Конструктивные особенности подпорных стен

2.1. Массивные стены.

а) б)

в)	г)
д)

 

Рис. 1 Типы массивных подпорных стен

а - прямоугольные, б - в виде параллелограмма, в - треугольные, г- криволинейные, д – откосные

 

• Прямоугольные или е виде параллелограмма.

Как правило, эти стены экономически оправданы лишь при очень небольших высотах (до 2-3 м), при этом стены с сечением в виде параллелограмма более экономичны в связи с уменьшением давления грунта засыпки на стену (рис.1.а). Угол наклона стены выбирается из условия устойчивости стены без засыпки. Вместе с тем, при использовании наклонных стен теряется часть полезного простран­ства.

 

• Треугольные или трапециевидные.

Эти стены могут быть с наклонной передней или задней гранью, либо с обеими наклонными гранями (рис.1.б,в). Более экономичны профили с задней наклонной гранью, поскольку в них грунт над задней гранью участвует в увеличении ус­тойчивости стены.

 

• Стены с криволинейными или уступчатыми гранями. Толщина стен этого типа на каждой высоте соответствует интенсивности давления фунта засыпки (рис.1.г). Эти стены, которые еще называют очерченными по "кривой давления", наиболее экономичны, однако они более сложны в производстве и проигрывают в использовании полезного пространства.

 

• Стены откосные или лежачего типа.

Подобные стены, располагаемые на естественном откосе и практически не испытывающие давления со стороны засыпки, имеют ограниченное примене­ние в связи с большим проигрышем полезного пространства (рис.1.д). Чаще всего они используются в качестве всякого рода креплений крутых откосов от размывов и механических разрушений.

Тонкостенные конструкции.

По конструктивным особенностям стены этого типа подразделяются на уголковые (рис 2) и контрфорсные (рис. 3).

• Уголковые подпорные стены являются наиболее простой и часто приме­няемой конструкцией. Собственно стеной служит вертикальная полка уголка, воспринимающая горизонтальное давление грунта засыпки. Горизонтальная полка уголка обращена в сторону засыпки и под действием веса грунта засыпки обеспечивает общую устойчивость стены. Уголковые стены изготавливаются как из монолитного , так и из сборного железобетона. В случае сборного ис­полнения фундаментная плита имеет пазовую часть, в которую замоноличива-ется вертикальная (лицевая) плита. Размеры и форма паза позволяют устанав­ливать фундаментную плиту с наклоном (до 7-9 град) в сторону засыпки, что увеличивает устойчивость стены.

Подбор сечения вертикальной плиты уголковой стены производится на ос­новании расчета ее как консольной балки, защемленной внизу и находящейся под действием горизонтального давления грунта засыпки, временной нагрузки на ее поверхности и собственного веса стены. Фундаментная плита рассчиты­вается как консольная балка, загруженная весом 1 грунта засыпки и реактивным давлением (отпором) грунта основания. Ширина (вылет) фундаментной плиты определяется из условия обеспечения устойчивости стены на опрокидывание и на сдвиг по подошве.

В связи с тем, что предельная сопротивляемость сдвигу мягких глинистых грунтов не велика, вылеты фундаментных плит уголковых стен, расположен­ных на подобных основаниях, как правило, весьма большие (0,8-1,0 от высоты стены). Для уменьшения этого размера часто используется конструкция стены с фундаментной плитой, имеющей наклонную консоль, введение которой суще­ственно уменьшает активное давление грунта на стену.

В целом уголковые стены с гладкой лицевой вертикальной плитой, как пра­вило, экономически целесообразны при высотах 5-8 м. При большей высоте давление фунта на вертикальную часть стены существенно возрастает, что приводит к увеличению размеров сечений, объемов железобетона и соответст­венно - к высокой стоимости конструкции.

 

Рис. 2 Монолитная подпорная стена

 

• Контрфорсные подпорные стены (рис. 3).

Стены этого типа экономически оправданные при высотах, больших 8-10 м, обычно состоят из 3-х основных элементов: вертикальной плиты, фундамент­ной плиты и контрфорса. Расстояние между контрфорсами принимается рав­ным 2,5-3 м. Введение в конструкцию стены контрфорсов, связывающих между собой лицевую и фундаментную плиты, существенно облегчает условия их ста­тической работы, так как при наличии контрфорсов фундаментная и лицевая плиты работают как неразрезные многопролетные балки или как плиты, опер­тые по контуру. При этом толщина этих элементов стены существенно умень­шается, что приводит к сокращению объема железобетона и удешевлению кон­струкции в целом.

Контрфорсы работают и рассчитываются как консоли с переменным по вы­соте стены тавровым сечением, загруженные горизонтальной и вертикальной нагрузками, передающимися от лицевой и фундаментной плит. Армирование контрфорса, как правило, производится в трех направлениях: в горизонтальном и вертикальном - на реактивные усилия от плит, а также в наклонном (вдоль тыльной грани контрфорса) - на изгибающий момент.

Контрфорсные стены могут выполняться как в монолитном, так и в сбор­ном исполнении. В случае сборного исполнения, жесткость соединения элемен­тов стены обеспечивается их замоноличиванием в специально устраиваемых пазах.

• Комбинированные подпорные стены могут иметь различную конструкцию. Широко распространены комбинированные стены с разгрузочными площад­ками (рис.3.а), размещенными на стене со стороны засыпки. Разгрузочные пло­щадки, горизонтальные или наклонные, существенно уменьшают давления грунта засыпки, что приводит к уменьшению как поперечных, так и общих раз­меров стены. Вылет разгрузочных площадок при их конструктивном оформлении в виде консоли обычно принимают не более 20-25% от общей высоты стены. При необходимости увеличения вылета разгрузочной площадки исполь­зуются различные опорные устройства, которые уменьшают изгибающие мо­менты не только в самой площадке, но и в лицевой плите стены.

Рис. 3 Типы комбинированных подпорных стен

а - с разгрузочной площадкой, б - с экраном, в - с парусным элементом.

 

К комбинированным подпорным стенам относятся и конструкции с экра­нирующими устройствами (рис. 3.б), размещенными в засыпке непосредст­венно за стенкой. Экранирующие устройства (обычно в виде одно! о или не­скольких рядов свай или шпунтов) приводят к уменьшению давления грунта засыпки на стену и к увеличению ее устойчивости. Вместе с тем, существенное усложнение технологии производства работ по устройству таких стен приводит к необходимости технико-экономического обоснования целесообразности их применения в каждом конкретном случае.

Стремление эффективно использовать в строительстве высокопрочные и дешевые искусственные материалы привело к созданию подпорных стен парусного типа (рис.3.в). Основными конструктивными элементами подобных комбинированных стен являются гибкий парус из стеклоткани или стеклопла­стика, отдельно стоящие свайные опоры и горизонтальная анкерная плита. Па­рус, работающий под действием давления грунта засыпки на растяжение, передает сваям только осевую сжимающую силу, а анкерной плите - только сдвигающее усилие.

Отмеченное "разделение" усилий, передаваемых на элементы конструкции, позволяет в ряде случаев сделать стенку более экономичной по сравнению с обычными конструкциями. Вместе с тем, усложнение технологии производства работ, а также значительные потери полезного пространства ограничивают применение подобного рода конструкций.

 

Гибкие подпорные стены.

• Больверковые стены (рис.4.а) - это такие значительно заглубленные в грунт основания конструкции, прочность которых обеспечивается сопротивле­нием изгибу, а устойчивость - сопротивлением грунта основания выпору. Основными элементами больверков являются забитые в грунт основания шпунты или сваи и перекрывающие зазор между забивными элементами тонкостенные плиты, образующие лицевую грань стены. Подобные конструкции эконо­мически оправданы при высотах до 4-5 м.

а)

б)

Рис. 4 Гибкие подпорные стены

а - болъверковая, б - анкерно-больверковая.

 

• При высоте стены больше 5-7 м, с целью уменьшения сечения несущих забивных элементов, к верхней части стены прикрепляются хорошо работающие на растяжение тяги, связывающие эти элементы со специальными анкерами, размещаемыми в грунте засыпки за пределами призмы обрушения (рис.4). Подобные стены называются анкерно-болъверковыми. Анкерные тяги могут располагаться в один или несколько ярусов по высоте стены. Они передают нагрузку от грунта засыпки (воспринимаемую верхней частью стены) на анкерные устройства и работают, как правило, только на растяжение, тяги выполняются из стали или из железобетона. Анкерные устройства представляют собой заглубленные в грунт балки, плиты или блоки.

• Интересными в конструктивном отношении и, как правило, экономически оправданными в широком диапазоне высот (5-30 м) являются полностью заанкеренные подпорные стены типа "армированный грунт".

Стены этого типа (рис. 5) состоят из наружной облицовки, гибких армирую­щих элементов, соединенных с облицовкой, и грунта, засыпаемого поверх ар­мирующих элементов на всю высоту стены. Наружная облицовка может быть выполнена либо из волнистых стальных листов (толщиной 2-4 мм), либо из плоских железобетонных элементов, толщиной 20-25 мм.

Экономическая эффективность подпорных стен из армированного грунта возрастает по мере увеличения их высоты и при расчетной высоте 20-25 м дос­тигает 40-50% по сравнению со стенами обычного типа из железобетона.

Рис. 5 Подпорная стена типа "армированный грунт"

 

Список использованной литературы

1. ДСТУ Б А.2.4-4:2009. Основні вимоги до проектної та робочої документації: –К. Мінрегіонбуд України, 2009. – 51 с.

5. ДБН В.1.2-2:2006. Навантаження та впливи. Норми проектування. / Мінбуд України. – К. 2006.

6. ДБН В.2.6-158:2009. Конструкції будівель і споруд. Бетонні та залізобетонні конструкції з важкого бетону. Правила проектування. Мінбуд України. –К. 2010.

7. ДБН В.2.6-160:2010. Конструкції будівель і споруд. Сталезалізобетонні конструкції. Основні положення. Мінбуд України. –К. 2010.

8. ДБН В.2.6-161:2010. Конструкції будівель і споруд. Дерев’яні конструкції. Основні положення. Мінбуд України. –К. 2011.

9. ДБН В.2.6-162:2010. Конструкції будівель і споруд. Кам’яні та армокам’яні конструкції. Основні положення. Мінбуд України. –К. 2011.

10. ДБН В.2.6-163:2010. Конструкції будівель і споруд. Сталеві конструкції. Норми проектування, виготовлення і монтажу. Мінбуд України. –К. 2011.

11. Довідник проектувальника. Типові залізобетонні конструкції будинків і споруджень для промислового будівництва. М.: Стройиздат, 1981.- 378 с.

12. Мандрыков А.П. Приклади розрахунку залізобетонних конструкцій. М.: Стройиздат, 1989. - 506 с.