CC BY
15
УДК 624.01
В. Т. ГУЗЧЕНКО, М. А. Л1СНЕВСЬКИЙ (ДПТ) КЛАСИФ1КАЦ1Я П1ДП1РНИХ СТ1Н
У статгi наведено класифшацш рiзних конструкцiй пiдпiрних стiн. Особливу увагу придiлено матерiало-зберiгаючим конструкщям. Зокрема, розглянуто конструкци пiдпiрних стш з застосуванням мембранних матерiалiв i армованого грунту. Ввдзначено пiдпiрнi стши з застосуванням залiзобетонних оболонок р1зно! форми, стiни на пальовому фундамент^ стiни з габiонiв та анкерно-контрфорсш стiни.
Ключев! слова: пiдпiрна стша, грунтовий масив, мембранi матерiали, пальовий фундамент
Вступ
В процес свое! д1яльност1 буд1вельники часто стикаються з ситуащею, коли грунтовий масив не може втриматися в р1вноваз1 сам по соб1. В цей момент виникае необхщшсть створити посилення грунту. Це завдання постае при будь вницта на д1лянках з природним або штучним ухилом, 1з складним i р1зноман1тним рельефом, при необхщносп буд1вництва буд1вель i споруд, що шдшмаються над мюцевютю, а також при зведенш транспортних споруд як в ви!мках, так i в насипах, змщненш стш котловашв. Задача ви-р1шуеться використанням шдшрних стш i шпун-тових огороджень р1зних конструкцш. Останшм часом з'явилися нов1 типи шдшрних стш, що в1др1зняються значно меншою матер!аломюткю-тю, а також застосуванням нових синтетичних матер1ал1в. З ц1е! причини розширення i вдоско-налення юнуючо! класифшацп шдшрних стш е важливим завданням.
Основна частина
Щдтрною стшою називаеться споруда, що утримуе грунт вщ обвалення в укосах наситв i ви!мок.
Грань стши, звернена в бш засипки, назива-еться задньою, а грань, звернена в протилежну сторону - передньою.
Розр1зняють таю форми вшьно! поверхш грунту за тдтрною стшою: горизонтальну; уюс що пщшмаеться; падаючий уюс; нашвуюс; ламану, не сплановану.
Класифшащя шдшрних стш може бути проведена за р1зними ознаками.
1. За призначенням. За щею класифшащ-ею дуже складно роздшити, так як в даний час шдшрш стши знаходять надзвичайно велике i р1зноман1тне застосування в буд!внищта. Однак можна все ж роздшити шдшрш стши на стши, що шдтримують насип, i стши, що захищають ви!мки.
2. За характером роботи потр!бно розр!з-няти наступш шдшрш стши, що окремо стоять i пов'язаш з прилеглими спорудами. Кр!м того, слщ розр!зняти шдшрш стши, як1 не шддають-ся тиску води, i гщротехшчш
3. По висот тдтрш стши шдрозд!ляються на низью - заввишки до 10 м, середш - висотою вщ 10 до 20 м ! висок - висотою бшьше 20 м.
4. За матерiалом тдтрш стши можуть ви-готовлятися 1з залiзобетону, бетону, бутобетону, бутово! або цегельно! кладки, р1зних дерев'яних або металевих конструкцш. Останнiм часом, особливо в зарубiжнiй практицi 6уд1в-ництва все ширше застосовуються тдтрш сп-ни з застосуванням сучасних синтетичних ма-терiалiв.
5. За принципом роботи розр1зняють такi типи шдшрних стш:
5.1. Гравгтацшш шдшрш стши, як1 в свою чергу можна роздшити на масивш, нашвмасив-ш, тонкоелементнi i грунтозаповненi.
5.1.1. Масивнi шдшрш стши, стшюсть яких забезпечуеться в основному !х власною вагою i матерiал (бетон, бутова або цегляна кладка) вщчувае переважно стискаючi зусилля (рис. 1). В залежносп вщ нахилу задньо!' гранi можна роздшити шдшрш стши на крут^ полоп i лежачi. Залежно вщ форми поперечного пере-р1зу - на прямокутш, трапецещальш з похилою задньою ^або передньою гранню, нахиленi в бш засипки, 1з ступiнчастою задньо! гранню, з розвантажувальним майданчиком та ш;
Рис. 1. Масивна пiдпiрна стша
© Гузченко В. Т., Люневський М. А., 2012
39
5.1.2. Нашвмасивш шдшрш стiни, стiйкiсть яких забезпечуеться як власною вагою стшки, так i вагою грунту, який лежить на фун-даментнiй плит (рис. 2). Такi стiни зазвичай являють собою конструкцiю з армованого бетону, в якш розтягуючi зусилля сприймаються сталевою арматурою.
Рис. 2. Натвмасивна тдшрна стша
5.1.3. Тонкоелементш (кутового типу) пiдпiрнi стши, зазвичай складаються з жорстко пов'язаних один з одним лицьових i фундамен-тних плит (рис. 3). Стшюсть стiн цього типу забезпечуеться в основному вагою грунту над фундаментно! плитою i лише в невеликому ступеш власною вагою. Вони отримали най-бiльш широке поширення в будiвництвi. Такi стiни можуть виконуватися з розвантажуваль-ними майданчиками, фундаментнi плити можуть виготовлятися горизонтальними, для зб> льшення опору зрушенню - похилими i з шипом.
По конструкцiях кутовi шдшрш стши можуть бути виконаш монолггними, збiрно-монолiтними, а також збiрними. Збiрнi кутовi стiни можуть виготовлятися заводським способом - сершно i високо! якостi. Збiрнi кутовi ш-дпiрнi стiни дозволяють економити час будiв-ництва, полшшити якiсть i контроль виробiв.
оболонки. В кутових стшах найбiльш доцшьно використовувати оболонки, момент опору пе-рерiзу яких зростае зверху вниз - вщповщно до зростання епюри згинальних моментiв. Цiею властивiстю володдать оболонки типу гшербо-лiчного параболо!да i коно!да. Поряд з гшербо-лiчним параболо!дом i коно!дом, яю е оболон-ками подвшно! кривизни, запропоновано бiльш простi форми оболонок - складчасп, якi не ма-ють зазначених властивостей змiни моменту опору, але бiльш технологiчнi при виготовлен-нi, так як складаються з окремих плоских плит. Необхщно вщзначити, що у всiх без винятку випадках замiни площинних конструкцш заль зобетонних пiдпiрних стiн на просторовi дося-гаеться суттевий технiко-економiчний ефект, що полягае не тшьки в рiзких скорочення ви-трат матерiалiв (особливо арматурно! сталi), але i в зниженнi трудомiсткостi будiвельно-монтажних робiт i загально! вартосп зведення стiн. До того ж, таю шдшрш стши мають вiзуа-льну привабливють лицьово! поверхнi.
5.1.4. Грунтозаповнеш пiдпiрнi стiни складаються з рiзного роду конструкцiй запов-нених грунтом (рис. 4). Це можуть бути пусто-тш ящики (рис. 5), яю встановлюються в один, два i бiльше ярусу i заповнюються грунтом. Ящики можуть виготовлятися iз залiзобетону, металевих профiльованих лиспв. Сюди ж слiд вiднести нас^зш конструкци зi збiрних зал> зобетонних блоюв або металевих профшьова-них лиспв. Широко поширеним варiантом гру-нтозаповнених пiдпiрних стiн е стши з габюшв рiзних конструкцiй.
Рис. 4. Рекомендована схема установки ящишв в шдшрнш стшщ:
1 - низький ящик; 2 - високий ящик
Рис. 3. Тонкостша кутова пвдшрна стша
Добре вивченим варiантом кутових шдшр-них стiн е стши-оболонки. Вони складаються з лицьово! плити у формi оболонки i фундаментно! плити, яка може бути плоскою або у вигщщ
Рис. 5. Ящик для шдшрно! стшки
1х перевагами е: низька матерiаломiсткiсть; висока ошрнють навантажень; корозiйна стш-юсть вiд ди води i грунту, атмосферних впли-вiв, наносiв; проникнють i пористiсть констру-кцiй, яка забезпечуе дренування зворотно! за-сипки; гнучюсть, яка дозволяе цiй структурi поглинати осiдання грунту без руйнування спо-руди.
Грунтозаповненi пiдпiрнi стши доцiльно ви-конувати бiопозитивними, заповнювати !х ли-цьову поверхню рослинним грунтом з наступ-ним посiвом i висадкою рослин. Стiйкiсть спо-руди забезпечуеться: а) власною вагою; б) вла-сною вагою i анкеруванням до армованого грунту зворотно! засипки.
5.2. Контрфорсш шдшрш стiни складаються з фундаментно! i лицьово! конструкцш, для зб> льшення жорсткостi мiж якими влаштовуються контрфорси або поперечш ребра (рис. 6). Ли-цьова конструкщя сприймае горизонтальний тиск грунту i передае його на контрфорси. Контрфорси, в свою чергу, передають наванта-ження на фундаментну конструкщю.
Рис. 6. Контрфорсна пвдшрна стша
Традицшно, такi пiдпiрнi стiни виконували-ся iз залiзобетону з щiльною лицьовою части-ною i масивними контрфорсами. Бшьш еконо-мiчними рiшеннями по витран бетону i сталi е контрфорсш шдшрш стши, в яких в якосп лицьово! конструкци використовуються рiзно! форми оболонки або мембрани, а контрфорс являе собою буронабивну палю вище рiвня грунту, двi посiченi палi або палю з розширен-ням ствола нижче рiвня грунту. В контрфорс-них шдшрних стiнках використовуються цил> ндричнi, параболiчнi i коно!далнi оболонки. Цi типи оболонок у напрямку хвилi (тобто в на-прямку прольоту мiж сусiднiми контрфорсами) працюють переважно на стиск з невеликими крайовими моментами, що дозволяе практично
виключити робочу арматуру i значно знизити товщину оболонки. Цiкавi коно!дальнi оболонки, стрша пiдйому яких зростае зверху вниз пропорцшно зростанню активного тиску грунту, тому оболонка одинаковомщна у вшх перетинах.
Поряд з низкою тишв пiдпiрних стiн у фор-мi оболонок запропоновано виконання бюпози-тивних пiдпiрних стiн, тобто стш з лицьовими плитами у формi оболонок, якi мають горизонталью майданчики з вiдкритим грунтом, в яко-му висаджують в'юнкi рослини, i таким чином отримують озеленену вертикальну поверхню фасаду. Вщомо, що саме зелена поверхня не викликае втоми очей водив на автодорогах. Аналопчно, як свщчать деяю дослiдники, впливае i немонотонна лицьова поверхня шдшрних стш-оболонок.
Контрфорсш шдшрш стши з вертикальним розташуванням мембран в якосп лицьових елеменнв володiють зниженою витратою бетону i арматурно! сталi. В якосп мембран можуть застосовуватися полотна зi склопластику, скло-тканини, полiетилену, полшропшену. Такi стi-ни можуть бути з анкерами, яю утримують контрфорси, i без анкерiв. Гнучка мембрана може мати цилшдричну (рис. 7, а) або коно!да-льну форму (див. рис. 7, б). З точки зору еко-номи матерiалiв переважае коно!дальна форма, тобто трохи нагадуе коно!да форма поверхнi, яка приймаеться мембраною при ущшьненш грунту засипки. Так як тонка мембрана (товщи-ною менше 1 см) дуже схильна до мехашчних пошкоджень, доцiльно прикршити захисно-декоративний екран на лицьовш поверхнi стi-ни, прикрiпленого до контрфоршв (див. рис. 7, в). Для зниження витрат матерiалiв конструкщя екрану може бути з отворами. Проснр мiж екраном i мембраною можна запо-внити грунтом, в який корисно висаджувати декоративш рослини. Таким подшом функцiй (мембрана - несуча конструкщя, а екран - за-хисна) може бути створена легка й виразна шд-пiрна снна.
Цiкавою конструкцiею е анкерно-контрфорсш пiдпiрнi стiни. Вони складаються з особових плит i контрфорсiв, розташованих з боку грунтово! засипки та затиснених в нш, тобто е одночасно жорсткими анкерними еле-ментами. Щ конструкцi! дозволяють залучити грунт в роботу споруди та реалiзувати несучу здатшсть системи «споруда - грунт», знизивши при цьому матерiаломiсткiсть конструкци.
Рис. 7. Вар1анти матер1алозбер1гаючих пiдпiрних стш з застосуванням мембранних матерiалiв:
а) - контрфорсш з цилшдричними мембранами; б) - те ж, з коно1дальними мембранами; в) - те саме, з декоративним i захисним екраном; г) - з мембранними лицьовими елементами i гнучкими, армуючими Грунт анкерами; 1 - мембранний лицьовий елемент; 2 - гнучкий анкер; 3 - мембрана, 4 - рамка, 5 - Грунт; 6 - захисний екран
5.3. Щдтрш стши на пальовому фундамент на вiдмiну вiд стiн на природнш основi зво-дяться на палях (рис. 8). Застосовуються вони головним чином при недостатнш мщност Гру-нтiв пiд пiдошвою шдшрно! стiни. Наванта-ження передаються палями на глибою мiцнiшi шари Грунту. 1снують рiзнi вaрiaнти устрою пальового основи, що розрiзняються видом за-стосовуваних паль, 1х взаемним розташуванням i технологiями зведення. Також можливi рiзнi вaрiaнти конструкци, що сприймають горизон-тальний тиск Грунту. Це може бути масивна стша, кутова у формi плоско1 плити або оболо-нки, жорстко пов'язано1 з пальових ростверком.
Рис. 8. Шдшрш стiни на пальовому фундaментi
5.4. Щдтрш стiни з паль е шдшрш споруди, що виконуються з паль рiзних видiв i техноло-гiй зведення, якi можуть розташовуватися в один або бiльше рядiв. Ряди паль доцiльно
об'еднувати загальним ростверком.
5.5. Пiдпiрнi стiни з армованого Грунту. Це шдшрш стши з лицьовими елементами у ви-гщщ мaлорозмiрних збiрних плит або оболонок з металу, зaлiзобетону, бетону або пластмас i заанкерених в насипний Грунт з пошаровим ущiльненням за допомогою гнучких смугових aнкерiв, шток або суцшьних мембран. Хоча вони отримали назву конструкцiй з армованого Грунту, було б правильшше сказати, що вони е стшами iз застосуванням армованого Грунту i збiрних особових плит.
Розвиваються методи армування насипного Грунту з подальшим ущiльненням, в тому чи^ пошарове армування смугами або мембранами, i дисперсне армування добавкою в Грунтову сумiш синтетичних волокон. Переваги армування полягають у можливосп все бшьшого включення в роботу обсягу Грунту.
Слщ зазначити повшстю мембрaннi пiдпiрнi стiни, в яких гнучю мембрани, що сприймають тиск Грунту, передають зусилля на анкерш горизонтально розташоваш мембрани.
Пщшрш стiни з армованого Грунту можуть бути альтернативним вaрiaнтом практично у вшх випадках застосування трaдицiйних шдш-рних стiн рiзних конструкцiй.
5.6. Тоню (консольш) пiдпiрнi стiни (рис. 9), стшюсть яких забезпечуеться защемленням 1х в основу. До цього типу належать шпунтовi пiд-шрш стiни, а також зведенi методом «стша в
rpyrni». Для зменшення глибини закладення такиx cтiнок, pозмipи ïx пеpетинy, а також для шдвищення ïx жоpcткоcтi заcтоcовyютьcя фун-товi анкеpи piзниx конcтpyкцiй, або аpмyвання гpyнтy звоpотноï заcипки, що знижye бiчний тдак гpyнтy на cтiнy.
Pиc. 9. n^mprn cтiни на падьовому фyндаментi
5.7. Пальово-анкеpна cпоpyда. Споpyдження yтвоpюeтьcя з веpтикальниx залiзобетонниx бypонабивниx паль, яке cкладаютьcя як мш> мум iз двоx паpалельниx pядiв падь на cxrai гip i pозташованиx у шаxовомy поpядкy в плат.
Pоcтвеpки нижнього pядy падь поxило з'eднyютьcя за допомогою анкеpниx тяг палями веpxнього pядy в pезyльтатi yтвоpюeтьcя ком-плекcне cпоpyда з жоpcткиx падь i гнyчкиx за-лiзобетонниx анкеpниx тяг (pиc. 10).
блоюв у формi «Жака», криволшшш верхш i нижнi поверхш яких забезпечеш вiдповiдно 4 i 2 поздовжшми ребрами, а торцевi сторони забезпечеш трикутними вертикальними вшмка-ми, якi е при монтаж сполучною шпонкою. Крiм того в середиш блоку передбачено верти-кальний отвiр для розмiщення арматурних штирiв.
Замiсть поздовжнiх ребер можуть бути ша-хово-розташованi зуби (клиноподiбнi невелик виступи). По висотi вертикальнi, а в плат криволшшш розташування блоюв створюе захисну дугоподiбну шдшрну стiнку. Вiльне змiщення верхнiх i нижшх блокiв вiдносно один одного створюе мобшьну конструкцiю стiнки, яка може приймати будь-яку форму поверхш схилу або укосу. Блоки монтуються за схемою цегля-но! кладки. Блоки монтуються за схемою цег-ляно! кладки. Уздовж стшки шва кладки пе-рев'язуються в кожному ряду. Таким чином, в утворений нас^зний вертикальний отвiр став-ляться арматура i кiнцi у зош трикутних вшмок блокiв замонолiчуються бетоном.
Pиc. 10. Пальово-апкеpна cпоpyда:
а - тpиpядове pозташyваппя падь; б - pозpiзи по А-А; Б-Б; В-В; 1 - pоcтвеpк - поя^ 2 - наxилений задiзобетоппий апкеp; 3 - бypопабивпi падi; 4 - апкеpпа плита, 5 - ^^cpx^ cxилy
5.8. Мобшьна пiдпipна cтiнка (pиc. 11).. ni-дпipна cтiнка cкладаeтьcя з фiгypниx бетонниx
Рис. 11. Мобшьна шдшрна стшка:
а - загальний вид ст1нки; б - фцурний блок; в, г - фрагмента з'еднання блок1в; д - аркова форма
Висновки
Запропоноваш варiанти типу i конструкцi! пiдпiрних стш можуть бути використанi для шдсилення грунтових масивiв в залежностi вщ реальних умов будiвництва i експлуатацп шту-чних споруд рiзного призначення.
Вище приведена класифiкацiя далеко не ви-черпуе всього iснуючого рiзноманiття констру-кцiй. Вона може бути уточнена з вдосконален-ням старих i появою нових конструкцiй.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Клейн, Г. К. Расчет подпорных стен [Текст] / Г. К. Клейн. - Ярославль: Высш. шк., 1964. -196 с.
2. Полевиченко, А. Г. Расчет свайной подпорной стены для укрепления неустойчивых откосов и
склонов [Текст] / А. Г. Полевиченко - Хабаровск: Изд-во дВгУПС, 2006. - 25 с.
3. Каганов, Г. М. Гидротехнические сооружения армированного грунта [Текст]: учебн. пособие / Г. М. Каганов, И. М. Евдокимова, К. И. Шевченко - М.: Изд-во «Полиграфический комплекс НИА-Природа», 2004. - 607 с.
4. Тетиор, А. Н. Экологичные подпорные и шумо-защитные стены [Текст] / А. Н. Тетиор. - М.: МГУП, 2006. - 174 с.
Надшшла до редколеги 02.07.2012. Прийнята до друку 24.07.2012.
В. Т. ГУЗЧЕНКО, М. А. ЛИСНЕВСКИЙ (ДИИТ) КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДПОРНЫХ СТЕН
В статье приведена классификация различных конструкций подпорных стен. Особое внимание уделено материалосберегающим конструкциям. В частности, рассмотрены конструкции подпорных стен с применением мембранных материалов и армированного грунта. Отмечены подпорные стены с применением железобетонных оболочек различной формы, стены на свайном фундаменте, стены из габионов и анкерно-контрфорсные стены.
Ключевые слова: подпорная стена, грунтовый массив, мембранные материалы, свайный фундамент
V. T. GUZCHENKO, M. A. LISNEVSKYY (Dnepropetrovsk National University of Railway Transport)
CLASSIFICATION OF RETAINING WALLS
Classification of various retaining walls structures is given in the article. It gives special attention to material saving structures. Particularly this article talks us about structures of retaining walls with membrane materials and reinforced earth. Retaining walls with application of reinforced concrete shell structures of the various shapes, wall on pile foundation, gabion walls and anchor counterfort retaining walls are noted. Keywords: retaining wall, soil massif, membrane materials, pile foundation
