Градежништво — следење на длабок ископ Модел во живо

Вие сте градежен инженер на градилиште за ископ од 15 m потпрен со пет нивоа распорки, со зграда 6 m зад ѕидот. Секој симулиран ден моделот копа со вашата брзина, дозволува екипата за распорки да го вгради следното ниво, го витка ѕидот според тоа колку од него е непотпрено, го шири движењето во корито на слегнување под зградата и ја снижува подземната вода таму каде што црпите. Го гледате она што го гледа градилиштето: читања од инклинометар и слегнување со грешка на мерење. Само образовна симулација — броевите се илустративни и ова не е совет за инженерско проектирање.

Што ќе научите

Симулатор

Време 0 ден
Длабочина на ископот 0,0 m · Вградени нивоа на распорки 0/5 · Непотпрена висина 0,0 m · Слегнување на зградата (читање) 0,0 mm · Угиб на ѕидот (инклинометар) 0,0 mm · Аголна дисторзија на зградата 0,00 ‰ · Коефициент на сигурност од издигање на дното 1,97✓ 0,0 mmЅид (инклинометар)✓ β 0,00 ‰✓ 0,0 mmСоседна зградаОграничен водоносникКоефициент на сигурност од издигање на дното ✓ 1,97Длабочина на ископот 0,0 m · 0/5✓ Слегнување на зградата (модел) 0,0 mmКонсолидационо слегнување 0,0 mm⇣ Црпење за одводнување 0 · ⇡ Бунари за надополнување 0 m³/hСнижување под зградата 0,0 m
  • Вградена распорка
  • Распорката се вградува
  • Прекопана страна на ископот
  • Под нивото на алармирање
  • Достигнато ниво на алармирање
  • Достигнато ниво на дејствување
  • Земјена берма
  • Пиезометарски притисок на водоносникот

Контроли

Метри длабочина отстранети дневно. 0 ги запира багерите.

Запрете го копањето 0,5 m под следното ниво на распорка додека таа распорка не се вгради.

Сила на притискање заклучена во секоја нова распорка, како удел од нејзиното проектно оптоварување. Важи за распорките вградени од сега натаму.

Оставете или поставете земја до подножјето на ѕидот: ја потпира отворената страна (−2 m непотпрена висина), но додека е тука не може да се копа.

Црпење од бунарите во јамата. Го намалува притисокот на водоносникот под дното — и околу него.

Вода што се вбризгува покрај зградата за да го задржи подземното ниво под неа. Тоа е исцрпената вода повторно искористена, а бунарите за вбризгување се затнуваат, па најмногу 55 % од исцрпениот проток може да се врати. Таа исто така делува спротивно на одводнувањето.

Показатели

Слегнување на зградата (читање)
0,0mm
нормално
Угиб на ѕидот (инклинометар)
0,0mm
нормално
Аголна дисторзија на зградата
0,00‰
нормално
Коефициент на сигурност од издигање на дното
1,97
нормално
Слегнување на зградата (модел)0,0 mm
Угиб на ѕидот (модел)0,0 mm
Промена на слегнувањето дневно0,0 mm/d
Длабочина на ископот0,0 m
Непотпрена висина0,0 m
Оптоварување на најниската распорка0 %
Вградени нивоа на распорки0
Снижување под јамата0,0 m
Снижување под зградата0,0 m
Консолидационо слегнување0,0 mm
Денови на прекопување0 d
Досега исцрпена вода0 10³ m³
Навистина вбризгано надополнување0 m³/h

Тренд

Слегнување на зградата (читање): — mm60,0-5,0

Кризни сценарија

Ниво 1 · Копајте со темпото на распорките

Багерите можат да земат 0,8 m дневно, а програмата го бара тој темп. На екипата за распорки ѝ требаат два дена по ниво и може да започне само откако копањето е 0,5 m под него, па при полн темп фронтот на ископот го претекнува потпирањето. Сопственикот на зградата зад ѕидот се согласил на граница на слегнување од 12 mm. Достигнете ја формацијата од 15 m во рок од 40 дена, држете ја зградата под 12 mm, а угибот на ѕидот под 15 mm.

  • Слегнувањето на зградата никогаш над 12 mm
  • Угиб на ѕидот на крајот ≤ 15 mm
  • Достигнете длабочина од 15 m

Ниво 2 · Одводнување под соседна зграда

На 22 m длабочина лежи затворен песоклив водоносник. Под околу 9 m почвата што останува под дното повеќе не може да го задржи притисокот на водата, па водоносникот мора да се црпи како што копањето оди подлабоко — коефициент на сигурност од издигање на дното најмалку 1,2 цело време. На денот 8 екипата за одводнување ги отвора бунарите на 450 m³/h. Глинест слој лежи врз водоносникот под соседната зграда. Дозволата за испуштање дозволува 280 илјади m³ за целата работа. Достигнете 15 m за 45 дена, со слегнување на зградата на крајот во рамки од 30 mm.

  • Коефициентот на сигурност од издигање на дното никогаш под 1,2
  • Слегнување на зградата на крајот ≤ 25 mm
  • Вкупно исцрпено ≤ 280 илјади m³ (дозвола за испуштање)
  • Достигнете длабочина од 15 m

Ниво 3 · Челикот доцни

Изведувачот копа непрекинато со 0,7 m на ден без точки на запирање, а екипата за распорки досега држеше чекор. На денот 15, кога челото веќе е на четвртото ниво на распорки, челикот за тоа ниво доцни една недела. Распорките 1–3 се вградени. Задржете ја најниската распорка во рамки на нејзиното проектно оптоварување и угибот на ѕидот под 30 mm, и сепак достигнете 15 m до денот 30.

  • Оптоварувањето на најниската распорка никогаш над 100 % од проектното
  • Угиб на ѕидот на крајот ≤ 30 mm
  • Достигнете длабочина од 15 m

Основа — моделот зад бројките

Секоја релација што ја користи симулаторот, со својот извор. Константите означени како претпоставки се илустративни калибрации.

Крутост на системот според Clough & O'Rourke: свитлива крутост на ѕидот поделена со четвртиот степен на непотпрениот распон.
S = EI / (γw · h⁴), h = depth − lowest strut level (unsupported height)[3][5]
Секој ископан метар додава угиб со стапка што расте кога крутоста на системот паѓа; претходното напрегање го намалува, а отворена страна подлабока од точката на запирање лази.
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]Илустративни големини за настава, не вредности за некое реално градилиште.
Слегнување на теренот зад ѕидот: околу 0,75 × угибот на ѕидот, рамно до 0,75 H, со опаѓање до нула на 2 H (обвивка за мека до средна глина).
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]
Почвата што останува под дното мора да тежи повеќе од притисокот на ограничената вода што притиска нагоре од водоносникот.
FS = γt·(z_aq − H) / (γw·(z_aq − z_wt − s_in)); required ≥ 1.2[10]
Thiem-ов стационарен проток: снижувањето паѓа со логаритамот на растојанието од бунарите; бунарите за надополнување го додаваат спротивниот ефект.
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]Илустративни големини за настава, не вредности за некое реално градилиште.
Терцагиева 1-D консолидација: снижениот притисок на водата дифундира во глината во тек на денови, а глината се збива како што расте ефективниот напон.
∂u/∂t = c_v ∂²u/∂z²; Δσ' = −Δu; settlement = Σ m_v·Δσ'·Δz (unloading: 0.1·m_v)[8]
Аголна дисторзија: разликата во слегнувањето по зградата поделена со нејзината должина, наспроти границите на Бјерум.
β = (s_near − s_far) / L; 1/500 = 2 ‰ (limit where cracking is not acceptable), 1/300 = 3.3 ‰ (first cracking)[6][7]
Привиден земјен притисок според Peck врз најниската распорка по нејзината придонесна висина; колку е отворената страна подлабока, толку повеќе носи.
P = 0.3·γ·H · (half span above + h) · 5 m ≥ preload; shown as % of design load 2400 kN[2]Илустративни големини за настава, не вредности за некое реално градилиште.
Читањата од инструментите носат грешка на мерење — читајте трендови, не поединечни вредности.
reading = true value + N(0, σ); σ = 0.5 mm (settlement points), 1.0 mm (inclinometer)[1]Илустративни големини за настава, не вредности за некое реално градилиште.
Константи што ги користи моделот
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)Илустративни големини за настава, не вредности за некое реално градилиште.

Случајност: генератор mulberry32 со зрно; користени распределби — рамномерна, експоненцијална (инверзна CDF), нормална (Box–Muller), Поасонова (Knuth). Зрното е прикажано и може да се сподели.

Извори

  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

Кој го работи ова професионално

Едукативен модел — не за оперативни одлуки. Вистинските објекти секоја константа ја калибрираат според сопствената опрема и податоци.