Расчет подпорных стен. Проектирование подпорных стенок. Проектная документация Пособие по подпорным стенам

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

И ПРОЕКТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ (ЦНИИпромзданий) ГОССТРОЯ СССР

СПРАВОЧНОЕ ПОСОБИЕ

к СНиП 2.09.03-85

Проектирование подпорных стен

и стен подвалов

Разработано к СНиП 2.09.03-85 “Сооружение промышленных предприятий”. Содержит основные положения по расчету и конструированию подпорных стен и стен подвалов промышленных предприятий из монолитного и сборного бетона и железобетона. Приведены примеры расчета.

Для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие составлено к СНиП 2.09.03-85 “Сооружения промышленных предприятий” и содержит основные положения по расчету и конструированию подпорных стен и стен подвалов промышленных предприятий из монолитного, сборного бетона и железобетона с примерами расчета и необходимыми табличными значениями коэффициентов, облегчающих расчет.

В процессе подготовки Пособия уточнены отдельные расчетные предпосылки СНиП 2.09.03-85, в том числе по учету сил сцепления грунта, определения наклона плоскости скольжения призмы обрушения, которые предполагается отразить в дополнении к указанному СНиП.

Пособие разработано ЦНИИпромзданий Госстроя СССР (кандидаты техн. наук А. М. Туголуков, Б. Г. Кормер, инженеры И. Д. Залещанский, Ю. В. Фролов, С. В. Третьякова, О. JI. Кузина) при участии НИИОСП им. Н. М. Герсеванова Госстроя СССР (д-р техн. наук Е. А. Сорочан, кандидаты техн. наук А. В. Вронский, А. С. Снарский), Фундаментпроекта (инженеры В. К. Демидов, М. Л. Моргулис, И. С. Рабинович), Киевского Промстройпроекта (инженеры В. А. Козлов, А. Н. Сытник , Н. И. Соловьева).

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1.1. Настоящее Пособие составлено к СНиП 2.09.03-85 “Сооружения промышленных предприятий” и распространяется на проектирование:

подпорных стен, возводимых на естественном основании и расположенных на территориях промышленных предприятий, городов, поселков, подъездных и внутриплощадочных железных и автомобильных дорогах;

подвалов производственного назначения, как отдельно стоящих, так и встроенных.

1.2. Пособие не распространяется на проектирование подпорных стен магистральных дорог, гидротехнических сооружений, подпорных стен специального назначения (противооползневых, противообвальных и др.), а также на проектирование подпорных стен, предназначенных для строительства в особых условиях (на вечномерзлых, набухающих, просадочных грунтах, на подрабатываемых территориях и т. д.).

1.3. Проектирование подпорных стен и стен подвалов должно осуществляться на основании:

чертежей генерального плана (горизонтальной и вертикальной планировки);

отчета об инженерно-геологических изысканиях;

технологического задания, содержащего данные о нагрузках и при необходимости особые требования к проектируемой конструкции, например требования по ограничению деформаций и др.

1.4. Конструкция подпорных стен и подвалов должна устанавливаться на основании сравнения вариантов, исходя из технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения материалоемкости, трудоемкости и стоимости строительства, а также с учетом условий эксплуатации конструкций.

1.5. Подпорные стены, сооружаемые в населенных пунктах, следует проектировать с учетом архитектурных особенностей этих пунктов.

1.6. При проектировании подпорных стен и подвалов должны приниматься конструктивные схемы, обеспечивающие необходимую прочность, устойчивость и пространственную неизменяемость сооружения в целом, а также отдельных его элементов на всех стадиях возведения и эксплуатации.

1.7. Элементы сборных конструкций должны отвечать условиям индустриального изготовления их на специализированных предприятиях.

Целесообразно укрупнять элементы сборных конструкций, насколько это позволяют грузоподъемность монтажных механизмов, а также условия изготовления и транспортирования.

1.8. Для монолитных железобетонных конструкций следует предусматривать унифицированные опалубочные и габаритные размеры, позволяющие применять типовые арматурные изделия и инвентарную опалубку.

1.9. В сборных конструкциях подпорных стен и подвалов конструкции узлов и соединении элементов должны обеспечивать надежную передачу усилий, прочность самих элементов в зоне стыка, а также связь дополнительно уложенного бетона в стыке с бетоном конструкции.

1.10. Проектирование конструкций подпорных стен и подвалов при наличии агрессивной среды должно вестись с учетом дополнительных требований, предъявляемых СНиП 3.04.03-85 “Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии”.

1.11. Проектирование мер защиты железобетонных конструкций от электрокоррозии должно производиться с учетом требований соответствующих нормативных документов.

1.12. При проектировании подпорных стен и подвалов следует, как правило, применять унифицированные типовые конструкции.

Проектирование индивидуальных конструкций подпорных стен и подвалов допускается в тех случаях, когда значения параметров и нагрузок для их проектирования не соответствуют значениям, и принятым для типовых конструкций, либо когда применение типовых конструкций невозможно, исходя из местных условий осуществления строительства.

1.13. Настоящее Пособие рассматривает подпорные стены и стены подвалов, засыпанные однородным грунтом.

2. МАТЕРИАЛЫ КОНСТРУКЦИЙ

2.1. В зависимости от принятого конструктивного решения подпорные стены могут возводиться из железобетона, бетона, бутобетона и каменной кладки.

2.2. Выбор конструктивного материала обусловливается технико-экономическими соображениями, требованиями долговечности, условиями производства работ, наличием местных строительных материалов и средств механизации.

2.3. Для бетонных и железобетонных конструкций рекомендуется применять бетоны по прочности на сжатие не ниже класса В 15.

2.4. Для конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию, в проекте должна быть оговорена марка бетона по морозостойкости и водонепроницаемости. Проектная марка бетона устанавливается в зависимости от температурного режима, возникающего при эксплуатации сооружения, и значений расчетных зимних температур наружного воздуха в районе строительства и принимается в соответствии с табл. 1.

Таблица 1

Условия	Расчетная	Марка бетона, не ниже
конструкций	температура	по морозостойкости			по водонепроницаемости
замораживании при	воздуха, ° С	Класс сооружения
переменном замораживании и оттаивании
В водонасыщенном	Ниже -40	F 300	F 200	F 150	W 6	W 4	W 2
состоянии (например, конструкции, расположенные в сезоннооттаивающем слое	Ниже -20 до -40	F 200	F 150	F 100	W 4	W 2	He нормируется
грунта в районах вечной мерзлоты)	Ниже -5 до -20 включительно	F 150	F 100	F 75	W 2	Не нормируется
	5 и выше	F 100	F 75	F 50	Не нормируется
В условиях эпизодического водонасыщения (например, надземные конструкции, постоянно подвергающиеся	Ниже -40	F 200	F 150	F 400	W 4	W 2	He нормируется
атмосферным воздействиям)	Ниже -20 до -40 включительно	F 100	F 75	F 50		W 2 He нормируется
	Ниже -5 до -20	F 75	F 50	F 35*	He нормируется
	включительно 5 и выше	F 50	F 35*	F 25*	To же
В условиях воздушно-влажностного состояния при отсутствии эпизодического водонасыщения например,	Ниже -40	F 150	F 100	F 75	W 4	W 2	He нормируется
конструкции, постоянно (подвергающиеся воздействию окружающего воздуха, но защищенные от воздействия атмосферных осадкой)	Ниже -20 до -40 включительно	F 75	F 50	F 35*	He нормируется
	Ниже -5 до -20 включительно	F 50	F 35*	F 25*	To же
	5 и выше	F 35*	F 25*	F 15**

______________

* Для тяжелого и мелкозернистого бетонов марки по морозостойкости не нормируются;

** Для тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов марки по морозостойкости не нормируются.

Примечание. Расчетная зимняя температура наружного воздуха, принимается как средняя температура воздуха наиболее холодной пятидневки в районе строительства.

2.5. Предварительно напряженные железобетонные конструкции следует проектировать преимущественно из бетонов класса В 20; В 25; В 30 и В 35. Для бетонной подготовки следует применять бетон класса В 3,5 и В5.

2.6. Требования к бутобетону по прочности и морозостойкости предъявляются те же, что и к бетонным и железобетонным конструкциям.

2.7. Для армирования железобетонных конструкций, выполняемых без предварительного напряжения, следует применять стержневую горячекатаную арматурную сталь периодического профиля класса А-III и А-II. Для монтажной (распределительной) арматуры допускается применение горячекатаной арматуры класса А-I или обыкновенной арматурной гладкой проволоки класса В-I.

При расчетной зимней температуре ниже минус 30°С арматурная сталь класса А-II марки ВСт5пс2 к применению не допускается.

2.8. В качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных железобетонных элементов следует в основном применять термически упрочненную арматуру класса Ат-VI и Ат-V.

Допускается также применять горячекатаную арматуру класса A-V, A-VI и термически упрочненную арматуру класса Ат-IV.

При расчетной зимней температуре ниже минус 30°С арматурная сталь класса A-IV марки 80С не применяется.

2.9. Анкерные тяги и закладные элементы должны приниматься из прокатной полосовой стали класса С-38/23 (ГОСТ 380-88) марки ВСт3кп2 при расчетной зимней температуре до минус 30°С включительно и марки ВСт3псб при расчетной температуре от минус 30 °С до минус 40 °С. Для анкерных тяг рекомендуется также сталь С-52/40 марки 10Г2С1 при расчетной зимней температуре, до минус 40°С включительно. Толщина полосовой стали должна быть не менее 6 мм.

Возможно также применение для анкерных тяг арматурной стали класса А-III.

2.10. В сборных железобетонных и бетонных элементах конструкций монтажные (подъемные) петли должны выполняться из арматурной стали класса А-I марки ВСт3сп2 и ВСт3пс2 или из стали класса Ас-II марки 10ГТ.

При расчетной зимней температуре ниже минус 40°С применение для петель стали ВСт3пс2 не допускается.

3. ТИПЫ ПОДПОРНЫХ СТЕН

3.1. По конструктивному решению подпорные стены подразделяются на массивные и тонкостенные.

В массивных подпорных стенах их устойчивость на сдвиг и опрокидывание при воздействии горизонтального давления грунта обеспечивается в основном собственным весом стены.

В тонкостенных подпорных стенах их устойчивость обеспечивается собственным весом стены и весом грунта, вовлекаемого конструкцией стены в работу.

Как правило, массивные подпорные стены более материалоемкие и более трудоемкие при возведении, чем тонкостенные, и могут применяться при соответствующем, технико-экономическом обосновании (например, при возведении их из местных материалов, отсутствии сборного железобетона и т. д.).

3.2. Массивные подпорные стены отличаются друг от друга формой поперечного профиля и материалом (бетон, бутобетон и т. д.) (рис. 1).

1 - универсальная панель стеновая (УПС); 2 - монолитная часть подошвы

3.3. В промышленном и гражданском строительстве, как правило, находят применение тонкостенные подпорные стены уголкового типа, приведенные на рис. 2.

Примечание. Другие типы подпорных стен (ячеистые, шпунтовые, из оболочек и пр.) в настоящем Пособии не рассматриваются.

3.4. По способу изготовления тонкостенные подпорные стены могут быть монолитными, сборными и сборно-монолитными.

3.5. Тонкостенные консольные стены уголкового типа состоят из лицевых и фундаментных плит, жестко сопряженных между собой.

В полносборных конструкциях лицевые и фундаментные плиты выполняются из готовых элементов. В сборно-монолитных конструкциях лицевая плита сборная, а фундаментная - монолитная.

В монолитных подпорных стенах жесткость узлового сопряжения лицевых и фундаментных плит обеспечивается соответствующим расположением арматуры, а жесткость соединения в сборных подпорных стенах - устройством щелевого паза (рис. 3,а ) или петлевого стыка (рис. 3,6 ).

3.6. Тонкостенные подпорные стены с анкерными тягами состоят из лицевых и фундаментных плит, соединенных анкерными тягами (связями), которые создают в плитах дополнительные опоры, облегчающие их работу.

Сопряжение лицевых и фундаментных плит может быть шарнирным или жестким.

3.7. Контрфорсные подпорные стены состоят из ограждающей лицевой плиты, контрфорса и фундаментной плиты. При этом грунтовая нагрузка от лицевой плиты частично или полностью передается на контрфорс.

3.8. При проектировании подпорных стен из унифицированных панелей стеновых (УПС), часть фундаментной плиты выполняется из монолитного бетона с использованием сварного соединения для верхней арматуры и стыковки внахлестку для нижней арматуры (рис. 4).

4. КОМПОНОВКА ПОДВАЛОВ

4.1. Подвалы следует, как правило, проектировать одноэтажными. По технологическим требованиям допускается устройство подвалов с техническим этажом для кабельных разводок.

При необходимости допускается выполнять подвалы с большим числом кабельных этажей.

4.2. В однопролетных подвалах номинальный размер пролета, как правило, следует принимать 6 м; допускается пролет 7,5 м, если это обусловлено технологическими требованиями.

Многопролетные подвалы следует проектировать, как правило, с сеткой колони 6х6 и 6х9 м.

Высота подвала от пола до низа ребер плит перекрытия должна быть кратной 0,6 м, но не менее 3 м.

Высоту технического этажа для кабельных разводок в подпалах следует принимать не менее 2,4 м.

Высоту проходов в подвалах (в чистоте) следует назначать не менее 2 м.

4.3. Подвалы бывают двух типов: отдельно стоящие и совмещенные с конструкци

"Проектирование подпорных стен и стен подвалов".

Разработано к СНиП 2.09.03-85 "Сооружение промышленных предприятий". Содержит основные положения по расчету и конструированию подпорных стен и стен подвалов промышленных предприятий из монолитного и сборного бетона и железобетона. Приведены примеры расчета.
Для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие составлено к СНиП 2.09.03-85 "Сооружения промышленных предприятий" и содержит основные положения по расчету и конструированию подпорных стен и стен подвалов промышленных предприятий из монолитного, сборного бетона и железобетона с примерами расчета и необходимыми табличными значениями коэффициентов, облегчающих расчет.

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1.1. Настоящее Пособие составлено к СНиП 2.09.03-85 "Сооружения промышленных предприятий" и распространяется на проектирование:
подпорных стен, возводимых на естественном основании и расположенных на территориях промышленных предприятий, городов, поселков, подъездных и внутриплощадочных железных и автомобильных дорогах;
подвалов производственного назначения, как отдельно стоящих, так и встроенных.

1.3. Проектирование подпорных стен и стен подвалов должно осуществляться на основании:
чертежей генерального плана (горизонтальной и вертикальной планировки);
отчета об инженерно-геологических изысканиях;
технологического задания, содержащего данные о нагрузках и при необходимости особые требования к проектируемой конструкции, например требования по ограничению деформаций и др.

1.7. Элементы сборных конструкций должны отвечать условиям индустриального изготовления их на специализированных предприятиях.
Целесообразно укрупнять элементы сборных конструкций, насколько это позволяют грузоподъемность монтажных механизмов, а также условия изготовления и транспортирования.

1.10. Проектирование конструкций подпорных стен и подвалов при наличии агрессивной среды должно вестись с учетом дополнительных требований, предъявляемых СНиП 3.04.03-85 "Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии".

1.12. При проектировании подпорных стен и подвалов следует, как правило, применять унифицированные типовые конструкции.
Проектирование индивидуальных конструкций подпорных стен и подвалов допускается в тех случаях, когда значения параметров и нагрузок для их проектирования не соответствуют значениям, и принятым для типовых конструкций, либо когда применение типовых конструкций невозможно, исходя из местных условий осуществления строительства.

1.13. Настоящее Пособие рассматривает подпорные стены и стены подвалов, засыпанные однородным грунтом.

2. МАТЕРИАЛЫ КОНСТРУКЦИЙ

Проектная документация - документация, содержащая текстовые и графические материалы и определяющая архитектурные, функционально-технологические, конструктивные и инженерно-технические решения для обеспечения строительства и реконструкции объектов капитального строительства.

Виды работ по подготовке проектной документации, которые оказывают влияние на безопасность объектов капитального строительства, должны выполняться только индивидуальными предпринимателями или юридическими лицами, имеющими выданные саморегулируемой организацией свидетельства о допуске к таким видам работ. Иные виды работ по подготовке проектной документации могут выполняться любыми физическими или юридическими лицами.

Лицом, осуществляющим подготовку проектной документации, может являться застройщик либо привлекаемое застройщиком или заказчиком на основании договора физическое или юридическое лицо. Лицо, осуществляющее подготовку проектной документации, организует и координирует работы по подготовке проектной документации, несет ответственность за качество проектной документации и ее соответствие требованиям технических регламентов. Лицо, осуществляющее подготовку проектной документации, вправе выполнять определенные виды работ по подготовке проектной документации самостоятельно при условии соответствия такого лица требованиям к видам работ, и (или) с привлечением других соответствующих указанным требованиям лиц.

Некоторые нормы проектирования подпорных стен: Свод правил СП 43.13330.2012 “Сооружения промышленных предприятий”. Свод правил СП 20.13330.2011 “Нагрузки и воздействия”. Свод правил СП 22.13330.2011 “Основания зданий и сооружений”.

Требования к материалам

Выбор материала подпорной стены и ее фундамента должен быть сделан с учетом многих факторов и требований, среди которых основными являются: высота стена, требуемые долговечность, водонепроницаемость, сейсмостойкость и стойкость против химической агрессии, качество основания, наличие местных строительных материалов, условия производства работ, средства механизации и условия сопряжения с другими сооружениями.

Железобетонные тонкоэлементные подпорные стены являются наиболее экономичными, по сравнению с массивными бетонными они требуют приблизительно в два раза меньше цемента при незначительном расходе арматуры. Существенным преимуществом железобетонных подпорных стен является возможность применения сборных конструкций и возведения их с непосредственной передачей давления на слабые грунты без устройства искусственного основания.

При высоте до 6 м консольные железобетонные стены имеют меньший объем, чем ребристые (контрфорсные); для стен высотой от 6 до 8 м объемы примерно одинаковы, а для стен высотой более 8 м ребристые конструкция имеет меньший объем железобетона, чем консольная. Таким образом, для стен средней высоты и высоких наиболее целесообразна железобетонная ребристая конструкция.

Бетон для железобетонных подпорных стен должен быть плотным, марки от 150 до 600. Арматурой служат стальные стержни диаметром до 40мм периодического профиля классов А-II и А-III, а для предварительно напряженных конструкций - высокопрочная проволока.

Для монтажной арматуры, а также для нерасчетных второстепенных частей сооружений может применяться сталь класса А-I.

Для сварки стрежней арматуры применяются электроды с качественными покрытиями типа Э42, Э42А, Э50А и Э55 по ГОСТ 9467 - 60.

Применение бетонных подпорных стен целесообразно только при высокой стоимости и дефиците арматуры, так как прочность бетона в массивных подпорных стенах используется далеко не полностью. По этой причине применение для них высоких марок бетона нецелесообразно, однако по условию плотности не следует применять бетон марки ниже 150. Для уменьшения объема кладки бетонные подпорные стены могут быть сделаны с контрфорсами. Для бетонных подпорных стен постоянного профиля наиболее экономичным при высоте более 150 м будет профиль с разгрузочной площадкой на уровне около ј высоты стены от обреза фундамента. Однако могут найти применение и профили с наклонной передней гранью, наклоненные в сторону засыпки, с выступающим передним ребром, с наклонной подошвой, а при высоте 1,5 м даже и прямоугольные. Применение профилей с наклонной задней гранью, прямоугольных и ступенчатых может быть обусловлено требованием вертикальности передней грани, например, для причальных стен. Однако надо иметь в виду, что строго вертикальная передняя грань подпорной стены производит впечатление наклонившейся, поэтому ее обычно делают с небольшим наклоном к вертикали (1/20 1/50). Наклонной переднюю грань делают с уклоном около 1/3.

Подпорные стены из бутовой кладки требуют меньшего расхода цемента по сравнению с бетонными, могут быть возведены в меньшие сроки при более простой организации работ. Применение стен из бутовой кладки целесообразно при наличие камня на месте.

Бутовая кладка должна быть выполнена из камня марки не ниже 150 - 200 на портландцементном растворе марки не ниже 25 - 50, а лучше 100 - 200. Растворы помимо прочности, должны обладать пластичностью и водоудерживающей способностью. Для чего в их состав рекомендуется вводить пластифицирующие добавки. Для гидротехнических стен применяется бутовый камень марки не ниже 200, раствор портландцемента марки не ниже 50.

При выборе профиля подпорной стены из бутовой кладки следует руководствоваться теми же соображениями, что и для бетонных стен, однако избегая его усложнения. Применяются подпорные с вертикальной или наклонной передней гранью и с разгрузочными площадками. Задняя грань делается вертикальной или очень малой высоты или при наличии опоры у верха стены.

Если на месте имеется рваный или мелкий бутовый камень, то взамен бутовой кладки может быть применена кладка из бутобетона.

Кирпичные стены допускаются высотой до 3-4 м. В этом случае рекомендуется применять контрфорсы. Чаще всего кирпичные стены прямоугольного или ступенчатого профиля применяются для небольших подземных сооружений (стенок каналов, колодцев и т.п.). Для наружных подпорных стен. подвергающихся атмосферным воздействиям, кирпичная кладка нежелательна, а для гидротехнических стен непригодна. Для кирпичных подпорных стен применяется хорошо обожженный кирпич марки не ниже 200, на растворе не ниже 25. Применение силикатного кирпича не допускается.

Камень твердых пород, бетоны высоких марок и прочные облицовки применяются при необходимости предохранить стену от выветривания, от действий больших скоростей воды.

Для бетона, облицовки или внешнего слоя кладки разрешается применять материал, выдерживающий стократное замораживание.

Если же сооружение располагается в зоне, где среднемесячная температура наиболее холодного месяца выше 5гр.цельсия. то материал должен выдерживать только пятидесятикратное замораживание.

При воздействии агрессивной среды следует применять камень устойчивый против агрессии, специальный цемент для бетона и раствора, защитные обмазки или облицовки.

Для стен, подвергающихся воздействию воды, следует применять гидротехнический бетон (ГОСТ 26633-91 от 1992.01.01 «Бетон гидротехнический»), а также кладку на цементном растворе или гидроизоляцию (цементная затирка, железнение, торкрет, асфальтировка и пр.).

Ряжевые конструкции могут найти применение для низких подпорных стен при отсутствии на месте камня и заполнителей для бетона, а также для временных сооружений.

В сейсмических районах высокие и средней высоты подпорные стены понизу при скальных и плотных грунтах составляет в среднем 1/3 высоты, при грунтах средней плотности Ѕ, при слабых грунтах - 2/3, а при давление воды - до полной высоты стены. Ширина фундамента плиты тонкоэлементной подпорной стены уголкового профиля обычно составляет Ѕ2/3 высоты стены. Однако эти отношения зависяттакже от других факторов - от профиля подпорной стены, ее материала и пр. Поэтому приведенные цифры должны рассматриваться как грубо ориентировочные.

Толщина поверху должна быть не меньше:

для железобетонных стен 0,15 м,

для бетонных стен 0,14 м,

для бутовых и бутобетонных стен 0,75 м,

для кирпичных стен 0,51 м.

У бетонных и железобетонных стен фундамент, как правило, составляет одно целое с самой стеной. У кирпичных стен фундамент выполняется в виде самостоятельной конструкции из бутовой или бетонной кладки, выступая за грани стены и образуя обрезы шириной не менее 15 см и не более высоты фундамента. Выступы фундамента могут быть сделаны ступенчатыми.

Методы расчета

Подпорные стены следует рассчитывать по двум группам предельных состояний:

первая группа (по несущей способности) предусматривает выполнение расчетов;

по устойчивости положения стены против сдвига и прочности грунтового основания;

по прочности элементов конструкций и узлов соединений

вторая группа (по пригодности к эксплуатации) предусматривает проверку:

оснований на допускаемые деформации;

элементов конструкций на допустимые величины раскрытия трещин.

Давление грунта для массивных подпорных стен (рис. 2, а). Давление грунта для уголковых подпорных стен следует определять исходя из условия образования за стеной клиновидной симметричной (а для короткой задней консоли - несимметричной) призмы обрушения (рис. 2, б). Давление грунта принимается действующим на наклонную (расчетную) плоскость, проведенную под углом e при d = j ў.

Угол наклона расчетной плоскости к вертикали e определяется из условия (1), но принимается не более (45° - j /2)

tg e =(b - t)/h. (1)

Наибольшая величина активного давления грунта при наличии на горизонтальной поверхности засыпки равномерно распределенной нагрузки q определяется при расположении этой нагрузки в пределах всей призмы обрушения, если нагрузка не имеет фиксированного положения.

Расчет устойчивости положения стены против сдвига

Расчет устойчивости положения стены против сдвига производится из условия

Fsa Ј g c Fsr/ g n , (2)

где Fsa - сдвигающая сила, равная сумме проекции всех сдвигающих сил на горизонтальную плоскость; Fsr - удерживающая сила, равная сумме проекций всех удерживающих сил на горизонтальную плоскость; ус - коэффициент условий работы грунта основания: для песков, кроме пылеватых - 1; для пылеватых песков, а также пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии - 0,9; для пылевато-глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии - 0,85; для скальных, невыветрелых и слабовыветрелых грунтов - 1; выветрелых - 0,9; сильновыветрелых - 0,8; g n - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2, 1,15 и 1,1 соответственно для зданий и сооружений I , II и III класса, назначаемых в соответствии с прил. 4.

Сдвигающая сила Fsa определяется по формуле

Fsa = Fsa, g + j sa ,q , (3)

где Fsa , g - сдвигающая сила от собственного веса грунта равна:

Fsa, g = P g h/2 ; (4)

Fsa , q - сдвигающая сила от нагрузки, расположенной на поверхности призмы обрушения, равна:

Fsa,q = Pqyb. (5)

Рис. 2 - Расчетные схемы подпорных стен: а - массивных; б - уголкового профиля

Удерживающая сила Fsr для нескального основания определяется по формуле

Fsr = Fv tg(j I - b) + b с I + Е r , (6)

где Fv - сумма проекций всех сил на вертикальную плоскость

а) для массивных подпорных стен

Fv = Fsa tg(e + d) + G с т + g I tgb b 2 /2, (7)

G ст - собственный вес стены и грунта на ее уступах.

б) для уголковых подпорных стен (при e Ј q 0)

Fv = Fsa tg(e + j ў) + g ў g f + g I tg b b 2 /2 (8)

где g f - коэффициент надежности по нагрузке, принимается равным 1,2; Е r - пассивное сопротивление грунта:

Er = g I l r /2 + cIhr(l r - 1)/tg j I , (9)

где l r - коэффициент пассивного сопротивления грунта:

l r =tg2(45° + j I /2), (10)

hr - высота призмы выпора грунта

hr =d + btg b (11)

Расчет устойчивости подпорных стен против сдвига должен производиться по формуле (15) для трех значений углаb (b = 0, b = j I /2 и b = j I).

При наклонной подошве стены, кроме указанных значений угла b , следует производить расчет против сдвига также для отрицательных значений угла b.

При сдвиге по подошве (b = 0) следует учитывать следующие ограничения: с I Ј 5 кПа, j I Ј 30°, l r = 1.

Удерживающая сила Fsr для скального основания определяется по формуле

Fsr =Fvf +Er, (12)

где f - коэффициент трения подошвы по скальному грунту, принимается по результатам непосредственных испытаний, но не более 0,65.

В ходе строительства различного рода построек на местности со сложным рельефом (балки, овраги т. д.) зачастую возникает необходимость в подпорном сооружении. Такое укрепительная конструкция несет в себе одну основную задачу - предотвращение обвала грунтовых масс. В статье пойдет речь об устройстве подпорных стен.

Декоративные - эффектно скрывают небольшие перепады грунта на прилегающей территории. Если уровни несильно разнятся и соответственно высота стенки невысокая (до полуметра), то ее установка осуществляется с небольшим заглублением до 30 см.
Укрепительные выполняют главную функцию - сдерживают грунтовые массы от сползания. Такие конструкции возводят, когда уклон холма превышает 8°. С их помощью производится организация горизонтальных площадок, тем самым расширив полезное пространство.

Подпорная стена фото

Проектирование подпорных стен

Независимо от предназначения, подпорная стена имеет 4 элемента:

фундамент;
тело;
дренажную систему;
систему водоотвода.

Подземная часть стены, дренаж и водоотвод служат для реализации технических нормативов, а тело - эстетических целей. По высоте они могут быть низкими (до 1 метра), средними (не выше 2 метров) и высокими (свыше 2 метров).

Задняя стенка сооружения может быть со следующим наклоном:

крутая (с прямым или обратным скатом);
пологая;
лежачая.

Профили укрепительных стен разнообразны, в основном, это прямоугольные и трапецеидальные. Последние конструкции свою очередь могут иметь различный уклон граней.

Действующие нагрузки на подпорные стены

При выборе материала, а соответственно и фундамента для подъема стен, руководствуются определением нагрузок, которые действуют на сооружение.

Вертикальные силы:

собственный вес;
верхняя нагрузка, то есть вес, давящий на верхнюю часть конструкции;
сила засыпки, воздействующая как на саму стену, так и на часть фундамента.

Горизонтальные силы:

давление почвы непосредственно за стеной;
сила трения в местах сцепления фундамента с грунтом.

Помимо основных сил действуют и периодические нагрузки , к таковым относятся:

сила ветра, особенно это актуально при высоте конструкции свыше 2-х м;
сейсмические нагрузки (в зонах сейсмической опасности);
вибрационные силы действуют в местах, где проходит дорожная трасса или железнодорожное полотно;
потоки воды, в частности, в низинах;
вспучивание грунта в зимний период и т. п.

Устойчивость подпорных стен

Строительство невысоких подпорных стен выполняется в большей степени для декоративных целей, они не нуждаются в тщательном расчете устойчивости. Повышение данного свойства показательно для подпорных инженерных конструкций.

Предотвратить сдвиг стен или опрокидывание можно путем применения следующих мероприятий:

значительно уменьшает давление грунта на заднюю грань небольшой наклон, спроектированный в сторону возвышенности;
сторону, обращенную к грунту делают шероховатой. В каменных, кирпичных, блочных кладках делают выступы, а монолитных подпорных стенах - выполняют сколы;
правильно организованная дренажная система предотвращает подмыв конструкции;
наличие консоли в передней части стены обеспечивает дополнительную устойчивость, так как распределяет часть нагрузки грунта;
боковое (вертикальное) давление уменьшается посредством засыпки пустотелых материалов (керамзита) между задней стеной и существующим грунтом;
для капитальных стен из тяжелых материалов требуется фундамент. Для глинистого грунта целесообразно использовать основание ленточного типа, слабого грунта (песчаного, особенно песка-плывуна) - свайный фундамент.

Строительство подпорной стены

Что касается материала, то его выбор основывается на многих критериях, это высота конструкции, водонепроницаемость, устойчивость к агрессивным средам, долговечность, доступность строительного материала и возможность механизации процесса установки.

Кирпичная подпорная стена

При расчете подпорных стен из кирпича предусматривается наличие армированного фундамента. Декоративные качества могут быть усилены путем использования кирпича, отличающегося размерами или расцветками от элементов основной кладки. Невысокая стенка (до 1 метра) выкладывается самостоятельно. В случаях когда подразумевается повышенная нагрузка, следует прибегнуть к услугам профессионалов.

Для работ используется обычный красный обожженный кирпич или клинкер с высоким коэффициентом прочности и влагостойкости. Как правило, для возведения подпорных стен требуется ленточный фундамент.
Ширина канавы под основание равна тройной ширине стены, то есть, если планируется строительство в один кирпич (25 см), тогда данный параметр будет равен 75 см. Глубина должна составлять не менее 1 м. Но дно засыпается 20-30 см слой гравия или щебня, затем слой (10-15 см) песка, каждая засыпка материала трамбуется.
Сбивается опалубка, ее верхняя часть должна быть ниже уровня земли на 15-20 см. Для усиления используются прутья арматуры, которые укладываются на битый кирпич или бутовый камень. В любом случае они не должны просто лежать на песчано-гравийной подушке. Далее, заливается бетон марки 150 или 200.
Клинкер укладывается в перевязку на раствор. Во втором ряду предусматривается прокладка дренажных труб Ø50 мм. При установке соблюдается наклон труб к передней части грани, рекомендуемое расстояние между ними 1 метр. Важно следить за смещением швов. Чтобы этого не случилось, можно использовать половинки кирпича.
Стоит отметить, что кладка в один кирпич возможна для возведения стены до 60 см, для более высоких конструкций рекомендуется выполнять строительство в полтора, два кирпича, с расширением нижней части стены. Таким образом, получается конструкция напоминающая консоль.

Подпорная стена из камня

Натуральный камень, как и его искусственный аналог, отличаются высокими эстетическими свойствами. К тому же внешний вид готовой стены позволяет гармонично вписаться в окружающий ландшафт, создавая единый ансамбль с природой.

Здесь может быть использован как сухой, так и мокрый способ укладки материала. Первый вариант более трудоемкий и требует определенной сноровки, так как необходим подгон камня по размерам, обеспечивающий оптимальное прилегание друг к другу.
Основа под каменную подпорную стену производится таким же способом, как и для кирпича. Выполняется ленточный фундамент с последующей укладкой камня. Если строительство стены осуществляется без применения раствора, тогда швы заполняются посадочным материалом или садовым грунтом. Позже между камнями высаживаются растения с мочковатой корневой системой. По мере развития они значительно укрепят элементы конструкции.

В данном случае организовать дренажную систему можно по упрощенному способу - оставить в первом ряду между каждым 4-м и 5-м камнем зазоры по 5 см.
Стены из камней рекомендованы для возведения конструкций не выше 1,5 м.

Подпорные стены из бетона

Подобное сооружение монолитного типа выполняется с применением деревянной опалубки или буронабивных свай.
Заводская подпорная железобетонная стена
Монтаж плиты заводского исполнения осуществляется с помощью грузоподъемной техники. Она может быть консольной или контрфорсной. Для установки готовых изделий фундамент при плотном грунте не нужен. Достаточно вырыть траншею шириной чуть больше размера подошвы плиты или консоли.

Сборные подпорные стены фото

На дне укладывается гравий (щебень) и песок слоями по 15-20 см. Тщательная трамбовка обеспечивается путем обильного полива водой. Железобетонные плиты устанавливаются строго вертикально. Между собой они соединяются посредством сварки арматурных закладных элементов. Далее, устанавливается продольная дренажная система и проводится засыпка пространства грунтом.
Железобетонная опорная стена на сваях рекомендуется на слабых (неустойчивых) грунтах. Расстояние между сваями зависит от длины плиты, они могут располагаться каждые 1,5, 2 или 3 метра. Диаметр свай обычно составляет от 300 до 500 мм.

Бетонная подпорная стена своими руками

Большую устойчивость стене придает консоль, выполненная с уклоном (10°-15°) в сторону насыпи. Если в качестве примера взять стену высотой в 2,5 метра, то высота подземной части сооружения станет 0,8-0,9 м, а ширина тела составит 0,4 м.
Для опалубки вырывается траншея шириной 1,2 м (здесь предусматривается припуск в 30 см с передней стороны и 50 см для задней грани) и глубиной в 1,3 м (с учетом организации песчано-гравийной подушки). Нужный уклон выполняется путем ручной выемки грунта, данный параметр проверяется и при установке опалубки, и при заливке ее бетоном. При необходимости наклон корректируется.

Основание обязательно армируется как в продольном, так и вертикальном направлении. Высота прутьев, торчащих из бетона, должна составлять не менее полуметра. Подошве дать набраться крепости, для бетона данный период составляет около месяца. Не рекомендуется проводить какие-либо работы на подошве ранее данного времени.
Для удобства постройки опалубки для тела стены берется влагостойкая фанера стандартного размера 2440х1220х150 мм. Для одной заготовки понадобится 3 листа, 2 из которых пойдут на полноценные грани, а одну фанеру следует разрезать, соответствующей ширины для 2-х боковых сторон.

В последующих работах одна боковушка не используется, так как ею служит стена предыдущей части конструкции. Предотвратить расхождение шва между элементами можно посредством армирования. В этом случае после заливки материала в боковой части высверливаются отверстия и вставляются металлические прутки. Их можно расположить в шахматном порядке в 40-50 см друг от друга с выходом из тела стены на 30-40 см.
Для соединения граней каркаса применяются металлические уголки, так как вес бетона, предназначенного для заливки высок. Дополнительным укреплением послужат бруски 50х50 мм, которые прибиваются по периметру опалубки. Для надежности с трех сторон следует выставить распорки.
При желании бетонная поверхность может декорироваться натуральным или искусственным камнем.

Значительно облегчают работы и снижают расходы на строительство блоки из пенобетона, керамзитобетона, газо- или шлакоблоки. Но прочностные характеристики такой стены будут на порядок ниже. К тому же кладка из такого материала не отличается привлекательным видом.

Деревянная подпорная стена

С точки зрения ландшафтного дизайна древесина оптимально подходит под данные цели, но долгий срок эксплуатации не самый сильный ее конек. Чтобы увеличить устойчивость к воздействию агрессивных сред придется приложить немалые усилия на неоднократную обработку пропитывающими средствами.

В конструкции подпорной стены бревна могут располагаться как горизонтально, так и вертикально. Большой разницы касательно прочностных характеристик здесь нет. Такой материал используется для строительства стен высотой, не превышающих 1,5 м. Чтобы предотвратить загнивание закапываемой части бревна, необходимо ее обжечь или обработать жидким битумом.

Вертикальное расположение бревен в подпорной стене

Длина бревен может быть разной, все зависит от перепада высот. Для устойчивости их закапывают на глубину равной 1/3 общей длины балки, так если данный параметр равен 2 м, то вкапываемая часть составит 60-70 см.
Установка калиброванной древесины осуществляется в предварительно вырытую траншею. На дно засыпается и утрамбовывается 15-ти см слоя щебня. Бревна ставят сплошной стеной, вплотную друг к другу, строго соблюдая вертикаль. Крепеж выполняется посредством проволоки или гвоздей, вбитых под углом.

Максимальная устойчивость бревенчатой стены достигается путем заливки траншеи песчано-цементной смесью. Задняя сторона своеобразного тына покрывается герметизирующим материалом (рубероидом, толем и т. д.), после этого выполняется засыпка грунтом.

Горизонтальное расположение бревен в подпорной стене

Опорные столбы вкапываются каждые 1,5-2 или 3 м, чем чаще они расположены, тем прочнее будет подпорная стена. Используемая древесина в обязательном порядке обрабатывается антисептическими средствами.

Горизонтальное крепление может осуществляться несколькими способами:

на столбах с двух противоположных сторон заранее вырубаются продольные пазы, в которые будут плотно вставляться горизонтальные элементы. При этом диаметр опорных бревен должен быть больше балок, предназначенных для поперечного положения;
второй вариант предусматривает крепеж бревен с задней стороны столбов. В этом случае первая балка укладывается на грунт, поэтому рекомендуется заранее проложить гидроизоляционный материал. Соединение горизонтально расположенных бревен к опорам выполняется проволокой и/или гвоздями.

Подпорная стена из габионов

Для установки сетчатых конструкций достаточно выравнивания поверхности и иметь в наличии щебень крупной фракции (до150 мм) или небольшие речные валуны для заполнения секций. Основными преимуществами габионов является их гибкость и водопроницаемость, что позволяет обойтись без обустройства дренажной системы.
Такие ящики из проволоки просто собираются, затем устанавливаются на ровном грунте и засыпаются речными или карьерными камнями. Следующие блоки монтируются по такому же способу. Между собой секции скрепляются проволокой с антикоррозийным покрытием. Это удобный способ, когда требуется создавать множество угловых подпорных стен.

Если между камней засыпать почву и засеять семенами растений, то через несколько лет стена приобретет привлекательный внешний вид и органично впишется в окружающий ландшафт.

Расчет подпорной стены

Перед тем как сделать подпорную стену, важно тщательно продумать все нюансы. В противном случае неграмотный расчет и халатное отношение к нормам строительства могут привести к обрушению.

Подобные стены высотой не более 1,5 метров допускается возводить собственными силами. Для размера подошвы берется коэффициент 0,5-0,7 умноженный на высоту стены. Вычислить соотношение толщины стены к ее высоте, можно руководствуясь типом грунта:

плотный грунт (известняк, кварц, шпат и т. д.) - 1:4;
средний по плотности грунт (сланец, песчаник) - 1:3;
мягкий грунт (песчано-глинистые частицы) - 1:2.

Если же высота стены большая и возведение планируется на слабых грунтах, то следует обратиться к услугам специализированных организаций. Вычисления будут производиться в соответствии с требованиями СНиП.

В этом случае будут учтены многие факторы и на основе предельного состояния подпорных стен будут произведены следующие расчеты:

устойчивость положения самой стены;
прочность грунта, его возможную деформацию;
прочность конструкции стены, на трещиностойкость ее элементов.

Также будут выполнены вычисления на пассивное, активное и сейсмическое давление грунта; учет сцепления; давления грунтовых вод и так далее. Расчет осуществляется с учетом максимальных нагрузок и охватывает эксплуатационные, строительные и ремонтные периоды стены.

Конечно, можно будет и воспользоваться онлайн-калькуляторами, специально разработанными для этих целей. Но необходимо знать, что подобные расчеты будут иметь рекомендательный характер. Абсолютная точность расчетов не гарантирована.

Дренажная система для подпорной стены

Организация дренажа и водоотвода требует особого внимания. Система обеспечивает сбор и отвод грунтовых, талых и ливневых вод, тем самым предотвращая подтопление и размыв сооружения. Она может быть продольной, поперечной или комбинированной.

Поперечный дренаж предусматривает наличие отверстий Ø100 мм на каждый метр стены.

Продольный вариант предполагает размещение трубы, расположенной на фундаменте по всей длине стены. Для этих целей применяют гофрированные трубы, благодаря своей гибкости позволяют устанавливать их при сложных рельефах. На прямых участках используют керамические или асбестоцементные трубы, имеющие в верхней части отверстия.

Подпорные стены выполняют важные задачи. Их возведение следует доверить специалистам или хотя бы проконсультироваться с ними по данному вопросу. Малейшая ошибка в расчетах может иметь весьма печальные последствия.