Загальні відомості

З а функціональним призначенням підпірні стіни на дорогах бувають двох видів: верхові і низові (рис. 1). Верхові (рис.2) підпірні стіни застосовують для забезпечення стійкості укосів напіввиємок, якщо зменшення крутизни укосу технічно неможливо або економічно невиправдано. Низові (рис.3) підпірні стіни - для забезпечення стійкості напівнасипу можуть бути розташовані в межах його укосу або обмежувати земляне полотно по зовнішній брівці. Кожне з таких рішень має бути прийняте на основі техніко-економічного п орівняння в аріантів.

У загальному випадку всі підпірні стіни можна розділити на масивні і тонкостінні. Крім масивних і куткових підпірниїх стін існують тонкі (консольні), коміркові, шпунтові, ряжеві, пальові тощо.Виділяють також конструктивні різновиди підпірних стін: консольні з контрфорсом, гравітаційні з розвантажуючою площадкою і платформою. Останнім часом розвиваються нові напрямки конструкцій підпірних стін: з армованого грунту, а також гнучкі підпірні стіни з анкером.

М асивні підпірні стіни. Масивні підпірні стінки відрізняються одна від одної формою поперечного профілю і матеріалом (бут, бутобетон, бетон) (рис. 4.).

В масивних підпірних стінах іх стійкість на зсув і перекидання при дії горизонтального тиску грунту забезпечується переважно за рахунок власної ваги стіни.

Зазвичай масивні підпірні стіні більш матеріаломісткі та більш трудомісткі під час зведення і тому можуть використовуватися лише при відповідному техніко-економічному обгрунтуванні.

Найбільш раціональний профіль має стіна з двома гранями, нахиленими в бік засипки. З метою зменшення напружень по підошві, також для підвищення стійкості підпірної стіни фундамент розвивають у напрямку дії тиску грунту.

Таблиця 3.1. Значення кофіцієнта

№	Поперечний переріз підпірної стіни	Питома вага грунту, , кН/м3	Коефіцієнт , при значенні кута внутрішнього тертя ;
			250	300	350	400	450
1	10:1	20	1,060	1,060	1,060	1,060	1,060
		18	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
		16	0,940	0,940	0,940	0,940	0,940
2	5:1	20	1,020	1,020	1,030	1,035	1,040
		18	0,965	0,970	0,970	0,975	0,980
		16	0,915	0,915	0,915	0,925	0,935

При цьому найбільший виліт консолі k з умови розподілу зусиль в кладці не може бути більше 0,7 h_f ( висоти фундаменту).

Під час проектування підпірних стін попередньо призначають розміри обраної конструкцій їх поперечних перерізів. Товщину підпірної стіни в її верхній частині призначають конструктивно: мінімальні розміри поперечних перерізів h_1, h_2, h₃, елементів підпірних стін рекомендується призначати: для стін з кам’яної кладки – 600 мм, для бетонних та бутобетоних стін - 400 мм, залізобетонних - 100 мм.

Товщина масивної стіни b_i у будь-якому перерізі на глибині h_i від верха орієнтовно визначається за формулою:

д е - товщина підпірної стіни, знайдена за графіком в залежності від висоти h_i і кута внутрішнього тертя ; - коефіцієнт, який визначається за табл.. 2.2 в залежності від кута внутрішнього тертя ; питомої ваги грунту  та кута нахилу граней підпірної стіни.

Куткові (напівмасивні) підпірні стіни (рис. 5). Матеріалом для тонкостінних підпірних стін, зазвичай, є залізобетон.

В тонкостінних підпірних стінах іх стійкість на зсув і перекидання при дії горизонтального тиску грунту забезпечується за рахунок власної ваги стіни і ваги грунту, який втягується конструкцією стіни в роботу.

Основні розміри підпірних стін, як правило, визначається висотою підпору грунту Н, який створено природним рельєфом місцевості і який в свою чергу залежить від природного похилу косогору і класу автомобільної дороги (які задаються в таблиці 2.1).

Попередній розмір підошви куткової підпірної стіни може бути встановлено в залежності від інтенсивності рівномірно розподіленого навантаження, розміщеного на поверхні призми зрушення, нормативного кута внутрішнього тертя і висоти стіни (рис. 16 [1]). Попередній розмір підошви масивної підпірної стіни призначається в межах (0,5- 0,7 h).

Мінімальні розміри поперечних перерізів (h_1, h_2, h₃), елементів підпірних стін рекомендується призначати: для бутобетонних стін 600 мм, для бетонних стін 400 мм, залізобетонних - 100 мм.

Основні розміри підпірних стін (загальну висоту (Н+d), ширину підошви (b) слід призначати, як правило, кратним 300 мм. Розміри товщини елементів стін (h₁, h₂, h₃, b₁, b₂) і підошви (b) призначаються кратними 20 мм.

Залізобетонні підпірні стіни з контрфорсами відрізняються від консольних (та куткових) підпірних стін напруженим станом їх елементів. Якщо кожен елемент куткової стіни працює як консоль, то в контрфорсних плити працюють під дією зовнішніх навантажень як горизонтальна балка із защемленими краямиз прольотами, які дорівнюють відстаням між контрфорсами. Контрфорс працює як консоль зароблена в фундаментній плиті. У зовнішній грані контрфорса виникають розтягуючи зусилля, тому контрфорси завжди армуються. Між контрфорсами іноді влаштовують розвантажувальні залізобетонні плити для зменшення горизонтального тиску грунту. При висоті стіни більший за 9...10м доцільним є застосування контрфорсів. В цьму випадку згинальні моменти сприймаються моментом опору Т-подібного перерізу, а не прямокутного. Відстань між контрфорсами приймається рівною 2...3м тобто (0,5...0,7)b.

З алізобетонні стіни з контрфорсами відрізняються від куткових і консольних стін напруженим станом їх елементів. Якщо в плитних підпірних стінах кожен елемент працює як консоль, то в контрфорсних плити працюють під впливом зовнішніх навантажень як горизонтальні балки із защемленими кінцями при прольотах, рівних відстаням між контрфорсами. Контрфорс працює як консоль защемлена у фундаментну плиту. У зовнішній грані контрфорса виникають розтягуючи зусилля, тому в ній повинна бути розташована арматура, яка заробляється у фундаментну плиту. Між контрфорсами можна влаштовувати розвантажуючи плити для зменшення горизонтального тиску грунту на підпірну стіну. Епюра тиску грунту на підпірну стіну в цьому разі показана на рис. 3.4.

П ідпірні стіни з армованого грунту. Останнім часом в дорожному будівництві дедалі ширше розповсюджується конструкція підпірної стіни з армованого грунту. Такі підпірні стіни мають зовнішню огороджуючу конструкцію, яка збирається із окремих залізобетонних блоків. До кожного блоку (розміром наприклад 1,51,50,18м) закріплюють за допомогою болтів арматурні стержні довжиною  0,8H і перерізом 803 мм, які укладаються поперек стіни в зоні зворотної засипки. В якості ярматури застосовують оцинковану залізну смугу. По мірі укладання рядів блоків і прикріплення до них арматурних стержнів влаштовують ґрунтову засипку шарами 25...30 см з відповідним ущільненням.

Для влаштування засипок придатні, як правило, грунти, які застосовуються для зведення насипів. Однак, слід уникати використання важких глин, оскільки внутрішній поровий тиск в них може практично виключити тертя між грунтом і арматурою. Не слід застосовувати також грунт, який вміщує крупні куски каміння та валуни, які можуть зашкодити укладанню грунту шарами

певної товщини.

Довжину арматурних смуг визначають розрахунком, виходячі з умови забезпечення внутрішньої рівноваги масиву грунту як з умови заробки арматури в грунті, так і по міцності самих арматурних смуг.

Досвід підтвердив надійність та економічність стін із армованого грунту.

Глибину закладання підошви всіх підпірних стін слід визначати за СНиП 2.02.01-83 “Основания зданий и сооружений” [1]. Мінімальна глибина закладення підпірних стін повинна бути не менше 0,6 м в нескельних грунтах і не менше 0,3 м в скельних грунтах.

Під підошвою монолітної підпірної стіни влаштовують бетонну підготовку товщиною 50-100мм, яка повинна виступати за грань підошви не менше ніж на 50-100 мм. Збірні підпірні стіни встановлюються на підготовлену основу у вигляді втрамбованого в грунт щебеню товщиною 100мм, який виступає за грані підошви не менше 100мм.

У поздовжньому напрямку підпірну стінку слід приймати горизонтальною чи з ухилом не більше 0,02. При більшому нахилі підошва приймається ступінчатою. В поперечному напрямку підошву підпірної стінки слід приймати також горизонтальною чи з нахилом в сторону засипки не більше 0,125.

Конструкції підпірних стін повинні на всю довжину розділятися температурно-деформаційними швами: 10м в монолітних бутобетонних, бетонних стінах без конструктивного армування; 20м в монолітних бетонних конструкціях при конструктивному армуванні, монолітних і збірно-монолітних залізобетонних конструкціях; 30м в збірних залізобетонних конструкціях. При наявності (в поздовжньому напрямку) в основі підпірної стіни неоднорідних грунтів відстань між швами повинна бути зменшена з таким розрахунком, щоб підошва фундамента кожного відсіка опиралась на однорідний грунт. Ширина швів приймається рівної 30мм (обсмолена дошка).

Зворотня засипка підпірних стін слід виконувати дренуючими грунтами (піщаними чи великоуламковими). Допускається використовувати місцеві зв‘язні грунти – супіски і суглинки. Не допускається використовувати глини і грунти, які вміщують по масі більше 5% органічних і розчинних включень. Грунти засипки ущільнюються пошаровим трамбуванням до коефіцієнта ущільнення .