Армирование подпорной стены

Почему подпорные стены целесообразно армировать

Подпорные стены испытывают постоянное силовое воздействие массы грунта. В подобных условиях любое долговременное сооружение должно обладать высокой пространственной жёсткостью. Бетон, как малопластичный материал, под периодически возникающими внешними нагрузками трескается, и со временем разрушается. Положение дел усугубляется, если строящийся объект находится, например, в сейсмически активной зоне или подвержен возможным оползням грунта.

Конструкция и расположение

Подпорная стена предназначена для удерживания распределённой односторонней нагрузки от грунта или воды. Надземные исполнения чаще всего проектируются в виде вертикальных (или почти вертикальных) конструкций, поскольку именно в таком случае на наклонных участках можно создать зоны без значительных перепадов высоты.

При возведении подпорной стены уклон укрепляемого участка выравнивается клинообразной вставкой, а пустоты тщательно засыпаются гравием/щебнем и уплотняются (см. рис. 2). Вдоль внешнего контура обустраивается сплошной вертикальный элемент, включающий в себя бетонные блоки. Они размещаются на прочном горизонтальном основании – фундаменте, поверх которого прокладывается дренажный водосток.

В населённых пунктах армирование подпорных стен из бетона предусматривают также для:

• Создания террас инфраструктуры, проходящей вдоль склонов;
• Формирования стенподвалов или подземных автостоянок;
• Облегчения строительства станций метрополитена или трасс скоростного электротранспорта.

Важно! В нашей стране порядок расчёта и проектирования армированных подпорных стен нормируется правилами СНиП 2.09.03-85.

Условия эксплуатации

Стабильное удерживание почвы или инженерной насыпи обеспечивается тогда, когда угол откоса превышает значение естественного угла откоса почвы. Лимитирующим фактором является способность сооружения выдерживать горизонтальное и/или боковое давление грунта.

Боковое давление грунта зависит от вертикального напряжения, создаваемого материалом за подпорной стеной. Оно, в свою очередь, является функцией высоты обратной засыпки и её плотности.Из этого следует, что наибольшее боковое давление грунт оказывает на основание стены, потому что чем глубже засыпка, тем выше вертикальное напряжение.

При расчётах геометрических параметров подпорных стен принято, что давление от верха до основания увеличивается по параболической зависимости. При этом жёсткость фундамента принимается абсолютной, и на прогиб стены влияния не оказывает.

Как следует армировать подпорную стену

Применяют укрепление с помощью бетонных блоков и с применением геосеток.

Армирование блоками

Способ эффективен в двух ситуациях – когда расчётная эпюра внешних давлений на стену из монолитного железобетона существенно превышает предел прочности основного материала, и когда частичный демонтаж уже имеющейся стены по ряду причин невозможен. При этом в качестве типового элемента армирования применяют бетонные блоки, а не панели, удельная жёсткость которых ниже.

Считается, что армирование с помощью стальной арматуры легче выполнять во время первоначального строительства, когда перед заливкой бетона установлено правильно рассчитанное количествоарматурных стержней.Это могут быть прутья, полосы или стальные сетчатые панели.Также важно выбрать правильный тип подпорной стены, чтобы она выдержала максимально возможное давление.

Важно! При использовании стальной арматуры различают уголковые подпорные стены и монолитные подпорные стены. Уголковые подпорные стены работают в более тяжёлых эксплуатационных условиях, поскольку характеризуются пространственной схемой нагружения. В свою очередь, монолитные подпорные стены выгодно отличает более равномерное распределение внешних усилий и перемещений.

Методика расчёта армирования (вместе с эпюрами давлений) приводится в разделе 2 СНиП 2.09.03-85. Если оказывающиеся расчётные напряжения превышают нормативные, стены из монолитного железобетона нуждаются в дополнительном укреплении. В данном случае целесообразно добавить к стене ряд стальных стяжек или анкеров. Это не только повышает устойчивость самого подпорного сооружения, но и улучшает работу фундамента под ним.В процессе армирования рекомендуется улучшить и дренаж, что снимает любые проблемы, связанные с повреждением подпорной стены периодически возникающими водными стоками.

Последовательность расчёта:

1. Анализируется конфигурация и площадь стены (согласно чертежу), а также распределение напряжений в ней. Например, армирование контрфорсов должно проводиться в первую очередь, т.к. эти элементы работают по схеме пространственного нагружения.
2. Соответственно рекомендациям СНиП 2.09.03-85 определяется плотность армирования (количество арматурных стержней на единицу длины).
3. Принимается материал стержней и их размеры (длина, диаметр). Расчёт может выполняться в нескольких вариантах.
4. По суммарной площади поперечного сечения всех стержней устанавливается их расчётное количество, приходящееся на единицу длины подпорной стены. Результат округляется до ближайшего большего целого числа.
5. Данные вычислений накладываются на чертёж общего вида сооружения. Это позволяет установить оптимальное месторасположение арматурных стержней.

Общий вид армированного ряда бетонных блоков показан на рис.3. Остальные ряды проектируются аналогичным образом. Способ находит применение также при прокладке скоростных автотрасс на участках со сложным ландшафтом (см. рис. 4).

Армирование геосеткой

Способ используется, когда по конструктивным соображениям видоизменение формы и количества бетонных блоков невозможно, либо трудноосуществимо по финансовым соображениям. Тогда повышение жёсткости и долговечности подпорной стены достигается за счёт увеличения устойчивости уплотняемой засыпки, куда вводят один или несколько слоёв георешётки.

При использовании пустотелых бетонных блоков, разделяемых геосеткой, каждый слой материала выполняет принудительную многоточечную блокировку самопроизвольных перемещений. Сама схема армирования при этом принципиально не изменяется.

По мере увеличения высоты подпорных стен их масса увеличивается, что позитивно сказывается на значении вертикального усилия прижима. При этом пластичность материала георешётки способствует увеличению трения и, следовательно, улучшает сцепление геосетки с подпорной стеной.

Общий вид пространственной схемы армирования части укреплённого сооружения представлен на рис. 5.

При армировании геосеткой учитывают следующие факторы:

• Прочность сетки:рекомендуется выбирать материал с допускаемыми нагрузками от 7,3 кН/м до 58,4 кН/м;
• Длина сетки должна простираться достаточно далеко за стену, чтобы создать необходимую гравитационную массу.Как правило, она составляет минимум 60% от общей высоты подпорной стены;
• Количество слоевдолжно быть достаточным, чтобы адекватно повысить внутреннюю прочность материала и справиться со всеми приложенными к нему внешними силами.
• Слои георешётки располагают друг к другу так, чтобы наиболее равномерно распределить внутренние силы.Обычно расстояние между центрами принимают в диапазоне 350…450 мм.

Важно! Блок и георешётка должны работать вместе, чтобы противостоять внутренним нагрузкам.

Армирование подпорных стен при помощи композитной арматуры

В обоснованных случаях армирование подпорных стен выполняют арматурными стержнями, изготовленными из ударопрочного стеклопластика. Материал обладает меньшей, чем сталь, плотностью, но хорошо переносит и знакопеременные, и монотонные силы, а также снижает собственные нагрузки по подпорную стену.

Марки стеклопластика и сортамент композита выбирают соответственно номенклатуре, указанной в ГОСТ 31838-2012. Подпорные стены из композитного материала проектируются по той же схеме, что и все стены из армированной кладки.Поэтому они соответствуют таким же строительным требованиям к размещению арматуры, допускам, характеристикам цементного раствора и качеству изготовления, что и металлические закладные изделия.

Вместе с тем имеются и специфические особенности, касающиеся:

• Взаиморасположения арматуры в сооружении;
• Толщины соединения смежных элементов;
• Выбора поперечного сечения композита (оно может быть различным).

Если толщина подпорной стены это позволяет, вместо стеклопластиковых стержней допускается применение композитных полос толщиной от 4 до 20 мм. Такое армирование выполняют чередующимся, причём полосы располагают на равном расстоянии друг от друга.

Внешний вид фрагмента армированной подпорной стены представлен на рис. 6.

Заключение

Использование современных компьютерных технологий армирования подпорных стен (см. рис. 7) позволяет строителям и проектантам успешно справляться со следующими проблемами:

• Эрозией почвы: когда вода стекает вниз по склону, она может частично смыть грунт и вызвать обрушение склона.Поэтому подпорные стены обязательно оснащаются устройствами для дренажа поверхностных стоков.
• Недостатком площадей, пригодных для строительства сложных объектов: если выбранный участок обладает ступенчатым рельефом, то только армированные подпорные стены могут помочь с долговременным и надёжным применением земельных ресурсов под возведение зданий, парковок, объектов дорожного строительства.
• Непригодностью некоторых земельных участков для активного отдыха ввиду опасности оползней, паводков и иных природных явлений; это усложняет вопросы обустройства ландшафтного дизайна территорий.

При надлежащем мониторинге своего состояния тщательно спроектированные и качественно изготовленные армированные подпорные стены характеризуются увеличенным ресурсом долговечности и безопасностью при эксплуатации.