9 Ehitussüvendite projekteerimine.pdf - tud.ttu.ee

9. Ehitussüvendite projekteerimine
Põhilised geotehnilised probleemid ehitussüvendite projekteerimisel on:
– süvendi nõlva püsivuse tagamine;
– vee eemaldamine süvendist;
– süvendi põhja püsivuse tagamine;
– vundamendi aluse ettevalmistus.
9.1 Kindlustamata nõlvadega süvendid
Pinnaseveetasemest kõrgemale jääva madala süvendi võib teha vertikaalse nõlvaga.
Süvendi sügavus ei tohiks ületada:
liiv- ja kruuspinnases ning plastses möllis 1,2 m
plastses savis ja savimöllis
1,35 m
kõvaplastses savis ja savimöllis
2 m
kõvas savis
3 m
Suurema sügavuse korral peab nõlva tegema kaldega või kindlustama. Liivpinnases
peaks kaldenurk olema võrdne sisehõõrdenurgaga. Niiskes liivas püsib lühiaegselt ka
järsem nõlv. Kuid kalde valikul tuleks arvestada ka võimalikku seadmetest ja
0,00
1,5
0,00
2,0
5:1
5:1
a) Väga pehme savi c u = 7…10 kPa
2:1
3:1
1:1
1,9
2,5
2:1
3:1
1:1
1,7
1:1
1,7
1:2
3,0
2,3
1:2
3,2
1,9
1:3
2,5
1:3
1:2
2,1
b) Pehme savi c u = 10…25 kPa
3,7
2,7
1:3
c) Sitke savi c u > 25 kPa
4,0
0,00
Joonis 9.1 Nõlva kalded olenevalt savi tugevusest ja nõlva kõrgusest.
mehhanismidest põhjustatud koormust kaeviku serval, nendest põhjustatud
vibratsioone ja sadevete nõrgumisest tekkivat ebasoodsat hüdrodünaamilist survet.
Eriti ettevaatlik peaks olema suhteliselt kitsaste kraavkaevikute puhul, kus ootamatu
nõlva varisemise korral tekib oht seal töötavatele inimestele.

Savipinnases võib vajaliku püsivusega kalde määrata joonise 9.1 abil. Joonisel toodud
juhtudel on arvestatud, et maapinnale mõjuvad koormused ei ületa või ei asu nõlvale
lähemal, kui tabelis 9.1 toodud suurused.
Tabel 9.1
Pinnas Ladustatud pinnasekihi paksus m Seadme kaal t Kaugus nõlvast m
a) Kaugemal kui 5 m 0,5 10÷20 6
b) 0,3
10 2
b)
20 3,5
c) 1,5
10 1,5
c)
20 2
Allapoole pinnaseveetaset ulatuvate kaevikute nõlva kalle tuleks reeglina määrata
arvutusega arvestades seejuures vee hüdrodünaamilise surve mõju. Puhtas kohevas
liivas on ohutu nõlva kaldenurk ϕ/2 ehk reeglina, võttes arvesse teatava varuteguri,
alla 15°.
9.2 Süvendi nõlvade toestus.
Ülalpool pinnasevee taset rajatavate süvendite nõlvad võib tugistada lihtsa
vertikaallaudisest toestusega (joonis 9.2) või inventaarse kilptoestusega (joonis 9.3)
Sügavamate süvendite korral võib kasutada vertikaalsete terasest tugipostidega
horisontaallaudisega toestust (joonised 9.4 ja 9.5). Esmalt rammitakse või
vibreeritakse pinnasesse I- profiilist püsttoed. Kaevamise käigus asetatakse
horisontaallaudis ja vahetoed (joonis 9.6).
Joonis 9.2 Vertikaallaudisega
kraavkaeviku toestus

Joonis 9.3 Inventaarne kilptoestus
Joonis 9.5 Horisontaallaudisega laia
süvendi toestus
toestus
Joonis 9.4 Horisontaallaudisega
kraavi toestus
Joonis 9.6 I-profiiliga
teraspostidest ja
horisontaallaudisega toestus

Joonis 9.7 Puidust sulundsein.
Laudise, vahetugede ja postide mõõtmed määratakse arvutusega pinnasesurvele.
Pinnasevee tasemest sügavamale rajatavate süvendite seinad tuleb toestada
vettpidava seinaga - sulundseinaga. Materjaliks on seejuures puit või teras. Puidust
sein tehakse punnitud laudadest või prussidest (joonis 9.7). Sellest ka praktikas
levinud nimetus – punnsein. Et süvistamisel elemendid surutaks tihedalt üksteise
vastu ja moodustuks tihe sein, teritatakse seina elementide otasad joonisel 8d toodud
viisil. Puidu kasutamine on võimalik suhteliselt madalate kaevikute korral. Puuduseks
on ka vähene elementide korduskastuse arv ja seega suur puidu kulu.
Enamasti kasutatakse spetsiaalsetest terasprofiilidest sulundseinu(joonis 9.8). Mõnede
enamlevinud sulundseina elementide andmed on toodud tabelis 9.2.
Sulundseina elemendid rammitakse, vibreeritakse või surutakse pinnasesse.
Joonis 9.8 Terasest sulundseina profiile. (a) U- profiil; (b) Z – profiil; (c)
laiade vöödega H profiil; (d) tasandprofiil (e) ja (f) liitprofiilid
Madalate kaevikute korral (tavaliselt sügavusega kuni ca 4 m) saab kasutada
pinnasesse konsoolselt kinnitatud toestamata sulundseina. Sügavamate kaevikute
korral osutub seina vajalik pikkus, vajalik ristlõige või seina läbipaine liialt suureks ja
tuleb kasutada horisontaaljõudu vastuvõtvaid tugesid. Tugedena võib kasutada
pinnaseankruid (joonis 9.9) või süvendi seespool asuvaid süsteeme (joonis 9.10).

Tabel 9.2 Sulundseina profiilid
Elemendi
tüüp
Laius b
mm
Kõrgus h
mm
Seina paksus
d/t mm
Mass Vastupanumoment
cm 3
kg/m kg/m 2 element 1 m
seina
Inertsmoment
cm 4
element 1m
seina
Л III 400 168 13,0/9,5 62 155 1600 23200
Л IV 400 204,5 14,8/12,0 74 185 405 2200 4640 39600
Л V 420 196 21,0/15,0 100 238 461 2960 6243 50943
PU 6 600 113 /,5/6,4 45,6 76 150 600 1320 6780
PU 8 600 140 8,0/8,0 54,5 91 234 830 2380 11620
PU 12 600 180 9,8/9,0 66,1 110 370 1200 4500 21600
PU 16 600 190 12,0/9,0 74,7 124 410 1600 5600 30400
PU 20 600 215 12,4/10,0 84,3 140 529 2000 8000 43000
PU 25 600 226 14,2/10,0 93,6 156 577 2500 9540 56490
PU 32 600 226 19,5/11,0 114,1 190 633 3200 10950 72320
L 2 S 500 170 12,3/9,0 69,7 139 359 1600 4440 27200
L 3 S 500 200 14,1/10,0 78,9 158 485 2000 6710 40010
L 4 S 500 220 15,5/10,0 86,2 172 560 2500 8650 55010
AZ 13 670 303 9,5/9,5 72,0 107 870 1300 13200 19700
AZ 18 630 380 9,5/9,5 74,4 118 1135 1800 21540 34200
AZ 26 630 427 13,0/12,2 97,8 155 1640 2600 34970 55510
AZ 36 630 460 18,0/14,0 122,2 194 2270 3600 52160 82800
Märkused paksus on
Tabelis on antud elemendi kõrgus. Elementidest moodustatud seina kõrgus on kaks
korda suurem, väljaarvatud elementidel AZ, mille puhul seina kõrgus võrdub
elemendi kõrgusega.
Elemendi seina paksuse tabelis on murru peal piki seina kulgeva profiili osa paksus ja
all ülejäänud profiili paksus.
Joonis 9.9 Sulundseina toestamine
pinnaseankrutega
Joonis 9.10 Seesmiste tugedega
sulundseina toestus
Mõnikord on võimalik sulundsein toestada
kaldtugedega, mis toetuvad süvendi
keskosas betoneeritud põrandaplaadile
(joonis 9.11)
Esimeses järjekorras süvistatakse
sulundsein ja kaevatakse süvend sellise
sügavuseni, et sulundsein oleks võimeline töötama pinnasesse kinnitatud konsoolina
ilma täiendava toestusta. Sulundseinast piisaval kaugusel kaevatakse süvend lõpliku
sügavuseni ja betoneeritakse põrandaplaat. Seejärel paigaldatakse kaldtoed ja
kaevatakse süvend 2. kaldtugede rea sügavuseni. 2. kaldtugede rea paigaldamise järel
kaevatakse süvend lõpliku sügavuseni ja vajadusel paigaldatakse 3. kaldtugede rida.

Esimene järjekord
Riputuspolt
1. pikitala
Kaldtugi
Kaldtoe tugiklots
Põrandaplaat
Terasest
sulundsein
3. järjekorra pikitala
Vahetoed
Kaldtoed
Teine järjekord
3. tugi
Süvendi põhi
Joonis 9.11 Sulundseina toestus kaldtugedega. (a) 1. järjekorra kaevamine,
sulundsein kinnitub konsoolina. (b) paigaldatakse 1. kaldtoed; (c) 2.
järjekorra kaevamine ja teise järjekorra kaldtoed; (d) 3. järjekorra (lõpliku
sügavuseni) kaevamine
9.3 Vee eemaldamine ehituskaevikust
Allapoole pinnasevett rajatud ehitussüvenditest tuleb vesi vundamentide rajamise
a)
c)
Joonis 9.12 Lahtine vee
eemaldamine süvendist
b)
Kruusast või
jämedast liivast
pöördfilter
ajaks eemaldada. Vee eemaldamine peab
toimuma selliselt, et kaeviku põhjas
vundamentide alla jääva pinnase
omadused ei halveneks ega toimuks
pinnase hüdraulilist purunemist. Vee
pumpamine otseselt kaeviku põhjast
tekitab ülespoole suunatud veevoolu ja
sellega efektiivpingete vähenemise.
Piisavalt suure hüdraulilise gradiendi
korra pinnas veeldub. Seepärast peab vee
eemaldamine toimuma altpoolt kaeviku
põhja.
Juhul kui kaeviku põhi ulatub allapoole
pinnasevee taset suhteliselt vähe, võib
suure veejuhtivusega pinnase puhul vee
eemaldada väljapoole vundamendi
kontuure rajatud kraavi abil. Kraaviga

juhitakse vesi filtriga kaitstud auku, millest vesi pumbatakse välja (joonis 9.12a).
Suurema veetaseme alandamise korral, samuti halvasti vett juhtiva pinnase puhul,
võib tekkida vee väljavool nõlva pinnast koos sellega kaasneva erosiooniga (joonis
9.12b). Sellisel juhul peab kraavi asemel tegema drenaaži ja nõlva kaitsma sobivast
jämedast materjalist pöördfiltriga (joonis 9.12c). Kasutada võib seejuures geotekstiile.
Sügavate kaevikute puhul
kasutatakse veealanduseks
Kaevu manteltoru
Pinnasest
tagasitäide
Puuraugu manteltoru,
eemaldatakse pärast
kaevu paigaldust
Jäme
filtrimaterjal
Filtri sõel
Uputatud pump
Settinud
pinnaseosakesed
Pumbatoru
Perforeerimata mantel Perforeeritud mantel Perforeerimata mantel
Algne veetase
Alandatud
veetase
filterkaeve (joonis 9.13) või
spetsiaalseid nõelfiltreid
(joonised 9.14 ja 9.15)
Nõelfiltrid süvistatakse
pinnasesse uhtumisega. Selleks
on nõelfiltri otsas klapp
(joonisel 9.14 pos 11)
Nõelfiltrid ühendatakse
magistraaltorustiku abil
A
B
A-B
C-D
Joonis 9.13 Filterkaev
C
E
D
F
E-F
Joonis 9.14 Nõelfiltri alumine lüli
Joonis 9.15 Nõelfiltrite komplekt Filtrite arv ja pikkus peavad olema
valitud nii, et oleks tagatud
veealandus ca 0,5 allapoole süvendi
põhja (joonis 9.16). Sügavama
kaeviku korral tuleb süvendi kaevamine ja veealandus teha mitmes järgus (joonis
9.17).

Joonis 9.16 Veealandus nõelfiltrite
või filterkaevudega
1. järk
Algne pinnasevee tase
2. järk
Erinevad pumbad eri
järkude jaoks
3. järk
Joonis 9.17 Veetaseme
alandamine mitmes järgus
Alandatud pinnasevee
tase
Sulundseinte kasutamisel lihtsustub veetõrje oluliselt juhul, kui sulundsein ulatub
halvasti vett juhtivasse savikihti (joonis 9.18). Sellisel juhul, eriti kui savikihi peal on
pöördfiltrina töötav liivakiht, võib vett pumbata otse süvendist ja pumpamist vajav
veehulk on väike. Otstarbekas on seepärast võimalusel suurendada sulundseina
pikkust üle tugevustingimuse järgi määratud pikkuse.
Juhul kui kaeviku põhja tugevdamiseks ja samaaegselt drenaažiks kasutatakse
killustikukihti, tuleb viimane eraldada aluspinnasest geotekstiiliga. Geotekstiil
takistab peeneteralise aluspinnase kandumise veega killustiku suurtesse pooridesse.

Kaeviku põhja püsivust võib mõjutada staatiline veesurve vettpidava kihi all,
hüdrodünaamiline surve liivpinnases ja põhja purunemine savipinnases väljapool
sulundseina oleva pinnase koormusest.
Kui savikihi all esineb surveline
pinnasevesi võib kaeviku põhi puruneda.
See juhtub kui veesurve kihi all h⋅γ w
ületab pinnasekihi kaalu t⋅γ
Pinnasevesi
Seega peaks pinnasekihi paksus olema
γ
w
t ≥ h F
γ
h
Savi
Joonis 9.18 Sulundseina
süvistamine vettpidavasse
savikihti
kus F on varutegur , mis võiks olla 1,5.
γ on savi mahukaal,
γ w on pinnase mahukaal.
Ülejäänud tähised on toodud joonisel
9.19.
Sulundseina vajaliku süvistuse t
allapoole süvendi põhja, mis tagab antud
veetasemete vahe h w korral süvendi
põhja püsivuse, saab määrata joonisel
9.20 toodud graafiku abil. Varutegur F
peaks olema vähemalt 1,5. Väga
peeneteralise ühtlase
lõimisega liiva ja mölli korral
on soovitav varuteguri suurus
2,5.
Nõrka savipinnasesse rajatud
savikiht
süvendite puhul võib tekkida
põhja purunemine väljapool
süvendit oleva pinnase
Surveline vesi p liivakiht
koormuse mõjul (joonis
9.20). Põhja purunemisega
kaasneb oluline maapinna
Joonis 9.19 Põhja purunemine survelise
vajumine väljapool süvendit.
pinnasevee tõttu
Savipinnases võib süvendi
põhi püsivuse kaotada
väljapool süvendit oleva
pinnase omakaalu ja maapinnale rakendatud koormuse mõjul. Püsivus on tagatud kui
hγγ
+ qγ
≤ (N c + tγ
+ 2c t B) γ
t
G Q c u,d
a
/
kus h – kaeviku sügavus,
t – toestuse sügavus allapoole kaeviku põhja,
q – maapinnale mõjuv koormus,
γ – pinnase mahukaal
c u,d – dreenimata nihketugevuse arvutusväärtus,
c a – adhesioon pinnase ja toestuse vahel,
N c - kandevõimetegur tabelist 9.3,
B – kaeviku laius,
L – kaeviku pikkus.
γ G ja γ Q – vastavalt alalise ja ajutise koormuse osavarutegur
R

γ R – kandevõime osavarutegur Kuna nidususe taastumine pärast seina süvistamist
toimub pika aja vältel, tuleks eeltoodud valemis ajutiste tugistuste puhul võtta c a = 0.
Veepind
B ∇
D/Hw
1
F = 2,5
F = 2
F = 1,5
∇
H
Hw
0,1
1 10 100
F = 1
D
B/H w
Joonis 9.20. Graafik varuteguri F leidmiseks süvendi põhja
püsivuse kaotuse korral hüdrodünaamiliste pingete tõttu.
Tabel 9.3. Kandevõimeteguri N c väärtused
B/L (h+t)/B
0 1 2 ≥ 4
1 6,3 7,7 8,4 9,0
0,5 5,8 7,0 7,7 8,2
0 5,2 6,3 7,0 7,4
Lihkepind
purunemisel
Joonis 9.21 Kaeviku põhja
purunemine nõrgas savis
Vundamendi peab rajama looduslikule
pinnasekihile vastavalt projekteeritud kõrgusele.
Tuleb hoiduda vundamendi aluse pinnase
loodusliku struktuuri rikkumisest. Süvendi
kaevamisel peaks viimase pinnasekihi
eemaldama eriti ettevaatlikult sobiva väiksema
seadmega või koguni käsitsi.
Laiade süvendite puhul või olla vajalik
ehitusmasinate liikumine kaeviku põhjas.
Savikates pinnastes võib see põhjustada, eriti
sadevete mõjul, pinnase pehmenemist. Selle
vältimiseks võib kaeviku põhja tugevdada killustikuga.
Liivpinnastes ja juhul, kui ehitusmasinate liikumine süvendi põhjas ei ole vajalik, ei
tohiks killustikku kasutada. Paksu killustikaluse kasutamine igal juhul, nagu
millegipärast on meil saanud tavaks, raiskab väärtuslikku maavara, muudab ehituse
kallimaks ja ei ole seepärast õigustatud.

9.3.1 Vee alanduse arvutus
Vee väljapumpamine puurkaevust põhjustab veetaseme alanemise kaevu ümbruses.
Veetase võtab kõverjoonelise kuju, mida nimetatakse depressioonilehtriks.
Veetase enne alandamist
S m
H
y
s
Depressioonijoon
x
h
r
R
Joonis 9.22. Depressioonijoon üksikkaevu puhul
Eeldame ,et voolamine toimub horisontaalsuunas ja tegemist on täieliku kaevuga.
Täielikuks kaevuks nimetatakse sellist, mis ulatub vett mittejuhtiva kihini. Darcy
seaduse kohaselt on filtratsioonikiirus
dx
v = k (1)
dy
Silindri, mille raadius x ja kõrgus y, pindala on
A = 2πxy
(2)
Püsiva režiimi korral voolab läbi selle pinna samasuur vooluhulk, kui pumbatakse
välja puuraugust. Vooluhulk on siis
q = Av (3)
Asetades sellesse seosesse eeltoodud avaldused 1 ja 2, saame
dx
q = 2πxyk
(4)
dy
Eraldades muutujad ja integreerides, saame
2 q
y = ln x + C (5)
πk
Integreerimiskonstandi C saab tingimusest, et kaevu mõjuraadiuse R kaugusel y = H.
Lõplikult võib depressioonijoone võrrandi avaldada kujul
2 2 q R
y = H − ln (6)
πk
x
ehk teisiti
2 q R
S m
= H − y = H − H − ln (7)
πk
x
Tähised on antud joonisel 1.
Kaevu mõjuraadiuse R (m) võib ligikaudu leida empiirilise seosega (Sichardt)
R = 3000s k
kus s – veealandus (m) ja k – filtratsioonimoodul (m/sec)
Mitme üksteisele mõjuraadiusest lähemal asuva kaevu depressioonilehtrid ühinevad ja
moodustavad keerulise kõverpinna. Kaevude gruppi kasutatakse vee alandamiseks

ehituskaevikus vundamentide rajamise ajal. Selleks kasutatakse nõelfiltreid või
filterkaeve, mis paigutatakse ümber süvendi väljapoole selle kontuuri (joonis 9.23).
Veealandus peaks tagama, et depressioonitase kaeviku keskel jääks 0,5 m allapoole
süvendi põhja.
Joonis 9.23 Veealandus ehituskaevikus
Mitme kaevu koosmõjul tekkiva veetaseme alanemise alanemise võib väljendada
Forcheimeri valemiga
2 2 Q
y = H − ( ln R − ln
n
x1
⋅ x2
⋅ x3.....
x n
) (8)
πk
kus Q on kõigi kaevude veehulkade summa,
n on üksikkaevude hulk,
x i on üksikkaevu kaugus punktist, milles veealandust määratakse (punkt A joonisel
9.24),
R on kaevude grupi mõjuraadius,
k on pinnase filtatsioonimoodul.
Joonis 9.24 Kaevude grupp
Juhul, kui kaevud asetsevad ringjoonel, siis on kõik kaugused võrdsed ja valem
lihtsustub
2 2 Q R
y = H − ln (9)
πk
R
0
kus R 0 on kaevude asendi ringjoone raadius (joonis 9.25).
Eeltoodu kehtib nn täieliku kaevu kohta, so kaevu kohta mis läbi rõhuta veekihti ja
ulatub veetiheda pinnasekihini. Teistsugustel tingimustel, kui on tegemist
veepidemeni mitteulatuva nn mittetäieliku kaevuga või survelisse veekihti ulatuva
arteesiakaevuga tuleb kasutada nende juhtumite kohta tuletatud seoseid.

A
R 0
Joonis 9.25
Ringjoonel asuvad
kaevud
Kompaktse ristkülikulise süvendi korral (külgede suhte puhul alla viie) võib kasutada
ringjoone kohta kehtivat valemit. Raadius R 0 tuleb leida seosest
ab
R
0
=
π
kus a ja b on kaeviku (täpsemalt kaevude kontuuri) pikkus ja laius (joonis 9.26)
R 0
a
b
Joonis 9.26. Ristkülikulise kaevude grupi raadius
Kaevude grupi mõjuraadiuse võib leida seostega
R = 575s Hk
või
2 9kHt
R = R0 +
n
kus t on aeg pumpamise algusest,
n pinnase poorsus.
Ülejäänud tähised on toodud joonistel.
Avaldusest 9 saab avaldada vajaliku veetaseme saavutamiseks kaevudest pumbatava
vee hulga
2 2 πk
Q = ( H − y )
ln R − ln R0
ehk kuna y = H – s , siis
πk
Q = s( 2H
− s)
R
ln
R0
Kui üksikkaevu tootlikus on q, siis saab leida vajaliku kaevude arvu Q/q.