Расчет подпорных стен: Руководство по проектированию подпорных стен и стен подвалов для промышленного и гражданского строительства

Содержание

Расчет подпорной стены: проектирование и армирование

Проектирование подпорных стенПодпорная 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.

Проектирование подпорных стенВиды подпорных стенПроектирование подпорных стенОригинальное 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.

Проектирование подпорных стенУдобно 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.Проектирование подпорных стен

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.

Проектирование подпорных стенМассивные 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.

Проектирование подпорных стенВиды 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.

Проектирование подпорных стенДля 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.

Проектирование подпорных стен

Проектирование подпорных стенВыбор 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.

Проектирование подпорных стенНаибольшую 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

Проектирование подпорных стенРасчет нагрузок на стену отталкивается от трех параметров

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.

    Проектирование подпорных стенСхема подпорной стенки

Проектирование подпорных стенРассчитать 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

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

Проектирование подпорных стен, 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

Проектирование подпорных стенСпособ 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.

Проектирование подпорных стенТраншейные 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.

Проектирование подпорных стенВозведение 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.

Проектирование подпорных стенСтены 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:

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

Е=0,5ƳгН²μ, где

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,

b =H(-C₁+√0,75Ƴгкμ+С2)

благодаря которой можно рассчитать все необходимые параметры будущего сооружения.

Проектирование подпорных стенСхема 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.

Расчет подпорной стены онлайн калькулятор. Проектирование подпорных стен

Перечисленные в названии главы строительные элементы испытывают
непосредственный контакт с грунтами, поэтому конструктивные особенности
этих элементов во многом зависят от свойств грунтов, с которыми
кратко познакомимся ниже.
Некоторые свойства
и характеристики грунтов
. Грунты подразделяют на скальные, частицы
которых сцементированы (связаны) в единый монолит, и нескальные,
в которых прочность связей между частицами незначительна и эта связь
существенно меньше прочности самих частиц. К нескальным грунтам
относятся крупнообломочные, песчаные и глинистые.
Характеристики грунта,
необходимые для расчета проектируемого на этом грунте сооружения,
определяют двумя способами. Во-первых, опытным путем в лабораторных
или полевых условиях, такие характеристики называют исходными
.
Во-вторых, на основе исходных характеристик по формулам (12.1),
(12.2) и по таблицам (табл. 7.3-7.5) определяют производные

характеристики грунта.
Важнейшими исходными
характеристиками нескальных грунтов являются:
Среди производных характеристик
грунта важнейшими являются:

К другим производным
характеристикам относятся расчетные сопротивления грунтов (табл.
7.4), угол внутреннего трения (табл. 7.3), коэффициент фильтрации
(табл. 7.5) и еще ряд параметров. Поясним смысл такой широко используемой
характеристики, как угол внутреннего трения.
Любой сыпучий грунт,
будучи свободно насыпанным на горизонтальную площадку, образует
откос, крутизна которого зависит от свойств грунта. Рассмотрим откос
идеально сыпучего грунта, т. е. такого, между частицами которого
совершенно отсутствуют силы сцепления, вызываемые коллоидными и
вязкими свойствами частиц грунта.
Пусть на этом откосе
(рис. 12.1), свободно лежит твердая частица М
. Разложим вес
частицы на две составляющие: нормальную N
к линии откоса
аb
и касательную Т
. Сила Т
стремится сдвинуть
частицу к подножию откоса, но ей будет противодействовать сила трения
, пропорциональная
нормальному давлению, т. е.
(где f
— коэффициент трения).

откуда
С другой стороны, согласно
закону Кулона, сопротивление сыпучих грунтов сдвигу есть сопротивление
их трению. Характеристикой такого сопротивления является коэффициент
внутреннего трения f
, равный тангенсу так называемого угла
внутреннего трения
, т.
е.

Таким образом, угол внутреннего трения равен предельному углу откоса
сыпучих грунтов, который еще называют углом естественного откоса
.

Понятие об угле естественного
откоса относится только к сухим сыпучим грунтам, а для грунтов связных
глинистых оно теряет всякий смысл, так как у последних в зависимости
от их увлажненности угол откоса может меняться от 0° до 90° и зависит
также от высоты откоса.
Именно из-за такой изменчивости
силы сцепления в связном грунте определение ее величины и учет при
расчете устойчивости откосов и сооружений, удерживающих откосы,
оказывается весьма затруднительным. В дальнейшем удельную силу сцепления
грунта учитывать не будем и для каждого вида грунта станем пользоваться
осредненным значением (см.
табл. 7.3). В большинстве случаев такой подход приводит к запасу
устойчивости сооружений.
Подпорные стенки

устраивают в том случае, когда необходимо удержать массив грунта
с откосом, крутизна которого превышает величину, определяемую углом
внутреннего трения и силами сцепления. Типичным примером подпорной
стенки является гранитная или бетонная набережная, удерживающая
практически в вертикальном положении грунт на границе между сушей
и водой.
Здесь мы ограничимся
рассмотрением массивных подпорных стенок
, характеризующихся
незначительным заглублением фундамента и большой толщиной. Давлению
грунта такие стенки сопротивляются своей силой тяжести.
На рис. 12.2 изображена
схема подпорной стенки, удерживающей клин земли, имеющий плоскую
поверхность скольжения ВС
(допущение Кулона). Устойчивость
такой стенки должна быть проверена по трем показателям:

Рис. 12.2. Подпорная стенка.
  • не произойдет ли сдвига стенки по плоскости
    основания АВ
    ;
  • не опрокинется ли стенка вокруг ребра A
    ;
  • не просядет ли стенка по основанию.

Размеры стенки и материал, из которого она сделана,
считаются заданными. Все расчеты ведут для одного погонного метра
длины стенки (1 м из плоскости чертежа).
Вычисления начинают с
определения основных сил действующих на стенку. Такими силами являются
вес стенки G
и активное давление грунта
.
Первая из них находится элементарно, а для определения второй необходимо
рассчитать и построить эпюру удельного давления грунта на стенку,
для чего используется формула

где — удельное давление грунта
в точке на глубине
— объемный вес грунта; — угол
внутреннего трения.
Выражение (12.3) представляет
собой уравнение прямой линии, поэтому эпюра удельных давлений будет
иметь вид прямоугольного треугольника с максимумом удельного давления
у подошвы стенки (рис. 12.2).

Равнодействующая активного
давления грунта на подпорную стенку
равна площади эпюры

Равнодействующая будет
горизонтальна и приложена на одной трети высоты от низа подпорной
стенки. В случае действия на поверхность грунта сплошной равномерно
распределенной пригрузки q

определяем приведенную высоту слоя грунта
заменяющую ее действие, продолжаем заднюю грань стенки до пересечения
с новой линией засыпки (рис. 12.3) и строим общую треугольную эпюру
давлений.

На подпорную стенку будет
действовать только трапецеидальная заштрихованная часть эпюры давлений
(рис. 12.3). Тогда

При вертикальной поверхности
стенки давление будет действовать
горизонтально в точке, соответствующей высоте расположения центра
тяжести трапецеидальной эпюры давления (рис. 12.3). Однако подпорные
стенки часто имеют заднюю грань наклонной, причем угол наклона
может быть положительным (рис. 12.4 а) или отрицательным (рис. 12.4 б).

Наклон задней грани стенки
значительно влияет на величину активного давления, причем по сравнению
с давлением грунта при вертикальной задней грани стенки в первом
случае активное давление будет больше, а во втором — меньше. Расчетные
формулы здесь выглядят так:

Отметим, что формулы
(12.6) и (12.7), так же как, впрочем, и формула (12.3), выведены
в предположении отсутствия трения между грунтом и стенкой, поэтому
равнодействующая давления должна быть перпендикулярна задней грани
стенки. Это будет соответствовать наблюдаемым явлениям в случае
нисходящей в сторону грунта задней грани стенки (при положительном
значении угла ,
см. рис. 12.4 а). В случае же восходящей в сторону грунта задней
грани стенки (при отрицательном значении угла ,
см. рис. 12.4 б) нелогично принимать направление давления с наклоном
вверх, т. е. перпендикулярно задней грани стенки, поэтому рекомендуется
в последнем случае считать направление давления
горизонтальным.
В случае загрузки горизонтальной
поверхности грунта равномерно распределенной нагрузкой в формулах
(12.6) и (12.7) первый множитель ,
следует заменить выражением
где h
— приведенная высота слоя грунта, равная отношению
интенсивности нагрузки q
к объемному весу грунта .

При расчетах гидрометрических
сооружений часто приходится иметь дело с грунтом, находящимс

Как сделать подпорную стенку из бетона своими руками: инструкция, расчеты и чертежи

В процессе строительства разного рода построек на территории со сложным рельефом (овраги, балки т.д.), часто появляется необходимость в подпорном сооружении. Эта укрепительная конструкция в себе несет одну основную задачу – не допустить обвала грунтовых масс.

Подпорные стены условно разделяются на два типа:

  • Укрепительные, выполняют основную функцию – задерживают от сползания грунтовые массы. Эти конструкции сооружают, если уклон холма составляет не более 9°. При помощи их происходит сооружение горизонтальных площадок, этим самым увеличив полезную площадь.
  • Декоративные – довольно эффектно маскируют небольшие перепады земли на прилегающем участке. Когда уровни несильно отличаются и, естественно, высота стенки небольшая (до полутора метров), то ее монтаж происходит с небольшим углублением до 45 см.

Проектирование подпорных стен

Вне зависимости от назначения, подпорная стена, как правило, имеет четыре элемента:

  • тело;
  • фундамент;
  • систему водоотвода;
  • дренажную систему.

Водоотвод, подземная часть и дренаж стены требуются для реализации технических нормативов, а непосредственно тело необходимо для эстетических целей. По высоте эти сооружения могут быть небольшими (до одного метра), средними (не более двух метров) и высокими (больше двух метров).

Задняя стенка конструкции бывает с таким уклоном:

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

Профили подпорных стен могут быть разными, но, как правило, это трапецеидальные и прямоугольные. В свою очередь первые могут иметь разный наклон граней.

Действующие силы на упорные стенки

Во время выбора материала, а, естественно, и фундамента для подпорных стен, руководствуются расчетом нагрузок, действующим на все конструкцию.

Вертикальные нагрузки:

  • сила засыпки, которая действует как непосредственно стену, так и на часть фундамента;
  • верхняя нагрузка, а именно, вес, который давит на верхнюю часть сооружения;
  • собственная масса подпорной стены.

Горизонтальные силы:

  • сила трения на участках сцепления грунта с фундаментом;
  • давление грунта непосредственно за подпорной стеной.

Кроме основных сил, воздействуют и периодические нагрузки, к ним относятся:

  • сейсмические нагрузки;
  • сила ветра, тем более это актуально при высоте сооружения более 2-х метров;
  • водные потоки, особенно в низинах;
  • вибрационные силы воздействуют на участки, где проходит железнодорожное полотно или дорожная трасса;
  • вспучивание грунта зимой и т.д.

Устойчивость подпорных сооружений

Как правило, строительство невысоких подпорных стен выполняется для декоративных целей, им не требуется тщательный расчет устойчивости. Повышение этой характеристики показательно для расчета подпорных стен более высокой конструкций.

Предотвратить опрокидывание или сдвиг стенки можно с помощью таких мероприятий:

  • сторону, которая обращена к грунту, делают шероховатой. В блочных, кирпичных, каменных кладках сооружают выступы, а в монолитных опорных стенах – делают сколы;
  • намного снижает давление почвы на заднюю грань маленький уклон, сделанный в сторону возвышенности;
  • наличие в передней части консоли стены создает дополнительную устойчивость, поскольку распределяет часть нагрузки земли;
  • правильно оборудованная дренажная система не допускает подмыв конструкции;
  • для капитальных подпорных стен из тяжелых стройматериалов необходим фундамент. Для глинистой почвы целесообразно применять ленточное основание, слабого грунта – свайный фундамент;
  • боковое давление снижается с помощью засыпки пустотелых материалов (к примеру, керамзита) между существующим грунтом и задней стеной.

Сооружение подпорной стенки

Что относительно материала, то его выбор производится на нескольких критериях, это водонепроницаемость, высота конструкции, долговечность, устойчивость к агрессивным средам, возможность механизации процесса установки и доступность стройматериала.

Опорная стенка из кирпича

Во время расчета кирпичных подпорных стен предусматривается обустройство армированного фундамента. Декоративные показатели можно усилить с помощью использования кирпича, который отличается расцветками или размерами от элементов основной кладки. Небольшая стенка (до одного метра) делается самостоятельно. В случаях, если предполагается повышенная нагрузка, желательно воспользоваться услугами специалистов.

Для работ применяется обычный обожженный красный кирпич либо клинкер с повышенным коэффициентом влагостойкости и прочности. Чаще всего для сооружения подпорных стен необходим ленточный фундамент.

Ширина ямы под фундамент равняется тройной ширине стены, таким образом, когда планируется сооружение в один кирпич (25 сантиметров), то этот параметр равняется 75 сантиметрам. Глубина нужна не меньше одного метра. На дно насыпается 25-35 см слой щебня или гравия, после слой (12-18 см) песка, все засыпки материала тщательно утрамбовываются.

Сооружается опалубка, ее верхняя часть обязана быть меньше уровня земли на 18-25 см. Для усиления применяют прутья арматуры, их укладывают на бутовый камень или битый кирпич. Затем, наливается бетон марки 200 или150.

Нужно отметить, что укладку в один кирпич можно делать для сооружения стены до 70 см, для более высоких стен лучше всего делать строительство 1,5-2 кирпича, с увеличением нижней части стены. Так, получается конструкция, которая напоминает консоль.

Каменная подпорная стенка

Природный и искусственный камень отличаются отличными эстетическими свойствами. При этом внешний вид готового сооружения дает возможность гармонично вписаться в любой ландшафт.

В этом случае можно применять как мокрый, так и сухой вариант кладки материала. Последний способ более сложный и потребует определенной сноровки, поскольку нужен подгон камня по размерам.

Основание под каменную стену делается такое же, как и для кирпича. Сооружается ленточный фундамент с дальнейшей кладкой камня. Если строительство производится без применения бетона, то швы наполняются садовым грунтом или посадочным материалом. Каменные стены рекомендованы для сооружения конструкций не более 1,6 метра.

Бетонные подпорные стенки

Это монолитное сооружение выполняется с использованием буронабивных свай из деревянной опалубки. Установка плиты заводского производства делается при помощи грузоподъемной спецтехники. Она бывает контрфорсной или консольной. Для монтажа готовых изделий фундамент при плотной почве не требуется. Можно просто сделать траншею размером чуть больше ширины подошвы консоли или плиты.

На дне засыпается песок и гравий слоями по 18-25 см. Трамбовка производится с помощью обильного полива водой. Бетонные плиты ставятся четко вертикально. Друг с другом они соединяются при помощи сварки из арматурных элементов. После ставится дренажная продольная система и производится засыпка грунтом пространства. Бетонная опорная стенка лучше всего подходит для слабых грунтов.

Подпорная стена из бетона своими руками

Хорошую устойчивость стене дает консоль, изготовленная с наклоном (12°-17°) в сторону насыпи. Если брать в качестве примера стенку высотой в 2,5 метра, то размер подземной части будет 0,9-1 м, а ширина тела составляет 0,5 м.

Для опалубки делается траншея шириной 1,3 метра и глубиной в 1,4 метра. Необходимый наклон производится с помощью ручной выемки грунта, этот параметр проверяется и во время монтажа опалубки, и во время заливки ее бетоном.

Основание непременно армируется как в вертикальном, так и в продольном положении. Высота прутьев, которые торчат из бетона, обязана составлять не меньше 1,5 м. Подошве нужно дать набраться прочности, для бетона это время составляет приблизительно месяц.

При желании поверхность из бетона может декорироваться искусственным или природным камнем.

Намного облегчают работы и уменьшают затраты на строительство пенобетонные блоки. Однако прочностные показатели этой стены будут гораздо ниже. При этом кладка из этого материала не отличается своей привлекательностью.

Подпорная стена из дерева

В плане ландшафтного дизайна дерево наиболее оптимально подойдет для этой цели, но эксплуатация этого материала не очень долгая. Для того чтобы повысить стойкость к действию агрессивных сред нужно будет приложить большие усилия на постоянную обработку специальными пропитывающими веществами.

В конструкции стены бревна можно устанавливать как вертикально, так и горизонтально. Особого отличия касательно прочностных показателей в этом случае нет. Этот материал применяется для сооружения стен высотой не более 1,6 м. Чтобы не допустить загнивание вкапываемой части бревна, нужно его обработать битумом или обжечь.

Вертикальная установка бревен

Размер бревен может быть различный, это зависит от перепада высот. Для лучшей стойкости их вкапывают на глубину 1/3 общего размера балки.

Укладка калиброванной древесины производится в предварительно выкопанную траншею. На дно насыпается и трамбуется слой из щебня 18 см. Бревна устанавливают сплошной стеной, вплотную между собой, четко соблюдая вертикаль. Крепеж делается с помощью гвоздей или проволоки.

Максимальная стойкость деревянной стены достигается с помощью заливки траншеи цементной смесью. Обратная сторона своеобразного тына обрабатывается герметизирующим материалом (толем, рубероидом и т.д.), затем производится засыпка грунтом.

Горизонтальная установка бревен

Опорные бревна закапываются каждые два-три метра, чем чаще они находятся, тем прочней будет стена. Устанавливаемая древесина непременно обрабатывается антисептическими веществами.

Горизонтальный крепеж может производиться такими способами:

  1. С двух противоположных сторон на столбах предварительно делают продольные пазы, куда будут вставляться горизонтальные части. Причем диаметр бревен обязан быть больше балок, которые используются для поперечного положения;
  2. Следующий вариант подразумевает крепление бревен с обратной стороны столбов. В данном варианте первая балка кладется на грунт, потому нужно заранее уложить гидроизоляционный материал. Соединение бревен к опорам происходит гвоздями или проволокой.

Расчет подпорной стены

Прежде чем сделать подпорную стену, нужно тщательно просчитать все нюансы. Иначе халатное отношение и неправильный расчет могут привести к обрушению стены.

Такие стены высотой не больше 1,6 метров, возможно, сооружать своими руками. Для ширины подошвы используется коэффициент 0,6-0,8 помноженный на высоту стены. Узнать соотношение размера стены к ее высоте, можно с учетом вида грунта:

  • мягкий грунт – 1:2;
  • средний грунт – 1:3;
  • плотный грунт – 1:4.

Если же высота большая и сооружение планируется на слабой почве, то желательно обратиться к услугам профессионалов. Расчеты будут происходить в соответствии с правилами СНиП.

В данном случае учитывается множество факторов и на этой основе будут выполнены такие расчеты:

  • прочность конструкции, на устойчивость к трещинам;
  • прочность почвы, ее вероятную деформацию;
  • стойкость положения непосредственно стены.

Также выполняются вычисления на сейсмическое, активное и пассивное давление грунта, давление подземных вод, учет сцепления и т. д. Расчет производится с учетом максимальных нагрузок и охватывает ремонтные, строительные и эксплуатационные периоды стены.

Естественно, можно использовать и онлайн-калькулятор, который специально разработан для данных целей. Но нужно учитывать, что эти расчеты имеют лишь рекомендательный характер.

Дренажная система

Устройство водоотвода и дренажа нуждается в особом внимании. Система обеспечивает сбор и вывод ливневых, талых и грунтовых вод, этим самым предотвращая размыв и подтопление конструкции. Она бывает поперечной, продольной либо комбинированной.

Поперечный вариант подразумевает наличие отверстий диаметром 10 см на один метр стены.

Продольный дренаж подразумевает размещение трубы, находящейся на фундаменте по всей длине стены.

Подпорные стены имеют очень важную задачу. Их сооружение лучше всего доверить профессионалам или, как минимум, проконсультироваться с ними по этому вопросу. Даже небольшая ошибка в расчете подпорной стенки может иметь довольно плачевные последствия.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Подпорная стена — расчёт и строительство

ПОДПОРНАЯ СТЕНА — РАСЧЁТ И СТРОИТЕЛЬСТВО

     На этой интернет страничке речь пойдёт о моём опыте расчёта и строительства подпорной стены. И сразу же хочу оговориться — здесь написано лишь о конкретном (моём) случае. Я не являюсь специалистом строителем, поэтому все мои мысли хорошо бы перепроверять. Также, я могу быть неточен в формулировках и строительных понятиях.
     А теперь о том, почему может оказаться полезным изучить именно эту страницу.
     Некоторое время назад я понял, что на моём земельном участке необходимо устройство подпорной стены и решил своими силами рассчитать такую стену. Всем известно, что в строительстве очень важен расчёт, потому что с одной стороны исключается аварийность (разрушение сооружения), с другой стороны — экономятся финансовые затраты (на строительные материалы и рабочую силу), так как определяются некие оптимальные геометрические размеры сооружения. После долгих поисков примеров расчёта в интернете выявилась информация двух направлений. Первое направление — это сайты садово-огородной тематики и ландшафтного дизайна. Основная мысль там была такая:»для высоты стены менее 1м достаточно просто заглубить её на 1/3 высоты. Стены высотой более 1м можно делать только после расчётов специалистов (проектировщиков)«. Второе направление — это сайты, на которых предлагались различные программы для расчёта подпорных стен, книги, СНиПы. Меня не устраивали ни советы дачников (часто предлагающих совершенно разные принципы расчёта подпорных стен), ни программы (ведь всем понятно, что доверять программе нельзя, пока точно не поймёшь, как она работает).
     Как известно, всё же есть литература, требованиям которой должны удовлетворять сооружения, проходящие экспертизу. Это нормативная литература, кратко называется СНиП, а расшифровывается как «Строительные нормы и правила». Так вот, все проектировщики, все легальные программы проходящие строительную экспертизу, должны удовлетворять условиям, записанным именно в СНиП. И в конечном итоге, я решил строить подпорную стену в соответствии с нормативной литературой. Существует СНиП 2.09.03-85 «Сооружения промышленных предприятий», в котором есть раздел 2 «Подпорные стены». Но в СНиП-е очень сухая и скудная информация для расчётов. К счастью, существует «Справочное пособие к СНиП «Проектирование подпорных стен и стен подвалов» и именно это пособие позволило мне рассчитать подпорную стену (кстати, по этому же пособию считают проектировщики и пишутся многие программы).
     Вобщем, сейчас, уже после расчёта, я могу сказать что наибольшую полезную информацию я нашёл в трёх источниках (хотя облазил много интернета и различной информации):

     1. Справочное пособие к СНиП «Проектирование подпорных стен и стен подвалов», Москва 1990
     2. Г. К. Клейн «Расчёт подпорных стен», Высшая школа 1964
     3. ВСН 167-70 ТЕХНИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПОДПОРНЫХ СТЕН ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
     Указанную литературу удобнее всего скачать на сайте dwg.ru в разделе Download. Первые две книги необходимо скачать в формате djvu, ВСН мне удалось найти только в формате doc.
     Итак, небольшая общая информация. Подпорная стена (также называют подпорная стенка, опорная стенка) — это удерживающее сооружение, предназначенное для поддержания грунта (земли) на участке со сложным рельефом. Существуют различные виды стен — стены на свайном основании, шпунтовые стены, уголковые (тонкостенные) стены, массивные подпорные стены. Может есть ещё какие-то виды. Вобщем, в Пособии рассматриваются два вида — уголковые и массивные. Мне как раз только эти виды возможно реализовать (шпунтозабивное и сваебурильное оборудование подойти к месту строительства стены не может). Далее мне необходимо было выбрать — какого же всё-таки вида стену принять (массивную либо уголковую). Пришлось рассчитать оба варианта (чтобы выяснить, какой обойдётся дешевле). В результате я получил геометрические размеры для уголковой и для массивной подпорной стены.
     Затем я произвёл экономическое сравнение этих двух видов подпорной стены для своего случая (рассматривался один погонный метр стены), вот результаты:

Вид подпорной стены Уголковая Массивная
Затраты на бетон, руб 3088 6717
Затраты на арматуру, руб 680 0
Выкопать грунт, руб 4810 2360
Обратная засыпка грунта, руб 1940 215
Суммарные затраты на строительство, руб 10518 9292

     Для наглядности сравнения материальных затрат на работы по возведению подпорной стены различного вида, прикрепляю рисунки:

     Конечно же, при различных условиях (в отдельных случаях) получится различная стоимость строительства. В вашем случае, возможно, будет дешевле стена уголкового профиля. Уточню, что оба вида профиля (что представлены в таблице выше) имеют одинаковый запас устойчивости (т.е. рассчитаны на одинаковую нагрузку). Также надо иметь ввиду, что стена уголкового профиля более требовательна к качеству работ — бетон в такой конструкции должен быть уложен очень аккуратно, уплотнён вибратором, необходимо сохранить защитный слой арматуры, сложности с установкой арматурного каркаса, опалубки. Вобщем, в моём случае дешевле и проще обходилось строительство массивной подпорной стены. Поэтому далее я расскажу про расчёт и строительство именно массивной бетонной подпорной стены.
     Первоначально необходимо определиться с высотой стены. Нужно определить, какой перепад высоты откоса необходимо удержать — т.е. разница отметок уровня земли в нижней части стены и отметкой земли сверху подпорной стены. Я исходил из практических соображений. Решил, что максимальная высота, на которую можно вручную поднять ведро с бетоном — 1,4м (все работы по замесу бетона планировалось проводить снизу стены). Также в выборе именно этой высоты сыграла роль размера стандартного листа фанеры — 1525х1525мм. Итак, я определился с перепадом отметок — 1400мм.
     Далее для составления расчётного профиля подпорной стены необходимо учитывать конструктивные требования СНиП (раз уж мы решили провести расчёт в соответствии со строительными государственными нормами):
     1. Минимальная глубина заложения подошвы подпорной стены 600мм (пункт 10.6 Пособия)
     2. Минимальный размер для бетонной массивной подпорной стены равен 400мм (пункт 10.4 Пособия). Это означает, что верхняя (самая тонкая) часть стены должна быть не менее 400мм.
     3. Уклон подошвы подпорной стены в сторону обратной засыпки не более 0,125 (пункт 10.10 Пособия). Это означает, что подошва подпорной стены может иметь понижение в сторону засыпки (это увеличивает её устойчивость) но не более чем на 125мм на каждый метр.
     4. Ширина подошвы подпорной стены предварительно назначается в пределах 0,5-0,7 от полной высоты стены (пункт 10.3 Пособия).

     Ещё надо учесть необходимость создания дренажа за подпорной стеной. В связи с этим появляется «ступенька» на тыльной стороне стены. В моём случае ещё было выгодно сделать наклон передней грани стены — связано с тем что тогда можно использовать небольшую площадь дороги ниже участка, не создавая при этом помехи транспорту. В книге Г.К. Клейна рекомендуется принимать уклон стены 3:1 (т.е. на 3м высоты стены, горизонтальное её смещение составляет 1м). В итоге, с учётом вышесказанного, я составил продольный профиль подпорной стены для расчёта (смотреть рисунок справа).

     Нужно также заметить, что высоту перепада отметок в 1400мм я также принял исходя из условия минимального заглубления подошвы (600мм) и рекомендуемой общей высоты стены в этом случае 2м (смотреть пункт 10.4 Пособия и рисунок слева), отсюда и принятый перепад составил 1400мм. Нужно заметить, что в расчёте массивной стены можно было бы учесть вес грунта на той площадке, что я оставил для осуществления дренажа (230мм), в этом случае стена получается немножко устойчивее сдвигу. Но в связи с тем, что эта площадка (230мм) очень мала, я не учитываю её в расчёте. Забегая вперёд хочу отметить, что в любом случае, считать подпорные стены приходится методом подбора (т.е. задаваться геометрическими размерами стены — считать её — если стена неустойчива — то увеличивать размеры стены и снова считать. Если стена устойчива с большим запасом — то уменьшать размеры и пересчитывать). В своём случае я варьировал массу стены (и её устойчивость) за счёт подбора выступающей передней подземной части стены (т .е. варьировал размер 300мм на этой картинке). В итоге, стена оказалась устойчивой при минимальном запасе именно при данном окончательном продольном профиле. И поэтому расчёт ниже приводится уже для окончательно принятого профиля стены.
     Приступая к расчёту, нам необходимо иметь исходные данные (технические условия). Геометрические размеры подпорной стены у нас имеются. Величина угла наклона поверхности земли к горизонту выше подпорной стены в моём случае составила 12°. Остаётся определиться со свойствами грунта. И вот здесь самая главная проблема. Дело в том, что проектные организации отказываются рассчитать стену, если нет свойств грунта (т.е. результатов инженерно-геодезических изысканий). Эти самые свойства грунта (показатели грунта, инженерно-геодезические изыскания (ИГИ), параметры грунта) делаются отдельными организациями с помощью взятия проб грунта бурильными установками на месте предполагаемого строительства. Короче говоря, это дорогостоящее и трудоёмкое дело. Поэтому я сразу решил, что заказывать ИГИ для меня слишком дорого. Как же поступать в этом случае? Возможно, ваш сосед по земельному участку заказывал геодезические изыскания — тогда можно узнать у него свойства грунта (хотя, они могут и отличаться). Я же воспользовался рекомендациями из книги Яковлев «Технология ТИСЭ. Универсальный фундамент» и принял, что у меня на участке грунт представляет собой суглинок. Далее мы обращаемся к Таблице 2 Пособия и находим для своего случая необходимые нормативные свойства грунта. Всё же надо отметить, что неправильно принятые свойства грунта (завышенные) могут плохо повлиять на результаты расчёта (стена может оказаться неустойчива на реальном грунте). Поэтому лучше занизить свойства, чем завысить (т.е. лучше принять грунт с более низким значением угла внутреннего трения грунта). Принятые мною параметры грунта выделены в красный прямоугольник:

Нормативные показатели грунта

     Итак, мы определились с исходными данными, приступаем к расчёту. Я выполнял расчёт в программной среде MathCAD, но это не имеет никакого значения. С помощью калькулятора и бумаги с ручкой абсолютно так же можно выполнить весь расчёт. Первым делом, принятые нормативные значения грунта пересчитываем на расчётные значения, для расчёта подпорной стены по первому и второму предельному состоянию (не пугайтесь ужасных слов, фактически — это просто ввод коэффициентов запаса). Вот эти расчётные параметры грунта (все формулы приведены в Пособии):

Расчётные показатели грунта

     Далее я разбиваю тыльную поверхность стены на два характерных участка (смотри поясняющий рисунок) — участок АВ вертикальный, это обусловлено удобством установки опалубки и участок ВС — наклонённый под углом 17° к вертикали, это обуславливается тем, что строго вертикальный откос грунта не удержится (котлован может осыпаться) а при указонном уклоне грунт может сам держаться на время проведения работ. Итак, на участке АВ вычисляю коэффициент горизонтального давления грунта. Затем угол наклона плоскости скольжения и учёт того, что суглинок является связным грунтом и имеет некоторое трение по плоскости скольжения, что увеличивает устойчивость стены:

Коэффициент активного давления грунта

     В моём случае строительство подпорной стены ведётся в районе с сейсмичностью 8 баллов. Поэтому, необходимо ввести коэффициент на активное горизонтальное давление грунта, согласно отдельному разделу Пособия. И нахожу интенсивность горизонтального активного давления грунта в точке В:

Интенсивность горизонтального активного давления грунта

     Далее аналогично участку АВ, нахожу все необходимые расчётные значения для участка ВС. И в итоге строю график зависимости интенсивности горизонтального активного давления грунта от глубины. Красной линией отображена зависимость для участка АВ. В верхней части графика есть «нереальная» отрицательная зависимость активного давления грунта — это за счёт того, что связный грунт (как суглинок) на определённую некоторую глубину может быть устойчив за счёт собственных связных сил (этот момент разобран в книге Г.К. Клейна). Синяя линия — зависимость активного давления грунта от глубины на участке ВС:

Расчёт участка ВС

     И вот, на следующем этапе расчёта мы получаем некоторое понятное и несущее смысл значение. Это сдвигающая сила. Кстати, надо упомянуть, что я принял распределённую нагрузку выше стены равную нулю (т.е. принято, что выше стены никаких грузов не лежит). Но, забегая вперёд, хочу сообщить, что я произвёл расчёт своей стены также и без учёта сейсмики отдельно и получил вот какие результаты: при землетрясении в 8 баллов стена устойчива при отсутствии распределённой нагрузки (т.е. если выше стены не будет ничего складироваться), а при отсутствии землетрясения (нормальные условия) стена устойчива даже при наличии распределённой нагрузки 500 кг на квадратный метр поверхности выше стены. Это довольно приличное значение.
     Итак, ниже представлен расчёт сдвигающей силы от собственного веса грунта. И мы получили, что на один погонный метр стены, по всей её высоте грунт давит с силой 21,69 кН, это примерно 2,1 тонны.

Сдвигающая сила от массы грунта

Практический пример: подпорные стены Дизайна