Građevinarstvo — praćenje dubokog iskopa Model uživo

Vi ste inženjer gradilišta za iskop od 15 m učvršćen s pet razina razupora, sa zgradom 6 m iza zida. Svaki simulirani dan model kopa vašom brzinom, dopušta ekipi za razupore da ugradi sljedeću razinu, savija zid ovisno o tome koliki je njegov dio nepodupiran, širi pomak u slijeganje ispod zgrade i snižava podzemnu vodu gdje god crpite. Vidite ono što vidi gradilište: očitanja inklinometra i slijeganja s mjernom pogreškom. Samo obrazovna simulacija — brojke su ilustrativne i ovo nije savjet za inženjerski projekt.

Što ćete naučiti

Simulator

Vrijeme 0 d
Dubina iskopa 0,0 m · Ugrađene razine razupora 0/5 · Nepodupirana visina 0,0 m · Slijeganje zgrade (očitanje) 0,0 mm · Progib zida (inklinometar) 0,0 mm · Kutna distorzija zgrade 0,00 ‰ · Faktor sigurnosti od izdizanja dna 1,97✓ 0,0 mmZid (inklinometar)✓ β 0,00 ‰✓ 0,0 mmSusjedna zgradaZarobljeni vodonosnikFaktor sigurnosti od izdizanja dna ✓ 1,97Dubina iskopa 0,0 m · 0/5✓ Slijeganje zgrade (model) 0,0 mmSlijeganje zbog konsolidacije 0,0 mm⇣ Crpljenje za snižavanje podzemne vode 0 · ⇡ Zdenci za prihranjivanje 0 m³/hSniženje ispod zgrade 0,0 m
  • Razupora ugrađena
  • Razupora se ugrađuje
  • Prekopano lice iskopa
  • Ispod razine upozorenja
  • Dosegnuta razina upozorenja
  • Dosegnuta razina djelovanja
  • Zemljani nasip
  • Piezometarska visina vodonosnika

Kontrole

Metara dubine uklonjenih dnevno. 0 zaustavlja bagere.

Zaustavite iskop 0,5 m ispod sljedeće razine razupore dok se ta razupora ne ugradi.

Sila prednapinjanja zaključana u svaku novu razuporu, kao udio njezina projektnog opterećenja. Vrijedi za razupore ugrađene od sada.

Ostavite ili nasipajte tlo uz podnožje zida: podupire otvoreno lice iskopa (−2 m nepodupirane visine), ali dok je tamo kopanje nije moguće.

Crpljenje iz zdenaca unutar jame. Snižava tlak vode u vodonosniku ispod dna — i oko njega.

Voda utiskivana blizu zgrade kako bi se podzemna voda ispod nje održala visoko. To je ponovno iskorištena ispumpana voda, a zdenci za utiskivanje se začepljuju, pa se natrag može vratiti najviše 55 % ispumpanog protoka. Također djeluje suprotno snižavanju podzemne vode.

Pokazatelji

Slijeganje zgrade (očitanje)
0,0mm
normalno
Progib zida (inklinometar)
0,0mm
normalno
Kutna distorzija zgrade
0,00‰
normalno
Faktor sigurnosti od izdizanja dna
1,97
normalno
Slijeganje zgrade (model)0,0 mm
Progib zida (model)0,0 mm
Promjena slijeganja po danu0,0 mm/d
Dubina iskopa0,0 m
Nepodupirana visina0,0 m
Opterećenje najniže razupore0 %
Ugrađene razine razupora0
Sniženje ispod jame0,0 m
Sniženje ispod zgrade0,0 m
Slijeganje zbog konsolidacije0,0 mm
Dani prekopavanja0 d
Dosad ispumpana voda0 10³ m³
Stvarno utisnuta voda0 m³/h

Trend

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

Krizni scenariji

Razina 1 · Kopajte tempom razupora

Bageri mogu kopati 0,8 m na dan i program želi taj tempo. Ekipi za razupore trebaju dva dana po razini i može početi tek kad je iskop 0,5 m ispod nje, pa pri punom tempu lice iskopa trči ispred podupiranja. Vlasnik zgrade iza zida pristao je na granicu slijeganja od 12 mm. Dosegnite temeljnu razinu od 15 m u 40 dana, držite zgradu ispod 12 mm, a progib zida ispod 15 mm.

  • Slijeganje zgrade nikad iznad 12 mm
  • Progib zida na kraju ≤ 15 mm
  • Dosegnuti dubinu od 15 m

Razina 2 · Snižavanje podzemne vode ispod susjeda

Zarobljeni pješčani vodonosnik leži na 22 m dubine. Ispod oko 9 m tlo koje ostaje ispod dna više ne može zadržati tlak vode, pa se vodonosnik mora crpiti kako iskop ide dublje — faktor sigurnosti od izdizanja dna cijelo vrijeme najmanje 1,2. 8. dana ekipa za snižavanje podzemne vode otvara zdence na 450 m³/h. Na vodonosniku ispod susjedne zgrade leži sloj gline. Dozvola za ispuštanje dopušta 280 tisuća m³ za cijeli posao. Dosegnite 15 m za 45 dana uz slijeganje zgrade na kraju od najviše 30 mm.

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

Razina 3 · Čelik kasni

Izvođač kopa neprekidno 0,7 m na dan bez točaka zadržavanja, a ekipa za razupore dosad je pratila tempo. 15. dana, kad je čelo iskopa već na četvrtoj razini razupora, čelik za tu razinu kasni tjedan dana. Razupore 1–3 su ugrađene. Zadržite najnižu razuporu unutar njezina projektnog opterećenja i progib zida ispod 30 mm, a ipak dosegnite 15 m do 30. dana.

  • Opterećenje najniže razupore nikad iznad 100 % projektnog
  • Progib zida na kraju ≤ 30 mm
  • Dosegnuti dubinu od 15 m

Osnova: model iza brojeva

Svaki odnos koji simulator koristi, s izvorom. Konstante označene kao pretpostavke ilustrativne su kalibracije.

Krutost sustava prema Cloughu i O'Rourkeu: savojna krutost zida podijeljena četvrtom potencijom nepodupiranog raspona.
S = EI / (γw · h⁴), h = depth − lowest strut level (unsupported height)[3][5]
Svaki iskopani metar dodaje progib brzinom koja raste kako pada krutost sustava; prednapinjanje ga smanjuje, a otvoreno lice dublje od točke 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 poučavanje, a ne vrijednosti za bilo koje stvarno gradilište.
Slijeganje tla iza zida: oko 0,75 × progib zida, ravno do 0,75 H, pa opada do nule na 2 H (ovojnica 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 tlak zarobljene vode koji gura prema gore iz vodonosnika.
FS = γt·(z_aq − H) / (γw·(z_aq − z_wt − s_in)); required ≥ 1.2[10]
Thiemov ustaljeni tok: sniženje pada s logaritmom udaljenosti od zdenaca; zdenci za prihranjivanje dodaju suprotan učinak.
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 poučavanje, a ne vrijednosti za bilo koje stvarno gradilište.
Terzaghijeva 1-D konsolidacija: sniženi tlak vode difundira u glinu tijekom dana, a glina se sabija kako raste efektivno naprezanje.
∂u/∂t = c_v ∂²u/∂z²; Δσ' = −Δu; settlement = Σ m_v·Δσ'·Δz (unloading: 0.1·m_v)[8]
Kutna distorzija: razlika slijeganja preko zgrade podijeljena njezinom duljinom, prema Bjerrumovim granicama.
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 tlak tla na najnižu razuporu preko njezine pripadne visine; što je otvoreno lice dublje, to razupora 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 poučavanje, a ne vrijednosti za bilo koje stvarno gradilište.
Očitanja instrumenata nose mjernu pogrešku — 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 poučavanje, a ne vrijednosti za bilo koje stvarno gradilište.
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 poučavanje, a ne vrijednosti za bilo koje stvarno gradilište.

Slučajnost: seedirani generator mulberry32; korištene razdiobe: 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

Tko se time bavi profesionalno

Obrazovni model, nije za operativne odluke. Stvarna postrojenja kalibriraju svaku konstantu prema vlastitoj opremi i podacima.