudest. Alandab veekihi survet põhja all — ja selle ümber.

Hoone lähedale sisse pumbatav vesi, mis hoiab põhjavee selle all kõrgel. See on taaskasutatud väljapumbatud vesi ja taastuskaevud ummistuvad, nii et tagasi saab juhtida kõige rohkem 55 % väljapumbatud vooluhulgast. See töötab ka veetaseme alandamisele vastu.

Näitajad

Hoone vajumine (näit)
0,0mm
normaalne
Seina läbipaine (inklinomeeter)
0,0mm
normaalne
Hoone nurkdeformatsioon
0,00‰
normaalne
Põhja kerkimise ohutustegur
1,97
normaalne
Hoone vajumine (mudel)0,0 mm
Seina läbipaine (mudel)0,0 mm
Vajumise muutus päevas0,0 mm/d
Kaevamissügavus0,0 m
Toestamata kõrgus0,0 m
Madalaima tugitala koormus0 %
Paigaldatud tugitalade tasemed0
Veetaseme alanemine kaevendi all0,0 m
Veetaseme alanemine hoone all0,0 m
Konsolideerumisvajum0,0 mm
Üleskaevamise päevi0 d
Seni välja pumbatud vesi0 10³ m³
Tegelikult sisse juhitud vesi0 m³/h

Trend

Hoone vajumine (näit): — mm60,0−5,0

Kriisistsenaariumid

Tase 1 · Kaeva tugitalade tempos

Ekskavaatorid suudavad 0,8 m päevas ja ajakava nõuab seda tempot. Tugimeeskond vajab taseme kohta kaks päeva ega saa alustada enne, kui kaevamine on selle all 0,5 m, nii et täistempos läheb kaevepind toest ette. Seina taga asuva hoone omanik on kokku leppinud 12 mm vajumispiiri. Jõua 15 m kaevepõhjani 40 päevaga, hoia hoone alla 12 mm ja seina läbipaine alla 15 mm.

  • Hoone vajumine ei ületa kunagi 12 mm
  • Seina läbipaine lõpus ≤ 15 mm
  • Jõua 15 m sügavusele

Tase 2 · Veetaseme alandamine naabri all

Surveline liivane veekiht asub 22 m sügavusel. Alates umbes 9 m-st ei suuda põhja alla jääv pinnas enam veesurvet tagasi hoida, nii et veekihti tuleb kaevamise süvenedes pumbata — põhja kerkimise ohutustegur kogu aeg vähemalt 1,2. 8. päeval avab veetaseme alandamise meeskond kaevud 450 m³/h peale. Naaberhoone all lasub veekihi peal savikiht. Ärajuhtimisluba lubab kogu tööks 280 tuhat m³. Jõua 45 päevaga 15 m-ni nii, et hoone vajum lõpus oleks kõige rohkem 30 mm.

  • Põhja kerkimise ohutustegur ei lange kunagi alla 1,2
  • Hoone vajumine lõpus ≤ 25 mm
  • Kokku välja pumbatud ≤ 280 tuhat m³ (ärajuhtimisluba)
  • Jõua 15 m sügavusele

Tase 3 · Teras hilineb

Töövõtja kaevab pidevalt 0,7 m päevas ilma peatuspunktideta ja tugitalade meeskond on seni sammu pidanud. 15. päeval, kui kaevepind on juba neljandal tugitalade tasemel, hilineb selle taseme teras nädala. Tugitalad 1–3 on paigaldatud. Hoia madalaim tugitala arvutuskoormuse piires ja seina läbipaine alla 30 mm ning jõua siiski 30. päevaks 15 m-ni.

  • Madalaima tugitala koormus ei ületa kunagi 100 % arvutuskoormusest
  • Seina läbipaine lõpus ≤ 30 mm
  • Jõua 15 m sügavusele

Alus — arvude taga olev mudel

Kõik seosed, mida simulaator kasutab, koos allikaga. Eeldustena märgitud konstandid on illustratiivsed kalibreeringud.

Clough'i ja O'Rourke'i süsteemi jäikus: seina paindejäikus jagatud toestamata ava neljanda astmega.
S = EI / (γw · h⁴), h = depth − lowest strut level (unsupported height)[3][5]
Iga kaevatud meeter lisab läbipainet kiirusega, mis kasvab süsteemi jäikuse vähenedes; eelpinge vähendab seda, peatuspunktist sügavam avatud pind roomab.
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]Illustreerivad suurusjärgud õppeotstarbel, mitte ühegi tegeliku ehitusplatsi väärtused.
Maapinna vajumine seina taga: umbes 0,75 × seina läbipaine, ühtlane kuni 0,75 H, kahanedes nullini 2 H juures (pehme kuni keskmise savi ümbrisjoon).
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]
Põhja alla jääv pinnas peab kaaluma rohkem kui veekihist ülespoole suruv survevesi.
FS = γt·(z_aq − H) / (γw·(z_aq − z_wt − s_in)); required ≥ 1.2[10]
Thiemi püsivool: veetaseme alanemine väheneb kaevudest mõõdetud kauguse logaritmiga; taastuskaevud lisavad vastupidise mõju.
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]Illustreerivad suurusjärgud õppeotstarbel, mitte ühegi tegeliku ehitusplatsi väärtused.
Terzaghi ühemõõtmeline konsolideerumine: langenud veesurve levib savis päevade jooksul ja savi surub kokku, kui efektiivpinge kasvab.
∂u/∂t = c_v ∂²u/∂z²; Δσ' = −Δu; settlement = Σ m_v·Δσ'·Δz (unloading: 0.1·m_v)[8]
Nurkdeformatsioon: hoone vajumiste vahe jagatud selle pikkusega, võrreldes Bjerrumi piiridega.
β = (s_near − s_far) / L; 1/500 = 2 ‰ (limit where cracking is not acceptable), 1/300 = 3.3 ‰ (first cracking)[6][7]
Pecki näiv maasurve madalaimale tugitalale selle mõjukõrgusel; mida sügavam on avatud pind, seda rohkem see kannab.
P = 0.3·γ·H · (half span above + h) · 5 m ≥ preload; shown as % of design load 2400 kN[2]Illustreerivad suurusjärgud õppeotstarbel, mitte ühegi tegeliku ehitusplatsi väärtused.
Mõõteriistade näitudes on mõõtmisviga — loe suundumusi, mitte üksikuid väärtusi.
reading = true value + N(0, σ); σ = 0.5 mm (settlement points), 1.0 mm (inclinometer)[1]Illustreerivad suurusjärgud õppeotstarbel, mitte ühegi tegeliku ehitusplatsi väärtused.
Mudelis kasutatavad konstandid
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)Illustreerivad suurusjärgud õppeotstarbel, mitte ühegi tegeliku ehitusplatsi väärtused.

Juhuslikkus: seemnega mulberry32 generaator; kasutatud jaotused — ühtlane, eksponentsiaalne (pöördkumulatiivne jaotusfunktsioon), normaal (Box–Muller), Poisson (Knuth). Seeme on nähtav ja jagatav.

Allikad

  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

Kes seda elukutseliselt teeb

Õppemudel — ei ole mõeldud operatiivotsusteks. Tegelikud rajatised kalibreerivad iga konstandi oma seadmete ja andmete järgi.