İnşaat — derin kazı izleme Canlı model

Beş seviye strutla destekli 15 m'lik bir kazının, duvarın 6 m gerisinde bir bina bulunan şantiye mühendisisiniz. Model her simüle edilen gün sizin hızınızda kazar, strut ekibinin bir sonraki seviyeyi kurmasına izin verir, duvarı ne kadarının desteksiz olduğuna göre büker, hareketi binanın altında bir oturma çanağına yayar ve pompaladığınız her yerde yeraltı suyunu düşürür. Şantiyenin gördüğünü görürsünüz: ölçüm hatalı inklinometre ve oturma okumaları. Yalnızca eğitim amaçlı simülasyon — sayılar örnektir ve bu bir mühendislik tasarım tavsiyesi değildir.

Neler öğreneceksiniz

Simülatör

Zaman 0 g
Kazı derinliği 0,0 m · Kurulan strut seviyeleri 0/5 · Desteksiz yükseklik 0,0 m · Bina oturması (okuma) 0,0 mm · Duvar sapması (inklinometre) 0,0 mm · Bina açısal distorsiyonu 0,00 ‰ · Taban kalkması güvenlik katsayısı 1,97✓ 0,0 mmDuvar (inklinometre)✓ β 0,00 ‰✓ 0,0 mmKomşu binaBasınçlı akifer · Taban kalkması güvenlik katsayısı ✓ 1,97Kazı derinliği 0,0 m · 0/5✓ Bina oturması (model) 0,0 mmKonsolidasyon oturması 0,0 mm⇣ Drenaj pompajı 0 · ⇡ Besleme kuyuları 0 m³/h · Binanın altında çekilme 0,0 m
  • Strut kurulu
  • Strut kuruluyor
  • Fazla kazılmış yüz
  • Uyarı seviyesinin altında
  • Uyarı seviyesine ulaşıldı
  • Eylem seviyesine ulaşıldı
  • Zemin bermi
  • Akifer basınç yüksekliği

Kontroller

Günde alınan derinlik, metre cinsinden. 0 ekskavatörleri durdurur.

Strut kurulana kadar kazıyı bir sonraki strut seviyesinin 0,5 m altında durdurur.

Her yeni struta kilitlenen kriko kuvveti, tasarım yükünün payı olarak. Bundan sonra kurulan strutlara uygulanır.

Duvarın dibinde zemini bırakın veya yığın: açık yüzü destekler (−2 m desteksiz yükseklik), ama orada durduğu sürece kazı yapılamaz.

Çukurun içindeki kuyulardan pompalama. Taban altındaki akifer basıncını — ve çevresindekini — düşürür.

Binanın altındaki yeraltı suyunu yukarıda tutmak için binanın yakınında zemine verilen su. Pompalanan suyun yeniden kullanılmasıdır ve enjeksiyon kuyuları tıkanır, bu yüzden pompalanan debinin en fazla %55'i geri verilebilir. Ayrıca drenaja karşı da çalışır.

Göstergeler

Bina oturması (okuma)
0,0mm
normal
Duvar sapması (inklinometre)
0,0mm
normal
Bina açısal distorsiyonu
0,00‰
normal
Taban kalkması güvenlik katsayısı
1,97
normal
Bina oturması (model)0,0 mm
Duvar sapması (model)0,0 mm
Günlük oturma değişimi0,0 mm/d
Kazı derinliği0,0 m
Desteksiz yükseklik0,0 m
En alt strut yükü0 %
Kurulan strut seviyeleri0
Çukurun altında çekilme0,0 m
Binanın altında çekilme0,0 m
Konsolidasyon oturması0,0 mm
Fazla kazılmış gün sayısı0 d
Şimdiye kadar pompalanan su0 10³ m³
Fiilen verilen besleme suyu0 m³/h

Eğilim

Bina oturması (okuma): — mm60,0-5,0

Kriz senaryoları

Seviye 1 · Strutların hızında kazın

Ekskavatörler günde 0,8 m alabilir ve program bu hızı istiyor. Strut ekibi seviye başına iki güne ihtiyaç duyar ve ancak kazı seviyenin 0,5 m altına indiğinde başlayabilir; bu yüzden tam hızda kazı yüzü desteğin önüne geçer. Duvarın arkasındaki binanın sahibi 12 mm'lik bir oturma sınırı üzerinde anlaştı. 40 gün içinde 15 m'lik temel seviyesine ulaşın, binayı 12 mm'nin altında ve duvar sapmasını 15 mm'nin altında tutun.

  • Bina oturması hiçbir zaman 12 mm'nin üzerinde olmasın
  • Sonda duvar sapması ≤ 15 mm
  • 15 m derinliğe ulaşın

Seviye 2 · Komşunun altında drenaj

22 m derinlikte basınçlı bir kum akiferi var. Yaklaşık 9 m'nin altında tabanın altında kalan zemin artık su basıncını tutamaz, bu yüzden kazı derinleştikçe akiferin pompalanması gerekir — taban kabarmasına karşı güvenlik katsayısı her zaman en az 1,2. 8. günde drenaj ekibi kuyuları 450 m³/h'ye açar. Komşu binanın altında akiferin üzerinde bir kil tabakası bulunur. Deşarj izni tüm iş için 280 bin m³'e izin verir. Binanın sondaki oturması en fazla 30 mm olacak şekilde 45 günde 15 m'ye ulaşın.

  • Taban kalkması güvenlik katsayısı hiçbir zaman 1,2'nin altına düşmesin
  • Sonda bina oturması ≤ 25 mm
  • Toplam pompalanan ≤ 280 bin m³ (deşarj izni)
  • 15 m derinliğe ulaşın

Seviye 3 · Çelik geç kaldı

Yüklenici bekleme noktası olmadan günde 0,7 m sürekli kazıyor ve strut ekibi şimdiye kadar yetişti. 15. günde, kazı yüzü zaten dördüncü strut seviyesindeyken, o seviyenin çeliği bir hafta gecikiyor. 1–3 numaralı strutlar yerinde. En alt strutu tasarım yükü içinde ve duvar sehimini 30 mm'nin altında tutun, yine de 30. güne kadar 15 m'ye ulaşın.

  • En alt strut yükü hiçbir zaman tasarımın %100'ünü aşmasın
  • Sonda duvar sapması ≤ 30 mm
  • 15 m derinliğe ulaşın

Dayanak — sayıların ardındaki model

Simülatörün kullandığı her bağıntı, kaynağıyla birlikte. Varsayım olarak işaretlenen sabitler örnek kalibrasyonlardır.

Clough & O'Rourke sistem rijitliği: duvarın eğilme rijitliğinin desteksiz açıklığın dördüncü kuvvetine oranı.
S = EI / (γw · h⁴), h = depth − lowest strut level (unsupported height)[3][5]
Kazılan her metre, sistem rijitliği düştükçe artan bir oranda sapma ekler; ön yük bunu azaltır, bekleme noktasından daha derin açık yüz sünme yapar.
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]Öğretim amaçlı örnek büyüklükler; gerçek hiçbir şantiyenin değerleri değildir.
Duvarın gerisindeki zemin oturması: duvar sapmasının yaklaşık 0,75 katı, 0,75 H'ye kadar sabit, 2 H'de sıfıra sönümlenir (yumuşak–orta kil zarfı).
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]
Tabanın altında bırakılan zemin, akiferden yukarı iten basınçlı su basıncından ağır olmalıdır.
FS = γt·(z_aq − H) / (γw·(z_aq − z_wt − s_in)); required ≥ 1.2[10]
Thiem daimi akışı: çekilme, kuyulardan uzaklığın logaritmasıyla azalır; besleme kuyuları ters etki ekler.
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]Öğretim amaçlı örnek büyüklükler; gerçek hiçbir şantiyenin değerleri değildir.
Terzaghi tek boyutlu konsolidasyon: düşürülen su basıncı günler içinde kile yayılır ve efektif gerilme arttıkça kil sıkışır.
∂u/∂t = c_v ∂²u/∂z²; Δσ' = −Δu; settlement = Σ m_v·Δσ'·Δz (unloading: 0.1·m_v)[8]
Açısal distorsiyon: binadaki oturma farkının boyuna bölümü, Bjerrum sınırlarına göre.
β = (s_near − s_far) / L; 1/500 = 2 ‰ (limit where cracking is not acceptable), 1/300 = 3.3 ‰ (first cracking)[6][7]
En alt strutta, katkı yüksekliği boyunca Peck görünür zemin basıncı; açık yüz ne kadar derinse o kadar fazla yük taşır.
P = 0.3·γ·H · (half span above + h) · 5 m ≥ preload; shown as % of design load 2400 kN[2]Öğretim amaçlı örnek büyüklükler; gerçek hiçbir şantiyenin değerleri değildir.
Alet okumaları ölçüm hatası taşır — tek değerleri değil, eğilimleri okuyun.
reading = true value + N(0, σ); σ = 0.5 mm (settlement points), 1.0 mm (inclinometer)[1]Öğretim amaçlı örnek büyüklükler; gerçek hiçbir şantiyenin değerleri değildir.
Modelin kullandığı sabitler
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)Öğretim amaçlı örnek büyüklükler; gerçek hiçbir şantiyenin değerleri değildir.

Rastgelelik: tohumlu bir mulberry32 üreteci; kullanılan dağılımlar — düzgün, üstel (ters CDF), normal (Box–Muller), Poisson (Knuth). Tohum gösterilir ve paylaşılabilir.

Kaynaklar

  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

Bunu meslek olarak kim yapar

Eğitim amaçlı model — operasyonel kararlar için değildir. Gerçek tesisler her sabiti kendi ekipmanlarına ve verilerine göre kalibre eder.