Építőipar — mélyalapozási munkagödör monitorozása Élő modell

Ön egy 15 m-es, öt szint dúccal merevített munkagödör építésvezető mérnöke, a fal mögött 6 m-re egy épülettel. A modell minden szimulált napon az Ön ütemében ás, hagyja, hogy a dúcos brigád beépítse a következő szintet, a fal megtámasztatlan szakaszától függően meghajlítja a falat, a mozgást az épület alatti süllyedési teknőbe szórja, és ott csökkenti a talajvizet, ahol Ön szivattyúz. Azt látja, amit a munkaterület: inklinométer- és süllyedésleolvasásokat mérési hibával. Kizárólag oktatási szimuláció — a számok szemléltető jellegűek, és ez nem mérnöki tervezési tanács.

Mit fog megtanulni

Szimulátor

Idő: 0 nap
Ásási mélység 0,0 m · Beépített dúcszintek 0/5 · Megtámasztatlan magasság 0,0 m · Az épület süllyedése (leolvasás) 0,0 mm · Falelhajlás (inklinométer) 0,0 mm · Az épület szögtorzulása 0,00 ‰ · Fenékfelnyomódás elleni biztonsági tényező 1,97✓ 0,0 mmFal (inklinométer)✓ β 0,00 ‰✓ 0,0 mmSzomszédos épületZárt vízadó rétegFenékfelnyomódás elleni biztonsági tényező ✓ 1,97Ásási mélység 0,0 m · 0/5✓ Az épület süllyedése (modell) 0,0 mmKonszolidációs süllyedés 0,0 mm⇣ Víztelenítő szivattyúzás 0 · ⇡ Visszatápláló kutak 0 m³/h · Depresszió az épület alatt 0,0 m
  • Beépített dúc
  • Dúc beépítés alatt
  • Túlásott fal
  • Riasztási szint alatt
  • Riasztási szint elérve
  • Beavatkozási szint elérve
  • Földtámasz (berm)
  • Vízadó nyomásmagassága

Vezérlők

Naponta kitermelt mélység méterben. A 0 megállítja a kotrógépeket.

Megállítja az ásást a következő dúcszint alatt 0,5 m-rel, amíg az a dúc be nem épül.

Az egyes új dúcokba zárt kifeszítő erő a tervezési terhelés hányadaként. A mostantól beépített dúcokra érvényes.

Hagyjon vagy helyezzen földet a fal lábához: megtámasztja a nyitott falat (−2 m megtámasztatlan magasság), de amíg ott van, nem lehet ásni.

Szivattyúzás a munkagödörben lévő kutakból. Csökkenti a vízadó rétegben a fenék alatti nyomást — és körülötte is.

Az épület közelében besajtolt víz, amely alatta fenntartja a talajvízszintet. Ez a kiszivattyúzott víz újrahasznosítva, és a besajtoló kutak eltömődnek, ezért a kiszivattyúzott hozamnak legfeljebb 55 %-a juttatható vissza. A víztelenítés ellen is hat.

Mutatók

Az épület süllyedése (leolvasás)
0,0mm
normális
Falelhajlás (inklinométer)
0,0mm
normális
Az épület szögtorzulása
0,00‰
normális
Fenékfelnyomódás elleni biztonsági tényező
1,97
normális
Az épület süllyedése (modell)0,0 mm
Falelhajlás (modell)0,0 mm
Süllyedésváltozás naponta0,0 mm/d
Ásási mélység0,0 m
Megtámasztatlan magasság0,0 m
Legalsó dúc terhelése0 %
Beépített dúcszintek0
Depresszió a gödör alatt0,0 m
Depresszió az épület alatt0,0 m
Konszolidációs süllyedés0,0 mm
Túlásott napok0 d
Eddig kiszivattyúzott víz0 10³ m³
Ténylegesen visszatáplált víz0 m³/h

Trend

Az épület süllyedése (leolvasás): — mm60,0-5,0

Válsághelyzeti forgatókönyvek

1. szint · Ásás a dúcok ütemében

A kotrógépek naponta 0,8 m-t tudnak lemélyíteni, és a program ezt az ütemet kívánja. A dúcos brigádnak szintenként két nap kell, és csak akkor kezdhet, ha az ásás a szint alatt 0,5 m-rel tart, így teljes ütem mellett a fal megelőzi a megtámasztást. A fal mögötti épület tulajdonosa 12 mm-es süllyedési határban állapodott meg. Érje el a 15 m-es munkagödörfeneket a 40 napon belül, tartsa az épületet 12 mm alatt, a falelhajlást pedig 15 mm alatt.

  • Az épület süllyedése sosem haladja meg a 12 mm-t
  • Falelhajlás a végén ≤ 15 mm
  • Érje el a 15 m mélységet

2. szint · Víztelenítés egy szomszéd mellett

22 m mélyen nyomás alatti homokos vízadó réteg húzódik. Körülbelül 9 m alatt a fenék alatt maradó talaj már nem tudja leszorítani a víznyomást, ezért a mélyülő ásással párhuzamosan szivattyúzni kell a vízadót — a fenékfelnyomódás elleni biztonsági tényező végig legalább 1,2. A 8. napon a víztelenítő csapat 450 m³/h-ra nyitja a kutakat. A szomszédos épület alatt agyagréteg fekszik a vízadó tetején. A bevezetési engedély az egész munkára 280 ezer m³-t enged. Érje el a 15 m-t 45 nap alatt úgy, hogy az épület végső süllyedése 30 mm-en belül maradjon.

  • A fenékfelnyomódás elleni biztonsági tényező sosem csökken 1,2 alá
  • Az épület süllyedése a végén ≤ 25 mm
  • Összes kiszivattyúzott víz ≤ 280 ezer m³ (bevezetési engedély)
  • Érje el a 15 m mélységet

3. szint · Késik az acél

A kivitelező folyamatosan, napi 0,7 m-rel ás megállási pontok nélkül, és a dúcoló csapat eddig lépést tartott. A 15. napon, amikor a homlokfal már a negyedik dúcszintnél jár, az ahhoz a szinthez tartozó acél egy hetet késik. Az 1–3. dúcok a helyükön vannak. Tartsa a legalsó dúcot a tervezési terhelésén belül és a falelmozdulást 30 mm alatt, és így is érje el a 15 m-t a 30. napig.

  • A legalsó dúc terhelése sosem haladja meg a tervezési terhelés 100 %-át
  • Falelhajlás a végén ≤ 30 mm
  • Érje el a 15 m mélységet

Alap — a számok mögötti modell

A szimulátor által használt minden összefüggés a forrásával. A feltevésként jelölt állandók szemléltető kalibrációk.

Clough és O'Rourke rendszermerevsége: a fal hajlítómerevsége osztva a megtámasztatlan fesztáv negyedik hatványával.
S = EI / (γw · h⁴), h = depth − lowest strut level (unsupported height)[3][5]
Minden kiásott méter olyan ütemben ad hozzá elhajlást, amely a rendszermerevség csökkenésével nő; az előfeszítés csökkenti, a megállási pontnál mélyebben nyitott fal kúszik.
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]Szemléltető nagyságrendek oktatási célra, nem egy valós építési terület értékei.
Talajsüllyedés a fal mögött: a falelhajlás kb. 0,75-szerese, 0,75 H-ig állandó, 2 H-nál nullára cseng le (lágy–közepes agyag burkológörbéje).
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]
A fenék alatt hagyott talajnak nagyobb súlyúnak kell lennie, mint a vízadóból felfelé nyomó, nyomás alatti víznyomás.
FS = γt·(z_aq − H) / (γw·(z_aq − z_wt − s_in)); required ≥ 1.2[10]
Thiem állandósult áramlása: a depresszió a kutaktól mért távolság logaritmusával csökken; a visszatápláló kutak ellentétes hatást adnak hozzá.
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]Szemléltető nagyságrendek oktatási célra, nem egy valós építési terület értékei.
Terzaghi egydimenziós konszolidációja: a lecsökkent víznyomás napok alatt diffundál az agyagba, és az agyag összenyomódik, ahogy a hatékony feszültség nő.
∂u/∂t = c_v ∂²u/∂z²; Δσ' = −Δu; settlement = Σ m_v·Δσ'·Δz (unloading: 0.1·m_v)[8]
Szögtorzulás: az épületen belüli süllyedéskülönbség osztva az épület hosszával, Bjerrum határértékeihez viszonyítva.
β = (s_near − s_far) / L; 1/500 = 2 ‰ (limit where cracking is not acceptable), 1/300 = 3.3 ‰ (first cracking)[6][7]
Peck látszólagos földnyomása a legalsó dúcon a hozzá tartozó magasságon; minél mélyebb a nyitott fal, annál többet visel.
P = 0.3·γ·H · (half span above + h) · 5 m ≥ preload; shown as % of design load 2400 kN[2]Szemléltető nagyságrendek oktatási célra, nem egy valós építési terület értékei.
A műszerek leolvasásai mérési hibával terheltek — trendeket olvasson, ne egyedi értékeket.
reading = true value + N(0, σ); σ = 0.5 mm (settlement points), 1.0 mm (inclinometer)[1]Szemléltető nagyságrendek oktatási célra, nem egy valós építési terület értékei.
A modell által használt állandók
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)Szemléltető nagyságrendek oktatási célra, nem egy valós építési terület értékei.

Véletlenszerűség: magolt mulberry32 generátor; a használt eloszlások — egyenletes, exponenciális (inverz CDF), normális (Box–Muller), Poisson (Knuth). A mag látható és megosztható.

Források

  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

Kik csinálják ezt hivatásszerűen

Oktatási modell — nem működési döntésekhez. A valódi telephelyek minden állandót a saját berendezésükhöz és adataikhoz kalibrálnak.