Типы подпорных стен

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.).

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

подпорный стена грунт основание.

Рис. 1. Массивные подпорные стены.

а — в — монолитные; г — е — блочные.

Рис. 2. Тонкостенные подпорные стены.

а — уголковые консольные; б — уголковые анкерные; в — контрфорсные.

Рис. 3. Сопряжение сборных лицевых и фундаментных плит.

а — с помощью щелевого паза; б — с помощью петлевого стыка; 1 — лицевая плита; 2 — фундаментная плита; 3 — цементно-песчаный растворы; 4 — бетон замоноличивания.

Рис. 4. Конструкция подпорной стены с использованием универсальной стеновой панели.

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

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

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).

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.

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.

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).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГРУНТА НА ПОДПОРНЫЕ СТЕНЫ

Значения характеристик грунтов природного (ненарушенного) сложения следует устанавливать, как правило, на основе их непосредственного испытании в полевых или лабораторных условиях и статистической обработки результатов испытаний по ГОСТ 20 522–75.

Значения характеристик грунтов:

нормативные — g ⁿ, j ⁿ и с ⁿ ;

для расчетов конструкций оснований по первой группе предельных состояний — g _I, j _I, и с _I ;

то же, по второй группе предельных состояний — g _II, j _II и c _II .

При отсутствии непосредственных испытаний грунта допускается принимать нормативные значения удельного сцепления с, угла внутреннего трения j и модуля деформации Е по табл. 1- 3 прил. 5 настоящего Пособия, а нормативные значения удельного веса грунта g ⁿ равными 18 кН/м³ (1,8 тс/м³).

Расчетные значения характеристик грунта ненарушенного сложения в этом случае принимаются следующими:

g _I =1,05 g ⁿ; g _II = g ⁿ; j _I = j ⁿ g _j; j _II = j ⁿ; с _I = с ⁿ /1,5; c_II = с ⁿ ,.

где g _j — коэффициент надежности по грунту, принимается равным 1,1 для песчаных и 1,15 для пылевато-глинистых грунтов.

Значения характеристик грунтов засыпки (g ў, j ў и с ў), уплотненных согласно нормативным документам с коэффициентом уплотнения k_y не менее 0,95 от их плотности в природном сложении, допускается устанавливать по характеристикам тех же грунтов в природном залегании. Соотношения между характеристиками грунтов засыпки и грунтов природного сложения принимаются следующие:

g ў _II = 0,95 g _I; j ў _I = 0,9 j _I; с ў _I = 0,5с _I, но не более 7 кПа (0,7 тс/м²);

g ў _II =0,95 g _II; j ў _II =0,9 j _II; с ў _II =0,5 c ў _II, но не более 10 кПа (1 тс/м²).

Примечание. Для сооружений с глубиной заложения 3 м и менее предельные значения удельного сцепления грунтазасыпки с ў _I, следует принимать не более 5 кПа (0,5 тс/м²), а с ў _II не более 7 кПа (0,7 тс/м²). Для сооружений высотой менее 1,5 м с ў _I, следует принимать равным нулю.

Коэффициенты надежности по нагрузке g _I при расчете по первой группе предельных состояний должны приниматься по табл. 3, а при расчете по второй группе — равными единице.

Таблица 3.

Интенсивность горизонтального активного давления грунта от собственного веса Р _g, на глубине у (рис. 5, а) следует определять по формуле.

Р _g =[ g g _f h l — с (К₁ + K ₂)] y / h, (1).

где К₁ — коэффициент, учитывающий сцепление грунта по плоскости скольжения призмы обрушения, наклоненной под углом q ₀ к вертикали; К₂ — то же, по плоскости, наклоненной под углом в к вертикали.

К ₁ =2 l cos q ₀ cos e /sin (q ₀ + e); (2).

K ₂ = l [sin (q ₀ — e) cos (q ₀ + r)/sin q ₀ cos (r — e) sin (q ₀ + e)] + tg e, (3).

где e — угол наклона расчетной плоскости к вертикали; - то же, поверхности засыпки к горизонту; q ₀ — то же, плоскости скольжения к вертикали; l — коэффициент горизонтального давления грунта. При отсутствии сцепления грунта по стенеK₂ = 0.

Коэффициент горизонтального давления грунта определяется по формуле:

(4).

где d — угол трения грунта па контакте с расчетной плоскостью (для гладкой стены d = 0, шероховатой d = 0,5 j, ступенчатой d = j).

Значения коэффициента l приведены в прил. 2.

Рис. 5. Схема давления грунта.

а — от собственного веса и давления воды; б — от сплошной равномерно распределенной нагрузки; в — от фиксированной нагрузки; г — от полосовой нагрузки Угол наклона плоскости скольжения к вертикали q ₀ определяется по формуле.

tg q ₀ = (cos — h cos j)/(sin — h sin j), (5).

где h = cos (e — r)/ .

При горизонтальной поверхности засыпки r = 0, вертикальной стене e =0 и отсутствии трения и сцепления со стенойd = 0, К₂ = 0 коэффициент бокового давления грунта l , коэффициент интенсивности сил сцепления К₁ и угол наклона плоскости скольжения q ₀ определяются по формулам:

(6).

При r = 0, d № 0, e № 0 значение угла наклона плоскости скольжения к вертикали q ₀ определяется из условия.

tg q ₀ = (cos j —)/sin j. (7).

Интенсивность дополнительного горизонтального давления грунта, обусловленного наличием грунтовых вод Р _w, кПа, на расстоянии у _w, от верхнего уровня грунтовых вод (рис. 5, а) определяется по формуле.

Pw = y_w{10 — l [ g — 16,5/(1 + e)]} g _f, (8).

где е — пористость грунта; g _f — коэффициент надежности по нагрузке, принимается равным 1,1.

Интенсивность горизонтального давления грунта от равномерно распределенной нагрузки q, расположенной на поверхности призмы обрушения, следует определять по формулам:

при сплошном и фиксированном расположении нагрузки (рис. 5, б, в).

Р_q = q g _f l; (9).

при полосовом расположении нагрузки (рис. 5, г).

P_q = q g _f l /(1 + 2 tg q ₀ уа/b₀). (10).

Расстояние от поверхности грунта засыпки до начала эпюры интенсивности давления грунта от нагрузки у_а, определяется выражением.

у_а = a /(tg q ₀ + tg e).

Протяженность эпюры интенсивности давления грунта по высоте у _b при фиксированной нагрузке (см. рис. 5, в) принимается равной у _b = h — y _а .

При полосовой нагрузке (см. рис. 5, г) протяженность эпюры давления по высоте.

y_b =(b ₀ + 2 tg q ₀ y_a)/(tg e + tg q ₀),.

но принимается не более величины.

у _b Ј h — y_а.

Временные нагрузки от подвижного транспорта следует принимать в соответствии со СНиП 2.05.03−84 «Мосты и трубы» в виде нагрузки СК — от подвижного состава железных дорог, АК — от автотранспортных средств ПК-80 — от колесной нагрузки, НГ-60 — от гусеничной нагрузки.

Примечания: 1. СК — условная эквивалентная равномерно распределенная нормативная нагрузка от подвижного состава железных дорог на 1 м пути, ширина которого принимается равной 2,7 м (по длине шпал).

• 2. АК — нормативная нагрузка от автотранспортных средств в виде двух полос.
• 3. НК-80 — нормативная нагрузка, состоящая из одной машины на колесном ходу весом 785 кН (80 тс).
• 4. НГ-60 — нормативная нагрузка, состоящая из одной машины на гусеничном ходу весом 588 кН (60 тс).

Нагрузки от подвижного транспорта (рис. 6) приводятся к эквивалентной равномерно распределенной полосовой нагрузке при следующих исходных данных:

для СК — b ₀ = 2,7 м, а интенсивность нагрузки q = 76 кПа на уровне низа шпал;

для АК — b ₀ = 2,5 м, а интенсивность нагрузки, кПа,.

q = К (10,85 + y_atg q ₀)/(0,85 + y_atg q ₀) 2,55, (11).

где К = 1,1 — для основных магистральных дорог; К = 8 — для внутренних хозяйственных дорог.

Рис. 6. Схема приведения нагрузок от подвижного транспорта к эквивалентной полосовой нагрузке

для НК-80 — b ₀ = 3,5 м, а интенсивность нагрузки, кПа,.

q = 112/(1,9 + y_a tg q ₀); (12).

для НГ-60 — b ₀ = 3,3 м, а интенсивность нагрузки, кПа,.

q = 90/(2,5 + y_a tg q ₀). (13).

Нормативную вертикальную нагрузку от подвижного состава на автомобильных дорогах промышленных предприятий, где предусмотрено движение автомобилей особо большой грузоподъемности и на которые не распространяются ограничения весовых и габаритных параметров автотранспортных средств общего назначения, следует принимать в виде колонн двухосных автомобилей АБ с параметрами, приведенными в табл. 4.

При отсутствии конкретных нагрузок на поверхности призмы обрушения следует принимать условную нормативную равномерно распределенную нагрузку интенсивностью 9,81 кПа (1 тс/м²).

Динамический коэффициент от подвижного состава железных дорог и автомобильного транспорта следует принимать равным единице.

Таблица 4.