Материал: Справочник проектировщика инженерных сооружений

Гибкие стены, состоящие из линейных или плос­ костных элементов, защемляются в грунте и ра­ ботают на изгиб под воздействием активного давления грунта в пределах высоты подпора и до точки защемления в грунте. Их выполняют в виде стальных или железобетонных шпунтовых рядов, буронабивных свай, расположенных на некото­ ром расстоянии одна от другой, а также конструк­ ций типа «стена в грунте». Применяют стены из шпунтовых рядов как временные сооружения,

Рис. 2.5. Пример решения наружного огражде­ ния подпорной стены из буронабивных свай:

1 — свая; 2 — асбестоцементная труба; 3 — цемент­ ный раствор.

например для ограждения котлованов. В отдель­ ных случаях (при реконструкции предприятий, при стесненной застройке, когда отсутствует требуемое расстояние до существующих зданий для устройства тыльной консоли фундаментной плиты и т. д.) подпорные стены, защемленные в грунте, используют в качестве постоянных со­ оружений.

При Нг = 5..Л8 м используют конструкции типа «стена в грунте», проектируемые по СН 477-75 и возводимые из монолитного (РСН 316-79, Госстрой УССР) или сборного (РСН 272-82, Гос­ строй УССР) железобетона. Их выполняют тол­ щиной 0,5...3 м. В каждом отдельном случае целесообразность применения конструкций долж­ на быть технико-экономически обоснована.

Подпорные стены из буронабивных свай диа­ метром 600, 800, 1000 и 1200 мм длиной 30 м, рас­ положенных в один или два ряда с расстоянием между сваями в ряду (в свету) от 0,5 до 1 диаметра сваи, применяют при hx = 10 м и более, а при строительстве в стесненных условиях — при мень­ ших высотах. Конструкция стены из буронабив­ ных свай позволяет выполнять котлованы под различные сооружения, непосредственно примы­ кающие к существующим зданиям. После окон­ чания работ лицевую поверхность стены закры­ вают ограждением из любых местных материалов или из слоя цементной штукатурки по арматурной сетке. В этом случае в арматурном каркасе сваи предусматривают закладные элементы. Устройст­ во ограждения по рис. 2.5 требует минимальных затрат материалов и создает оригинальное архи­ тектурное решение.

Типовые конструкции подпорных стен типа «стена в грунте» и из буронабивных свай не раз­ работаны.

Массивные подпорные стены возводят из кир­ пича, бута, бутобетона, монолитного бетона, сборных бетонных блоков. Для кирпичной клад­ ки используют хорошо обожженный красный кирпич марки не ниже 100 на цементном растворе марки не ниже 25, при очень влажных грунтах — не ниже 50 (применение силикатного кирпича не допускается), для бутовой — камень не ниже марки 150 на цементном растворе марки не ниже

50, для бутобетона — такой же камень на бетоне класса В7,5. Бетонные конструкции выполняют из бетона классов В 10...В15; монолитные железо­ бетонные тонкостенные конструкции — В 10...

_В15; сборные— В15...В30.

Для подпорных стен, располагаемых вне зда­ ний и подвергаемых попеременному заморажи­ ванию и оттаиванию, должен быть оговорен класс бетона по морозостойкости. При расчетной температуре от —5 до —20 °С включительно — минимальный класс по морозостойкости F 50; ниже —20 до —40 °С включительно —F 75; ниже —40 °С — F 150.

Для буронабивных свай и конструкций типа «стена в грунте» применяется монолитный бетон тех же классов с дополнительными требованиями по его консистенции и удобоукладываемости.

Арматурная сталь для железобетонных конст­ рукций подпорных стен: в качестве рабочей — стержневая горячекатанная периодического про­ филя классов А-II и А-Ш, в качестве распреде­ лительной и конструктивной — класса A-I или арматурная проволока гладкая класса В-1.

Взамен арматуры классов' А-П и А-Ш реко­ мендуется использовать арматуру классов АтШс и ATIVC; при агрессивной среде— АтШск и

ATIVCK.

Арматурные изделия применяют в виде свар­ ных сеток по ГОСТ 23279—85.

Для анкерных тяг рекомендуется арматурная сталь класса AI II либо прокатная полосовая ма­ рок ВСтЗкп2— 1 и ВСтЗпсб либо 10Г2С1; толщина полосовой стали не менее 6 мм.

,1920

/(то)'

/-------

Рис. 2.6. Габариты приближения и высота рам­ пы для дорог:

а — железных (размеры в скобках для дорог узкой колеи); б — автомобильных.

При использовании подпорных стен для ограж­ дения насыпей и выемок, а также для грузовых рамп выдерживают следующие требования.

Расстояние от оси железнодорожного пути до наружной грани рампы должно быть для нормаль­ ной колеи* 1920 мм, узкой — 1370 мм (рис. 2.6); высота рампы, считая от головки рельса, для нормальной колеи 1100 мм и узкой 750 мм (в дан­ ном случае применяют типовую подпорную стену с высотой подпора грунта 1200 мм й’ соответствен-0 но заглубляют ее в грунт); высота рампы для ав­ томобильных дорог 1200 мм, считая от уровня проезжей части.

При расположении подпорных стен на прямых участках вдоль железнодорожного пути мини­ мальное расстояние от оси пути нормальной ко­ леи до наружной грани стены не менее с верховой

Рис. 2.7. Габариты приближения железнодорож­ ного пути нормальной колеи при расположении:

а — с верховой стороны стены; б — с низовой.

стороны 2500, с низовой 3100 мм (рис. 2.7). При расположении подпорных стен на кривых это расстояние увеличивается на 0,1 м при радиусе кривой 1200...1800 м, на 0,2 м при радиусе кривой 1000...700 м и на 0,3 м — при радиусе 600 м и менее.

При движении с верховой стороны подпорной стены автотранспорта поверху стены должен быть выполнен колесоотбойный брус, возвышающийся над отметкой планировки не менее 250 мм. Для прохода людей вдоль стены предусматривают тротуары, с верховой стороны — перильное ог­ раждение высотой не менее 1 м. Конструкции под­ порных сген на всю высоту разделяются темпера­ турно-осадочными швами.

Расстояние между температурно-усадочными швами при расположении стен вне зданий (без выполнения расчета на температурные воздейст­ вия) не более, м

Если основание стены сложено неоднородными грунтами, расстояние между швами уменьшают с тем, чтобы каждый отсек опирался на однород­ ный грунт. Ширина швов принимается равной 30 мм, в монолитных конструкциях проклады­ вается просмоленная доска. Тыльную поверх­ ность стен при отсутствии агрессивной среды за­ щищают обмазочной гидроизоляцией из двух слоев горячего битума. При агрессивной среде предусматривают антикоррозионную защиту в соответствии с требованиями СНиП 2.03.11-85.

С тыльной стороны стен, расположенных вне зданий, устраивают дренаж в соответствии с рис. 2.8, в лицевых плитах — отверстия для вы­ пуска собираемой дренажным коллектором грун­ товой воды (отверстия диаметром 50 мм через 6 м по длине стены). Продольный уклон дренажного коллектора в пределах 4 ...6% . На косогорных

участках кроме того, предусматривают нагорную канаву (кювет).

Во избежание попадания атмосферных вод, стекающих с поверхности засыпки на лицевую поверхность стены рекомендуется в монолитных стенах по верху выполнять карниз (козырек) со слезником, в сборных — устанавливать карниз­ ный блок либо предусматривать соответствующий выступ в лицевой плите.

Если применение типовой или эксперименталь­ ной конструкции невозможно, то разрабатывают индивидуальный проект в таком порядке:

устанавливают желательный и наиболее рацио­ нальный тип подпорной стены;

для гравитационных стен предварительно на­ значают габаритные размеры (общие габаритные размеры подпорной стены определяются расчетом на устойчивость положения против сдвига, вы­ полнение его возможно при наличии всех габарит­ ных размеров проектируемого сооружения);

определяют усилия, действующие на стену,— сдвигающие — от активного давления грунта с учетом временных нагрузок на призме обруше­ ния, удерживающие — от массы стены и грунта, пассивное давление грунта;

производят проверку стены на устойчивость положения против сдвига, выполняют расчеты основания стены по деформативности и по несу­ щей способности;

определяют усилия в элементах стены и произ­ водят расчет сечений элементов пены по первой и второй группам предельных состояний;

Рис. 2.8. Устройство дренажа при грунтах за­ сыпки:

а — песчаных; б — глинистых; 1 — дренажные от­ верстия диаметром 50 мм; 2 — щебень или гравий крупностью 3...25 мм; 3 — песок средней крупности; 4 — слой жирной глины 200 мм.

разрабатывают конструктивные чертежи стены. Предварительные размеры массивных стен: ши­ рина сечения в нижней части стены принимается

Предварительные размеры уголковых подпор­ ных стен могут быть назначены по графикам, приведенным на рис. 2.9.

Линейные размеры элементов (вынос консолей, высота и т. д.) рекомендуется назначать кратны­ ми 300 мм. Минимальную глубину заложения фундаментов h2 принимают при скальных грун­ тах 300, при нескальных — 600 мм.

2.3. Расчет

На подпорную стену действуют:

активное горизонтальное и вертикальное давле­ ние грунта, давление, передаваемое грунтом за­ сыпки от временных нагрузок на поверхности призмы обрушения; удерживающее пассивное давление грунта; вертикальные нагрузки от собст­ венного веса стены, конструкций, опирающихся на стену (при наличии их), веса грунта.

Интенсивность нагрузок определяют в соот­ ветствии с указаниями п. 1.4 гл. 1.

При расчете массивных стен активное давление грунта считается приложенным к тыльной по­ верхности стены (рис. 2.10, а). Трение грунта по стене не учитывается. При расчете уголковых и контрфорсных стен активное давление на стену определяется из условия образования клиновид­ ной призмы обрушения. При достаточно длинной консоли фундаментной плиты (рис. 2.10, б) кли­ новидная призма обрушения принимается сим­ метричной; при меньшей длине консоли плоскость

призмы обрушения пересекает заднюю грань сте­ ны. При у < 0,25h расчет производится как для симметричной призмы обрушения; при у ^ ^ 0,25h рассчитывается отдельно вертикальная часть стены и нижняя наклонная (рис. 2.10, в).

Расчет уголковой подпорной стены произво­ дится как для стены с наклонной тыльной гранью

от нагрузки q на поверхности засыпки

уменьшение давления в связных грунтах за счет сцепления при phc ^ phq

Обозначения те же, что в формулах (1.3)...(1.10). Точки приложения сил Е и Eha по (2.5) на-

ходятся на расстоянии -^- от подошвы фундамента

стены, сил Ehaq и Ehac — на расстоянии

При наличии на поверхности засыпки в пре­ делах призмы обрушения полосовой нагрузки, усилия от нее находят по п. 1.4.

В вертикальную нагрузку, кроме собственного веса стены, включается вес грунта, ограничен­ ного стеной и плоскостью обрушения (много­ угольник abed на рис. 2.10, б или треугольник abc на рис. 2.10, в), а также вес грунта над пе­ редней консолью стены.

Перильное ограждение подпорной стены рас­ считывают на нормативную горизонтальную на­ грузку интенсивностью 700 кН/м (70 кге/м).

При расчете гравитационных подпорных стен по несущей способности выполняют расчеты:

устойчивости положения стены против сдвига; устойчивости грунта основания под подошвой

подпорных стен (для нескальных грунтов); прочности скального основания;

прочности элементов конструкций и узлов сое­ динения.

При расчете по пригодности к эксплуатации (по предельным состояниям второй группы) прове­ ряют основания на допустимые деформации, эле­

менты конструкций на допустимое раскрытие трещин.

Расчет устойчивости положения стены против сдвига выполняют по подошве стены (плоский сдвиг) и по ломаным поверхностям скольжения (глубинный сдвиг) из условия

Рис. 2.10. Расчетные схемы подпорных стен:

а— массивных; б — уголковых

ссимметричной клиновидной призмой обрушения; в — то же,

снесимметричной (плоскости скольжения по а и б).

где Fsa — сдвигающая сила, равная сумме проек-

ций всех сдвигающих сил на горизонтальную плоскость: Fs a = E ha, в необходимых случаях

в Еha учитывают нагрузки от транспортных

средств на призме обрушения и взвешивающее действие воды (см. гл. 1); ус — коэффициент усло­ вий работы, принимаемый для песков, кроме пы­ леватых, 1 ; для песков пылеватых, а также пыле­ вато-глинистых грунтов в стабилизированном со­ стоянии 0,9; для пылевато-глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии 0,85; для скаль­ ных грунтов невыветрелых и слабовыветрелых 1; выветрелых 0,9; сильновыветрелых 0,8; уп — коэффициент надежности по назначению сооруже­ ния, принимаемый равным 1,2; 1,15 и 1,1 соответ­ ственно для сооружений I, II, III классов; Fsr —

удерживающая сила, равная сумме проекций

всех удерживающих сил на горизонтальную плоскость:

Здесь F0 — сумма проекций всех сил на вер­ тикальную плоскость; при наличии на призме обрушения временной нагрузки, учитываемой при определении сдвигающих сил, эта же нагрузка учитывается в вертикальных (удерживающих" си­ лах) с тем же коэффициентом надежности по на­ грузке; Фх и с1 — соответственно угол внутренне­

го трения и удельное сцепление грунта основа­ ния, определяемые по п. 1.3 главы 1; р — угол наклона поверхности скольжения к горизонту; А — площадь подошвы стены; Ehr —- пассивное

сопротивление грунта.

Пассивный отпор грунта учитывается до глу­ бины пересечения вертикальной плоскости, про­ веденной через переднюю грань подошвы, с пред­

При расчете на плоский сдвиг (2.8) принимают значения cpj ^ 3 0 ° , с{ 5 кПа, коэффициент

\ hr — 1 ; при этом пассивное давление (отпор) грунта

Рис. 2.11. Расчетная схема защемленной в грунте подпорной сте­ ны.

и приложено на расстоянии кл!Ъ от подошвы фун­ дамента.

При расчете на глубинный сдвиг характеристи­ ки грунтов принимают как для грунтов с ненару­ шенной структурой, без ограничения значения коэффициента %hr\ отпор грунта

Енг = 4 - V + - ÿ ç j - № - 1). (2.10)

При скальных грунтах удерживающая сила

где f — коэффициент трения подошвы фундамен­ та по скальному грунту, принимаемый по данным испытаний, но не более f ^ 0,65.

Требования расчета по деформациям грунта считаются выдержанными, если среднее давление на грунт под подошвой фундамента не превышает расчетного сопротивления грунта основания R, определяемого в соответствии с главой СНиП 2.02.01-83, а краевое давление не превышает 1,2R; допускается отрыв подошвы фундамента

на длине не более

Расчет устойчивости грунта основания под по­ дошвой стены производится из условия

где Nu — вертикальная составляющая силы пре­ дельного сопротивления основания, определенная

где R c предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов по инженерно-геологическим изысканиям; е — эксцентриситет равнодействую­ щей всех вертикальных сил относительно оси, проведенной через центр тяжести подошвы фун-

дамента; при этом допускается е <

Для расчетов обычно достаточно проверки ос­ нования по деформациям; проверка устойчивости основания требуется для особо ответственных сооружений, для стен, размещаемых на косогорах и при слабых грунтах.

Расчет подпорной стены, осуществляемой мето­ дом «стена в грунте», производят по аналогии с расчетом шпунтовых ограждений.

Расчетная схема сооружения в эксплуатацион­ ной стадии приведена на рис. 2.11.

В пределах высоты подпора стена испытывает горизонтальное активное давление: от грунта EhaT увеличивающееся по мере заглубления по

прямолинейному закону; и постоянное по высоте от нагрузки на призме обрушения Eha(fi при связ­

ных грунтах вычитается Ehac (см. формулы (2.1)...

...(2.3)), Ниже точки а увеличение активного давления

не происходит, так как оно уравновешивается соответствующим давлением с низовой стороны и нижняя часть эпюры активного давления приоб­ ретает прямоугольный вид. Одновременно на сте­ ну начинает воздействовать пассивное давление (отпор) грунта с низовой стороны. Под влиянием этих сил происходит поворот стены относительно некоторой точки с, ниже которой активное давле­ ние перестает действовать на стену, а пассивное воздействует на нее с противоположной, верховой стороны.

При статическом расчете стены определяют максимальный изгибающий момент в опасном се­ чении, находящемся ниже поверхности грунта с низовой стороны стены, и заглубление стены в грунт.

Сечение, в котором изгибающий момент макси­ мальный, находят из условия, чго в нем попереч­ ная сила (первая производная от момента) равна нулю. Положение его может быть найдено ре­ шением квадратного уравнения:

Буквенные обозначения в (2.14) приняты в соот­ ветствии с формулами (1.14), (2.1), (2.2) и табл. 1.4; уг — расстояние по вертикали от поверхности грунта с низовой стороны до расчетного сечения.

После получения значения уг определяют из­ гибающий момент для консоли высотой + Уг и сечение.

Требуемое заглубление стены в грунт /i2 нахо­ дят методом последовательных приближений из

Рн =

(mh\ — 2Е1 — Е2у

mh\ — 6Ех { - Е ft, + ft2j — 6Я, (ft2 — - y j