Ведение

В промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве широко применяют специальные железобетонные сооружения, предназначенные для хранения материалов, организации транспорта и потоков людей, снабжения объектов водой, электроэнергией, газом, теплом, сбора и очистки промышленных и сточных вод и т. д. Ниже рассматриваются инженерные сооружения, которые обычно включаются в комплекс объектов промышленно-гражданского строительства. Это емкостные сооружения, предназначенные для хранения сыпучих материалов (силосы), для погрузочно-разгрузочных операций самотеком (бункера), резервуары для чистой воды и других жидкостей, различные очистные сооружения систем водоснабжения и канализации (отстойники, фильтры, аэротенки) и т. д.

1. Подпорные стены, конструктивные сведения , расчет и конструирование

Подпорные стены используются в промышленном и гражданском строительстве для ограждения откосов и котлованов в процессе строительства, а также в виде специальных сооружений: рамп, скла- дов сыпучих материалов.

Независимо от предназначения, подпорная стена имеет 5 элемента:

Рис. 1.1. а – общий вид подпорной стенки; б – разрез подпорной стенки, где:1 – фундамент; 2 – тело; 3 – дренажное отверстие; 4 – дренажная труба; 5 – гравий.

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).

По конструктивным особенностям различают массивные, уголковые железобетонные, гибкие (шпунтовые) и ячеистые подпорные стены.

Наиболее рациональной для стен при высотах до 6 м являются конструкции уголковых безреберных железобетонных подпорных стен, так как при их устройстве расходуется минимальное количест- во материалов и упрощается изготовление1. Наибольшая высота по- строенной уголковой безреберной железобетонной подпорной сте- ны, известная автору, составляла 17 м.

Уголковые подпорные стены могут быть монолитными и сбор- ными, состоящими из плиты стенки, заделываемой в щелевой паз днища и плиты днища.

Подошва фундаментной плиты стен предпочтительна горизон- тальная, а стенка вертикальная. В качестве боковой засыпки реко- мендуется дренирующие грунты – песчаные и гравелистые.

Предварительные размеры уголковых подпорных стен приведе- ны на рис. 1.2. Размеры нижнего сечения вертикальной стенки при- нимаются не менее Н/15. Глубина заложения подошвы должна быть не менее глубины промерзания грунта со стороны нижней части.

Рис. 1.2. К определению размеров уголковых подпорных стен

Массивные стены выполняют из монолитного бетона или бетон- ных блоков, как правило, при небольших высотах.

Гибкие подпорные стены, состоящие из свай или линейных эле ментов (стена в грунте), используют в качестве ограждений котлова- нов при стесненной застройке. Подпорные стены из буронабивных свай с расстояниями между сваями в свету 0,5–1 диаметра применяют при ограждении котлована глубиной до 10 м. Давление грунта на подпорные стены определяется по теории Кулона.

Равнодействующая бокового давления грунта на стенку Е при наличии на призме обрушения равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q для вертикальной стенки или стенки с небольшими уклонами определяется по формуле

(1.1)

где Н0= q/ γ – высота приведенного слоя грунта, γ – удельный вес грунта засыпки, φ° – угол внутреннего трения грунта засыпки.

Центр приложения равнодействующей бокового давления грун- та находится на расстоянии е от низа стенки:

(1.2)

Горизонтальное давление на глубине у определяется по формуле

(1.3)

Расчет подпорных стен

Уголковые подпорные стены рассчитываются на прочность и устойчивость.

Горизонтальная сила Е давления грунта стремится опрокинуть стену относительно крайней левой точки «о» фундаментной плиты (рис. 1.3), создавая момент Мо = Ее, и сдвинуть стену по направлению силы Е.

Рис. 1.3. Расчетная схема уголковой подпорной стены: а – расчетная схема; б – эпюры изгибающих моментов; в – схема распол жения рабочей арматуры

Нагрузка от веса грунта и собственного веса стены создает относительно точки «о» удерживающий момент Му = ΣРi а i, сопротивляющийся опрокидыванию, и силу трения по подошве Т = f ΣРi, пре- пятствующую скольжению стены.

Устойчивость стены будет обеспечена при Мо≤ Му; Е < Т.

В практических расчетах уголковых стен при определении Р вес железобетонной стены учитывают путем умножения удельного веса грунта на коэффициент 1,08.

При расчете на устойчивость горизонтальное давление грунта на стену Е, создающее опрокидывающий момент, умножают на коэф- фициент надежности 1,3, а вертикальные силы Р (вес стены и грунта на обрезах фундамента), создающие удерживающий момент, на коэффициент надежности по нагрузке 0,8. При расчете на прочность силы Е и Р умножают на коэффициенты по надежности соответственно 1,3 и 12.

Силы Е и Р создают относительно центра тяжести подошвы фундаментной плиты (рис. 1.3, б) момент М и силу N, вызывающие по подошве нормальные напряжения на грунт σ . Рассматривая стену и грунт над фундаментной плитой как твердое тело, определяют величины краевых напряжений в грунте под подошвой фундамента. При этом отрыв подошвы от грунта, как правило, не допускается. Силы Е, Р и реакция грунта σ изгибают консольные плиты стены, вызывая в них изгибающие моменты М1, М2 , М3 (рис. 1.3, в) относительно точки «б» пересечения плит. Исходя из равновесия моментов,

По найденным моментам производят подбор сечений консоль- ных плит в точке «б» – заделке консолей, а также производят про- верку напряжений под подошвой фундамента.

При определении прогиба верха стены при ее изгибе жесткость железобетонного элемента В допускается определять с учетом пла- стических свойств бетона и появления трещин по формуле В= ΘEб I, где Eб – начальный модуль упругости бетона на сжатие, Θ – коэффи- циент, принимаемый равным 0,35 при длительном действии нагрузки и 0,5 при кратковременном действии нагрузки. Расчет основания под подошвой стены производят по деформациям от нормативных нагрузок.

Эпюру напряжений следует принимать трапециевидной или треугольной. Допускается двухзначная эпюра напряжений при условии, что площадь сжатой зоны должна быть не менее 75% общей площади подошвы фундамента подпорной стены.

Массивные стены рассчитываются аналогично уголковым стенам.

Гибкие подпорные стены (шпунтовые ограждения) находятся под влиянием активного давления грунта и его пассивного сопротивления. Активное давление изгибает стену и стремится повернуть ее. Повороту стены сопротивляется пассивное давление грунта на глубине h.

Расчет сводится к определению минимальной величины h заглубления стены в грунт, необходимой для ее устойчивости. Толщина стены и площадь сечения арматуры определяются из расчета прочности на изгибающий момент.

(1.4)

где Е – расчетная величина горизонтальной силы от давления грун- та, действующая на участок стены длиной 1 м, m = γ(ξп – ξа), ξа = = tg2 (45 – φ/2), ξп = tg2 (45 + φ/2), γ – удельный вес грунта, φ – угол внутреннего трения грунта в градусах.