Лекция 7 Материал подпорных стен Для бетонных и

1
Лекция 7
Материал подпорных стен
Для бетонных и железобетонных подпорных стен необходимо применять
бетоны по прочности на сжатие от В15 до В35. Для бетонной подготовки применяется бетон класса В3,5 и В5.
Для армирования ненапряженных железобетонных подпорных стен применяется стержневая горячекатаная арматурная сталь периодического профиля
класса А-II и А-III, а для предварительно напряженных конструкций – термически
упрочненная арматура класса Ат-IV, Ат-V и Ат-VI или горячекатаная арматура
класса А-V. Для монтажной арматуры служит сталь класса А-I.
Бутовая кладка (при наличии камня на месте) выполняется из камня марки
не ниже 150–200 на портландцементном растворе марки не ниже 25–50, а лучше
100–200.
Если на месте имеется рваный или мелкий бутовый камень, то взамен бутовой кладки может быть применена кладка из бутобетона.
Кирпичные стены допускаются высотой до 3–4 м с применением контрфорсов. Кирпичи применяют хорошо обожженные марки не ниже 200 на растворе
марки не ниже 25. Применение силикатного кирпича не допускается.
Условия работы и предельные состояния подпорных стен
Грунт, находящийся за подпорной стеной и удерживаемый ею, стремясь под
влиянием сил тяжести прийти в движение и занять объем, ограниченный поверхностью естественного откоса, встречает сопротивление стены и оказывает на нее
давление. Это давление зависит не только от механических свойств грунта и геометрических размеров стены и откоса, но также и от характера и величины перемещений стены, которые в свою очередь зависят от жесткости самой стены и ее
основания.
Перемещения подпорной стены носят сложный характер. Они складываются из перемещений стены как твердого тела, зависящих от деформаций основания,
и из упругих или пластических перемещений, связанных с деформацией самого
2
тела стены (применительно только для тонких гибких стен). Всякое сложное перемещение подпорной стены как твердого тела относительно основания может
быть разложено на три составляющие: горизонтальное перемещение, вертикальное перемещение и поворот вокруг той или иной оси. При абсолютном жестком
основании такой поворот возможен относительно нижнего переднего или заднего
ребра, а при деформируемом основании – вокруг некоторой оси, расположенной
ближе к середине ширины подошвы.
При некоторых величинах нагрузок, действующих на подпорную стену, ее
перемещения могут достигнуть такой величины, что произойдет сдвиг (скольжение) стены по основанию (рис. 1, а) или ее опрокидывание (рис. 1, б). И в том, и в
другом случае стена теряет устойчивость и перестает выполнять свое назначение,
т. е. наступает предельное состояние. При недостаточно прочном основании потеря
устойчивости стены может произойти при разрушении основания с возникновением в нем поверхности скольжения, с выпиранием грунта из-под подошвы фундамента и даже с опрокидываем стены в противоположную сторону (рис. 1, в).
Рис. 1. Перемещения подпорной стены
На стадии эксплуатации предельным состоянием подпорной стены следует
считать развитие в ее основании недопустимо больших по условиям эксплуатации
деформаций в виде осадок или кренов.
Кроме того, предельным состоянием являются случаи нарушения прочности
или трещиностойкости материала самой стены, связанные с появлением недопустимых по величине напряжений или усилий.
Возможность возникновения этих предельных состояний требует тщательного изучения гидрогеологии в месте сооружения подпорных стен с всесторонним исследованием физико-механических свойств грунтов основания. Получен-
3
ные данные можно использовать при проектировании фундаментов подпорных
стен, исключающих появление соответствующих предельных состояний.
К предельным состояниям относят также потерю устойчивости конструкции подпорных стен выше обреза фундамента и нарушение прочности или возникновение трещин в материале стены, связанные с появлением недопустимых по
значению напряжений и усилий.
Рассмотренные предельные состояния относятся в основном к эксплуатационному периоду работы подпорной стены. На стадии строительства и ремонта
сооружения опасность представляют предельные состояния, связанные с технологией ведения работ.
Принципы расчета подпорных стен
Цель расчета подпорной стены состоит в том, чтобы обеспечить условия,
при которых ни одно из предельных состояний не наступит в течение всего периода ее эксплуатации. Поэтому расчеты всегда производят на самое невыгодное
сочетание нагрузок.
При этом высота подпорной стены, ее материал, тип и форма профиля
предполагаются предварительно выбранными в зависимости от тех или других
конкретных местных условий.
Исходя из указанных выше предельных состояний подпорных стен и их оснований должны быть произведены следующие расчеты:
1) на устойчивость положения самой подпорной стены (вместе с фундаментом и без него) против сдвига по поверхности основания и против опрокидывания;
2) на прочность грунта основания;
3) на прочность самой конструкции подпорной стены;
4) на деформацию грунта основания;
5) на трещиностойкость элементов конструкции.
Расчеты на устойчивость и прочность производятся при действии расчетных
нагрузок, а расчеты на деформацию – по нормативным нагрузкам.
4
Расчет на трещиностойкость производится по нормативным или расчетным
нагрузкам в зависимости от характера влияния трещин на условия эксплуатации
подпорной стены.
Во всех случаях расчеты производятся на наиболее невыгодное сочетание
нагрузок и должны охватывать различные периоды работы подпорной стены –
строительный, эксплуатационный, ремонтный и др.
Ход расчета может быть прямым или обратным.
Прямой ход расчета состоит в том, что по найденным предварительно нагрузкам находят минимальные требуемые размеры профиля, в частности, ширину
подошвы. Данный вид расчета не получил развития.
Обратный ход расчета заключается в предварительном назначении размеров
профиля с последующими его проверками.
Иногда применяется комбинированный метод расчета.
Одной из основных нагрузок, действующей на подпорную стену и определяющей размеры ее профиля, является давление грунта: активное и пассивное.
Активное давление – это горизонтальное или наклонное давление грунта,
соответствующее предельному состоянию, которое возникает при незначительном перемещении подпорной стены в направлении грунтовой засыпки.
Пассивное давление – это горизонтальное или наклонное давление грунта,
соответствующее предельному состоянию, которое определяется незначительным
перемещением подпорной стены в сторону от засыпки.
При расчете учитывается самое неблагоприятное воздействие грунта на
подпорную стену. Как правило, чем больше активное давление грунта и меньше
его пассивное сопротивление, тем в более неблагоприятных условиях находится
стена. Поэтому в расчетах следует принимать наибольшее значение активного
давления грунта с коэффициентом перегрузки > 1 и минимальное значение пассивного сопротивления с коэффициентом перегрузки < 1. При этом из общего
пассивного сопротивления часто исключается влияние пассивного давления грунта. Этим учитывается возможность удаления или размыва грунта с внешней стороны подпорной стены в процессе эксплуатации.
5
Нагрузки, действующие на подпорные стены
Все нагрузки, действующие на подпорные стены, разделяются на постоянные и временные.
К постоянным нагрузкам относятся собственный вес стены, давление грунта; давление, передающееся через грунт, от веса конструкций, находящихся на
поверхности засыпки; давление воды при постоянном ее уровне.
К временной нагрузке относится давление, передающееся через грунтовую
засыпку от находящихся на ней транспортных средств и других внешних нагрузок. Временные нагрузки подразделяется на длительно действующие, кратковременно действующие и особые.
Основные сочетания нагрузок составляются из постоянных, длительно действующих и одной кратковременно действующей временной нагрузки.
Дополнительные сочетания нагрузок состоят из постоянных, длительно
действующих и двух и более кратковременно действующих временных нагрузок.
Особые сочетания нагрузок составляются из постоянных, длительно действующих временных нагрузок, некоторых кратковременных действующих и особых нагрузок и воздействий. К особым нагрузкам относятся сейсмические, аварийные и подобные воздействия.
При дополнительных сочетаниях коэффициенты перегрузки кратковременных нагрузок умножаются на коэффициент 0,9, а при особых сочетаниях – на 0,8.
Динамическое действие от нагрузок, передающееся через грунт, обычно не
учитывается.
При определении усилий от собственного веса элементов подпорной стены
при их транспортировании и монтаже вводится динамический коэффициент 1,5.
Нормативную нагрузку от собственного веса подпорной стены определяют
исходя из геометрических размеров ее профиля и объемного веса материала.
Нормативная временная нагрузка (равномерно распределенная или сосредоточенная), расположенная на призме обрушения, заменяется слоем грунта засыпки с соответствующей высотой, который будет эквивалентен по интенсивности
этой нагрузке.