Građevinarstvo — praćenje dubokog iskopa Živi model

Vi ste inženjer na gradilištu iskopa od 15 m podupretog sa pet nivoa razupora, sa zgradom 6 m iza zida. Svakog simuliranog dana model kopa vašom brzinom, daje ekipi za razupore da ugradi sledeći nivo, savija zid u zavisnosti od toga koliko je njega nepodduprto, širi pomeranje u kotlinu sleganja ispod zgrade i snižava podzemnu vodu gde god crpite. Vidite ono što vidi gradilište: očitavanja inklinometra i sleganja sa greškom merenja. Samo obrazovna simulacija — brojke su ilustrativne i ovo nije savet za inženjersko projektovanje.

Šta ćete naučiti

Simulator

Vreme 0 d
Dubina iskopa 0,0 m · Ugrađeni nivoi razupora 0/5 · Nepodduprta visina 0,0 m · Sleganje zgrade (očitavanje) 0,0 mm · Ugib zida (inklinometar) 0,0 mm · Ugaona distorzija zgrade 0,00 ‰ · Faktor sigurnosti od izdizanja dna 1,97✓ 0,0 mmZid (inklinometar)✓ β 0,00 ‰✓ 0,0 mmSusedna zgradaZatvoreni vodonosnikFaktor sigurnosti od izdizanja dna ✓ 1,97Dubina iskopa 0,0 m · 0/5✓ Sleganje zgrade (model) 0,0 mmSleganje usled konsolidacije 0,0 mm⇣ Crpljenje radi odvodnjavanja 0 · ⇡ Reinjekcioni bunari 0 m³/h · Sniženje ispod zgrade 0,0 m
  • Razupora ugrađena
  • Razupora se ugrađuje
  • Prekopano čelo iskopa
  • Ispod nivoa uzbune
  • Dostignut nivo uzbune
  • Dostignut nivo delovanja
  • Zemljani nasip
  • Pijezometarski nivo vodonosnika

Kontrole

Metri dubine iskopani dnevno. 0 zaustavlja bagere.

Zaustavite iskop 0,5 m ispod sledećeg nivoa razupora dok se ta razupora ne ugradi.

Sila presovanja zaključana u svaku novu razuporu, kao udeo njenog projektnog opterećenja. Važi za razupore ugrađene od sada.

Ostavite ili nasujte zemlju uz podnožje zida: ona podupire otvoreno čelo iskopa (−2 m nepodduprene visine), ali dok je tu, kopanje nije moguće.

Crpljenje iz bunara unutar jame. Snižava pritisak u vodonosniku ispod dna — i oko njega.

Voda koja se ubrizgava blizu zgrade da bi se ispod nje održao nivo podzemne vode. To je ponovo iskorišćena ispumpana voda, a reinjekcioni bunari se zapušavaju, pa se nazad može vratiti najviše 55 % ispumpanog protoka. Ona takođe deluje suprotno odvodnjavanju.

Pokazatelji

Sleganje zgrade (očitavanje)
0,0mm
normalno
Ugib zida (inklinometar)
0,0mm
normalno
Ugaona distorzija zgrade
0,00‰
normalno
Faktor sigurnosti od izdizanja dna
1,97
normalno
Sleganje zgrade (model)0,0 mm
Ugib zida (model)0,0 mm
Promena sleganja po danu0,0 mm/d
Dubina iskopa0,0 m
Nepodduprta visina0,0 m
Opterećenje najniže razupore0 %
Ugrađeni nivoi razupora0
Sniženje ispod jame0,0 m
Sniženje ispod zgrade0,0 m
Sleganje usled konsolidacije0,0 mm
Dana prekopavanja0 d
Do sada ispumpana voda0 10³ m³
Stvarno ubrizgana voda0 m³/h

Trend

Sleganje zgrade (očitavanje): — mm60,0-5,0

Krizni scenariji

Nivo 1 · Kopajte tempom razupora

Bageri mogu da uzmu 0,8 m dnevno i program želi taj tempo. Ekipi za razupore trebaju dva dana po nivou i može da počne tek kada je iskop 0,5 m ispod njega, pa pri punom tempu čelo iskopa beži ispred podupiranja. Vlasnik zgrade iza zida pristao je na granicu sleganja od 12 mm. Dosegnite kotu od 15 m u roku od 40 dana, držite zgradu ispod 12 mm, a ugib zida ispod 15 mm.

  • Sleganje zgrade nikada iznad 12 mm
  • Ugib zida na kraju ≤ 15 mm
  • Dosegnite dubinu od 15 m

Nivo 2 · Odvodnjavanje ispod komšije

Na dubini od 22 m nalazi se zatvoreni peskoviti vodonosni sloj. Ispod oko 9 m tlo koje ostaje ispod dna više ne može da zadrži pritisak njegove vode, pa se vodonosni sloj mora crpeti kako iskop ide dublje — faktor sigurnosti od izdizanja dna sve vreme najmanje 1,2. Osmog dana (dan 8) ekipa za odvodnjavanje otvara bunare na 450 m³/h. Iznad vodonosnog sloja, ispod susedne zgrade, nalazi se sloj gline. Dozvola za ispuštanje dopušta 280 hiljada m³ za ceo posao. Dosegnite 15 m za 45 dana, uz konačno sleganje zgrade od najviše 30 mm.

  • Faktor sigurnosti od izdizanja dna nikada ispod 1,2
  • Sleganje zgrade na kraju ≤ 25 mm
  • Ukupno ispumpano ≤ 280 hiljada m³ (dozvola za ispuštanje)
  • Dosegnite dubinu od 15 m

Nivo 3 · Čelik kasni

Izvođač kopa neprekidno 0,7 m dnevno bez tačaka zadržavanja, a ekipa za razupore je do sada držala korak. Petnaestog dana (dan 15), kada je čelo već na četvrtom nivou razupora, čelik za taj nivo kasni nedelju dana. Razupore 1–3 su postavljene. Držite najnižu razuporu u granicama projektnog opterećenja i ugib zida ispod 30 mm, i ipak dosegnite 15 m do 30. dana.

  • Opterećenje najniže razupore nikada iznad 100 % projektnog
  • Ugib zida na kraju ≤ 30 mm
  • Dosegnite dubinu od 15 m

Osnova — model iza brojeva

Svaka relacija koju simulator koristi, sa izvorom. Konstante označene kao pretpostavke su ilustrativne kalibracije.

Krutost sistema po Klafu i O’Rurku: savojna krutost zida podeljena četvrtim stepenom nepodduprenog raspona.
S = EI / (γw · h⁴), h = depth − lowest strut level (unsupported height)[3][5]
Svaki iskopani metar dodaje ugib brzinom koja raste kako krutost sistema opada; prednaprezanje je smanjuje, otvoreno čelo dublje od tačke 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 nastavu, a ne vrednosti za neko stvarno gradilište.
Sleganje tla iza zida: oko 0,75 × ugib zida, ravno do 0,75 H, opada na nulu na 2 H (obvojnica za meku do srednju 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 da odnese prevagu nad pritiskom zatvorene vode koja gura nagore iz vodonosnika.
FS = γt·(z_aq − H) / (γw·(z_aq − z_wt − s_in)); required ≥ 1.2[10]
Tiemovo ustaljeno strujanje: sniženje opada sa logaritmom rastojanja od bunara; reinjekcioni bunari dodaju suprotan efekat.
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 nastavu, a ne vrednosti za neko stvarno gradilište.
Terzagijeva jednodimenzionalna konsolidacija: sniženi pritisak vode širi se kroz glinu tokom nekoliko dana, a glina se sabija kako efektivni napon raste.
∂u/∂t = c_v ∂²u/∂z²; Δσ' = −Δu; settlement = Σ m_v·Δσ'·Δz (unloading: 0.1·m_v)[8]
Ugaona distorzija: razlika sleganja duž zgrade podeljena njenom dužinom, naspram Bjerumovih granica.
β = (s_near − s_far) / L; 1/500 = 2 ‰ (limit where cracking is not acceptable), 1/300 = 3.3 ‰ (first cracking)[6][7]
Pekov prividni pritisak tla na najnižu razuporu preko njene pripadajuće visine; što je otvoreno čelo dublje, to 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 nastavu, a ne vrednosti za neko stvarno gradilište.
Očitavanja instrumenata nose grešku merenja — pratite trendove, a ne pojedinačne vrednosti.
reading = true value + N(0, σ); σ = 0.5 mm (settlement points), 1.0 mm (inclinometer)[1]Ilustrativne veličine za nastavu, a ne vrednosti za neko 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 nastavu, a ne vrednosti za neko stvarno gradilište.

Nasumičnost: seedovan generator mulberry32; korišćene raspodele — uniformna, eksponencijalna (inverzna CDF), normalna (Box–Muller), Poasonova (Knuth). Seed je prikazan i može se deliti.

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

Ko se time bavi profesionalno

Obrazovni model — nije za operativne odluke. Stvarni objekti kalibrišu svaku konstantu prema sopstvenoj opremi i podacima.