гравитационная подпорная стена это

Устройство подпорной стенки

Устройство подпорной стенки

Участки многих домов, которые стоят на склонах старых русел, нуждаются в их укреплении. Часто склон бывает так крут, что площадка перед домом на склон очень мала. Можно разделить склон на террасы или устроит одну массивную подпорную декоративную стенку. Подпорные стенки устанавливаются для удержания откоса насыпей и выемок от обрушения. Они используются для организации пространства на пересеченной местности, а также для повышения эстетических качеств объектов ландшафтного дизайна.

Разноуровность участка придает ему необычайную динамику, к тому же подпорные стенки очень эффектно подчеркивают различные по назначению зоны. Подпорные стенки разнообразны по высоте, конструкции и материалам.

Подпорные стенки на объектах ландшафтной архитектуры по своему назначению можно подразделить на два вида:

При сухой кладке камни и плитки кладут друг на друга без скрепления цементным раствором, поэтому камни необходимо подбирать очень тщательно, что требует высокого профессионализма. Крупные камни располагают в шахматном порядке, перекладывая более мелкими. Так возводят стенки небольшой высоты, до 50 — 80 см. В качестве связующего и уплотняющего материала в промежутках между камнями используется цементно-песчаная смесь, что делает подпорные стенки ровными и крепкими.

При влажной укладке все камни и плитки прочно скрепляют цементно-известковым раствором, что создает большую прочность всей конструкции, которая хорошо выдерживает давление грунта со стороны склона. Такие стенки могут иметь высоту до 6 м и более Материалом для каменных стенок являются гранит, бут, известняк, булыжник и другие долговечные естественные камни. Камни слегка обрабатывают или обтесывают до формы плит. Применяют кладку разных по величине камней с вкраплением отдельных больших камней, что придает особую декоративность конструкции. Применима и однородная кладка из клинкерного кирпича (при условии высокого качества как кладки, так и материала).

Очень часто применяются стенки из бетона или железобетона. У таких стенок имеются большие возможности для декоративной обработки их внешней поверхности. Высота стенки из камня в сухой кладке должна быть не более 4 м, а из бетона и железобетона — 6 м; при высоте больше 6 м возрастает давление грунта на тело стенки.

Варианты размещения подпорных стенок могут быть различными, в зависимости от поставленных целей и задач. Существует четыре основных варианта размещения подпорных стенок на склоне. Один из вариантов позволяет расширить верхнюю площадку, второй обеспечивает оптимальный баланс земляных масс (объем насылаемого грунта равен объему срезаемого грунта), при использовании третьего варианта увеличивается нижняя площадка, а четвертый позволяет разнообразить плоский рельеф.

Типы конструкций подпорных стенок

Устойчивость подпорных стенок достигается компенсацией воздействия сил, оказываемых на стенку подпираемым грунтом, которые складываются из активного давления грунта и давления воды.

В современном строительстве распространены два типа конструкций подпорных стенок.

Гравитационные подпорные стенки обеспечивают устойчивость за счет массы стенки и массы грунта, находящегося над подошвой конструкции стенки, и силы трения, возникающей в плоскости подошвы стенки;

Свайные стенки, представляют собой облегченные конструкции, защемленные в грунтовом основании, которые являются устойчивыми за счет создания пассивного отпора давлению грунта в нижней части стены или наличия специального крепления анкерного типа в верхней части стены.

При нарушении равновесия сил подпорная стенка может потерять устойчивость, вследствие чего могут возникнуть деформации конструкций, иногда приводящие к их полному разрушению. Наиболее часто встречаются такие деформации, как опрокидывание, сдвиг и навал стенки на грунт. Явление навала характерно только для высоких подпорных стенок.

Для повышения устойчивости подпорных стенок на сдвиг и опрокидывание при их проектировании предпринимают следующие действия:

Основными элементами конструкции подпорной стенки являются:

Подпорные стенки удачно сочетаются с разнообразными парковыми конструкциями: лестницами, скамьями, цветниками, шпалерами с вьющимися растениями, вазонами, светильниками, скульптурой. Их также комбинируют с зе откосами.

При проектировании подпорных стенок в садах и парках часто используют типовые конструкции. Размеры всех элементов конструкции определяет проектировщик. В связи с этим, прежде чем приступать к проектированию, необходимо ознакомиться с результатами анализа почв и гидрологическим режимом, затем произвести расчет высоты стенки по проекту вертикальной планировки территории. Учитывая полученные данные, необходимо проанализировать возможные конструктивные решения, чтобы выяснить, что больше всего подходит для применения в данных условиях, принимая во внимание нагрузки на конструкцию, материалы и климатические особенности района проектирования.

Если высота подпорной стенки, включая фундамент, превышает 3 м, а глубина фундамента меньше 60 см или на участке в качестве основания будут использованы неустойчивые слабые грунты, то необходима консультация специалиста, который произведет детальный расчет устойчивости конструкции.

Для безопасности пешеходного движения при размещении вдоль верхнего края подпорной стенки пешеходных дорожек и площадок, при высоте стенки более 1,0 м, необходимо предусматривать ограждения высотой не менее 0,9 м.

Источник

Проектирование подпорных стен

Проектирование подпорных стен во многих случаях выполняется на низком техническом уровне, что приводит к обрушениям, имеющим катастрофические последствия. Доказательством сказанному является количество заявок на ремонт, реконструкцию и усиление подпорных стен (смотри, например, здесь). Цель данной статьи заключается в том, чтобы на конкретном примере показать ошибки проектирования подпорной стены, и показать на этом же примере правильные проектные решения.

Разбор ошибок проектирования подпорных стен

Рассмотрим процесс проектирования подпорной стены на конкретном примере. На одном из объектов произошло обрушение подпорной стены, удерживающей придомовую парковку (см. рис. 1). В результате обрушения был причинён экономический ущерб владельцам автомобилей, а также возникли риски разрушения грунтовых оснований объектов окружающей застройки.

Важно заметить, что до обрушения жители дома наблюдали признаки (трещины на асфальте вдоль подпорного сооружения), явно указывающие, что подпорная стена разрушается. К сожалению, эксплуатирующие службы не среагировали должным образом на обращения жителей, что и стало одной из причин последующего обрушения.

В ходе оперативного и последующего детального обследования было установлено, что основная причина обрушения – ошибки проектирования. Ошибки строительства тоже имелись, но они не имели определяющего характера. Таким образом, обрушение подпорной стены произошло по двум основным причинам – неправильно запроектировали, неправильно эксплуатировали.

Ниже приведем некоторые технические характеристики обрушившейся подпорной стены (см. рис. 2-3):

Выполненные расчеты устойчивости (рис. 4-5) обрушившейся подпорной стены показали, что не было ни малейшего шанса на безаварийную эксплуатацию. Коэффициент устойчивости системы:

Таким образом, основная причина обрушения рассматриваемой подпорной стены – это проектирование без расчетов или с неправильными расчетами.

Вторая причина обрушения – полное игнорирование наличия в основании набухающих грунтов, которые при повышении влажности увеличиваются в объеме – набухают, а при последующем понижении влажности происходит обратный процесс – усадка.

Очевидно, что говорить о сейсмостойкости данной подпорной стены не приходится.

Строго говоря, проект обрушившейся подпорной стены даже не учитывал конструктивные требования СП 381.1325800.2018 «Сооружения подпорные. Правила проектирования», поэтому обрушение такой стены было вопросом времени.

Источник

Расчет подпорных стен

Термины и определения

Подпорное сооружение

— это сооружение или конструкция, выполняемая для восприятия горизонтального давления и удержания грунта при перепаде высотных отметок, может быть самостоятельным сооружением или служить частью объекта капитального строительства.

Виды подпорных стен

По характеру взаимодействия с грунтом подпорные сооружения разделяют на:

Массивные

удерживают грунт, сопротивляясь сдвигу и опрокиды­ванию за счет собственного веса.

Уголковые

удерживают грунт, сопротивляясь сдвигу и опрокидыванию за счет дополнительного пригруза.

Гибкие

удерживают грунт, сопротивляясь сдвигу и опрокидыванию за счет заделки и конструкций крепления.

Расчет уголковых подпорных стен

Уголковые подпорные стены проектируют для организации рельефа со сту­пенчатым перепадом отметок дневной поверхности в тех случаях, когда не могут быть устроены есте­ственные откосы. Уголковые подпорные стены, удерживающие перепад высот до 7 м, целесоо­бразно проектировать консольно, без конструкций крепления. При большей высоте перепада для сни­жения внутренних усилий в конструкции подпорного сооружения целесообразно использовать анкер­ные тяги или контрфорсы.

Предварительные размеры уголковых подпорных стен определяются следующим образом

Расчет уголковой подпорной стены на сдвиг по подошве

При необходимости увеличения силы сопротив­ления сдвигу по подошве подошву следует проектировать с выступом («зубом»), направленным вниз.

Расчет уголковой подпорной стены на общий (глубинный) сдвиг

Расчет уголковой подпорной стены на опрокидывание

Расчет основания уголковой подпорной стены по несущей способности

Расчет основания уголковой подпорной стены по деформациям

Определение расчетных усилий (изгибающих моментов, нормальных и поперечных сил) в элементах подпорных стен уголкового профиля

Далее выполняется расчет конструкции подпорного сооружения по материалу в соответствии с СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции». В ходе этих расчетов подбирается рабочее армирование, назначаются материалы, уточняются толщины элементов.

Примеры армирования подпорной стены

Узлы монолитных уголковых подпорных стен

Конструктивная безопасность и надежность монолитных железобетонных уголковых подпорных стен в значительной степени зависит от правильности расчета и конструирования узла сопряжения стены с фундаментом.

Особенность этого узла заключается в следующем:

1) внутренние усилия в этом узле, а именно – изгибающий момент, поперечная сила, продольная сила, достигают своих максимальных значений, что можно увидеть из приведенных выше эпюр;

2) технология устройства монолитных уголковых подпорных стен, как правило, предполагает, что сначала возводят фундамент, затем стену, следовательно, возникает рабочий шов бетонирования.

Таким образом, в этом узле возникает очень опасная комбинация факторов: с одной стороны там максимальная поперечная сила, а с другой – там же мы устраиваем рабочий шов бетонирования.

Далее публикуем цитаты из следующей работы:

Таким образом, прочность этого узла на сдвиг должна быть обеспечена или за счет нагельного эффекта, или за счет бетонных шпонок.

Российские нормативные документы в готовом виде не содержат методики расчета этого узла. Если поперечная сила воспринимается продольной арматурой – необходимо отталкиваться от методики СП 63.13330.2018 по расчету закладных деталей. Методика расчета бетонных шпонок также приведена в указанном своде правил.

Другой важный вопрос, связанный с этим узлом, заключается в анкеровке арматуры стены в фундаментной плите. Как правило, растянутый арматурный стержень анкеруют путем отгиба на 90° по дуге круга радиусом в свету не менее 10d(1 – L1/Lan) [где L1 — длина прямого участка у начала заделки]. Более подробно об это можно прочитать в «Пособии но проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101-2003)».

Из рисунка ниже можно увидеть важнейший момент – толщина плиты в месте заделки должна быть достаточна для надежной анкеровки продольной арматуры стены. В некоторых случаях целесообразно делать фундаментную плиту переменной толщины, с увеличением в сторону заделки.

Работа узлов уголковых подпорных стен достаточно подробно показана в этом исследовании – Detailing Aspects of the Reinforcement in Reinforced Concrete Structures. Retaining wall (case study).

В частности, в этой книге показаны реальные схемы разрушения уголковой подпорной стены в зависимости от различных вариантов армирования узла «стена – фундамент».

Также в работе показано, что добавление диагонального арматурного стержня (см. рис. e) значительно повышает эффективность работы узла.

Онлайн калькулятор расчета подпорной стены

Cantilever Retaining Wall Design

Онлайн калькулятор позволяет рассчитывать уголковые подпорные стены в следующем объеме: расчет давления грунта; анализ устойчивости; подбор размеров и армирования элементов подпорной стены. В расчетах можно учесть сейсмику. К сожалению, разработка зарубежная, и расчеты выполняются не по российским нормам, поэтому результаты расчетов требуют последующего уточнения.

Программы для расчета подпорных стен

В настоящее время не существует такой программы, в которую можно было бы загнать все исходные данные, и получить в итоге рабочий проект подпорной стены. Существуют лишь программы, которые автоматизируют отдельные этапы проектирования подпорной стены. Ниже рассмотрим наиболее интересные разработки.

Модуль «Подпорная стена» в программном комплексе МОНОМАХ-САПР позволяет проектировать монолитную железобетонную уголковую подпорную стену для заданных инженерно-геологических условий строительства.

Важно понимать, что результаты конструирования лишь предварительные, и требуется последующая ручная доработка. Узел сопряжения стены и фундамента программа отдельно не просчитывает, наличие рабочего шва бетонирования также не учитывается.

Существенным недостатком программы является отсутствие поддержки действующих нормативных документов, в том числе в части железобетона. Область применения программы – прикинуть в первом приближении размеры и армирование уголковой подпорной стены.

Программный комплекс GEO5 содержит следующие основные модули для расчета подпорных стен:

— модуль «Уголковая стена»;

— модуль «Гравитационная стена»;

— модуль «Габионная стена».

Область применения программы – предварительные расчеты подпорных стен с определением размеров и армирования (в необходимых случаях).

Следует помнить, что весь комплекс расчетов, который предусмотрен нормативными документами, GEO5 не выполняет.

Пакет прикладных программ «GIPRO» содержит модуль по расчету монолитных железобетонных подпорных стен. Демо-версия программы доступна на официальном сайте и выполняет без ограничений расчет подпорных уголковых стен размером по ширине подошвы до 2.1м.

Программа позволяет по заданным критериям автоматически подобрать подпорную стену и выполнить расчет армирования. Также как и другие программы, весь комплекс необходимых расчетов программа не выполняет.

Интерфейс программы не самый современный, и не самый удобный, но расчеты выполняются достаточно точно. Программа в значительной степени поддерживает действующие нормативные документы.

Пакет прикладных программ NormCAD содержит модуль, реализующий расчеты из «Пособия к СНиП Проектирование подпорных стен и стен подвалов». Отличительная особенность NormCAD – подробно расписанное решение, строго соответствующее тому документу, в соответствии с которым оно выполнено.

Программа «Фундамент» позволяет выполнять расчеты:

Программа позволяет учитывать: наличие анкеров, наличие контрфорсов, наличие зуба.

Безусловно, программа не выполняет весь комплекс необходимых расчетов, и годится только для определения предварительных параметров подпорных стен. Кроме того, программа не поддерживает актуальные нормативные документы.

По существу, данная программа является офлайн калькулятором подпорных стен. Скачать программу можно также на этом сайте.

Программа LimitState GEO позволяет рассчитывать различные виды подпорных стен по устойчивости. Особенность программы – это уникальная технология расчета, основанная на теории предельного равновесия грунтов. Программа позволяет быстро и точно оценивать устойчивость грунтовых массивов с учетом подпорных сооружений. Также стоит отметить удобный интерфейс программы. Скачать демо версию можно на официальном сайте, она содержит существенные ограничения для ряда расчетов, но тем не менее полезна для желающих освоить расчеты подпорных стен на высоком уровне.

Ручной расчет подпорных стен

Если вы желайте ознакомиться с методиками «ручного» расчета подпорных стен, можно рекомендовать следующее учебное пособие:

Подпорная стена с контрфорсами

Контрфорсы нужны для массивных и уголковых подпорных стен при их высоте более 7 м (ориентировочно). Применение контрфорсов необходимо для снижения внутренних усилий. Кроме того, контрфорсы являются дополнительным элементом безопасности для монолитных уголковых подпорных стен. Выше было показано, что конструктивная безопасность таких стен во многом зависит от правильности исполнения узла сопряжения стены с фундаментной плитой. Наличие контрфорсов существенно повышает устойчивость к сдвигу в рабочем шве бетонирования. В необходимых случаях целесообразно использовать скрытые контрфорсы, чтобы обеспечить надежность консольной системы.

Контрфорсные подпорные стены, как правило, следует рассчитывать в пространственной 3D постановке. Альтернативой контрфорсам являются анкерными тягами.

Расчет габионных подпорных стен

Габионные подпорные стены бывают двух основных типов:

Массивно-объемные стены в целом рассчитываются как обычные железобетонные стены гравитационного типа. Основное отличие в том, что расчет внутренней прочности производится по-другому.

Армогрунтовые габионные подпорные стены работают по достаточно сложной схеме. Как указано в ОДМ 218.2.049-2015 «армирующие панели, создавая дополнительные связи между частицами грунта, вызывают перераспределение усилий, обеспечивая тем самым передачу напряжений с перегруженных зон и вовлекая в работу недогруженные».

Расчет армогрунтовых подпорных стен требует применения специальных методов и средств, как правило, используется численное моделирование.

Расчет габионных подпорных стен выполняют с учетом их двух ключевых особенностей:

1 – гибкость объемных сетчатых каркасов;

2 – проницаемый ячеистый тип конструкций.

Далее приведем две цитаты из ОДМ 218.2.049-2015:

«Гибкость сооружений из габионных конструкций позволяет им без разрушения следовать за деформациями, вызванными неравномерными осадками и размывом основания, температурными напряжениями, что исключает необходимость устройства температурно-осадочных швов. Гибкость габионных конструкций также улучшает работу всего сооружения в условиях действия динамических воздействий, в том числе и сейсмических».

«Проницаемость сооружений из габионных конструкций для грунтовых и паводковых вод обусловливается ручной укладкой каменного материала, при которой их пористость достигает 0,25-0,40. Данная особенность позволяет исключить возникновение гидростатических нагрузок и снизить затраты на устройство обратного фильтра».

Источник