Проектирование подпорных стен. Расчет подпорных стен

Расчет подпорной стены: проектирование и армирование

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 стенОригинальное решение подпорной конструкции

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

Монолитной, для сооружения которой используют бетон, бутовый камень, кирпич, буто- или железобетон.
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:<center><ins class="adsbygoogle" style="display:block;height:250px" data-ad-client="ca-pub-1812626643144578" data-ad-slot="3076124593" data-ad-format="link" data-full-width-responsive="true"></ins> <script> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({}); </script></center>

Нагрузки и расчет давления

Расчет 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:

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.
Длительные – давление от размещенных на прилегающей территории и равномерно распределенных грузов или складируемых материалов, давление движущегося транспорта как автомобильного, так и железнодорожного.
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:

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+√0,75Ƴг/Ƴкμ+С2)

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.

Статьи по теме:

moyastena.ru

Проектирование подпорных стен - Расчет конструкции

Что нужно знать для расчета подпорной стены

Есть три основных фактора оказывающих влияние на устойчивость сооружения:

Физические и механические характеристики грунтов основания сооружения;
Внешние нагрузки;
Грунтовые воды.

Все три фактора воздействуют на сооружение совокупно.

Под действием внешней нагрузки в грунте происходит уплотнение – уменьшение объема пор. Процессы деформаций осложняются из-за наличия сил сцепления между отдельными минеральными частицами и содержания в порах грунта воды, находящейся во взаимодействии с этими частицами.

Крупнообломочные грунты (пески, гравий, галечник, валуны) под нагрузкой уплотняются мало. Их несущая способность велика, что объясняется высоким сопротивлением сдвигу. Кроме того, они обладают высокой водопроницаемостью и слаборазмываемы. Насыщение водой практически не оказывает влияния на их строительные свойства.

Несущая способность песков, состоящих из отдельных, не связанных между собой зерен, определяется сопротивлением их сдвигу. Она тем больше, чем шероховатее и крупнее зерна и чем более плотно они расположены. Увлажнение песков приводит к уменьшению их несущей способности, причем влияние этого фактора повышается с уменьшением крупности песков.

Под действием давления сооружения на водонасыщенные песчаные грунты происходит отжатие воды из пор и уменьшение их объема, а следовательно, осадка основания. Песчаные грунты обладают высокой водопроницаемостью, в связи с чем отжатие воды из пор и осадка основания происходят за короткий период. Это является ценным свойством песчаных оснований, так как осадка сооружений происходит преимущественно в процессе строительства, что улучшает условия эксплуатации сооружений.

Важной характеристикой строительных свойств песков является угол внутреннего трения φ. Он возрастает с увеличением их плотности, размеров, твердости и угловатости частиц и уменьшается с повышением влажности, а также при сотрясениях, возникающих при сильных землетрясениях, взрывах и воздействии вибрации. Угол внутреннего трения песка изменяется в зависимости от его плотности от 25 до 45° при средних значениях 30 – 35°.

Плотность сложения сыпучих грунтов имеет первостепенное значение для оценки их строительных свойств при выборе оснований сооружений. О плотности сложения можно судить по коэффициенту пористости грунта е. Чем больше изменение этого коэффициента в заданном диапазоне изменения давления, тем большей сжимаемостью обладает грунт.

В глинистых грунтах, кроме свободной воды, содержится связанная вода, покрывающая отдельные частицы. При увлажнении грунтов пленки связанной воды утолщаются, расстояния между частицами увеличиваются, грунт набухает и переходит из твердого состояния (твердой консистенции) в пластичное (тестообразное), а затем и в текучее, т. е. приобретает свойства вязкой жидкости. Такие переходы сопровождаются резким падением несущей способности грунтов. Это обстоятельство следует учитывать при проектировании и возведении фундаментов сооружений.

Значения характеристик сдвига глинистых грунтов изменяются в широких пределах. Они во многом зависят от их структуры, влажности, гранулометрического и минералогичекого составов и пр. Степень уплотнения глинистых грунтов характеризуется их консистенцией, т. е. способностью противостоять пластическому изменению формы.

Осадка глинистых грунтов под нагрузкой продолжается в течение длительного времени (годы и даже десятилетия), что объясняется малой водопроницаемостью таких грунтов (особенно глин), затрудняющей отжатие воды из их пор. С этим приходится считаться при использовании глин в качестве оснований сооружений.

На строительные свойства глинистых грунтов отрицательно влияет также низкая температура. При замерзании воды в грунте происходит его пучение (подъем поверхности), что может повлиять в неблагоприятном отношении на устойчивость фундаментов.

Модуль деформации грунтов может изменяться в больших пределах. Для грунтов, используемых в качестве естественных оснований, его значения в зависимости от крупности и плотности сложения песков и консистенции глинистых грунтов колеблются примерно от 5 до 50 МПа, а иногда и больше.

В общей деформации грунтов упругие деформации носят линейный характер, а остаточные – нелинейный. Для плотных или обладающих большой структурной прочностью грунтов первостепенное значение имеют упругие деформации. Для таких грунтов прогноз осадок методами теории упругости дает наибольшее совпадение с фактическим состоянием.Наоборот, чем меньше структурная прочность грунтов или чем меньше плотность сложения, тем большее значение приобретают остаточные деформации и тем больше будет отклонение прогнозируемых осадок от фактических.

Более подробно о физико-механических свойствах грунтов вы можете ознакомится пр ссылке

inghydro.ru

Курсовой проект СЖД, МТ - Расчёт подпорной стены | BuildCalc

Методические указания по выполнению курсовой работы «Расчёт подпорной стены» с использованием программного обеспечения для студентов специальности СЖД, МТ

Скачать методическое пособие (1,93 МБ)

В настоящих методических указаниях даны рекомендации по расчёту и проектированию подпорных стен. Порядок изложения материала, исходные данные, пример расчета сохранены по предыдущим изданиям (авторы: В. М. Улицкий, С. Г. Колмогоров, П. Л. Клемяционок, И. В. Ковалев, Н. С. Несмелов, 1992 г., 2011 г.). Некоторые изменения произведены в общей части для сокращения; одновременно даны указания по использованию программного обеспечения расчёта с использованием интернет сайта: www.buildcalc.ru. Рассматривается оценка результатов расчёта, приведены контрольные вопросы.

Предназначены для студентов специальностей СЖД и МТ.

Составлено д.т.н., проф. Алексеевым С.И.

Содержание

1. Состав курсовой работы и требования к ее оформлению Список литературы 2. Общие сведения о подпорных стенах и силовых воздействиях на них 3. Определение активного и пассивного давления грунта на стену 3.1 Аналитический метод 3.2. Графический метод (построение Ж.В. Понселе) 4. Расчёт подпорной стены по предельным состояниям 4.1. Расчёт по первой группе предельных состояний 4.1.1. Расчёт прочности грунта основания 4.1.2. Расчёт устойчивости стенки против опрокидывания 4.1.3. Расчёт устойчивости стены против сдвига 4.2. Расчёт по второй группе предельных состояний 5. Пример расчёта подпорной стены 5.1. Исходные данные и цели расчёта 5.2. Анализ строительных свойств грунта под подошвой фундамента стены 5.3. Определение активного и пассивного давления на подпорную стену 5.4. Определение активного давления графическим способом (построение Ж.В. Понселе) 5.5. Определение напряжений, действующих по подошве фундамента 5.6. Расчёт устойчивости стены против опрокидывания и сдвига по подошве фундамента 5.7. Проверка положения равнодействующей 5.7.1. Проверка условия ограничения крена подпорной стенки 5.8. Определение напряжений, действующих по подошве фундамента, с учётом нагрузок по его обрезу с использованием программного обеспечения на сайте: www.BuildCalc.ru 5.8.1. Пример программного расчёта основания подпорной стенки по двум предельным состояниям с использованием сайта: www.BuildCalc.ru 5.9. Выводы о применимости заданной конструкции стены и рекомендации по ее изменению 6. Контрольные вопросы для подготовки к защите курсовой работы Приложение А (Задание на выполнение курсовой работы «Расчёт подпорной стены») Приложение Б (Данные, необходимые для строительной оценки грунта) Приложение В (Пример оформления титульного листа) Приложение Г (Образец оформления задания)