Для проекта шлюза Люнебург совместили модели PLAXIS 2D и 3D

При проектировании нового шлюза Люнебург на севере Германии инженеры совместили расчеты в PLAXIS 2D и PLAXIS 3D. Такой подход применили для оценки поведения котлована глубиной около 30 м, который сооружается примерно в 60 м от действующего судоподъемника Шарнебек. По расчетам, вертикальные перемещения его фундамента на критической стадии строительства не превышают 4 мм, передает geo engineer.

Новый шлюз строится на Боковом канале Эльбы. Проект предусматривает камеры длиной 225 м и шириной 12,5 м при перепаде уровней воды 38 м. Он должен заменить двухкамерный судоподъемник Шарнебек, построенный в 1974 году и продолжающий работать во время строительства.

Инженерно-геологическая модель площадки была сформирована в Leapfrog Works на основе 66 статических зондирований CPT и 94 скважин. В разрезе преобладают плотные пески и гравий, встречаются илы, линзы ледникового тилла и третичных глин. Эти данные использовали как для двумерных сечений, так и для общей трехмерной конечно-элементной модели.

В PLAXIS поведение грунтов описывали моделью Hardening Soil small-strain. Параметры уточняли по результатам трехосных испытаний, одометрических тестов и межскважинной сейсмики. Отдельное внимание уделили переуплотненным грунтам с OCR 6–8.

2D-модели дали более консервативные результаты

Для котлована длиной около 255 м были построены четыре поперечных и одно продольное сечение в PLAXIS 2D. По ним оценивали давление грунта на ограждение, деформации стены в грунте, внутренние усилия, работу распорной системы и осадки сооружения.

Расчеты показали, что водопонижение в котловане снижает активное давление на ограждение примерно на 35% по сравнению со стадией полной разработки без учета этого эффекта.

Глобальная модель PLAXIS 3D охватывала территорию около 0,32 кв. км — примерно 400 × 800 м. Сравнение результатов для наиболее нагруженного южного участка стены показало заметную разницу между двух- и трехмерной постановками.

Максимальный изгибающий момент в 3D-модели оказался на 13% ниже — 5 184 против 5 978 кН·м/м. Минимальный момент составил −1 373 против −3 057 кН·м/м, а расчетное горизонтальное перемещение стены — 4,61 против 8,21 см. При этом усилия в продольных и поперечных распорках различались всего примерно на 0,5–0,6%.

Трехмерная модель также позволила получить усилие в угловой распорке 16,42 МН — такой эффект невозможно напрямую учесть в двумерном поперечном сечении.

Разницу авторы связывают с пространственным перераспределением нагрузки и тем, что 2D-модель завышает влияние расположенной рядом дамбы. По трехмерному расчету ее вклад в изгибающий момент южной стены составляет около 9%.

Осадки судоподъемника ограничились 4 мм

PLAXIS 3D использовали и для оценки влияния 13 стадий строительства на существующий судоподъемник Шарнебек. Расчеты показали осадку одной его стороны под влиянием дополнительной нагрузки от новой дамбы и подъем противоположной стороны из-за разгрузки грунта при разработке и водопонижении котлована.

На критической стадии с осушенным котлованом расчетные вертикальные перемещения фундамента судоподъемника оставались в пределах 4 мм.

Авторы работы отмечают, что 3D-модель использовалась прежде всего для учета пространственного взаимодействия конструкций и распределения нагрузок, тогда как 2D-модели позволяли применять более мелкую сетку, подробнее учитывать неоднородность грунтов и быстрее проводить параметрические расчеты.

Результаты моделирования представлены на конференции ICSMGE 2026. Следующим этапом авторы называют сопоставление расчетных перемещений с данными натурного мониторинга.