Расчет прочности фундаментов подпорные стены и особенности их расчета

РАСЧЕТ ПОДПОРНЫХ СТЕН

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Подпорными стенами называются инженерные сооружения, предназначенные для удержания грунта или сыпучего тела от обрушения. По конструктивному решению подпорные стены обычно подразделяют на три основных типа: массивные, тонкостенные (угловые) и шпунтовые. Массивные подпорные стены — ограждения с поперечными размерами, примерно одинаковыми по ширине и высоте (рис. 3.10.1, а), которые возводятся из монолитного бетона, кирпича, камня и т.п. Устойчивость массивных подпорных стен обеспечивается в основном их собственным весом. Тонкостенные подпорные стены возводятся из железобетона. Они состоят из связанных между собой двух плит — вертикальной (ограждающей) и горизонтальной (фундаментной) (рис. 3.10.1, б). Устойчивость стен этого типа обеспечивается в основном весом грунта, расположенного на фундаментной плите. Шпунтовые подпорные стены возводятся путем забивки в грунт сплошного ряда деревянных, железобетонных или металлических свай (рис. 3.10.1, в). Устойчивость шпунтовых стен обеспечивается за счет защемления свай в основании. Для уменьшения глубины забивки свай в грунт и повышения их жесткости применяют анкеры. К подпорным стенам также относятся наружные стены подвалов зданий, набережные рек, береговые устои мостов, ограждения дорог в выемках, плотины и т.д. В настоящей главе рассматривается расчет массивных подпорных стен.

Нагрузкой на подпорную стену считается давление массы грунта, которое удерживается стеной от обрушения. Природные грунты отличаются большим разнообразием физико-механических характеристик, определить которые довольно сложно. К трудноопределяемым и изменчивым характеристикам относятся силы сцепления и трения между частицами грунта, поэтому при практических расчетах грунтовую среду заменяют идеализированной, которая называется идеально сыпучим телом. Идеально сыпучее тело состоит из твердых однородных частиц, между которыми отсутствуют силы сцепления. Сыпучее тело по своим физическим свойствам занимает промежуточное положение между твердым телом и жидкостью. От твердого тела оно отличается тем, что оно не способно оказывать противодействие отделению частиц друг от друга, а от жидкости — тем, что между его частицами существуют силы трения. Такое тело, помещенное в сосуд, оказывает давление на его вертикальные стенки, меньшее чем гидростатическое давление, за счет наличия сил трения между частицами. Сыпучему телу присваиваются следующие основные физико-механические характеристики грунта:

пористость — отношение объема пустот (пор) в единице объема грунта ко всему объему. Пористость выражается в отвлеченных числах или в процентах;

удельный вес грунта у — вес единицы грунта, Н/м 3 или кН/м 3 . Удельный вес грунта зависит от плотности частиц, пористости и степени заполнения его водой;

удельный вес грунта в воде увзв, Н/м 3 или кН/м 3 . При погружении грунта в воду он взвешивается и теряет в весе в размере, равном весу объема воды, вытесненной твердыми частицами грунта. Удельный вес грунта во взвешенном состоянии уюв = уф — ув (1 — ту), где ув — удельный вес воды;

угол естественного откоса р — наибольший угол, образуемый поверхностью свободно насыпанного грунта с горизонтальной плоскостью (рис. 3.10.2). Угол р характеризует трение между частицами грунта на его поверхности. Коэффициент трения равен тангенсу угла естественного откоса, т.е./= tg р;

угол внутреннего трения (р — угол трения между частицами внутри массы грунта. Ввиду трудности определения этого угла его обычно принимают равным углу естественного откоса: ср

р. Это допущение справедливо только для несвязных грунтов, таких как песчаные грунты, для которых можно пренебречь силами сцепления;

угол трения грунта ср между частицами грунта и поверхностью подпорной стены всегда меньше угла внутреннего трения. Его величина зависит от шероховатости поверхности подпорной стены, ее влажности и характеристик грунта. По СНиП угол (р принимают равным половине угла внутреннего трения: (р = 0,5(р. При наличии специального обоснования допускается принимать: для стен с грубой шероховатой поверхностью ср = ф и для мелкозернистых водонасыщенных песков или при покрытии поверхности подпорной стены битумной гидроизоляцией ф = 0. Характеристики для основных грунтов засыпки подпорных стен приведены в табл. 3.10.1.

Проектирование подпорных стен

Подпорная стена – сооружение, устанавливаемое для предотвращения разрушения грунта в откосах насыпей или глубоких выемок. Расчет подпорной стены выполняется высококвалифицированными специалистами, так как от качества проведенной работы зависит надежность и долговечность всей возводимой конструкции.

Такие стены получили широкое распространение при строительстве котлованов и траншей, ограждений и противооползневых систем. Данное инженерное сооружение востребовано и необходимо при выполнении строительных работ, связанных с возведением загородных домов на местности, для которой характерен значительный перепад высот. Это могут быть холмы, овраги или крутые склоны.

Особенности и виды конструкции

Любая подпорная стена представляет собой конструкцию, возведенную для предотвращения обрушения грунта на участках, где существуют значительные перепады уровня отметок, сделанных в процессе проектирования и подготовки территории.

Виды подпорных стен Оригинальное решение подпорной конструкции

Такие стены бывают декоративные и укрепительные. В зависимости от сложности поставленной задачи стена может быть:

  1. Монолитной, для сооружения которой используют бетон, бутовый камень, кирпич, буто- или железобетон.
  2. Сборной, возведенной из железобетона.

По своей конструкции монолитные делятся на:

  • консольные (уголкового профиля), в состав которых входят лицевая и фундаментная плиты;
  • контрфорсные, для повышения жесткости которых используются смонтированные поперечно ребра или контрфорсы.

Удобно использовать для возведения конструкции целые секции

Сборные подразделяются на:

  • подпорные стены уголкового профиля, собранные на месте строительства из секций, изготовленных из отдельных плит или блоков; главное отличие от монолитных заключается именно в использовании для сборки конструкции таких секций;
  • заборчатые, сделанные в виде надежных столбов, в пролеты между которыми устанавливают плиты.

Местом монтажа конструкции и возведения подпорной стены может служить естественное основание, то есть скальный грунт, или сделанные тут же сваи.

Основой любой конструкции является фундамент глубокого (глубина которого в 1,5 раза превышает его ширину) или неглубокого заложения. Сделать столбы, как и контрфорсы, можно из ящиков, установленных в несколько ярусов и заполненных песком или крупно фракционным щебнем.

Выбирая высоту подпорной стены, следует обратить внимание на величину существующего перепада:

  • более 20 м – высокие сооружения;
  • от 10 до 20 м – средние;
  • до 10 м – низкие.

Массивные опоры не опрокинутся под тяжестью веса

Различают подпорные стены и в зависимости от их конструкции:

  • массивные, обеспечивающие устойчивость подвижного грунта и предотвращающие опрокидывание под тяжестью собственного веса;
  • анкерные наиболее эффективные при наличии большого перепада;
  • тонкостенные, особенность которых заключается том, что для этой категории существует норма возможного прогиба под действием нагрузок.

Кроме того, немаловажен размер подпорной стены, определяемый в зависимости от силы давления грунта, собственного весы стены, нагрузок, не выходящих за пределы призмы разрушения.

Виды конструкций

При сооружении данной конструкции учитывают насыщение грунта водой и наличие в нем веществ, агрессивных по отношению к бетону.

Особенности используемых материалов

В соответствии с руководством по возведению подпорных стен и СНиП II-15-74 и II-91-77 для сооружения монолитных конструкций используется цемент марки М 150 и М 200, а для сборных – М 300 и М 400.

Выбирая изделия из арматурной стали, необходимо учитывать температурный уровень в зимнее время. В тех регионах, где столбик термометра опускается зимой низе -30° Цельсия, использование арматурной стали марки А IV 80 C категорически запрещено.

Для усиления конструкции используют арматурную сталь класса АI марки ВСт3сп2

В соответствии с ГОСТ 5781-82, действующим на территории РФ, армирование подпорных стен осуществляется с помощью арматурных стержней класса А III и A II.

Анкерные тяги и закладные используют, выбрав в соответствии с действующим на территории РФ ГОСТом 535-2005.

Для изготовления подъемных петель в железобетонных конструкциях используют арматурную сталь класса АI марки ВСт3сп2.

Выбор материала для сооружения подпорных стен основан на некоторых особенностях грунтах и условий окружающей среды.

Так для возведения бутобетонных или бетонных стен в регионах, для которых характерны резкие перепады температур, рекомендовано выбирать марку бетона в зависимости от такой характеристик и как морозостойкость.

Однако для строительства железобетонных подпорных конструкций может быть использован состав класса В 15 и выше.

Наибольшую надежность обеспечат морозостойкие и водонепроницаемые сорта бетона

При проектировании железобетонных конструкций, предварительно напряженных, применяют бетон класс В 20, В 25, В 30, В 35. Что касается бетонной подготовки, то здесь понадобится бетон класса В 3,5 и В 5. Необходимо выбирать марку бетона, учитывая такие показатели, как морозостойкость и водонепроницаемость.

Чем ниже температура окружающей среды, тем выше класс бетона по морозостойкости, а вот по водонепроницаемости показатель в большинстве случаев не нормируется.

Отельного внимания заслуживает напрягаемая арматура. В большинстве случаев это изделия, прочность которых повышается в процессе термической обработки, изготовлены они из стали класса АтIV или горячекатаной стали класса АV и AVI. Подробнеее о строительстве подпорных стен смотрите в этом видео:

Нагрузки и расчет давления

Один из важнейших показателей – коэффициент надежности конструкции. Он принимается в зависимости от группы состояний. При первой – соответствует данным указанным в специальной таблице, при второй – принимается как единица.

Нагрузки на возведенную конструкцию бывают:

  1. Постоянные, в число которых входят вес непосредственно самой конструкции, грунта в засыпке, насыпного и в природном залегании, давление подземных вод, вес железнодорожного полотна и автомобильной магистрали или пешеходного тротуара.
  2. Длительные – давление от размещенных на прилегающей территории и равномерно распределенных грузов или складируемых материалов, давление движущегося транспорта как автомобильного, так и железнодорожного.
  3. Кратковременные – давление автотранспорта, гусеничной техники или автопогрузчиков.

Схема подпорной стенки

Рассчитать насколько интенсивным будет активное горизонтальное давление можно, воспользовавшись формулой, при составлении которой приняты во внимание:

  • собственный вес;
  • глубина;
  • учитывается коэффициент сцепления грунта по плоскости скольжения призмы обрушения под разными углами.

Так эквивалентная нагрузка рассчитывается по формуле

, где СК соответствует 2К, а К – класс нагрузки. Его значение условно принимается равным 14, но в некоторых случаях может быть снижено до 10.

, где ɑ — ширина полосы, Hб — толщина слоя под подошвой шпалы, созданного для баланса. Она равна 0,75 м, а если такая подошва не сооружена, то величина принимается как 0. Примерное описание расчетов смотрите в этом полезном видео:

В ходе выполнения расчета подпорных стен не учитывают горизонтальные и поперечные нагрузки, которые возникают на криволинейных участках пути от центробежных сил.

Работы по строительству подпорных стен и необходимые расчеты

Способ проведения строительных работ, их особенности, используемая техника и многое другое должно быть предусмотрено заранее. Подготовка котлована, его глубина и форма основания рассчитываются еще на этапе подготовки проекта. В зависимости от качества грунта выбирают конструкцию основания:

  • свайный фундамент;
  • песчано-гравийная подушка;
  • метод монтажа в воду.

Траншейные работы производят с помощью специальной техники

Траншеи и котлован копают с помощью тяжелой строительной техники. Это ковшовые экскаваторы, самоходные стреловые краны на гусеничном или колесном ходу, а иногда очень эффективно использование автопогрузчиков.

Обратная подсыпка невозможна без бульдозеров, способных выполнить необходимую работу быстро и качественно. При выполнении обратной засыпки используют крупнообломочный грунт, песок, суглинок.

Все они подвергаются основательной трамбовке, с помощью которой не только выравнивают поверхность, но и добиваются уплотнения грунта. Эта операция также проводится с помощью строительной техники. При выполнении работ понадобятся каток, вибратор или трамбовочная машина. Глину или торф в качестве материала для обратной отсыпки не используют.

Возведение подпорных стен на участке с оврагами будет связано с определенными трудностями

Строительство подпорной стены на загородном участке связано с определенными трудностями, возникающими из-за места его расположения. Если дом и участок находятся в овражистой или холмистой местности, довольно сложно планировать красивый участок, правильно его оформив.

Прежде всего, необходимо позаботиться об укреплении грунта, значит подумать о сооружении подпорных стен для площадок и дорожек, клумб и грядок, беседок или зоны отдыха с бассейном.

В таких условиях все работы можно выполнить самостоятельно без привлечения специалистов и тяжелой строительной техники. Необходимо уточнить глубину залегания грунтовых вод, получить у геодезистов результаты исследования грунта и выбрать наиболее подходящую для данного случая конструкцию.

Стены из камня несут также дополнительную декоративную функцию

Высота подпорной стены, сооружаемой самостоятельно, не должна превышать 1,5 м, что касается толщины, то она зависит от качества используемого материала:

  • камень или бутобетон – 60 см;
  • бетон – 40 см;
  • железобетон – 10 см.

Огромной популярностью пользуются подпорные стены, сооруженные из камней, уложенных с специальные металлические сетки, и оснащенные надежным и качественным армированием. Выполнение расчетов без участия специалистов требует знания определенных данных, касающихся качества грунта и высоты подпорной стены.

Соотношение высоты конструкции и ее толщины определяется в пропорции 4:1, но это касается только плотного глинистого грунта. При средней плотности соотношение составит 3:1, при низком уровне плотности грунта – 2:1. Подробнеее о том, как возвести конструкцию на участке с сильным уклоном, смотрите в этом видео:

Пользуясь формулами, можно самостоятельно выполнить все расчеты и определить ширину подпорной стены в основании фундамента и в ее верхней части:

Ƴг – нормативный вес грунта;

Н – высота подпорной стены

μ – коэффициент, который зависит от величины угла внутреннего трения и определяется по специально составленному графику.

Зная величины углов наружного и внутреннего наклона (С), ширину стены в любом сечении (b), высоту от поверхности грунта, его вес и нужные коэффициенты, воспользуемся формулой,

благодаря которой можно рассчитать все необходимые параметры будущего сооружения.

Схема опорной стены на участке

Правильно сделанные расчеты помогут предотвратить разрушение природных или созданных искусственно насыпей и оврагов, украсить двор, рационально использовав даже те участки земли, на которых казалось невозможным разместить цветники и клумбы, создать неповторимое по своему дизайну ограждение.

Подпорные стены: конструкция, расчет, проектирование

Не всегда участок для строительства гаража является идеально ровным. Если стройплощадка расположена на наклонной поверхности (угол наклона более 80), то для безопасности возведенного сооружения следует позаботиться о дополнительной «консервации» подвижного грунта. Для этого служат подпорные стены, предотвращающие обвалы и оползни земли на склоне. Они играют роль надежных «щитов», которые уравновешивают баланс сил в местах перепада рельефа участка. Устанавливают подпорки на протяжении всей земляной «ступеньки», полностью окантовывая ее впадины и выступы.

С появлением новых строительных материалов конструкция подпорных стен заметно видоизменилась. Теперь с помощью защитных «бастионов» площадку с трудным «характером» можно не только укрепить, но и украсить. Не зря декоративная подпорная стена – один из популярных приемов в ландшафтном дизайне, позволяющих эффектно разграничить зоны участка и сделать определенный акцент на одной из них.

Подпорная стена: особенности ее строения

Конструкции подпорных стен различны между собой, так как рассчитаны на разную степень воздействия «враждующих» сил, старающихся перекинуть опору. Но «костяк» у них неизменный и состоит из таких основных «запчастей»:

    Наземная часть: ТЕЛО

Внутренняя сторона стены соприкасается с грунтом, опоясывая собой возвышенность на участке. Лицевая часть «щита» открыта, его форма может быть ровной или косой (с уклоном в сторону холма, обрыва, оврага).

Подземная часть: ФУНДАМЕНТ

Он компенсирует немалое давление грунта на подпорную стену. Под основание обязательно укладывают массивную дренажную подушку 20-30 см (песок + щебень)

Защитные инженерные коммуникации: ВОДООТВОД и ДРЕНАЖ

При проектировании подпорных стен обязательно предусмотрены защитные мероприятия по отводу лишней влаги и воды, которая неминуемо накапливается за их внутренней поверхностью.

Устройство подпорных стен возможно при определенных благоприятных условиях. Основными факторами, от которых самоделкин должен отталкиваться в решении, организовывать или нет на своем участке этот вид укрепления, является: уровень грунтовых вод и промерзания грунта.

Вот благоприятные параметры для успешного строительства:

  • Уровень промерзания: показатель не опускается ниже отметки в 1,5 м
  • Уровень грунтовых вод довольно низкий: 1-1,5 м

Подземная часть конструкции подпорных стен напрямую зависит от типа почвы: чем она мягче и неустойчивее, тем глубже следует в нее «нырнуть». Вот пример расчета глубины фундамента подпорной стены для самостоятельного проектирования:

  • Если на участке глинистая плотная почва, то глубина фундамента составляет 1/4 высоты подпорной стены
  • Если на участке почва средней рыхлости, то глубина фундамента составляет 1/3 высоты подпорной стены
  • Если на участке мягкая, рыхлая земля, то глубина фундамента составляет 1/2 высоты подпорной стены

Что касается наземной части подпорных стен, то для их самостоятельного устройства есть определенное ограничение: высота «подпорки» не должна превышать 1,4 м. Для строительства щита «ростом» повыше следует привлечь профильных специалистов, так как сильное давление грунта на подпорную стену требует более сложных расчетов при ее проектировании. Сейчас в интернете имеется огромный выбор программных продуктов, которые подсчитывают все нужные параметры этого вспомогательного сооружения. Но есть одно «но». Они так же предназначены для «щитов» высотой до 1,4 м, так как к более массивным сооружениям требуется особый подход, не подпадающий под стандартный алгоритм расчетов.

Еще один важный параметр, который необходим для устойчивости защитного «щита» – толщина тела массивной подпорной стены. Он напрямую зависит от высоты сооружения и типа грунта: чем выше подпорка и чем мягче почва, тем шире должна быть опорная «нога». И наоборот.

Для самоделкинов будет полезен пример расчетов подпорной стены такого типа на «все случаи жизни»:

  • Если грунт на участке рыхлый: толщина массивной подпорной стены = 1/2 ее высоты
  • Если грунт на участке средней плотности: толщина массивной подпорной стены = 1/3 ее высоты
  • Если грунт на участке плотный глинистый: толщина массивной подпорной стены = 1/4 ее высоты

Для проектирования и расчета параметров тонких подпорных стен нужен опыт, поскольку многочисленные примеры самодельных опрокинутых «щитов» указывают, что слишком велика вероятность их фатального конца.

Популярные стройматериалы для устройства подпорных стен

БЕТОН

Это безоговорочный лидер среди используемых для этих целей стройматериалов. Подпорные стены из бетона можно вылить самому, купить полностью готовые модули или же сложить их из отдельных блоков. Прочность и тяжесть стройматериала является главной причиной его массового использования для устройства высоких защитных сооружений. Подпорные стены из бетона не отличаются эстетической красотой и довольно однообразны, поэтому их стараются преобразить с помощью декоративных отделочных покрытий.

Для самоделкина наиболее оптимальным вариантом является монолитная конструкция «щита»:

  • Фундамент и тело подпорной стены из бетона выливается с помощью съемной опалубки по стандартному «сценарию» (подробнее см. в разделе «Фундамент для гаража», «Стены для гаража»)

Проще всего использовать готовые заводские модели подпорных стен из бетона, которые с помощью спецтехники устанавливают на требуемое место. Но в данном случае следует учесть дополнительную нагрузку на бюджет из-за доставки блоков и аренды грузоподъемной техники.

Армирование подпорных стен из бетона

Армирование подпорных стен выполняется с учетом «проблемных» зон сооружения. Наиболее опасные точки напряжения: верхушка и линия соединения фундамента и тела «щита». В них требуется увеличение густоты плотности железного каркаса.

Для расчета армирования подпорных стен используют специальные программы, где точно можно подобрать толщину, шаг и марку прутьев. Но для наглядности укажем основные принципы правильного армирования подпорных стен, которые помогут самоделкинам правильно укрепить монолитную конструкцию защитного сооружения.

Главная сила, с которой должна бороться железная сетка внутри тела «щита» – изгиб. Расчет подпорных стен указывает, что главная арматура их тела располагается в вертикальной плоскости, а поперечные прутья (поперечная арматура) потоньше (20 % от сечения главной) строго перпендикулярно ей. В фундаменте поперечные прутья укладывают строго перпендикулярно главной арматуре наземной части щита.

Вот пример расчета подпорной стены:

При ее толщине больше 25 см, шаг главной арматуры – не более 25 см.
При толщине «щита» 15-25 см, шаг главной арматуры – не более 15 см.
Поперечная арматура устанавливается с шагом не больше 25 см.

Что касается марки бетона, то для монолитной конструкции подпорной стены готовят раствор В10-В15.

БУТОБЕТОН

В местности, богатой на бутовый камень (плоский булыжник) практикуют этот вид кладки подпорных стен. Следует придирчиво выбирать расходный стройматериал, поскольку для качественного «щита» бут по прочности должен соответствовать марке М150. Для заливки используют бетонный раствор В7,5.

Бутобетонная кладка выгодна тем, что для строительства стены самоделкин не заморачивается с армированием. Камень прекрасно справляется с возникшими противоборствующими силами. Остается только изучить все особенности бутобетонной кладки, главные из которых:

  • Соотношение раствора и бута 50 на 50
  • Ширина камня должна быть равна 1/3 ширины стены
  • Камни должны быть чистыми и увлажненными для лучшей адгезии с раствором
  • Камень не укладывают вплотную к краям стены (зазор ≈3 см)

Оптимальная ширина бутобетонной кладки – 0,6 м (больше – нерационально). Подробнее технологию выполнения работ можно прочитать в разделе «Бутобетонный фундамент».

КАМЕНЬ

Такой способ более трудоемкий, поскольку технология кладки из камня сложна из-за вынужденной подгонки рабочих элементов. Каменная кладка подпорных стен – это эффектное украшение участка. поэтому если кто из самоделкинов решится на такой шаг, вот несколько рабочих рекомендаций:

  • Перевязка швов кладки для рядов камней должна быть не меньше 10 см, а для угловых элементов – не менее 15 см
  • Для работы выбирайте камни твердых сортов: базальт, кварцит и т.п.
  • Если кладка ведется на растворе, то его марка должна быть не ниже М50
  • При сухой кладке щели между камнями заделывайте грунтом

Оптимальная ширина подпорной стены из камня – 0,6 м.

КИРПИЧ

Этот классический стройматериал часто используют для строительства вертикальных подпорных стен. Их толщина равна 12 – 37 см (пол – полтора кирпича соответственно). Проектирование подпорных стен из кирпича упрощено наличием готовых расчетных таблиц, где под каждую высоту стенки есть полная расшифровка расхода материала. Тут же указывается количество кирпичных рядов и схема их кладки, что весьма удобно для начинающего самоделкина.
Например, для подпорной стены высотой 60 см и толщиной в ½ кирпича понадобится 8 рядов элементов. На 1 кв. м. возведенного «щита» следует заготовить 62 кирпича.

ДЕРЕВО

Деревянная подпора – самый слабый «щит», зато выглядит на лоне природы наиболее гармонично. Но если в вашей местности влажный климат, то такой декор не подходит для вашего участка, так как прослужит от силы один-два сезона.

Для строительства подпорных стен из дерева используют бревна одинакового сечения. Их вкапывают на требуемую расчетную глубину, предварительно обработав наконечники горячим битумом. Уложив в траншею вертикальные столбы плотным рядом, соединив их между собой гвоздями или проволокой, основу «щита» тщательно зацементируют. Это самая простая схема для выполнения деревянной подпорной стены. Сложнее для исполнения горизонтальная кладка бревен, где нужно вырезать пазы в элементах для корректного соединения рабочих элементов.

Проектирование подпорных стен и стен подвалов: способы повышения их прочности

Существует достаточное количество видов подпорных стен, разница между которыми заключается в особенностях строения основных элементов конструкции. Речь идет о виде фундамента (мелкозаглубленный, заглубленный), способах отделки лицевой поверхности, особенностях сборки сооружения. Остановимся в первую очередь на принципиальных различиях в методах укрепления «разнокалиберных» щитов.

Мы неслучайно включили в данную главу не только особенности проектирования подпорных стен, но и стен подвалов. Ведь они схожи по своей ключевой функции: противостояние давящей силе прилежащего грунта.

Проектирование подпорных стен: особенности массивной и тонкой конструкции стен

Подпорные стены бывают массивные и тонкие (минимальная толщина подпорки из железобетона – 10 см). Последние из-за небольшой толщины «щита» не могут достойно противостоять напору грунта. Уравновешивание сил происходит за счет особой конструкции фундаментной плиты, удлиненная часть которой направлена в сторону насыпи грунта, что заставляет работать его противовесом. Наземная часть «подпорки» жестко фиксируется в подземной «ноге». Такое устройство подпорных стен имеет специальное название – консольное.

По способу крепления наземной и подземной части консольной конструкции щита различают:

    Уголковая консольная подпорная стена

Состоит из двух плит, жестко соединенных между собой. Если подпорная стена сборная, то соединение наземной и подземной части конструкции выполняется с помощью выемки в фундаментной плите или петельным методом. Для монолитной подпорки тесная «связь» двух взаимно перпендикулярных плит выполняется за счет их внутренней арматурной завязки.

Анкерная консольная подпорная стена

В такой конструкции подпорной стены соединение двух плит выполняется с помощью анкерных связей, которые способствуют их дополнительной устойчивости. Крепеж может быть выполнен шарнирным или клиновым способом.

Контрфорсная консольная подпорная стена

Этот вид «щита» состоит из фундаментной, наземной плиты и контрфорса, который берет на себя определенную долю давления грунта на подпорную стену.

Массивные подпорные стены дольше возводить, зато их «изюминка» прячется в надежности «брони». Давление прилежащего грунта на подпорную стену гасится за счет немалого веса щита. Чтобы дополнительно их укрепить, внутреннюю поверхность наземной плиты делают неровной: в монолитном бетоне формируют выступы, кирпичную кладку выпячивают внутрь. Внешняя сторона щита наклонная в сторону склона. Определяется требуемый угол по формуле:

Где j – угол природного откоса для разных видов грунта.

Проектирование стен подвала выполняется по аналогии с расчетом конструкции высоких подпорных стен. Особое внимание уделяется надежности соединения нижних углов подвальной «коробки».

В среднем высота подвала в гараже – до 3 м (кратно 0,6 м). Для их строительства используют готовые железобетонные блоки или же плиты выливают непосредственно на стройплощадке. Самостоятельное проектирование подпорных стен и стен подвалов такой высоты – рискованно и опасно. Как уже говорилось выше, алгоритм подсчетов слишком сложен для человека, не владеющего профильными знаниями. Только специалист правильно и точно рассчитает давление грунта на необходимом уровне и подберет оптимальные параметры подвальных стен. Тоже касается способов их укрепления.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДПОРНЫХ СТЕН

Расчет подпорной стены типа «больверк»

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Подпорная стена типа «больверк» представляет собой прямую вертикальную стенку, нижним концом погружаемую в естественный грунт. Как правило больверк выполняется из металлического корытного шпунта (Ларсен-5УМ и др.).

Приводимый здесь метод расчета может рассматриваться как предварительный, и в проектной документации на подпорную стену должен быть повторен более сложным численным методом. Описываемый метод учитывает как жесткость больверка, так и деформативность грунта.

Учет деформаций основания осуществляется с помощью коэффициента постели cz. Ориентировочные значения коэффициента постели для разных грунтов составляют:

– песок гравелистый: 10 000 кН/м 3 ;

– песок крупный: 6 000 кН/м 3 ;

– песок мелкий: 4 000 кН/м 3 ;

– песок рыхлый: 2 000 кН/м 3 ;

– глина, суглинок и супесь твердые: 6 000 кН/м 3 ;

– глина, суглинок и супесь тугопластичные: 4 000 кН/м 3 ;

– глина, суглинок и супесь мягкопластичные: 2 000 кН/м 3 ;

– глина и суглинок тякучепластичные: 1 000 кН/м 3 .

Если в основании залегает несколько грунтов, то необходимо определить их средневзвешенный коэффициент постели:

На основе коэффициента постели последовательно вычисляются три важных параметра: коэффициент сжимаемости kс, коэффициент жёсткости kж, показатель жесткости ξ (греческая буква «кси»):

t — глубина погружения защемленной части стены,

E — модуль упругости стены (для стального шпунта — 2,1∙10 8 кН/м 2 или 210 МПа),

I — момент инерции стены.

После определения указанных параметров начинается непосредственный расчет подпорной стены. Расчет производится в два этапа:

  1. Расчет верхней (консольной) части стены.
  2. Расчет нижней (защемленной) части стены.

Рисунок 1 — Эпюра активного давления на консольную часть подпорной стены

ЭТАП 1

Расчет верхней (консольной) части стены заключается в определении активного давления σакт консольной части стены. Данное давление станет исходным данным для второго этапа расчета. Активное давление грунта σакт (греческая буква «сигма») действует на тыловую грань консольной части. Форма эпюры активного давления дана на рисунке 1. Для нижней точки консольной части активное давление определяется по формуле:

hконс — высота консольной части стены,

φгр — угол внутреннего трения грунта на тыловой грани подпорной (греческая буква «фи»).

Равнодействующая активного давления Pакт составляет:

Полученная сила Pакт используется для передачи воздействия активного давления на нижерасположенную защемленную часть стены. Это осуществляется введением в верхней точке защемленной части стены сосредоточенного момента M и горизонтальной поперечной силы F:

ЭТАП 2

Найденные величины M и F используются для отдельного нахождения двух составляющих напряжений в грунте:

где n и m — коэффициенты, определяемые по эмпирическим графикам на рисунке 2.

Рисунок 2 — Графики для определения коэффициентов n и m

Коэффициенты n и m зависят от полученных в начале параметров: показателя жесткости ξ, коэффициента жесткости kж. Кроме того, n и m зависят от относительной глубины сечения tсеч.отн. Относительная глубина сечения — величина переменная и колеблется от 0 до 1. Поэтому вычисление коэффициентов n и m по графикам на рисунке 2 всегда ведется в табличном виде. Для этого по всей высоте защемленной части стены t задаются несколько точек (достаточно шести), т.е. задается несколько значений tсеч.отн (например, с шагом 0,2: 0,0, 0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1,0). В каждой точке вычисляются коэффициенты n и m, а по ним — напряжения σM и σF. Как видно из представленной таблицы, в завершение производится определение полного давления грунта σ на данную точку защемленной части стены:

tсеч.отн

Сооружение и расчет оснований и фундаментов

1. Сооружение фундаментов

Основания сооружений должны проектироваться на основе:

  • результатов инженерно-геодезических, инженерно-геологических и инженерно-гидрометеорологических изысканий для строительства;
  • данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения, нагрузки, действующие на фундамент, и условия его эксплуатации;
  • технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений (с оценкой по приведенным затратам) для принятия варианта, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов или других подземных конструкций.

При проектировании оснований и фундаментов следует учитывать местные условия строительства, а также имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в аналогичных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях.

Инженерные изыскания для строительства должны проводиться в соответствии с требованиями СНиП, государственных стандартов и других нормативных документов по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строительства.

В районах со сложными инженерно-геологическими условиями: при наличии грунтов с особыми свойствами (просадочные, набухающие и др.) или возможности развития опасных геологических процессов (карст, оползни и т. п.), а также на подрабатываемых территориях инженерные изыскания должны выполняться специализированными организациями.

Грунты оснований должны именоваться в описаниях результатов изысканий, проектах оснований, фундаментов и других подземных конструкций сооружений согласно ГОСТ 25100-95.

Результаты инженерных изысканий должны содержать данные, необходимые для выбора типа оснований и фундаментов, определения глубины заложения и размеров фундаментов с учетом прогноза возможных изменений (в процессе строительства и эксплуатации) инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства, а также вида и объема инженерных мероприятий по ее освоению.

Проектирование оснований без соответствующего инженерно-геологического обоснования или при его недостаточности не допускается.

Проектом оснований и фундаментов должна быть предусмотрена срезка плодородного слоя почвы для последующего использования в целях восстановления (рекультивации) нарушенных или малопродуктивных сельскохозяйственных земель, озеленения района застройки и т. п.

В проектах оснований и фундаментов ответственных сооружений, возводимых в сложных инженерно-геологических условиях, нужно предусматривать натурные измерения деформаций основания. Они также должны предусматриваться при использовании новых или недостаточно изученных конструкций сооружений или их фундаментов, а также если в задании на проектирование имеются специальные требования по измерению деформаций основания.

Проектирование оснований включает обоснованный расчетом выбор:

  • типа основания (естественное или искусственное);
  • типа, конструкции, материала и размеров фундаментов (мелкого или глубокого заложения; ленточные, столбчатые, плитные и др.; железобетонные, бетонные, буробетонные и др.);
  • мероприятий, проводимых при необходимости уменьшения влияния деформаций оснований на эксплуатационную пригодность сооружений.

Основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний:

первой — по несущей способности и второй — по деформациям.

Основания рассчитываются по деформациям во всех случаях. По несущей способности основания рассчитываются, если:

  • на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены), фундаменты распорных конструкций и т. п.), в том числе сейсмические;
  • сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;
  • основание сложено медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами;
  • основание сложено скальными грунтами.

Если проектом предусматривается возможность возведения сооружения непосредственно после устройства фундаментов до обратной засыпки грунтом пазух котлованов, следует проверять несущую способность основания, учитывая нагрузки, действующие в процессе строительства.

Расчетная схема системы «сооружение — основание» или «фундамент — основание» должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкций сооружения (статической схемы сооружения, особенностей его возведения, характера грунтовых напластований, свойств грунтов основания, возможности их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения и т. д.) . Рекомендуется учитывать пространственную работу конструкций, геометрическую и физическую нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материалов и грунтов.

Допускается использовать вероятностные методы расчета, учитывающие статистическую неоднородность оснований, случайную природу нагрузок, воздействий и свойств материалов конструкций.

При проектировании оснований должна учитываться возможность изменения гидрогеологических условий площадки в процессе строительства и эксплуатации сооружения, а именно:

  • наличие или возможность образования верховодки;
  • естественные сезонные и многолетние колебания уровня подземных вод;
  • возможное техногенное изменение уровня подземных вод;
  • степень агрессивности подземных вод по отношению к материалам подземных конструкций и коррозионную активность грунтов на основе данных инженерных изысканий с учетом технологических особенностей производства.

Оценка возможных изменений уровня подземных вод на площадке строительства должна выполняться при инженерных изысканиях для зданий и сооружений I и II классов на срок 25 и 15 лет соответственно с учетом возможных естественных сезонных и многолетних колебаний этого уровня, а также степени потенциальной подтопляемости территории. Для зданий и сооружений III класса допускается не выполнять указанную оценку.

Оценка возможных естественных сезонных и многолетних колебаний уровня подземных вод проводится на основе данных многолетних режимных наблюдений по государственной стационарной сети с использованием результатов краткосрочных наблюдений, в том числе разовых замеров уровня подземных вод, выполняемых при инженерных изысканиях на площадке строительства.

Степень потенциальной подтопляемости территории должна оцениваться с учетом инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства и прилегающих территорий, конструктивных и технологических особенностей проектируемых и эксплуатируемых сооружений, в том числе инженерных сетей.

Для ответственных сооружений при соответствующем обосновании выполняется количественный прогноз изменения уровня подземных вод с учетом техногенных факторов на основе специальных комплексных исследований, включающих как минимум годовой цикл стационарных наблюдений за режимом подземных вод. При необходимости для выполнения указанных исследований помимо изыскательской организации должны привлекаться специализированные проектные или научно-исследовательские институты.

Если при прогнозируемом уровне подземных вод возможны недопустимое ухудшение физико-механических свойств грунтов основания, развитие неблагоприятных физико-геологических процессов, нарушение условий нормальной эксплуатации заглубленных помещений и т. п., то в проекте должны предусматриваться соответствующие защитные мероприятия, в частности:

  • гидроизоляция подземных конструкций;
  • мероприятия, ограничивающие подъем уровня подземных вод, исключающие утечки из водонесущих коммуникаций и т. п. (дренаж, противофильтрационные завесы, устройство специальных каналов для коммуникаций и т. д.);
  • мероприятия, препятствующие механической или химической суффозии грунтов (дренаж, шпунт, закрепление грунтов);
  • устройство стационарной сети наблюдательных скважин для контроля развития процесса подтопления, своевременного устранения утечек из водонесущих коммуникаций и т. д.

Выбор одного или комплекса указанных мероприятий должен проводиться на основе технико-экономического анализа с учетом прогнозируемого уровня подземных вод, конструктивных и технологических особенностей, ответственности и расчетного срока эксплуатации проектируемого сооружения, надежности и стоимости водозащитных мероприятий и т. п.

Если подземные воды или промышленные стоки агрессивны по отношению к материалам заглубленных конструкций или могут повысить коррозийную активность грунтов, то должны предусматриваться антикоррозийные мероприятия в соответствии с требованиями СНиП по проектированию защиты строительных конструкций от коррозии.

При проектировании оснований, фундаментов и других подземных конструкций ниже пьезометрического уровня напорных подземных вод необходимо учитывать давление подземных вод и предусматривать мероприятия, предупреждающие прорыв подземных вод в котлованы, вспучивание дна котлована и всплытие сооружения.

2. Глубина заложения фундаментов

Глубина заложения фундаментов должна приниматься с учетом:

  • назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;
  • глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;
  • существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;
  • инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов выветривания, карстовых полостей и пр.);
  • гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения;
  • возможного размыва грунта у опор сооружений, возводимых в руслах рек (мостов, переходов трубопроводов и т. п.);
  • глубины сезонного промерзания.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

Нормативную глубину сезонного промерзания грунта dfn, м, при отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение допускается определять по формуле

где Mt — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП по строительной климатологии и геофизике, а при отсутствии в них данных для конкретного пункта или района строительства — по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства;

d — величина, принимаемая равной, м, для:

  • суглинков и глин — 0,23;
  • супесей, песков мелких и пылеватых — 0,28;
  • песков гравелистых, крупных и средней крупности — 0,30;
  • крупнообломочных грунтов — 0,34.

Значение d для грунтов неоднородного сложения определяется как средневзвешенное в пределах глубины промерзания.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта df, м, определяется по формуле

где dfn — нормативная глубина промерзания;

kh — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых сооружений — по табл. 16; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений — kh = 1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой.

Расчетная глубина промерзания должна определяться теплотехническим расчетом и при использовании постоянной теплозащиты основания, а также

если тепловой режим проектируемого сооружения может существенно влиять на температуру грунтов (холодильники, котельные и т. п.) .

Таблица 16. Коэффициент kh

Читать еще:  Металлический штакетник забор на винтовых сваях
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector