Понятие и конструкция подпорной стены (стенки)

Раздел 3 СТАТИКА СООРУЖЕНИЙ

Тема 3.10. Подпорные стены

Силы, действующие на укрепляющую подпорную стенку (общие понятия).

На подпорную стенку постоянно действуют следующие основные нагрузки:

А - собственный вес стенки (вертикальные силы);

Б - нагрузки на стенку от находящихся на ней грузов (вертикальные силы);

В - давление грунта засыпки на стенку и ее фундамент (вертикальные силы);

Г - давление грунта засыпки за стенкой (горизонтальные силы);

Д - силы трения или сцепления с грунтом (горизонтальные силы),

 

Рис. 10.5 Силы, действующие на стенку.

 

Силы, возникающие от нагрузок А, Б, В, Д обеспечивают устойчивость стенки.

А вот сила Г пытается сдвинуть (создать скольжение по основанию) или опрокинуть стенку.

Основные уравнения теории предельного равновесия

Для оценки прочности оснований, устойчивости грунтовых массивов и откосов, а также давления грунтов на сооружения используют теорию предельного напряженного состояния. В основу этой теории положено понятие о предельном равновесии грунта.

Предельным равновесием основания называют такое напряженное состояние, при котором незначительное увеличение внешней нагрузки приведет к нарушению установившегося равновесия и вызовет потерю устойчивости грунта, сопровождающееся выпором грунта из-под подошвы сооружения со значительным нарастанием осадки.

В зависимости от величины внешней нагрузки на грунт различают два понятия: допредельное и предельное.

Первое характеризуется вполне определенными деформациями, изменение которых может произойти из-за повышения уровня напряжений или в результате временных эффектов (консолидации, ползучести).

Приближенно можно полагать, что в диапазоне допредельных напряженных состояний, относительно «далеких» от предельного, справедлива линейная связь между напряжениями, подобная закону Гука. Отсюда следует возможность использования в механике грунтов решений теории упругости.

Второе состояние характеризуется достижением напряжениями такой критической комбинации, при которой устанавливается предельное равновесие между внешней нагрузкой и внутренними силами сопротивления грунта.

Наступление предельного равновесия основания может быть вызвано различной комбинацией напряжений, в зависимости от которой различают условия предельного состояния, или, как их иногда называют, теории прочности.

Для изучения прочности грунта в условиях сложного напряженного состояния применяют два основных условия (теории):

· условие, согласно которому предельное состояние наступает при отдельном соотношении касательного и нормального напряжений, действующих на одной площадке;

· условие Мизеса — Шлейхера, согласно которому предельное состояние наступает при определенном соотношении интенсивности касательных напряжений и среднего нормального напряжения.

 

Поверхности скольжения

Поверхности скольжения строят на основе теории предельного равновесия

 

Рис. 10.8 Поверхности скольжения

 

       С использованием теории предельного равновесия и построения поверхностей скольжения можно определять давления на подпорные стенки.

Пассивное давление

Пассивное давление или отпор в грунте возникает тогда, когда конструкция оказывает давление на грунт (опорный фундамент арки).

Пассивный отпор грунта в этом случае может быть определен выражением:

 

Раздел 3 СТАТИКА СООРУЖЕНИЙ

Тема 3.10. Подпорные стены

Понятие и конструкция подпорной стены (стенки)

В общестроительном понятии подпорная стена - это конструкционное сооружение, удерживающее от обрушения и сползания находящийся за ней массив грунта на уклонах местности (откосах, склонах, выпуклостях и впадинах поверхности участка).

Подпорная стена — это инженерное сооружение, служащее для предохранения грунта от обрушения, а также для восприятия напора воды в гидротехнических сооружениях. Подпорные стены — это стены подвалов зданий, набережные рек, плотины, береговые устои мостов, ограждения горных дорог и стенок котлованов.

По конструкции подпорные стены бывают:

Рис. 10.1 Конструкции подпорных стен

 

Подпорные стены рассчитываются на устойчивость против опрокидывания; на устойчивость против сдвига; на прочность и трещиностойкость материала кладки; на прочность грунта под подошвой фундамента.

 

Рис. 10.2 Виды расчетов подпорных стен

 

На подпорную стену действуют силы: активного бокового давления грунта Е_а, собственный вес стены Р_ст и вес грунта на ступенях фундамента Р_гр.

Активное боковое давление грунта определяется по теории Кулона (1776г). При этом грунт рассматривают как идеально сыпучее тело, между частицами которого отсутствуют силы сцепления.

Состояние равновесия стены в момент перехода ее от покоя к бесконечно медленному движению называется предельным равновесием. Под действием бокового давления грунта стена смещается и грунт начинает сползать по плоскости ВС. Часть грунта, заключенная в объеме ABC, называется призмой обрушения. Если на поверхности земли в пределах призмы обрушения приложена равномерно распределенная нагрузка интенсивностью Р, то ее действие условно заменяют эквивалентным слоем грунта

Рис. 10.3 Состояние предельного равновесия и эпюры интенсивности бокового давления грунта.

 

Все стенки, возводимые при загородном строительстве можно условно разделить на:

Декоративные: используются в качестве архитектурно- художественного элемента. Применяются на плоских (ровных) и с небольшим уклоном участках как элемент ландшафтного дизайна;

Укрепительные: применяются для удержания грунта на уклонах местности. Широко применяются при террасировании естественных склонов с целью увеличения полезной площади для размещения элементов озеленения и благоустройства.

Основное назначение укрепительных подпорных стенок - укрепить грунт на откосах, склонах и предупредить обрушение и сползание грунта (образование оползней), которые часто наблюдаются на участках, расположенных по берегам рек, озер и прудов. Это явление особенно опасно при соседстве с оврагами, так как их неукрепленные склоны сползают практически постоянно даже от небольшого дождя или талых вод.

Рис. 10.4 Подпорная стенка: а – общий вид подпорной стенки; б – разрез подпорной стенки;

1 – фундамент; 2 – тело; 3 – дренажное отверстие; 4 – дренажная труба; 5 – гравий.

           

Независимо от того, какой цели служит подпорная стенка, она состоит из основных частей:

· Фундамент – подземная часть стенки;

· Тело – надземная (видимая) часть несущей конструкции;

· Дренаж и водоотвод, необходимые для повышения прочности подпорной стенки.

Фундамент, дренаж и водоотвод выполняют только технические функции. А тело, кроме технических функций, может решать еще и эстетические задачи.