Подпорная стенка своими руками: расчет и устройство
Абсолютно ровный участок под строительство – большая удача. Но большинство из них всё же имеют уклон. Хорошо если незначительный, можно решить проблему невысокими террасами – устроить ступенчатый ландшафт с подпорными стенками. С большими перепадами высоты уже сложнее – поддерживающие грунт конструкции нужны более серьёзные.
Можно просто приобрести материал для их строительства: готовые блоки для подпорных стенок, габионы. Или использовать для строительства менее специфичные, но уже более доступные материалы: бетон, камень, в отдельных случаях кирпич или даже дерево. Рассмотрев функциональное назначение подпорных стенок сам собой напрашивается вывод:
- Низкие подпорные стенки высотой до полуметра можно строить из подручных материалов, чаще всего они выполняют декоративную функцию, словно ограждение клумбы. При этом зачастую используется просто собственный вес, например, невысокие стенки из крупного камня могу быть выложены «на сухую», без кладочного раствора.
- Стены высотой около метра устраиваются с заглублением в землю. Обычно это треть высоты, здесь уже определённые требования к прочности, предполагается обязательное наличие дренажа.
- Для подпорных стен высотой более метра в самостоятельном исполнении более технологично использовать такие материалы как бетон и железобетон.
Понятно, что в этом случае без расчётов уже не обойтись. Необходимо определить общие размеры сооружения более точно, чтоб заложить гарантию надёжности и долговечности, одновременно оптимизировать расходы на материалы, технику и людские ресурсы. Причём по окончанию строительства обязательно потребуется защита бетонной конструкции или облицовка отделочным материалом.
Содержание статьи
- 1 Расчет для подпорной стенки
- 1.1 Выбор оптимального вида опорной стены
- 1.2 Некоторые требования СНиП
- 1.3 Исходные данные
- 1.4 Нормативные и расчётные показатели грунта
- 2 Подпорная стенка из бетона – изготовление
- 2. 1 Выемка грунта
- 2.2 Укладка бетона
- 2.3 Определимся с опалубкой
- 2.4 Дренаж и отсыпка
- 3 Опорная стенка из камня
- 4 От начала до результата
- 4.1 Похожие статьи
Расчет для подпорной стенки
При более детальном погружении в тему выясняется, что существуют стандарты, допуски и ограничения. А самое главное – методики и расчёта. Литература, откуда можно черпать информацию:
- Это в первую очередь СНиП – регламентированию подпорных стен отведён целый раздел.
- Его дополняет Справочное пособие к СНиП – это уже более развёрнутая информация, на которую ориентируются проектировщики, основа для программ и калькуляторов. Называется «Проектирование подпорных стен и подвалов».
- Хорошо подана информация в «Технических указаниях по проектированию подпорных стен для транспортного строительства» и учебнике «Расчёт подпорных стен» Клейна за 64 год.
Всё остальное это сайты по ландшафтному дизайну – для начала самостоятельного строительства это поверхностная, нередко противоречивая информация. В основном она касается декорирования рельефа и «обыгрывания» незначительных перепадов высоты – больше про дизайн подпорных стенок.
Выбор оптимального вида опорной стены
Вообще для организации укрепления перепадов высоты рельефа местности применяются различные виды опорных стен и устроены они принципиально разными способами:
- Свайным методом.
- Массивные стены – армированные, неармированные.
- Уголковые консольные.
Однако для устройства бетонных свай и шпунтов требуется спецтехника. Нам же нужна конструкция подпорной стенки для изготовления своими руками.
Железобетонные конструкции конечно «изящней» массивных, тоньше – их поперечный разрез похож на угол. При поверхностном осмотре создаётся впечатление, что изготовление потребует значительно меньших затрат. При повышенной степени механизации так и есть. Но для собственного изготовления ситуация несколько иная:
- Расчёты для них требуются более объёмные – необходимо очень точно рассчитать возможности экономии бетона за счёт арматуры. Если закладывать большой запас прочности именно в бетон – теряется смысл её использования.
- Кроме того, сильно повышаются требования к качеству работ – обязательный контроль защитного слоя, тщательная штыковка или вибрирование.
- Как следствие – получаем повышенные требования к устройству опалубки.
Это только то, что «на поверхности», устройство подпорных стенок только с виду кажется простым. Несоблюдение даже одного из этих требований – критично, при этом ещё и не всегда возможно в самостоятельном исполнении. Поэтому нами и выбрана массивная стена.
Некоторые требования СНиП
Для ведения подобных работ кроме экономической целесообразности важнейшее условие – прочность. Потому основа расчёта – требования норм и правил строительства. Ими регламентированы отдельные минимальные параметры подпорных стен и положение элементов:
- Минимально допустимая глубина заложения основания – так называемой подошвы – 60 см.
- Её ширина для начала расчётов предполагается в рамках 0. 5 – 0.7 от полной высоты всей стены.
- Уклон нижней плоскости основания – заглубление в сторону «горы» – 12.5 см на погонный метр (способствует устойчивости стены к сдвигу).
- Любой наименьший размер ширины, толщины для поперечного сечения «массивной» бетонной конструкции, например, верхний срез – не тоньше 40 см.
Кроме того, регламентируется устройство дренажа – их 3 вида: продольный, поперечный и комбинированный.
Исходные данные
Начнём с того, что стоит задача установить подпорную стену, средняя высота перепада уровня почвы 130см. Для подобных условий, отталкиваясь от минимальной глубины залегания основания, рекомендуемая общая высота стены – 2 м (надземная и подземная части вместе). Таким образом определились основные габаритные размеры.
Сразу нужно отметить, что самостоятельный расчет подпорной стенки происходит методом подбора – принимаются оптимальные размеры, считаются параметры стены. Если не соблюдается условие устойчивости – увеличиваются необходимые размеры и проводится новый расчёт. Если запас устойчивости слишком большой – размеры уменьшаются и всё перещитывается вновь. Понятно, что на устойчивость влияют размеры основания стены.
Габаритные размеры подпорной стены, затраты на их создание, в целях оптимизации расходов просчитывались отдельно и для железобетонной, и для бетонной – массивной конструкции без арматуры. Их устойчивость к сдвигу, изменению положения – одинакова. Для каждого вида стен нужен разный объём земляных работ. Хотя справедливости ради нужно отметить – если точное, конкретное положение стены ничем не ограничено, то в начальном этапе затраты на земляные работы можно понизить, выбирая чуть меньше грунта. В этом варианте предполагается дополнительная подсыпка после проведения работ.
Кроме того, вычислены экономические затраты для возведения 1 погонного метра стены.
Очевидно, что в конкретном случае массивная подпорная стенка из бетона не только значительно проще в изготовлении, но и дешевле. Это особенно заметно при большой длине всей конструкции.
Однако ещё ни разу не упоминалось о грунтах, точнее об их свойствах и параметрах. Возводится подпорная стенка на даче, где инженерно-геодезические изыскания проводились ранее, ещё при строительстве фундамента дома. Конечно, не конкретно в этом месте, но на незначительном удалении основная часть грунта – суглинок. Поэтому, руководствуясь справочной таблицей пособия СНиП, находим характеристики для соответствующего вида грунта.
Нормативные и расчётные показатели грунта
Далее по формулам из этого же пособия указанные нормативные значения необходимо пересчитать под свой грунт. Получить значения для предельных состояний – то есть с учётом коэффициентов запаса:
Для повышения точности расчёта сторона стены, которая в последствии будет опорой для грунта условно делится на 2 плоскости:
- Опорная плоскость тела стены – вертикальная, это положение удобно для правильного монтажа и контроля положения опалубки.
- Боковая плоскость основания – наклонная, это запланировано против самопроизвольного осыпания грунта во время работ.
Для основной опорной плоскости считаем коэффициент непосредственного давления грунта на подпорную стенку в горизонтальном направлении. Следом, угол уклона для поверхности скольжения с учётом препятствующего трения, которое снижает активное действие грунта на стену и как следствие повышает её устойчивость.
Для актуализации расчётов в регионах с разной сейсмичностью учитывается коэффициент горизонтального давления грунта. И вычисляется интенсивность воздействия горизонтального активного давления грунта в нижней части опорной стены – там, где бетонная стенка установлена на фундамент.
Основная опорная плоскость тела стены принимает на себя основные нагрузки. Опорная плоскость основания стены значительно меньшей площади, но её глубина залегания безусловно тоже имеет значение. Исключать её из расчётов нельзя, поэтому считаем всё также, как это делали для основной опорной плоскости стены.
По итогам расчётов можно наглядно отобразить влияние глубины на силу горизонтального давления грунта:
- Красная составляющая графика – зависимость для основной опорной плоскости стены. Причём довольно значительная его часть в отрицательной области значений. Обратного эффекта конечно нет – грунт не способен «тянуть» за собой стенку. Это обусловлено свойствами конкретного грунта – суглинка. Глубина залегания влияет на его устойчивое состояние посредством собственных связных сил. Естественно, что для любого другого грунта зависимость будет другой.
- Синяя часть графика – иллюстрация влияния на ещё более заглублённую часть стены – её основание.
Возможно, процесс предыдущих расчётов кажется несколько размытым, а мотивация неясной, однако они необходимы для вычисления более понятного значения – сдвигающей силы, действующей на подпорную стенку, зависящей от массы грунта.
Для хоть какого-то упрощения расчётов условно принято отсутствие дополнительной нагрузки на грунт сверху. То есть рассчитана сдвигающая сила только веса самого грунта. Результат – 21.69 кН. получается, что к 1 погонному метру стены высотой 1.3 м приложено давление 2. 1 тонны.
Вычислив сдвигающую силу, далее нужно получить значение силы, удерживающей подпорную стену. И понять актуальность параметров стены, их соответствие и достаточность для её устойчивости. Один из основополагающих параметров – масса стены. Для этого нужно вычислить площадь поперечного сечения подпорной стенки (разбив её чертеж на простые геометрические фигуры, вычисление площади которых элементарно), и умножить на среднее значение плотности для тяжёлого бетона – 2300кг/ м³. Получим массу одного погонного метра подпорной стенки.
Далее высчитаем удерживающую силу. Она создаётся пассивным сопротивлением грунта, ведь основание заглубляется в грунт по норме СНиП как минимум на 60 см, а значит в какой-то мере сдерживается им от сдвига.
Необходимо получить комплексное значение – полную, суммарную удерживающую силу подпорной стены, для сравнения с полученным значением сдвигающей силы, учитывая и коэффициенты запаса.
Как говорится – наступил момент истины. Расчёты показали, что силы, способствующие сдвигу стены меньше удерживающих её сил. Значит стена устойчива – не подвержена сдвигу. Что и должно быть непременным результатом, иначе начинать строительство по этим параметрам и смысла не имеет – нужно снова подбирать более подходящие размеры для основания.
Однако СНиП и пособие по проектированию предполагает и дальнейшие вычисления:
- Проводится расчёт возможного изменения положения стены – сдвигов, вызванных другими причинами, речь идёт о наклоне, заваливании, предпосылках к опрокидыванию. Но в этом случае возрастает пассивное давление грунта, способствующее устойчивости стены.
- Рассчитывается прочность конструкции. В нашем конкретном примере запас прочности оказался довольно значительным, даже создающим общее впечатление, что в некоторой степени можно «облегчить» конструкцию.
Разбираясь дальше уже велик соблазн провести полный расчёт для железобетонной конструкции. Но от неё мы изначально отказались по причине повышенных требований к качеству исполнения. Это не значит, что заранее планируется «халатное» отношение к работе. Просто небольшая случайная неточность, например, в положении арматуры поспособствует началу необратимого разрушения подпорной стены.
Подводя итоги расчёта отметим, что при наших условиях и принятых габаритных размерах: высота подпорной стенки до 2 м, а ширина основания не менее половины стены – при соблюдении остальных регламентированных параметрах оно проходит по прочности.
Верхняя часть стены – не менее 40 см, при этом утолщается к основанию с уклоном 3:1 (3 части высоты на 1 часть в горизонтали) – элемент также соответствует необходимой прочности.
Подпорная стенка из бетона – изготовление
Подобрав геометрические размеры стены и подтвердив расчётами их актуальность начинаем её возведение. Подпорную стенку из бетона целесообразно строить секциями. Это в значительной мере облегчает монтаж, и снижает расходы на опалубку – одну и туже мы будем многократно переставлять.
Выемка грунта
Как и предполагалось, при ручной копке грунт не осыпается при соблюдении небольшого уклона от отвеса. Попытки срезать земляной откос круче заканчивались обвалом.
Выкопав котлован, к нему желательно сделать удобный подход, а чтоб предотвратить осыпание земли, его можно опалубить по периметру. При этом установка опалубки в горизонт автоматически задаёт «правильную» поверхность основания. Это очень удобно, когда подпорная стенка на уклоне.
Начинаем подготовку к укладке бетона. Так как грунт – суглинок, необходимо выстелить геотекстиль с запасом на откос, и щебнем отсыпать подушку.
Укладка бетона
Конечно, бетонировать основание и стену лучше за 1 раз. Толща бетона большая, поэтому позволяет существенно снизить количество воды для замеса. Это даёт возможность залить фундамент, выждать время чтоб захряс бетон и сразу продолжить заливку тела стены – не откладывая на последующие дни, итог – монолитная подпорная стенка. Но в разы повышаются требования к прочности опалубки. Её пришлось значительно укрепить, снизу смонтировать подобие «обвязки», чтоб получит возможность установить и задавить грузом – темп работ существенно увеличился.
Но к этому пришли не сразу, на первых секциях в основание вязали арматуру, для прочной связи со стеной – она заливалась отдельно.
Определимся с опалубкой
В качестве материала для щитов лучше всего подходит фанера, даже стандартные размеры позволяют опалубить значительные площади.
Располагая её в горизонтальном или вертикальном положении можно получить практически любую высоту стены, разумную для самостоятельного строительства. Размер 152.5 х 152.5 см. применялся в нашем случае, как достаточный по высоте и наиболее удобный для работы формат – толщина подпорной стенки тоже значительная. Сразу отметим, что для удобства загрузки, штыкования при высоте более 1.5 м. – фронтальную стенку лучше наставлять по мере заполнения опалубки бетоном. Что ещё необходимо предусмотреть:
- Собирая опалубку тела стены внизу крепим «закладную» – пластиковую трубу d-50 мм. Одной на секцию шириной 1.5 м ориентируясь на нормы СНиП более чем достаточно.
- Для устойчивой связи с последующей секцией, в основание и тело стены по мере заполнения бетоном нужно выполнить армирование – заложить прутки арматуры длиной от 0. 5-1 м. Отверстия под них в боковой стенке опалубки должны быть достаточными для её демонтажа.
Сняв опалубку необходимо выполнить гидроизоляцию бетона – всех доступных на данный момент поверхностей, но в последствии контактирующих с грунтом.
Дренаж и отсыпка
В принципе секция готова к обратной отсыпке, но нужно создать условия для дренажа. Мы уже предусмотрели в теле стены окна – поперечный дренаж подпорной стенки. Чтоб обеспечить его эффективность разворачиваем и достилаем геотекстиль, отсыпку начинаем достаточными слоями песка и щебня.
Продолжаем обратную отсыпку песком, щебнем или песчано-гравийной смесью. Чтоб предотвратить давление на стену нужны именно инертные, не зависимые от влаги материалы. Не используем для этого вынутый грунт, тем более, что у нас это неудачный для дренажа суглинок.
Подводя итоги нужно отметить, что из бетона строить подпорные стены сравнительно дорого. Поэтому для менее ответственных случаев и участков, например, при меньшей высоте, можно рассмотреть альтернативу – это кладка из камня. Тем более, если он легко доступен.
Опорная стенка из камня
Однако, чтобы не строить наугад, а ориентироваться на стандарты применим принцип расчёта для массивной подпорной стенки. В какой-то степени технологии схожи – отсутствие арматуры в бетоне, ставка на массу сооружения. При этом основание целесообразно выполнить всё же бетонным, а тело стены – из камня. В таком случае условие устойчивости подпорной стены хотя и с погрешностью, но можно считать аналогично, но прочность будет отличаться уже значительно – нужно заложить запас:
- Увеличить толщину стены. В разумных пределах, но это не повредит.
- Использовать арматуру. В основание уже обязательно монтировать арматурный каркас для связи с телом стены.
При соблюдении условий качественной укладки камня: обеспыливание, смачивание поверхности, соблюдение перевязки – подпорная стенка из камня получается достаточно прочной. И с высокой долей вероятности сможет противостоять нагрузкам.
Остальные условия: использование геотекстиля, подушка под основание, устройство дренажа, гидроизоляция, материалы обратной отсыпки – не меняются.
От начала до результата
Очевидно, что подпорная стенка на участке удовольствие недешёвое. Смета в любом случае будет значительной. Частично вопрос решается самостоятельным выполнением работ. Но для этого нужна тщательная подготовка – даже методика расчётов непростая, не говоря уже об общем объёме работ.
Но усилия стоят того. Кроме визуальной привлекательности значительно повысится уровень комфорта на участке, а главное исчезнут предпосылки для разрушения построек – ведь в основном для этого всё и затевается.
Расчет подпорной стены: проектирование и армирование
Подпорная стена – сооружение, устанавливаемое для предотвращения разрушения грунта в откосах насыпей или глубоких выемок. Расчет подпорной стены выполняется высококвалифицированными специалистами, так как от качества проведенной работы зависит надежность и долговечность всей возводимой конструкции.
Такие стены получили широкое распространение при строительстве котлованов и траншей, ограждений и противооползневых систем. Данное инженерное сооружение востребовано и необходимо при выполнении строительных работ, связанных с возведением загородных домов на местности, для которой характерен значительный перепад высот. Это могут быть холмы, овраги или крутые склоны.
Содержание
- Особенности и виды конструкции
- Особенности используемых материалов
- Нагрузки и расчет давления
- Работы по строительству подпорных стен и необходимые расчеты
Особенности и виды конструкции
Любая подпорная стена представляет собой конструкцию, возведенную для предотвращения обрушения грунта на участках, где существуют значительные перепады уровня отметок, сделанных в процессе проектирования и подготовки территории.
Виды подпорных стенОригинальное решение подпорной конструкцииТакие стены бывают декоративные и укрепительные. В зависимости от сложности поставленной задачи стена может быть:
- Монолитной, для сооружения которой используют бетон, бутовый камень, кирпич, буто- или железобетон.
- Сборной, возведенной из железобетона.
По своей конструкции монолитные делятся на:
- консольные (уголкового профиля), в состав которых входят лицевая и фундаментная плиты;
- контрфорсные, для повышения жесткости которых используются смонтированные поперечно ребра или контрфорсы.
Сборные подразделяются на:
- подпорные стены уголкового профиля, собранные на месте строительства из секций, изготовленных из отдельных плит или блоков; главное отличие от монолитных заключается именно в использовании для сборки конструкции таких секций;
- заборчатые, сделанные в виде надежных столбов, в пролеты между которыми устанавливают плиты.
Местом монтажа конструкции и возведения подпорной стены может служить естественное основание, то есть скальный грунт, или сделанные тут же сваи.
Основой любой конструкции является фундамент глубокого (глубина которого в 1,5 раза превышает его ширину) или неглубокого заложения. Сделать столбы, как и контрфорсы, можно из ящиков, установленных в несколько ярусов и заполненных песком или крупно фракционным щебнем.
Выбирая высоту подпорной стены, следует обратить внимание на величину существующего перепада:
- более 20 м – высокие сооружения;
- от 10 до 20 м – средние;
- до 10 м – низкие.
Различают подпорные стены и в зависимости от их конструкции:
- массивные, обеспечивающие устойчивость подвижного грунта и предотвращающие опрокидывание под тяжестью собственного веса;
- анкерные наиболее эффективные при наличии большого перепада;
- тонкостенные, особенность которых заключается том, что для этой категории существует норма возможного прогиба под действием нагрузок.
Кроме того, немаловажен размер подпорной стены, определяемый в зависимости от силы давления грунта, собственного весы стены, нагрузок, не выходящих за пределы призмы разрушения.
Виды конструкцийПри сооружении данной конструкции учитывают насыщение грунта водой и наличие в нем веществ, агрессивных по отношению к бетону.
Особенности используемых материалов
В соответствии с руководством по возведению подпорных стен и СНиП II-15-74 и II-91-77 для сооружения монолитных конструкций используется цемент марки М 150 и М 200, а для сборных – М 300 и М 400.
Для усиления конструкции используют арматурную сталь класса АI марки ВСт3сп2Выбирая изделия из арматурной стали, необходимо учитывать температурный уровень в зимнее время. В тех регионах, где столбик термометра опускается зимой низе -30° Цельсия, использование арматурной стали марки А IV 80 C категорически запрещено.
В соответствии с ГОСТ 5781-82, действующим на территории РФ, армирование подпорных стен осуществляется с помощью арматурных стержней класса А III и A II.
Анкерные тяги и закладные используют, выбрав в соответствии с действующим на территории РФ ГОСТом 535-2005.
Для изготовления подъемных петель в железобетонных конструкциях используют арматурную сталь класса АI марки ВСт3сп2.
Выбор материала для сооружения подпорных стен основан на некоторых особенностях грунтах и условий окружающей среды.
Так для возведения бутобетонных или бетонных стен в регионах, для которых характерны резкие перепады температур, рекомендовано выбирать марку бетона в зависимости от такой характеристик и как морозостойкость.
Наибольшую надежность обеспечат морозостойкие и водонепроницаемые сорта бетонаОднако для строительства железобетонных подпорных конструкций может быть использован состав класса В 15 и выше.
При проектировании железобетонных конструкций, предварительно напряженных, применяют бетон класс В 20, В 25, В 30, В 35. Что касается бетонной подготовки, то здесь понадобится бетон класса В 3,5 и В 5. Необходимо выбирать марку бетона, учитывая такие показатели, как морозостойкость и водонепроницаемость.
Чем ниже температура окружающей среды, тем выше класс бетона по морозостойкости, а вот по водонепроницаемости показатель в большинстве случаев не нормируется.
Нагрузки и расчет давления
Расчет нагрузок на стену отталкивается от трех параметровОдин из важнейших показателей – коэффициент надежности конструкции. Он принимается в зависимости от группы состояний. При первой – соответствует данным указанным в специальной таблице, при второй – принимается как единица.
Нагрузки на возведенную конструкцию бывают:
- Постоянные, в число которых входят вес непосредственно самой конструкции, грунта в засыпке, насыпного и в природном залегании, давление подземных вод, вес железнодорожного полотна и автомобильной магистрали или пешеходного тротуара.
- Длительные – давление от размещенных на прилегающей территории и равномерно распределенных грузов или складируемых материалов, давление движущегося транспорта как автомобильного, так и железнодорожного.
- Кратковременные – давление автотранспорта, гусеничной техники или автопогрузчиков.
Схема подпорной стенки
Рассчитать насколько интенсивным будет активное горизонтальное давление можно, воспользовавшись формулой, при составлении которой приняты во внимание:
- собственный вес;
- глубина;
- учитывается коэффициент сцепления грунта по плоскости скольжения призмы обрушения под разными углами.
Так эквивалентная нагрузка рассчитывается по формуле
, где СК соответствует 2К, а К – класс нагрузки. Его значение условно принимается равным 14, но в некоторых случаях может быть снижено до 10.
В ходе выполнения расчета подпорных стен не учитывают горизонтальные и поперечные нагрузки, которые возникают на криволинейных участках пути от центробежных сил.
Работы по строительству подпорных стен и необходимые расчеты
Способ проведения строительных работ, их особенности, используемая техника и многое другое должно быть предусмотрено заранее. Подготовка котлована, его глубина и форма основания рассчитываются еще на этапе подготовки проекта. В зависимости от качества грунта выбирают конструкцию основания:
- свайный фундамент;
- песчано-гравийная подушка;
- метод монтажа в воду.
Траншеи и котлован копают с помощью тяжелой строительной техники. Это ковшовые экскаваторы, самоходные стреловые краны на гусеничном или колесном ходу, а иногда очень эффективно использование автопогрузчиков.
Обратная подсыпка невозможна без бульдозеров, способных выполнить необходимую работу быстро и качественно. При выполнении обратной засыпки используют крупнообломочный грунт, песок, суглинок.
Все они подвергаются основательной трамбовке, с помощью которой не только выравнивают поверхность, но и добиваются уплотнения грунта. Эта операция также проводится с помощью строительной техники. При выполнении работ понадобятся каток, вибратор или трамбовочная машина. Глину или торф в качестве материала для обратной отсыпки не используют.
Возведение подпорных стен на участке с оврагами будет связано с определенными трудностямиСтроительство подпорной стены на загородном участке связано с определенными трудностями, возникающими из-за места его расположения. Если дом и участок находятся в овражистой или холмистой местности, довольно сложно планировать красивый участок, правильно его оформив.
Прежде всего, необходимо позаботиться об укреплении грунта, значит подумать о сооружении подпорных стен для площадок и дорожек, клумб и грядок, беседок или зоны отдыха с бассейном.
Стены из камня несут также дополнительную декоративную функциюВ таких условиях все работы можно выполнить самостоятельно без привлечения специалистов и тяжелой строительной техники. Необходимо уточнить глубину залегания грунтовых вод, получить у геодезистов результаты исследования грунта и выбрать наиболее подходящую для данного случая конструкцию.
Высота подпорной стены, сооружаемой самостоятельно, не должна превышать 1,5 м, что касается толщины, то она зависит от качества используемого материала:
- камень или бутобетон – 60 см;
- бетон – 40 см;
- железобетон – 10 см.
Огромной популярностью пользуются подпорные стены, сооруженные из камней, уложенных с специальные металлические сетки, и оснащенные надежным и качественным армированием. Выполнение расчетов без участия специалистов требует знания определенных данных, касающихся качества грунта и высоты подпорной стены.
Пользуясь формулами, можно самостоятельно выполнить все расчеты и определить ширину подпорной стены в основании фундамента и в ее верхней части:
Е=0,5ƳгН²μ, где
Ƴг – нормативный вес грунта;
Н – высота подпорной стены
μ – коэффициент, который зависит от величины угла внутреннего трения и определяется по специально составленному графику.
Зная величины углов наружного и внутреннего наклона (С), ширину стены в любом сечении (b), высоту от поверхности грунта, его вес и нужные коэффициенты, воспользуемся формулой,
b =H(-C₁+√0,75Ƴг/Ƴкμ+С2)
благодаря которой можно рассчитать все необходимые параметры будущего сооружения.
Схема опорной стены на участкеПравильно сделанные расчеты помогут предотвратить разрушение природных или созданных искусственно насыпей и оврагов, украсить двор, рационально использовав даже те участки земли, на которых казалось невозможным разместить цветники и клумбы, создать неповторимое по своему дизайну ограждение.
Рабочий пример: конструкция подпорной стены
структурный мир 4 марта 2019 г. 43 Комментарии
В нашей предыдущей статье, Подпорная стенка: подход к проектированию , обсуждается принцип и концепция, а также когда и где учитывать подпорную стенку в нашем проекте. Мы узнали, что при проектировании следует учитывать различные проверки на предмет отказа подпорной стены. Чтобы лучше понять разработанный подход, вот рабочий пример конструкции подпорной стены.
Этот пример предназначен для легкого расчета вручную, хотя доступно множество структурных электронных таблиц и программное обеспечение, такое как Prokon. Цель этой статьи состоит в том, чтобы читатель полностью понял принцип, лежащий в основе этого.
Рисунок A.1 – Поперечное сечение подпорной стены
Рассмотрим консольную подпорную стену с поперечным сечением, показанным на рисунке A.1 выше, которая удерживает грунт на глубине 2 м с уровнем грунтовых вод на уровне -1,0 м.
Расчетные параметры:- Несущая способность грунта, кв все : 100 кПа
- Коэффициент трения о грунт, ф: 30 °
- Удельный вес грунта, ɣ s : 18 кН/м 3
- Удельный вес воды, ɣ w : 10 кН/м 3
- Удельный вес бетона, ɣ c : 25 кН/м 3
- Надбавка, ω: 12 кН/м 2
- Уровень грунтовых вод: -1 м с 0,00 уровня
- Высота надбавки, h: 0,8м
- Высота стены: 2,0 м
- f’c: 32 МПа
- лет: 460 МПа
- бетонное покрытие: 75 мм
1. Аналитическая геометрия и переменные
Прежде чем мы приступим к проектированию, проектировщику важно знать геометрические переменные и параметры подпорной стенки. См. рисунок A.2 ниже.
Рисунок A.2 — Геометрические переменные подпорной стенки
где:
- H: Высота подпорной стены
- L: Ширина основания
- D: Толщина основания
- B: Ширина носка
- C: Толщина штока внизу
- T: Толщина штока вверху
Следующее, что нужно рассмотреть, это предположения, которые мы можем сделать в отношении геометрии проектируемой подпорной стены. Учитывая высоту H подпорной стены, мы можем предположить или проверить, что наши первоначальные расчетные соображения должны соответствовать, по крайней мере, следующим геометрическим пропорциям:0006
- Ширина основания: L= 0,5H до 2/3H
- Толщина основания: D= 0,10H
- Толщина штока внизу: C=0,10H
- Ширина носка: B= от 0,25L до 0,33L
- Толщина штока вверху: t=250 мм (минимум)
Исходя из приведенных выше примерных геометрических пропорций, примем следующие параметры, которые будут использоваться в нашей конструкции:
- Ширина основания: L= 1,5 м
- Толщина основания: D= 0,25 м
- Толщина ствола: C=t =0,25 м
- Ширина носка: B= 0,625 м
Эскизы сил подпорной стены следует учитывать, чтобы правильно различать различные силы, действующие на нашу подпорную стену, как описано в предыдущей статье Подпорная стена: подход к проектированию . Основываясь на нашем примере на Рисунке A.1, мы должны учитывать силы из-за давления грунта, из-за воды и дополнительной нагрузки. Рисунок A.3 ниже, скорее всего, является нашей аналитической моделью.
Рисунок A.3-Диаграмма сил подпорной стены
Рассматривая рисунок A.3, мы можем вывести следующее уравнение для активного давления, Па, и пассивного давления Pp. Обратите внимание, что давления, действующие на стенку, эквивалентны площади (треугольнику) диаграммы распределения давления. Следовательно,
- Па 1 =1/2 ɣK a H 2 → ур. 1, где H – высота удерживаемого грунта
- Па 2 =1/2 ɣH w 2 →уравнение 2, где Hw – высота уровня грунтовых вод
- Па 3 =ωK a h → уравнение 3, где h – высота надбавки
Пассивное давление, Pp будет:
- Pp=1/2 ɣkpH p 2 →eq. 4
По формуле Ренкина и Кулона уравнение для расчета коэффициента давления:
Ka= (1-sin ф)/(1+sin ф)
Ka= 0,33
Kp= (1+sin ф)/(1-sin ф)
Kp= 3
Подставляя значения, получаем следующие результаты:
- Па 1 =1/2 мкГн 2 = 11,88 кН
- Па 2 =1/2 ɣH w 2 = 5 кН
- Па 3 =ωk a h= 3,17 кН
- Pp=1/2 ɣkpH p 2 = 9,72 кН
Существуют две проверки устойчивости подпорной стенки. Одна проверка на опрокидывающий момент, а другая проверка на скольжение. Вес подпорной стены, включая гравитационные нагрузки внутри нее, играет жизненно важную роль при проверке устойчивости. См. рисунок A.4 для расчета массы или веса.
Рисунок A.4 — Компоненты веса подпорной стены
Компонент собственного веса подпорной стены следует уменьшить или умножить на коэффициент снижения веса (0,9) для учета неопределенности, поскольку в данном контексте они являются «стабилизирующими». . Следовательно,
- Вес из-за почвы: Ш 1 = 18 кН/м 3 x 0,6 м x 0,625 м x 1,0 м = 6,75 кН
- Вес за счет основания: Ш 2 = 0,9 x 25 кН/м 3 x 0,25 м x 1,5 м x 1,0 м = 8,44 кН
- Масса стены: Ш 3 = 0,9 x 25 кН/м 3 x 0,25 м x 2,0 м x 1,0 м = 11,25 кН
- Вес из-за грунта: Ш 4 = 18 кН/м 3 x 0,625 м x 2,0 м x 1,0 м = 22,5 кН
- Вес из-за воды: Ш 5 = 10 кН/м 3 x 0,625 м x 1,0 м x 1,0 м = 6,25 кН
- Вес за дополнительную плату: W s = 12 кН/м 2 x 0,625 м x 1,0 м = 7,5 кН
- Общий вес, Ш Т = 62,69 кН
Для обеспечения стабильности опрокидывающего момента должно выполняться следующее уравнение:
где:
- RM: Восстанавливающий момент от веса подпорной стены
- OM: Опрокидывающий момент из-за бокового давления грунта
Ссылаясь на диаграмму на Рисунке А.4 и принимая момент в точке, P консервативно пренебрегая эффектом пассивного давления, следовательно:
- RM= Вт 2 (0,75) + Вт 3 (0,75) + Вт 4 (1,19) + Вт 5 (1,19) + Вт с 9090 м (1,19)
- OM= Па 1 (0,67) +Па 2 (0,33) +Па 3 (0,4) = 10,88кНм
RM/OM = 5,32 > 2,0 , Следовательно, БЕЗОПАСНО в момент опрокидывания!
3.2 Проверка на скольжениеДля обеспечения устойчивости к скольжению должно действовать следующее уравнение:
где:
- РФ: сила сопротивления
- SF: Сила скольжения
Проверку на скольжение следует проводить со ссылкой на диаграмму рисунка А. 4 и с учетом суммирования вертикальных сил для силы сопротивления и горизонтальных сил для силы скольжения без учета пассивного давления, следовательно:
- RF= W 1 +В 2 +В 3 +В 4 +W 5 + W с = 55,94 кН
- SF= Па 1 +Па 2 +Па 3 = 20,05 кН
RF/SF = 2,79 > 1,5, , следовательно, БЕЗОПАСНО для скольжения!
4. Проверка толщины стенки на сдвигНоминальный сдвиг равен боковым силам, действующим на подпорную стенку, без учета влияния пассивного давления, что дает нам:
- Номинальный сдвиг, V n = 20,05 кН
- Предельный сдвиг, В u = 1,6Vn = 32,08 кН
Чтобы толщина стены была безопасной при сдвиге, предельный сдвиг, V u , должен быть меньше допустимого сдвига, V допускается , как рекомендовано кодом ACI 318.
V C = 0,17√fc’B W D
Где: EP = 0,75
B W = 1000 мм
D = 250mm-75mm-6mm = 169.мм
V C = 0,17√fc’b W D = 162,52 KN
V Разрешить = 121,89 KK !
5. Расчет стержня стены на изгиб- Номинальный момент, M n = 10,88 кН·м
- Предельный момент, М u = 1,6Mn = 17,40 кН·м
Mu =φ fc’ bd 2 ω (1- 0,59ω)
17.40×10 6 = 0.90 x 32 x 1000 x 169 2 ω (1-0.59 ω)
ω = 0.0216
ρ = ω fc’/fy= 0.00150
As= ρbd = 0,00150x1000x169 = 254 мм 2
As мин. = ρ мин. bt = 0,002 x 1000 x 250 = 500 мм 2
0
6 Вертикальная планка; Действуйте как
= 392 мм 2 x 2 стороны = 785,4 мм 2Необходимая горизонтальная перекладина: попробуйте T10-250; Как акт = 314 мм 2 x 2 стороны = 628,32 мм 2
Следовательно: используйте T10-200 для вертикальной перекладины и T10-250 для горизонтальной перекладины.
6. Проверка несущей способности фундаментаНесущая способность фундамента обычно определяет конструкцию стены. Грунт, особенно под носком фундамента, очень тяжело сопротивляется вертикальным нагрузкам на опору, сдвигу скольжения и оказывает пассивное сопротивление скольжению. Несущая способность грунта должна рассчитываться с учетом действия одновременных горизонтальных нагрузок, приложенных к фундаменту от давления грунта.
Чтобы основание было безопасным при давлении грунта, максимальное давление грунта при рабочей нагрузке должно быть меньше допустимой несущей способности грунта. Максимальное давление на грунт под фундаментом с учетом полосы шириной 1 м составляет:
где:
- P= 62,69 кН
- А= (1×1,5) м 2
- М=10,88 кНм
- б= 1 м
- г=1,5 м
Подстановка значений выше даст нам:
q max = 70,81 кПа < q все = 100 кПа, следовательно, OK!
Решение для предельного давления в подшипнике:
где:
- P= 1,6x 6,75 + 1,4×8,44 +1,4×11,25 +1,6x 22,5 +1,6×6,25 +1,6×7,5= 96,37 кН
- А= (1×1,5) м 2
- М=17,40кНм
- б= 1 м
- г=1,5 м
Подстановка приведенных выше значений даст нам:
- q umax = 110,65 кН
- q umin = 17,85 кН
Если q umin находится в натянутом состоянии, проверьте требуемую длину, в противном случае игнорируйте, если оно находится в сжатом состоянии. Поскольку наше q umin равно растяжению (+), значение L должно быть рассчитано следующим образом:
0006
Из рисунка A.5:
Решите для эксцентриситета:
e=M/P = 0,181
2, где:
- а=длина давления
- qe= qu макс.
- b=полоса 1 метр
- а= 1,74 м
L= 2(e+a/3) = 1,52, скажем, 1,6 м
8. Проверка достаточности толщины основания для сдвига широкой балкиРис. A.6 – Диаграмма давления при сжатии
8.1 Когда qu min находится в сжатииРешение для y с помощью подобного треугольника: см. рис. A.6 выше
y/1,044 = (112,24-19,44)/1,5; y = 64,59 кПа
q c = 19,44 + 64,59 = 84,03 кПа
- L’= (1,5–1,044 м) = 0,456 м
- B= полоса 1 м
- qu макс. =112,24 кПа
Vu= 44,75 кН
8.2 Когда qu мин находится в напряженииqc=y
Решение для y с помощью подобного треугольника: (см. рис. A.6 выше, L=a=1,75)
y/1,244= 112,24/1,75; y = 79,79 кПа
qc=79,79 кПа
Vu= 1/2 (q c + qu max ) L’b
- L’= (1,6 м-1,244 м) = 0,356 м
- B= полоса 1 м
- qu макс. =112,24 кПа
Vu=34,18 кН
Следовательно, используйте: Vu=44,75 кН
В разрешить = фВ с
В c = 0,17√fc’b w d
где:
- ф=0,75
- b w = 1000 мм
- д= 250мм-75мм-6мм = 169мм
V C = 0,17√fc’B W D = 162,52KN
V Разрешить = 121,89KN
с U
Рис.0029 мин находится в сжатии
Нахождение y с помощью подобного треугольника: (см. рис. A.7 выше)
y/0,875 = (112,24–19,44)/1,5; y = 54,13 кПа
Q C = 19,44 + 54,13 = 73,57 кПа
MU = (73,57 × 0,625) x (0,625/2) + (38.67) (38.67). ) x (2/3) (0,625) → (площадь трапеции x плечо рычага)
Mu=19,40 кНм
9.2 Когда qu мин находится в состоянии растяженияq c = qu мин + y
Решение для y с помощью аналогичного треугольника: 1,75)
г/1,075 = 112,24/1,75; y = 68,95 кПа
qc=19,44 + 68,95= 88,39 кПа
Mu = (88,39×0,75) x (0,75/2) + (23,85×0,75) (1/2) x (2/3) (0,75 ) → (площадь трапеции x плечо рычага)
Mu= 19,40 кНм
Следовательно, используйте MU = 29,33 КНМ
MU = φ FC ‘BD 2 Ом (1- 0,59 Ом)
29,33 × 10 6 = 0,90 x 32 x 1000 x 169 2 . (1-0,59 ω)
ω = 0,0364
ρ = ω fc/fy = 0,002532
as = ρbd = 0,002532x1000x169 = 428 мм 2
as мин мм 2
AS MIN мм 2
AS MIN мм 2
AS МИН мм 2
AS МИН мм 2
AS МИН мм 2
. x 250 = 500 мм 2
Требуемая вертикальная планка: попробуйте T10-200 ; Как действие = 392 мм 2 x 2 стороны = 785,4 мм 2
Необходимая горизонтальная перекладина: Попробуйте T10-250 ; AS ACT = 392 мм 2 x 2 стороны = 628,32 мм 2
10. Подробности Укрепляющейся стеныПриведенные выше расчет делаем дизайн методом проб и ошибок. Благодаря конструктивному исполнению , программному обеспечению и электронных таблиц , доступных в настоящее время, наша жизнь проектирования будет проще.
Наша команда разработала удобную электронную таблицу для проекта консольной подпорной стенки на основе приведенного выше расчета. Возьмите свою копию здесь !
Что вы думаете об этой статье? Расскажите нам свои мысли! Оставьте комментарий в разделе ниже. Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы быть в курсе последних сообщений, или следите за нами на наших страницах в социальных сетях по значкам ниже.
187 462 Всего просмотров, 23 просмотра сегодня
Авторские права, обеспеченные Digiprove © 2019-2021 Структурный мир
Рекламный Отправить письмо 6 марта 2022 г.
1 622 2 минуты чтения
В этой статье я объясню, что такое подпорная стена, как рассчитать объем бетона типов подпорных стен подпорных стен.
Что такое подпорная стена?A Подпорная стеновая конструкция, спроектированная и созданная для сопротивления боковому давлению грунта при заданном изменении высоты грунта, превышающем угол естественного откоса грунта. Удерживайте блок стен, используемый для поддержки пола сбоку, чтобы он оставался на совершенно разных уровнях с двух сторон. Удерживающие стены соединяют конструкции, предназначенные для удержания почвы на склоне, которому она не соответствует естественным образом (обычно это крутой, почти вертикальный или вертикальный уклон). они используются для определенных почв между парой совершенно разных возвышенностей, как правило, на участках участка земли с нежелательными склонами или в районах, где ландшафт должен быть строго сформирован и спроектирован для множества конкретных функций, таких как обработка склонов или эстакады дорог,
Типы подпорной стены
Теперь рассчитаем объем бетона для подпорной стены.
мы привели данные в эскизе ×h
объем бетона фундаментной плиты=4×2×0,4=3,2 м³
Узнать больше BackSight с одной контрольной точкой и углом Основная информация для инженеров -строителейТеперь объем бетона ствола
. длина трапеции =0,25 м
бетонный объем ствола= {(основание +верх /2) ×высота} ×длина
бетонный объем ствола= {(0,5+0,25/2)×5}×2
бетон объем ствола={0,75/2×5}×2=3,75 м³
Теперь у нас есть подпорная стена с контрфорсом
мы рассчитываем объем бетона стены с контрфорсом
данные указаны в эскизе
у нас есть 3 части этой стены
ширина =4 м
Толщина плиты основания =0,200 м
объем бетона плиты основания=Д×Ш×толщина
объем бетона плиты основания=12×4×0,200=9,6 м³
6 Теперь часть B ствола
заданные данные
длина ствола 12 м
ширина ствола = 0,200 м
высота ствола = 3 м =12×0,200×3=7,2 м³
Другие стойки В чем разница между предварительным натяжением и пост-натяжениемТеперь часть C контрфорса
090трапециевидная форма основания 6000
2 длина=2м
длина верха=0,500м
высота=3м
длина трапеции=0,200м
объем бетона контрфорса= {(основание+верх/2)×высота}×длина +0,500/2)×3}×0,200
объем бетона контрфорса={(2,5/2)×3}×0,200=0,75 м³
У нас 2 контрфорса, поэтому 0,75×2=15 м³
Спасибо за прочтение статьи Получите больше информации и поделитесь ею с другими.