Подпорные стены общие сведения

Общие сведения о подпорных стенах

Подпорной стеной называют конструкцию, предназначенную для удержания грунтового массива от обрушения при крутизне откоса более предельного. Подпорные стены являются одним из наиболее распространенных инженерных сооружений на железных и автомобильных дорогах.

а – естественный; б – удерживаемый от обрушения подпорной стеной

При строительстве дорог нередко выемкой подрезают природные откосы, сохраняющие свою устойчивость при угле Ψ₀, называемом углом естественного откоса. Новый откос с углом Ψ, превышающим величину Ψ_0, не может быть устойчивым и непременно обрушится, если его не поддержать подпорной стеной (рис.1). В таком случае на подпорную стену грунтовый массив будет оказывать давление, которое является следствием веса грунта и его дисперсности.

Подпорные стены по конструкции подразделяют на: массивные (гравитационные), тонкостенные, шпунтовые (рис. 2). Устойчивость массивных стен обеспечивается их собственным весом, а тонкостенных подпорных стен – собственным весом и весом грунта, лежащего на тонкостенных консольных плитах. Устойчивость шпунтовых стенок обеспечивается защемлением их в грунтовом основании в сочетании с тяжами 2, закрепленными за анкерную конструкцию (например сваю 1), либо постановкой распорок 3 (рис. 2, в).

Рис. 2. Подпорные стены:

а – массивная; б – тонкостенная; в – шпунтовая;

1 – анкерная свая, 2 – тяж, 3 – распорка

Массивная подпорная стена состоит непосредственно из тела стены и ее фундамента (рис. 3). Грань стены АВ называют задней гранью, а грунт, лежащий за ней, — засыпкой. Нижняя плоскость АЕ называется подошвой фундамента стены, точка Е – передним ребром подошвы.

Источник

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДПОРНЫХ СТЕНАХ И СИЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ НА НИХ

И.В. Ковалев и Н.С. Несмелов.

СОСТАВ КУРСОВОЙ РАБОТЫ И ТРЕБОВАНИЯ К ЕЕ ОФОРМЛЕНИЮ

Цель курсовой работы – закрепление теоретических знаний по разделу «Теория давления грунта на ограждающие конструкции» и приобретение практических навыков в проектировании подпорных стен.

Курсовая работа выполняется в соответствии с заданием, приведенным в приложении к методическим указаниям. Шифр задания выдает студенту преподаватель. В задании приводятся поперечный разрез стены и ее размеры, характеристики грунта засыпки и грунта, залегающего под подошвой фундамента, а также распределенная нагрузка, находящаяся на засыпке.

Основные пункты пояснительной записки.

1. Задание на курсовую работу.

2. Анализ строительных свойств грунта под подошвой фундамента стены.

3. Построение эпюр интенсивности давления, определение активного и пассивного давлений, действующих на стену.

4. Определение равнодействующей активного давления с помощью построения Понселе.

5. Определение напряжений, действующих по подошве фундамента, и сравнение их с расчетным сопротивлением грунта.

6. Расчет устойчивости стены против опрокидывания и сдвига по подошве фундамента.

7. Проверка положения равнодействующей.

Курсовая работа оформляется на листах писчей бумаги стандартного размера, расчетные схемы вычерчиваются на миллиметровке такого же размера (либо сдвоенных листах) с соблюдением масштабов (для линейных размеров, давлений, сил).

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДПОРНЫХ СТЕНАХ И СИЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ НА НИХ

Подпорной стеной называют конструкцию, предназначенную для удержания грунтового массива от обрушения при крутизне откоса более предельного. Подпорные стены являются одним из наиболее распространенных инженерных сооружений на железных и автомобильных дорогах.

а – естественный; б – удерживаемый от обрушения подпорной стеной

При строительстве дорог нередко выемкой подрезают природные откосы, сохраняющие свою устойчивость при угле Ψ₀, называемом углом естественного откоса. Новый откос с углом Ψ, превышающим величину Ψ_0, не может быть устойчивым и непременно обрушится, если его не поддержать подпорной стеной (рис.1). В таком случае на подпорную стену грунтовый массив будет оказывать давление, которое является следствием веса грунта и его дисперсности. Подпорные стены по конструкции подразделяют на массивные (гравитационные), тонкостенные, шпунтовые (рис. 2). Устойчивость массивных стен обеспечивается их собственным весом, а тонкостенных подпорных стен – собственным весом и весом грунта, лежащего на тонкостенных консольных плитах.

Рис. 2. Подпорные стены:

а – массивная; б – тонкостенная; в – шпунтовая; 1 – анкерная свая,

2 – тяж, 3 – распорка

Устойчивость шпунтовых стенок обеспечивается защемлением их в грунтовом основании в сочетании с тяжами 2, закрепленными за анкерную конструкцию (например сваю 1), либо постановкой распорок 3 (рис. 2, в).

В методических указаниях рассматривается расчет массивных подпорных стен. С расчетом шпунтовых стенок студенты могут ознакомиться в методических указаниях И.В. Ковалева «Расчет шпунтовых ограждений» (Л.ЛИИЖТ, 1988).

Массивная подпорная стена состоит непосредственно из тела стены и ее фундамента (рис. 3). Грань стены АВ называют задней гранью, а грунт, лежащий за ней, — засыпкой. Нижняя плоскость АЕ называется подошвой фундамента стены, точка Е – передним ребром подошвы.

Рис. 3. Элементы подпорной стены:

1 – тело; 2 – фундамент; 3 – засыпка

Давление, оказываемое грунтом засыпки на заднюю грань стены, может реализоваться в разных видах и значениях, в зависимости от конструктивных особенностей стены, от прочностных характеристик грунта засыпки и основания, от величины и направления перемещений стенки.

При отсутствии перемещения стенки в сторону от засыпки давление реализуется в виде давления покоя Е₀ (в таком случае грунт засыпки находится в условиях компрессионного напряженного состояния). Активное давление грунта Е_а (распор) реализуется при перемещении стенки в сторону от засыпки и соответствует минимальному значению давления грунта. Пассивное давление Е_п (отпор стены) реализуется при перемещениях стены в сторону засыпки соответствует максимальному значению давления грунта.

Изменение давления грунта в зависимости от перемещения стенки U представлено на рис. 4.

Рис. 4. Изменение давления грунта засыпки Е на подпорную стену в зависимости от ее перемещения U

Обычно в инженерных расчетах используют величину активного давления Е_а , которое реализуется при достаточно малых перемещениях стенки. В этом случае конструкция стены получается более экономичной, чем в расчетах с использованием давления покоя Е₀ . Под воздействием активного давления Е_а стена получает обычно небольшую величину перемещения от засыпки, которое не может, как правило, реализовать полную величину отпора Е_п. Для реализации полной величины Е_п потребуется такая величина перемещения (вследствие уплотняемости грунта), которая не может быть допущена в условиях нормальной эксплуатации стены.

Поэтому при проектировании подпорных стен для транспортного строительства допускается вводить в расчеты только треть реализованного отпора.

По подошве стены действует сила трения Т. Схема действия всех сил на стену приведена на рис. 5. Правила знаков для угла наклона задней грани стенки ε и для угла наклона засыпки α приведены в задании.

Теоретической базой расчетов подпорных стен служит гипотеза

Ш. Кулона, основанная на следующих положениях:

1) в грунте засыпки при наступлении предельного состояния образуется призма обрушения АВД, ограниченная от остального грунта, находящегося в допредельном состоянии, плоской поверхностью скольжения (обрушения) АД (рис. 5);

Рис. 5. Схема действия сил на стену. Допущения Ш.Кулона

2) угол наклона плоскости обрушения АD должен быть таким, чтобы величина активного давления Е_а была максимальной;

3) реакция R со стороны грунта, находящегося в допредельном состоянии, отклонена от нормали к плоскости обрушения АD на угол внутреннего трения φ в сторону, противоположную движению призмы обрушения;

4) сила активного давления Е_а (реакция активного давления), действующая на заднюю грань стены АВ, отклоняется от нормали к ней на угол . Угол является углом трения грунта засыпки по материалу стенки.

Призма обрушения находится в равновесии под действием сил G (собственного веса) R и Е_{а .}

Расчет подпорной стены можно вести и другими методами, используя, например, решения теории предельного состояния сыпучей среды (численные методы) или графоаналитические методы. Однако в силу того, что по этим методам получаются решения, близкие к результатам расчетов по теории Ш.Кулона, последний метод (т.е. метод Кулона), как наиболее простой, получил наибольшее распространение при проектировании подпорной стены.

Источник

Конструкции подпорных стенок и способы возведения

Основная задача подпорной стенки — держать грунт на склоне. Но это общее назначение, существует несколько признаков, которые лежат в основе классификации видов этого сооружения.

Виды подпорных стенок

В промышленном строительстве и в сельском хозяйстве подпорную стенку рассматривают как инженерную конструкцию, в ландшафте загородного участка она выполняет и эстетическую функцию. Классификацию видов стенок проводят по нескольким критериям.

По назначению

В зависимости от назначения выделяют следующие три вида:

• для укрепления склонов в зонах промышленной и жилой застройки, дорог и инженерных сооружений;
• для террасирования земель сельхозназначения;
• для декоративных целей, как элемент зонирования участка на склонах с небольшим уклоном.

Особенность частного дома с участком на склоне в том, что подпорная стенка довольно часто выполняет все функции одновременно. Поэтому материал для конструкции выбирают исходя из нагрузки, условий эксплуатации и декоративных качеств. Но в этом случае возникает некоторое противоречие.

По материалам

Как правило, высокие несущие способности и эстетический вид трудно совместить в одной конструкции. Особенно когда она служит одним из центральных элементов ландшафта. Приходится искать компромисс, и когда расчетная высота стенки получается довольно высокой, лучше сделать каскад из нескольких низких террас с опорными стенками из материала, который более точно соответствует стилю ландшафтного дизайна.

Есть следующие виды материалов:

• Монолитный железобетон. Наиболее высокие несущие способности, при условии мощного фундамента. Долговечность конструкции оценивают в 50 и более лет. Недостатки: высокая трудоемкость, большие материальные и временные затраты на строительство, необходима декоративная отделка.
• Сборный бетон. Немного меньше устойчивость к сдвигающим нагрузкам, но более высокая, чем у монолитных конструкций, скорость возведения. Также в большинстве случаев необходима декоративная отделка.
• Природный камень. Долговечность определяется породой камня, из которого сложена стена, срок службы может быть более 50 лет. Требуется мощный фундамент и тщательный подбор материала по форме и размеру для кладки каждого ряда. Достоинство — высокие эстетические свойства. Недостаток — большая продолжительность работ.
• Габионы. Средние несущие способности — подходит для сравнительно невысоких стенок. Не требуют мощного основания — за счет упругости сетки конструкция довольно хорошо переносит небольшие подвижки и проседание почвы. Структура стенки имеет хорошую водопроницаемость, поэтому дренаж не обязателен. Возможна суффозия грунта и прорастание растений. Долговечность определяется качеством сетки, и может быть не менее 50 лет. Достоинство — быстрый монтаж без применения спецтехники. Недостаток — специфический вид габиона, который не подходит многим видам исторических и этнических стилей ландшафтного дизайна.
• Строительные блоки. Относительно невысокая прочность к боковым, сдвигающим, нагрузкам. Требуется обустройство фундамента. Не рекомендуется использование силикатного кирпича, а для стенок из керамического кирпича обязательна наплавляемая гидроизоляция со стороны грунта. Достоинство — высокая скорость монтажа.
• Дерево. Обычно используют бревна, плахи, шпалы или брус, обработанные антисептиком. Есть примеры применения толстой обрезной доски, способной выдержать расчетную нагрузку. Достоинства: возможность использования свайного фундамента, простота монтажа, высокие декоративные свойства (при условии деревянных построек на участке). Недостатки — низкие несущие способности и невысокая долговечность.
• Профлист. Относительно новый материал для возведения подпорных стенок. Используют для невысоких конструкций. Можно устанавливать на винтовой фундамент. Прочность и устойчивость определяется видом профиля и толщиной металла, долговечность зависит от толщины и вида защитного покрытия. Достоинство — простота монтажа и высокая скорость возведения.

По виду конструкции

Различают следующие варианты конструкции подпорных стенок:

• По высоте: низкие — до 1 м, средние — 1-2 м, высокие — 2 м и выше.
• По размеру подземной части: глубокого заложения (глубина подошвы фундамента более чем в полтора раза больше толщины стенки), неглубокого заложения.
• По расположению: отдельно стоящие, связанные с другими сооружениями.

Забор — подпорная стенка в одном

По способу обеспечения устойчивости

Подпорная стенка состоит из подземной части (фундамента) и наземной части. На нее действуют такие силы:

• собственный вес;
• вес грунта насыпанного на выступ (консоль) основания;
• силы сцепления основания с грунтом;
• боковое давление грунта на стенку.

Первые три силы обеспечивают устойчивость конструкции, последняя — стремится стенку сдвинуть и опрокинуть.

По способу достижения устойчивости выделяют следующие варианты конструкции:

• Устойчивость к сдвигу достигается за счет массы стенки.
• Устойчивость достигается за счет массы стенки и веса грунта, лежащего на консоли фундамента.
• Устойчивость достигается за счет надежного защемления основания в коренном грунте.
• Устойчивость достигается за счет веса грунта, лежащего на консоли фундамента, масса стенки незначительна.

Общие рекомендации по строительству своими руками

Возведение своими руками оправдано для низких и средних по высоте конструкций. Рекомендованная высота подпорных стенок для приусадебных участков лежит в пределах 0.3-1.4 м. При соблюдении определенных условий, конструкции можно возводить без предварительного расчета:

• Грунты должны относится к устойчивым — крупнообломочным, суглинки и глины, супеси.
• Верхний уровень залегания грунтовых вод (верховодки) должен лежать не ближе чем 1.5 м к поверхности.
• Глубина промерзания должна находиться не ниже 1.5 м.
• Для стенки из бетона, камня или кирпича должен быть предусмотрен ленточный фундамент. Глубина заложения фундамента должна составлять до 50% высоты наземной части.
• Для защиты от сил пучения должны быть проведены специальные мероприятия: устройство дренажа и песчано-гравийная засыпка толщиной 40-60 см, отсекающая капиллярный подъем влаги из почвы.
• При кладке стенки из блоков или кирпича целесообразно профиль конструкции делать с расширением к низу. Минимальная толщина в узкой части должна составлять: 60 см — для кладки из камня, 50 см — для кладки из кирпича, 40 см — для бетонных блоков.
• Для продления срока службы сборных стенок из камня, кирпича, блоков и дерева со стороны грунта обязателен слой наплавляемой гидроизоляции. У монолитных железобетонных конструкций поверхность обрабатывают битумными мастиками.
• Следует учитывать, что стенки криволинейной или ломаной конфигурации способны выдерживать большие нагрузки, чем конструкции с прямыми очертаниями.

Строительство подпорной стенки

Ниже приведен общий алгоритм строительства стенок из разных материалов.

Из монолитного железобетона

Пошаговый алгоритм строительства выглядит так:

• Роют траншею с учетом толщины стены и опалубки. Минимальная толщина монолитной стенки, при армировании двумя поясами арматуры с двумя продольными прутками, равна 15-20 см (зависит от толщины арматуры). Приблизительно столько же надо для опалубки. Глубину траншеи выбирают из расчета размера подземной части и толщины подушки из песка и гравия.
• На дне траншеи, со стороны склона, роют углубление для дренажной трубы. Засыпают туда слой мелкого щебня. Укладывают дренажную трубу, завернутую в водопроницаемый геотекстиль. Выводят трубу в ближайший дренажный колодец или приемник ливневой канализации. Засыпают трубу щебнем.
• Выравнивают дно траншеи, трамбуют.
• Монтируют общую опалубку для фундамента и стенки.
• Закладывают армопояс.
• Заливают бетон.

После созревания бетона опалубку снимают, проводят обратную засыпку грунта в пазухи траншеи и за стенку со стороны склона.

Кроме традиционной технологии возможна заливка тонкой стены с продольным армированием одним прутком и вертикальными связями. В этом случае толщина стены может составлять 10 см, но грунт на склоне засыпают слоями, и дополнительно армируют каждый слой георешеткой (геосеткой) с загибом края.

Из сборного бетона

Технология сооружения зависит от вида бетонных блоков. Если используют фундаментные блоки, то их укладывают на подготовленное основание в виде песчано-гравийной подушки.

Блоки серии ФБС скрепляют между собой кладочным раствором, а блоки серии БПС монтируют на сухую.

Кроме фундаментных блоков есть и другие материалы, которые позволяют быстро и без «мокрых» процессов соорудить подпорную стену из сборного бетона.

Очень интересный продукт предлагают компании Geoblok и Tenax. Они разработали систему блочных подпорных стен армированных георешеткой. В ее состав входят:

• бетонные блоки T-blok (Geoblok) для сцепления с георешеткой (первый ряд, и остальные согласно схеме армирования) — с пазом в основании и сверху;
• бетонные блоки T-blok (Geoblok) рядовые — с пазом в основании и ребром сверху;
• бетонные блоки T-blok (Geoblok) со сквозным отверстием — для вывода трубы системы поперечного дренажа;
• георешетка TT SAMP (Tenax);
• механический соединитель T-Clip (Tenax) для сцепления решетки и паза блока.

Технология изготовления подпорной стены выглядит так:

1. Проводят выемку грунта на склоне таким образом, чтобы при обратной засыпке можно было уложить армирующую георешетку необходимой ширины приблизительно на высоте первого ряда блоков.
2. Роют траншею под основание.
3. Подготавливают основание. Это может быть монолитный или сборный ленточный фундамент, а для невысоких стенок — утрамбованный щебеночный слой.
4. Укладывают на основание первый ряд блоков. У подножья этого ряда закладывают трубы продольного дренажа, которые засыпают слоем щебня.
5. Укладывают георешетку на грунт со стороны склона. Она должна с запасом заходит за паз блоков.
6. Фиксируют решетку к грунту анкерами, а в верхних пазах блоков первого ряда — соединителями.
7. Рядовые блоки укладывают с перевязкой шва, используя систему «паз-ребро». Кладку ведут на высоту следующего уровня армирования георешеткой. В этом ряду укладывают блоки с пазами снизу и сверху.
8. Насыпают слой грунта, оставляя место у стены для засыпки дренажного материала (щебня, обломочного грунта).
9. Трамбуют грунт и дренажный слой.
10. Закладывают георешетку, фиксируют к грунту и в пазах блоков.
11. В таком алгоритме возводят стенку на проектную высоту.

Блоки выпускают окрашенными в массе, но, при желании, их можно облицевать любой плиткой для наружных работ — шероховатая поверхность лицевой части обеспечивает хорошую адгезию с клеевыми растворами. Как утверждает компания, система армогрунтованных блочных подпорных стен рассчитана на 120 лет эксплуатации.

Из камня и строительных блоков

Несмотря на разнообразие видов строительных блоков и размеров камня, технология строительства в каждом случае имеет схожую последовательность выполнения работ:

1. Проводят земляные работы по выемке грунта в пятне фундамента и части склона.
2. Закладывают один из видов ленточного фундамента (монолитный — из бетона или бутобетона, сборный — из ФБС, бутового камня, полнотелых строительных блоков).
3. При необходимости обустраивают подземный продольный дренаж.
4. Возводят стенку на кладочном растворе с перевязкой швов соседних рядов. При необходимости закладывают трубы поперечного дренажа, и обустраивают лотки водоотвода с внешней стороны наземной части.
5. Проводят гидроизоляцию стенки со стороны склона.
6. Засыпают и уплотняют грунт (возле стены — дренирующий материал).

Из дерева

Обустройство подпорной стенки из дерева чем-то напоминает забор (стену) из бревна или пиломатериалов большого сечения. Это может быть:

• частокол, каждый элемент которого «защемлен» в грунте;
• горизонтальные пролеты из бруса, бревна или шпал лежащих на ленточном фундаменте, с креплением к нему анкерами и соединением элементов между собой на скобы или нагели;
• горизонтальные пролеты из толстой доски, блок-хауса или имитации бруса с опорой на столбы из бревна.

В заключение. Строительство подпорной стены из габионов ничем не отличается от других ландшафтных и укрепляющих конструкций с использованием проволочных сеток и засыпки из обломков скального грунта, крупного щебня или гальки. А подпорная стенка из профлиста проходит по такому же алгоритму, что и строительство забора (с учетом нагрузок на несущие столбы или винтовые сваи).

Источник