🏗️ Būvniecība — dziļa izrakuma monitorings Dzīvais modelis
Jūs esat būvlaukuma inženieris 15 m dziļam izrakumam ar piecu līmeņu sprostiem, ar ēku 6 m aiz sienas. Katru simulēto dienu modelis rok ar jūsu iestatīto ātrumu, ļauj sprostu brigādei uzstādīt nākamo līmeni, izliec sienu atkarībā no tā, cik liela tās daļa ir neatbalstīta, izplata kustību nosēšanās bedrē zem ēkas un pazemina gruntsūdeni tur, kur jūs sūknējat. Jūs redzat to, ko redz būvlaukums: inklinometra un nosēšanās rādījumus ar mērījumu kļūdu. Tikai izglītojoša simulācija — skaitļi ir ilustratīvi, un tas nav inženiertehniskās projektēšanas padoms.
Ko jūs uzzināsiet
Kāpēc neatbalstītais augstums nosaka sienas kustību: stingums krītas ar laiduma ceturto pakāpi, tāpēc viens pārāk dziļi izrakts metrs izmaksā daudz vairāk nekā viens laikā izrakts metrs.
Kā ūdens pazemināšana neļauj izrakuma pamatnei pacelties — un kāpēc tas pats līmeņa pazeminājums konsolidē mālu zem kaimiņu ēkas.
Novērojumu metode praksē: reaģēšanas līmeņi, trokšņaini rādījumi un rezerves rīcības, kas plānotas, pirms tās vajadzīgas.
Simulators
Laiks 0 d.
━Sprosts uzstādīts
┅Sprosts tiek uzstādīts
▼Pārāk dziļi izrakta virsma
✓Zem brīdinājuma līmeņa
!Sasniegts brīdinājuma līmenis
‼Sasniegts rīcības līmenis
▤Grunts berma
┄Ūdens nesējslāņa spiediena augstums
Vadīklas
Dienā izņemtais dziļums metros. 0 apstādina ekskavatorus.
Apturiet rakšanu 0,5 m zem nākamā sprostu līmeņa, līdz šis sprosts ir uzstādīts.
Katrā jaunajā sprostā nofiksētais domkrata spēks kā daļa no tā projekta slodzes. Attiecas uz sprostiem, kas tiek uzstādīti no šī brīža.
Atstājiet vai uzbērtiet grunti pie sienas pamatnes: tā balsta atklāto virsmu (−2 m neatbalstītā augstuma), taču, kamēr tā tur ir, rakt nevar.
Sūknēšana no akām bedres iekšpusē. Pazemina ūdens nesējslāņa spiedienu zem pamatnes — un ap to.
Ūdens, ko iesūknē pie ēkas, lai zem tās noturētu gruntsūdens līmeni. Tas ir atkārtoti izmantots izsūknētais ūdens, un iesūknēšanas akas aizsērē, tāpēc atpakaļ var novadīt ne vairāk kā 55 % no izsūknētās plūsmas. Tas arī darbojas pretī ūdens līmeņa pazemināšanai.
Rādītāji
Ēkas nosēšanās (rādījums)
0,0mm
normāls
Sienas izlieces (inklinometrs)
0,0mm
normāls
Ēkas leņķiskā deformācija
0,00‰
normāls
Pamatnes pacelšanās drošības koeficients
1,97
normāls
Ēkas nosēšanās (modelis)
0,0 mm
Sienas izlieces (modelis)
0,0 mm
Nosēšanās izmaiņas dienā
0,0 mm/d
Izrakuma dziļums
0,0 m
Neatbalstītais augstums
0,0 m
Zemākā sprosta slodze
0 %
Uzstādītie sprostu līmeņi
0
Līmeņa pazeminājums zem bedres
0,0 m
Līmeņa pazeminājums zem ēkas
0,0 m
Konsolidācijas nosēšanās
0,0 mm
Dienas ar pārāk dziļu rakšanu
0 d
Līdz šim izsūknētais ūdens
0 10³ m³
Faktiski iesūknētā uzpilde
0 m³/h
Tendence
Krīzes scenāriji
Līmenis 1 · Rokiet sprostu tempā
Ekskavatori var izņemt 0,8 m dienā, un grafiks vēlas šādu tempu. Sprostu brigādei vajag divas dienas uz līmeni, un tā var sākt tikai tad, kad rakums ir 0,5 m zem tā, tāpēc pie pilna tempa rakuma virsma skrien pa priekšu atbalstam. Ēkas aiz sienas īpašnieks ir piekritis 12 mm nosēšanās robežai. Sasniedziet 15 m projekta atzīmi 40 dienu laikā, noturiet ēku zem 12 mm un sienas izlieci zem 15 mm.
Ēkas nosēšanās nekad nepārsniedz 12 mm
Sienas izlieces beigās ≤ 15 mm
Sasniegt 15 m dziļumu
Līmenis 2 · Ūdens pazemināšana zem kaimiņa
22 m dziļumā atrodas spiedienūdens smilšu ūdens horizonts. Dziļāk par apmēram 9 m zem pamatnes palikusī grunts vairs nespēj noturēt ūdens spiedienu, tāpēc, rakšanai padziļinoties, ūdens horizonts jāsūknē — pamatnes pacelšanās drošības koeficients visu laiku vismaz 1,2. 8. dienā atūdeņošanas brigāde atver akas līdz 450 m³/h. Virs ūdens horizonta zem blakus esošās ēkas atrodas māla slānis. Novadīšanas atļauja visam darbam pieļauj 280 tūkstošus m³. Sasniedziet 15 m 45 dienās, ēkas nosēšanās beigās nepārsniedzot 30 mm.
Pamatnes pacelšanās drošības koeficients nekad zem 1,2
Ēkas nosēšanās beigās ≤ 25 mm
Kopā izsūknēts ≤ 280 tūkstoši m³ (novadīšanas atļauja)
Sasniegt 15 m dziļumu
Līmenis 3 · Tērauds kavējas
Būvuzņēmējs rok nepārtraukti ar 0,7 m dienā bez apturēšanas punktiem, un sprostu brigāde līdz šim ir turējusi līdzi. 15. dienā, kad rakšanas fronte jau ir pie ceturtā sprostu līmeņa, šī līmeņa tērauda piegāde aizkavējas uz nedēļu. Sprosti 1–3 ir uzstādīti. Noturiet zemāko sprostu tā projekta slodzes robežās un sienas izlieci zem 30 mm un tomēr sasniedziet 15 m līdz 30. dienai.
Zemākā sprosta slodze nekad nepārsniedz 100 % no projekta slodzes
Sienas izlieces beigās ≤ 30 mm
Sasniegt 15 m dziļumu
Pamats — modelis aiz skaitļiem
Katra simulatora izmantotā sakarība ar tās avotu. Konstantes, kas atzīmētas kā pieņēmumi, ir ilustratīvas kalibrācijas.
Clough & O'Rourke sistēmas stingums: sienas lieces stingums, dalīts ar neatbalstītā laiduma ceturto pakāpi.
S = EI / (γw · h⁴), h = depth − lowest strut level (unsupported height)[3][5]
Katrs izraktais metrs pievieno izlieci ar ātrumu, kas pieaug, krītoties sistēmas stingumam; iepriekšējā noslodze to samazina, atklāta virsma dziļāk par apturēšanas punktu rāpo.
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]Ilustratīvi lielumi mācībām, nevis vērtības kādam reālam būvlaukumam.
Grunts nosēšanās aiz sienas: apmēram 0,75 × sienas izlieces, plakana līdz 0,75 H, izzūd līdz nullei pie 2 H (mīksta līdz vidēja māla apvalks).
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]
Zem pamatnes atstātajai gruntij jāatsver ierobežotais ūdens spiediens, kas spiež uz augšu no ūdens nesējslāņa.
Thiem noturīgā plūsma: līmeņa pazeminājums samazinās ar attāluma līdz akām logaritmu; uzpildes akas pievieno pretēju efektu.
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]Ilustratīvi lielumi mācībām, nevis vērtības kādam reālam būvlaukumam.
Terzaghi vienas dimensijas konsolidācija: pazeminātais ūdens spiediens vairāku dienu laikā izplatās mālā, un māls saspiežas, kad efektīvais spriegums pieaug.
Leņķiskā deformācija: nosēšanās starpība visā ēkā, dalīta ar tās garumu, salīdzināta ar Bjerruma robežām.
β = (s_near − s_far) / L; 1/500 = 2 ‰ (limit where cracking is not acceptable), 1/300 = 3.3 ‰ (first cracking)[6][7]
Pecka šķietamais grunts spiediens uz zemāko sprostu tā pieguļošajā augstumā; jo dziļāka atklātā virsma, jo vairāk tas nes.
P = 0.3·γ·H · (half span above + h) · 5 m ≥ preload; shown as % of design load 2400 kN[2]Ilustratīvi lielumi mācībām, nevis vērtības kādam reālam būvlaukumam.
Instrumentu rādījumiem ir mērījuma kļūda — lasiet tendences, nevis atsevišķas vērtības.
reading = true value + N(0, σ); σ = 0.5 mm (settlement points), 1.0 mm (inclinometer)[1]Ilustratīvi lielumi mācībām, nevis vērtības kādam reālam būvlaukumam.
Modelī izmantotās konstantes
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)Ilustratīvi lielumi mācībām, nevis vērtības kādam reālam būvlaukumam.
Nejaušība: sēklas mulberry32 ģenerators; izmantotie sadalījumi — vienmērīgais, eksponenciālais (apgrieztā CDF), normālais (Box–Muller), Puasona (Knuth). Sēkla tiek rādīta un to var kopīgot.
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
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
C.-Y. Ou — Deep Excavation: Theory and Practice (upheaval / uplift check against a confined aquifer, dewatering, strut preload) — Taylor & Francis, 2006