Konstruksi — pemantauan galian dalam Model langsung

Anda adalah insinyur lapangan untuk galian 15 m yang diperkuat lima tingkat strut, dengan sebuah bangunan 6 m di belakang dinding. Setiap hari simulasi model menggali pada laju Anda, membiarkan kru strut memasang tingkat berikutnya, melenturkan dinding menurut seberapa banyak bagiannya yang tanpa penopang, menyebarkan pergerakan menjadi cekungan penurunan di bawah bangunan, dan menurunkan air tanah di mana pun Anda memompa. Anda melihat apa yang dilihat lapangan: pembacaan inklinometer dan penurunan dengan galat pengukuran. Hanya simulasi edukasi — angkanya ilustratif dan ini bukan saran desain rekayasa.

Apa yang akan Anda pelajari

Simulator

Waktu 0 hr
Kedalaman galian 0,0 m · Tingkat strut terpasang 0/5 · Tinggi tanpa penopang 0,0 m · Penurunan bangunan (pembacaan) 0,0 mm · Defleksi dinding (inklinometer) 0,0 mm · Distorsi sudut bangunan 0,00 ‰ · Faktor keamanan terhadap pengangkatan dasar 1,97✓ 0,0 mmDinding (inklinometer)✓ β 0,00 ‰✓ 0,0 mmBangunan tetanggaAkuifer tertekanFaktor keamanan terhadap pengangkatan dasar ✓ 1,97Kedalaman galian 0,0 m · 0/5✓ Penurunan bangunan (model) 0,0 mmPenurunan konsolidasi 0,0 mm⇣ Pemompaan dewatering 0 · ⇡ Sumur recharge 0 m³/h · Drawdown di bawah bangunan 0,0 m
  • Strut terpasang
  • Strut sedang dipasang
  • Muka galian berlebih
  • Di bawah level siaga
  • Level siaga tercapai
  • Level tindakan tercapai
  • Berm tanah
  • Tinggi tekan akuifer

Kontrol

Meter kedalaman yang digali per hari. 0 menghentikan ekskavator.

Hentikan penggalian 0,5 m di bawah tingkat strut berikutnya sampai strut itu terpasang.

Gaya jacking yang dikunci pada setiap strut baru, sebagai porsi beban rancangannya. Berlaku untuk strut yang dipasang mulai sekarang.

Biarkan atau tempatkan tanah di kaki dinding: menopang muka galian terbuka (tinggi tanpa penopang −2 m) tetapi tidak dapat menggali selama tanah itu ada.

Pemompaan dari sumur di dalam galian. Menurunkan tekanan akuifer di bawah dasar — dan di sekitarnya.

Air yang diinjeksikan di dekat bangunan untuk menahan muka air tanah di bawahnya. Ini adalah air hasil pemompaan yang dipakai ulang, dan sumur injeksi mudah tersumbat, sehingga paling banyak 55 % dari debit yang dipompa dapat dikembalikan. Air ini juga sedikit melawan dewatering.

Indikator

Penurunan bangunan (pembacaan)
0,0mm
normal
Defleksi dinding (inklinometer)
0,0mm
normal
Distorsi sudut bangunan
0,00‰
normal
Faktor keamanan terhadap pengangkatan dasar
1,97
normal
Penurunan bangunan (model)0,0 mm
Defleksi dinding (model)0,0 mm
Perubahan penurunan per hari0,0 mm/d
Kedalaman galian0,0 m
Tinggi tanpa penopang0,0 m
Beban strut terbawah0 %
Tingkat strut terpasang0
Drawdown di bawah galian0,0 m
Drawdown di bawah bangunan0,0 m
Penurunan konsolidasi0,0 mm
Hari galian berlebih0 d
Air yang sudah dipompa0 10³ m³
Recharge yang benar-benar diinjeksikan0 m³/h

Tren

Penurunan bangunan (pembacaan): — mm60,0-5,0

Skenario krisis

Level 1 · Menggali sesuai laju strut

Ekskavator dapat menggali 0,8 m per hari dan program menginginkan kecepatan itu. Kru strut memerlukan dua hari per tingkat dan hanya dapat mulai setelah galian 0,5 m di bawahnya, sehingga pada kecepatan penuh muka galian mendahului penopang. Pemilik bangunan di belakang dinding telah menyetujui batas penurunan 12 mm. Capai formasi 15 m dalam 40 hari, jaga bangunan di bawah 12 mm dan defleksi dinding di bawah 15 mm.

  • Penurunan bangunan tidak pernah di atas 12 mm
  • Defleksi dinding di akhir ≤ 15 mm
  • Capai kedalaman 15 m

Level 2 · Dewatering di bawah tetangga

Akuifer pasir tertekan terletak di kedalaman 22 m. Di bawah sekitar 9 m, tanah yang tersisa di bawah dasar galian tidak lagi mampu menahan tekanan airnya, sehingga akuifer harus dipompa seiring galian makin dalam — faktor keamanan terhadap pengangkatan dasar minimal 1,2 sepanjang waktu. Pada hari ke-8, kru dewatering membuka sumur hingga 450 m³/h. Sebuah lapisan lempung berada di atas akuifer di bawah bangunan sebelah. Izin pembuangan mengizinkan 280 ribu m³ untuk seluruh pekerjaan. Capai 15 m dalam 45 hari dengan penurunan akhir bangunan paling besar 30 mm.

  • Faktor keamanan terhadap pengangkatan dasar tidak pernah di bawah 1,2
  • Penurunan bangunan di akhir ≤ 25 mm
  • Total dipompa ≤ 280 ribu m³ (izin pembuangan)
  • Capai kedalaman 15 m

Level 3 · Bajanya terlambat

Kontraktor menggali terus-menerus 0,7 m per hari tanpa hold point, dan kru strut sejauh ini bisa mengimbangi. Pada hari ke-15, ketika muka galian sudah mencapai tingkat strut keempat, baja untuk tingkat itu tertahan selama seminggu. Strut 1–3 sudah terpasang. Jaga strut terbawah tetap dalam beban rancangannya dan defleksi dinding di bawah 30 mm, dan tetap capai 15 m paling lambat hari ke-30.

  • Beban strut terbawah tidak pernah di atas 100 % rancangan
  • Defleksi dinding di akhir ≤ 30 mm
  • Capai kedalaman 15 m

Dasar — model di balik angka

Setiap hubungan yang dipakai simulator, beserta sumbernya. Konstanta yang ditandai sebagai asumsi adalah kalibrasi ilustratif.

Kekakuan sistem Clough & O'Rourke: kekakuan lentur dinding dibagi pangkat empat bentang tanpa penopang.
S = EI / (γw · h⁴), h = depth − lowest strut level (unsupported height)[3][5]
Setiap meter galian menambah defleksi dengan laju yang naik saat kekakuan sistem turun; preload menguranginya, muka galian terbuka yang lebih dalam dari hold point merayap.
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]Besaran ilustratif untuk pengajaran, bukan nilai untuk lokasi nyata mana pun.
Penurunan tanah di belakang dinding: sekitar 0,75 × defleksi dinding, datar sampai 0,75 H, memudar menjadi nol pada 2 H (selubung lempung lunak hingga sedang).
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]
Tanah yang tersisa di bawah dasar harus lebih berat daripada tekanan air tertekan yang mendorong ke atas dari akuifer.
FS = γt·(z_aq − H) / (γw·(z_aq − z_wt − s_in)); required ≥ 1.2[10]
Aliran tunak Thiem: drawdown turun dengan logaritma jarak dari sumur; sumur recharge menambahkan efek yang berlawanan.
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]Besaran ilustratif untuk pengajaran, bukan nilai untuk lokasi nyata mana pun.
Konsolidasi 1-D Terzaghi: tekanan air yang diturunkan menyebar ke dalam lempung selama berhari-hari, dan lempung memampat saat tegangan efektif naik.
∂u/∂t = c_v ∂²u/∂z²; Δσ' = −Δu; settlement = Σ m_v·Δσ'·Δz (unloading: 0.1·m_v)[8]
Distorsi sudut: selisih penurunan di sepanjang bangunan dibagi panjangnya, terhadap batas Bjerrum.
β = (s_near − s_far) / L; 1/500 = 2 ‰ (limit where cracking is not acceptable), 1/300 = 3.3 ‰ (first cracking)[6][7]
Tekanan tanah semu Peck pada strut terbawah sepanjang tinggi tributarinya; makin dalam muka galian terbuka, makin banyak yang dipikulnya.
P = 0.3·γ·H · (half span above + h) · 5 m ≥ preload; shown as % of design load 2400 kN[2]Besaran ilustratif untuk pengajaran, bukan nilai untuk lokasi nyata mana pun.
Pembacaan instrumen mengandung galat pengukuran — bacalah tren, bukan nilai tunggal.
reading = true value + N(0, σ); σ = 0.5 mm (settlement points), 1.0 mm (inclinometer)[1]Besaran ilustratif untuk pengajaran, bukan nilai untuk lokasi nyata mana pun.
Konstanta yang digunakan model
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)Besaran ilustratif untuk pengajaran, bukan nilai untuk lokasi nyata mana pun.

Keacakan: generator mulberry32 ber-seed; distribusi yang dipakai — seragam, eksponensial (CDF invers), normal (Box–Muller), Poisson (Knuth). Seed ditampilkan dan dapat dibagikan.

Sumber

  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

Siapa yang melakukan ini sebagai profesi

Model edukasi — bukan untuk keputusan operasional. Situs nyata mengkalibrasi setiap konstanta sesuai peralatan dan data mereka sendiri.