Study of Factors Affecting the Design of Cantilever Sheet Pile Walls and Development of Practical Charts

Year 2023, Volume: 11 Issue: 1, 223 - 248, 31.01.2023

Mehmet Fatih Yazıcı Nilay Keskin

https://doi.org/10.29130/dubited.1049058

Abstract

In "Turkish Building Seismic Code (TBSC, 2018)" it is obliged the use of a retaining system for foundation excavation when sloped excavation is not possible. In addition, TBSC (2018) states that the retaining wall can be used temporarily if the excavation needs to be supported for less than 2 years. Cantilever sheet pile walls are commonly used to temporarily support excavation depths of less than 6 m. In this study, for the convenience of geotechnical designers, graphs and tables were prepared on the design of cantilever steel sheet piles that can be used in the case where temporary support is required for a 3-6.2 m deep excavation in granular soils with an internal friction angle of 24-40°. For this purpose, a total of 14739 different sections were studied depending on the presence and location of the groundwater level and the internal friction angle of the soil, and the tables and graphs prepared for embedment depth, maximum bending moment, and cost were presented to the use of geotechnical designers. Using these tables and graphs, designers can create designs in a short time and get an idea about costs. In addition, designers who wish to use package programs for displacement analysis can perform their analysis in a short time by using the information given in these tables and graphs without trial and error for the wall length in the input stage.

Keywords

Cantilever sheet pile wall, Temporary excavation support, Design charts, Cost table

Konsol Palplanş Duvarların Tasarımını Etkileyen Faktörlerin Araştırılması ve Pratik Abakların Geliştirilmesi

Abstract

Şevli kazının yapılamadığı derin temel kazılarında iksa sistemi kullanılması, 2018 tarihli “Kazı Güvenliği ve Alınacak Önlemler” genelgesinde zorunlu kılınmıştır. Ayrıca genelgede, 2 yıldan daha az bir süre için bir kazı desteğine ihtiyaç duyulması durumunda iksa sisteminin geçici olarak kullanılabileceği belirtilmiştir. 6 m’den daha düşük kazı derinliklerinin geçici olarak desteklenmesi amacı ile konsol palplanşlar sıkça kullanılmaktadır. Bu çalışmada, geoteknik tasarımcılara kolaylık sağlaması amacıyla içsel sürtünme açısı 24-40° arasında değişen granüler bir zemin içerisinde açılacak 3-6,2 m derinliğinde bir kazı için geçici bir desteğe ihtiyaç duyulması durumunda kullanılacak konsol çelik palplanş duvarların tasarımı ile ilgili grafik ve tablolar oluşturulmuştur. Yer altı su seviyesinin varlığına, konumuna ve zeminin içsel sürtünme açısına bağlı olarak toplamda 14739 farklı kesit incelenmiş ve çakma derinliği, maksimum eğilme momenti ve maliyetler ile ilgili oluşturulan tablo ve grafikler tasarımcıların kullanımına sunulmuştur. Bu tablo ve grafiklerin yardımı ile tasarım süresinin kısaltılması ve maliyet ile ilgili hızlı değerlendirme yapılabilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca deplasman analizi yapan paket programların veri girişi aşamasında tasarımcıların duvar boyu için deneme-yanılma sürecine girmeden bu tablo ve grafiklerde verilen bilgileri kullanarak kısa sürede analizlerini gerçekleştirmeleri hedeflenmiştir.

Keywords

Konsol palplanş duvar, Geçici kazı desteği, Tasarım abakları, Maliyet tabloları

References

• [1] M. F. Yazıcı ve S. N. Keskin, “İki ankrajlı çelik palplanş sisteminin optimum tasarımı,” Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, c. 10, s. 1, ss. 34-50, 2019.
• [2] Kazı Güvenliği ve Alınacak Önlemler Genelgesi, Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Yapı İşleri Genel Müdürlüğü, Ankara, 2018.
• [3] B. M. Das, Principle of Foundation Engineering, 8th ed., Boston, USA: Global Engineering, 2016, pp. 709-773.
• [4] G. J. W. King, “Analysis of cantilever sheet pile walls in cohesionless soil,” J. Geotech. Eng., vol 121, no. 9, pp. 629-635, 1995.
• [5] D. G. Anderson, G. R. Martin, I. P. Lam and J. N. J. Wang, “Seismic Analysis and Design of Retaining Walls, Buried Structures, Slopes and Embankments,” National Cooperative Highway Research Program, Washington, USA, NCHRP Report 611, 2008.
• [6] J. E. Bowles, Foundation Analysis and Design, 5th ed., New York, USA: McGraw Hill, 2012, pp. 725-782.
• [7] E. Conte, A. Troncone and M. Vena, “A method for the design of embedded cantilever retaining walls under static and seismic loading,” Geotechnique, vol. 67, no. 12, pp. 1081–1089, 2017.
• [8] C. J. Padfield and R. J. Mair, “Design of retaining walls embedded in stiff clays,” Construction Industry Research and Information Association (Ciria), London, UK, Report 104, 1984.
• [9] Naval Facilities Engineering Command Design Manual Foundations and Earth Structures, NAVFAC DM7-02, 1986.
• [10] A. P. Singh and K. Chatterjee, “Lateral earth pressure and bending moment on sheet pile walls due to uniform surcharge,” Geomech. Eng., vol. 23, no. 1, pp. 71-83, 2020.
• [11] A. P. Singh and K. Chatterjee, “Effect of soil-wall friction angle on behaviour of sheet pile wall under surcharge loading,” Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., vol. 91, no. 1, pp. 169-179, 2021.
• [12] M. Georgiadis and C. Anagnostopoulos, “Lateral pressure on sheet pile walls due to strip load,” J. Geotech. Geoenviron. Eng., vol. 124, no. 1, pp. 95–98, 1998.
• [13] Aparna and N. K. Samadhiya, “Evaluation of model sheet pile wall adjacent to a strip footing-an experimental investigation,” Int. J. Geotech. Eng., vol. 14, no. 7, pp. 828-835, 2020.
• [14] R. Conti and G. M. B. Viggiani, “A new limit equilibrium method for the pseudostatic design of embedded cantilevered retaining walls,” Soil Dyn. Earthquake Eng., vol. 50, pp. 143–150, 2013.
• [15] T. Muni, D. Devi and S. Baishya, “Parametric study of sheet pile wall using abaqus,” Civil Engineering Journal, vol. 7, no. 1, pp. 71-82, 2021.
• [16] W. C. Teng, Foundation Design, 3rd ed., New Delhi, India: Prentice Hall, 1992, pp. 3-29.
• [17] I. M. Mahdi and A. M. Ebid, “Optimum penetration depth of cantilever sheet pile walls in dry granular soil based on reliability analysis concept and its impact on the shoring system cost,” International Journal of Application or Innovation in Engineering&Management, vol. 4, no. 5, pp. 11-21, 2015.
• [18] Steel Sheet Piling Design Manual, United States Steel (USS), 1984.
• [19] H. A. R. Amer, “Effect of Wall Penetration Depth on the Behaviour of Sheet Pile Walls,” MSc Thesis, Department of Civil and Environmental Engineering and Engineering Mechanics, University of Dayton, Dayton, USA, 2013.
• [20] Excavation Safety and Precautions Circular, Turkish Building Seismic Code (TBSC), 2018.