Расчет и проектирование подпорных стен

Общие сведения о подпорных стенах

Конструкции, которые предназначены для удержания грунтового массива, принято называть подпорными стенами. Они позволяют избежать обрушений, когда откос имеет предельные значения. Такие стены часто можно увидеть на железных и автомобильных дорогах. В ходе их возведения происходит подрезание естественного откоса, сформировавшегося за многие и многие годы и сохранявшего свою устойчивость. Новый, искусственно созданный откос зачастую имеет угол, который не может быть устойчивым и рискует обрушиться без поддержки подпорной стены.

Применяют следующие конструкции подпорных стен:

• массивные стены (гравитационные), их устойчивость обеспечивается большой массой конструкции, которая способно удерживать вес грунта. Такая стена состоит из тела и фундамента. Наибольшее давление испытывает задняя грань стены. Массивные стены бывают блочными или монолитными;
• тонкостенные конструкции имеют более сложную конфигурацию, в том числе, развитое основание, они удерживают вес грунта, лежащего на консольных плитах. Тонкостенные подпорные стены могут быть уголковыми консольными, уголковыми анкерными или контрфорсными;
• шпунтованные стены состоят из анкерных свай, тяжа и распорки. Их устойчивость обеспечивается защемлением в грунтовом основании и постановкой распорок. Шпунтовые ограждения относят к временным ограждениям, которые возводятся у котлована, когда невозможно проводить разработку в откосах котлована

Конструкция стены зависит от высоты подпора грунта, которая определяется через разность отметок. Обычно размеры назначают кратно 300 мм, толщина элементов назначается кратно 20 мм.

При слабых и пучинистых основаниях помимо подпорной стены необходимо устройство щебеночной подушки под фундамент на глубину не менее 600 мм. Также на слабых грунтах подпорные стены могут быть выполнены на свайном основании, которое позволит передать нагрузку на более надежные слои грунта.

Если стена устанавливается на продолжительном участке, то ее уклон должен составляет не более 0,02 либо ее выполняют ступенчатой.

Чтобы избежать трещин и разрушений, использую деформационные швы, их выполняют на расстоянии не более 10 метров друг от друга в монолитных стенах без армирования, и не более чем в 20 метров друг от друга в монолитных стенах с армированием. Для сборных конструкций разрешается устраивать деформационные швы на расстоянии друг от друга, не превышающем 30 метров. Ширина швов составляет 3 см, они выполняются из просмоленной доски.

Конструкция подпорной стены должна быть защищена от действия влаги, содержащейся в грунте, поэтому поверхность гидроизолируется.

В водоупорных грунтах выполняется пристенный дренаж, который позволяет отводить воду без вреда для конструкций.

Рисунок 1. Пример расчета подпорной уголковой стены. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Расчет и проектирование подпорных стен

Рассмотрим основные этапы расчета подпорных стен на примере тонкостенной конструкции:

• в первую очередь систематизируют исходные данные, среди которых высота подпора, нагрузка, длина стенки, коэффициенты условий работы грунта расчетные значения внутреннего трения грунта, угол наклона расчетной плоскости к вертикали, угол трения грунта на контакте со стенкой;
• затем выполняют конструирование тонкостенной уголковой подпорной стены, высоту лицевой панели определяют исходя из величины подпора, ширину подбирают исходя из высоты лицевой панели, увеличенной на 2,2 м и умноженной на 0,5;
• определяют давление грунта исходя из условий образования клиновидной симметричной призмы обрушения, используя угол наклона плоскости для расчета;
• затем выполняют расчет устойчивости стены против сдвига, для этого необходимо определить коэффициент активного давления грунта, выполняют расчеты для разных значений углов;
• расчет по деформациям проводят для нескальных грунтов, необходимо обеспечить условие, при котором среднее давление на грунт под подошвой не превышает расчетного сопротивления грунта основания. Для проведения расчета составляют схему, на которой показывают эпюру максимального давления.

Массивная подпорная стена является очень материалоемкой, при выборе подобной конструкции проводят технико-экономическое обоснование, доказывающее, что другие варианты укрепления откоса невозможны.

Подпорные стены возводятся как самостоятельные инженерные защитные сооружения, и поэтому их необходимо поддерживать в первоначальном состоянии, проводить работы, связанные с содержанием и ремонтом.