2.2 Классификация подпорных стенок

По конструктивному решению подпорные стенки разделяются на две основные груп­пы: массивные и тонкие.

Массивные стенки характеризуются тем, что влияние горизонтальных усилий от давления на них грунта погашается в основном собственным их весом.

В тонких стенках в работу по восприятию горизонтального давления грунта и обеспечению устойчивого положения стенки тем или иным способом вовлекается вес удерживаемого грунта.

2.2.1. Массивные стенки можно выполнять из всех перечисленных выше материалов, за исключением железобетона, применение которого для массивных стен нецелесообразно. Возможные конфигурации сечений массивных стен приведены на рис. 2.2.

а – с постоянным; б – с переменным, задняя грань которого наклонена от засыпки; в – с переменным, с наклонной передней гранью; г – с переменным, с двумя наклонными гранями; д – разгрузочной площадкой

Рисунок 2.2 – Варианты решений массивных подпорных стенок с различным поперечным сечением

Конфигурация стенки по рис. 2.2а наиболее проста для возведения, но требует наибольшего расхода материалов. Исходя из характера эпюры усилий, массивные стенки целесообразно проектировать с уменьшающейся к верху толщиной стенки. При этом возможны различные решения в соответствии с рис. 2.2, б, в, г, д. Наклон задней грани в сторону от засыпки позволяет вовлечь в работу стенки вес грунта на отрезке В–Д, но увеличивает горизонтальное давление грунта.

Наиболее рациональной, с точки зрения расхода материалов, является конфигурация стенки по рис. 2.2г. Однако она является наиболее трудоемкой.

При сооружении такой стенки необходимо обязательно проверять ее работу на стадии возведения (при отсутствии горизонтального давления засыпки).

На рис. 2.2д показана стенка с разгрузочной площадкой, устанавливаемой в процессе возведения. Эта площадка уменьшает активное давление грунта на стенку, создает момент противоположного знака моменту от активного давления грунта и увеличивает нормальную силу, действующую на основание, путем вовлечения в работу стенки веса грунта над разгрузочной площадкой.

Благодаря этому улучшаются условия расчета подпорной стенки на сдвиг и опрокидывание. Учитывая изложенное, устройство разгрузочных площадок в виде сборных железобетонных плит может быть рекомендовано при проектировании массивных стенок. При высоких стенках целесообразно предусматривать 2 или 3 площадки по вы­соте. При предварительном назначении размеров массивных подпорных стенок (для последующего выполнения расчета) можно принимать ширину стенки в нижней части, В, м:

В = 1/3 Н₁, м (2.1)

где Н₁ – высота подпора, м.

2.2.2. Тонкие подпорные стенки подразделяют на типы: уголковые; стенки с контрфорсами; плитные; арочные; стенки с анкерными тягами; ряжевые и ящечные. Эти стенки можно выполнять из монолитного и сборного железобетона.

1 – плита лицевая; плита фундаментная; Н – полная высота стенки; В – ширина фундаментной плиты; δ – толщина лицевой плиты в месте защемления

Рисунок 2.3 – Подпорная стенка уголкового профиля:

Уголковые стенки (рис. 2.3) состоят из лицевой и фундаментной плит, жестко свя­занных между собой. В монолитных стенках жесткость узлового сопряжения лицевой и фундаментной плит обеспечивается соответствующим расположением ар­матуры (рис. 2.4, а).

а – стенки монолитные; б – то же, сборные; 1 – рабочая арматура; 2 – щелевой стык

Рисунок 2.4 – Конструкция подпорных стенок уголкового профиля:

В сборных стенках жесткость сопряжения лицевой и фундаментной плит обеспечи­вается устройством так называемого «щелевого стыка», при котором лицевая плита устанавливается при монтаже в паз фундаментной с последующим замоноличиванием. По характеру своей работы этот стык соответствует стаканному стыку колонн и фунда­ментов в сборных каркасах.

В уголковых стенках вес грунта, расположенного над тыльной частью фундаментной плиты, участвует в работе стенки на сдвиг и на опрокидывание, благодаря чему объем железобетона существенно сокращается по сравнению с расходом материала на массив­ные стенки.

Заглубление фундамента стенки ниже поверхности грунта с низовой стороны при­нимается в зависимости от высоты подпора, нагрузки и характеристики грунта в преде­лах 0,5– 1,2 м (в высоких подпорных стенках эта величина подлежит проверке расчетом на выпирание грунта).

Стенки с контрфорсами (рис. 2.5). Они аналогичны стенкам уголкового профиля, но отличаются от них схемой работы лицевой плиты, которая полностью или частично передает горизонтальное давление грун­та на контрфорсы или ребра.

Рисунок 2.5 – Контрфорсная подпорная стенка

При частом расположении ребер (L < 0,5Н₂, где L – расстояние между ребрами; Н₂– полная высота лицевой плиты) только в горизонтальном направлении, что поз­воляет уменьшить ее сечение и армиро­вание в верхней части стенки, соответ­ственно эпюре горизонтального, давле­ния грунта. В высоких стенках с контр­форсами рекомендуется разделять всю стенку на 3– 4 пояса по высоте.

При более редком расположении ре­бер (0,5Н₂ < L < 2Н₂) лицевая плита ра­ботает, как защемленная по трем сторо­нам, имея опоры по линиям контрфор­сов и в месте защемления в фундаментную плиту.

Предельное расстояние между контрфорсами L = 2Н2 определяется из того условия, что при его превышении лицевая плита начнет работать по консольной схеме и стенка превратится в уголковую. Общие размеры ее сохраняются такими же, как для стенок уголкового профиля.

Плитные (рис. 2.6) и арочные (рис. 2.7) подпорные стенки. В стенках этого типа плитное или арочное заполнение, работая только в горизонтальном направлении, передает всю горизонтальную нагрузку на отдельно стоящие опоры. При арочном решении можно получить экономичную по расходу материалов конструкцию заполнения, при плитах – высокоиндустриальную, но отдельно стоящие опоры в состоянии воспринять только сравнительно небольшие горизонтальные усилия из условия их устойчивости на сдвиг и на опрокидывание. Поэтому такая конструкция возможна только при небольших высотах подпора грунта (например, в рампах).

1 – плитное заполнение; 2 – столбчатые опоры

Рисунок 2.6 – Подпорная стенка плитного типа

1. – арочное заполнение; 2 – контрфорсы

Рисунок 2.7 – Подпорная стенка арочного типа.

Стенки с анкерными тягами. Стенки этого типа разработаны в двух вариантах: а) с устройством анкерной тяги, заанкеренной в грунт за пределами призмы обру­шения (рис. 2.8).

1 – подпорная стенка; 2– стальная анкерная тяга; 3 – железобетонная анкерная плита

Рисунок 2.8 – Подпорная стенка с анкерными тягами, заанкериваемыми в грунте

При этом исключается расчет стенки на опрокидывание, уменьшается усилие сдви­гающее стенку (за счет восприятия части горизонтального давления грунта усилием в анкерной тяге) и улучшаются условия работы на изгиб лицевой плиты, которая работает не по консольной схеме, а как балка, защемленная в фундаментной плите и шарнирно опертая в месте примыкания тяги. Однако дан­ная конструкция должна быть прове­рена на надежность анкеровки в грун­те и достаточность этой анкеровки для восприятия усилия в анкерной тяге.

а – постоянного сечения

Рисунок 2.9 – Подпорные стенки ряжевого типа:

Ряжевые подпорные стенки (рис. 2.9) применяются главным образом в транспорт­ном строительстве. Они возводятся из отдельных железобетонных брусьев квадратного сечения – продольных и поперечных, с анкерными заплечиками по концам.

Железобетонные брусья, уложенные в виде балочной клетки, образуют ряд прямоугольных ячеек, в последующем заполняемых грунтом, щебнем или камнем.

После заполнения ячеек продольные брусья наружного ряда работают на изгиб от горизонтального давления материала, заполняющего ряж с пролетом, равным расстоянию между поперечными брусьями.

Поперечные анкерные брусья (кроме торцовых) работают только на растяжение. В работе на сдвиг и на опрокидывание участвует весь массив материалов, заполняющих ряж. При необходимости стенка может быть выполнена с уступом. Ря­жевые стенки по расходу материалов относятся к наиболее экономичным.

Недостатком их является наличие открытых промежутков между продольными брусьями и связанная с этим их недостаточная эстетичность. Аналогичны ряжевым конструкции ящичных стен, представляющие собой железобе­тонные ящики, без дна, заполняемые грунтом.

Условия работы на сдвиг всех типов тонких подпорных стен могут быть улучшены путем устройства наклонного основания по типу, указанному на рис. 2.10а.

Для этой же цели во всех типах тонких стенок (кроме ряжевых) возможно устрой­ство «зуба» в фундаментной плите (рис. 2.10б).

а – устройство наклонного основа­ния; б – то же, фундаментной пли­ты «с зубом»

Рисунок 2.10 – Конструктивные ре­шения, улучшающие работу стенки на сдвиг

В стенках уголкового профиля и контрфорсных устраиваются также разгрузочные площадки, описанные выше для массивных стенок.