Подпорные сооружения — это конструкции, предназначенные для удержания грунта и предотвращения его обрушения или сползания на участках с перепадами высот, крутыми склонами, выемками и насыпями. Они широко применяются в строительстве дорог, гидротехнических объектов, террасировании и благоустройстве территорий. По конструктивному принципу подпорные сооружения бывают массивными (гравитационными), тонкостенными (консольными) или гибкими. Основная функция — сопротивление боковому давлению грунта и обеспечение устойчивости склонов и выемок (котлованов или, например, кессонов).
Что влияет на выбор подпорного сооружения?
- Перепад высот и рельеф местности
Тип подпорного сооружения определяется величиной перепада высот и сложностью рельефа. Для значительных перепадов высот могут потребоваться массивные конструкции или системы с несколькими уровнями креплений; - Срок эксплуатации
Для временных объектов допускается использование упрощенных конструкций или бывших в употреблении, тогда как для долгосрочных сооружений требуется повышенная надежность; - Инженерно-геологические условия
Характеристики грунтов, их несущая способность и устойчивость оказывают прямое влияние на выбор конструкции. При наличии слабых грунтов или высоких уровней подземных вод рекомендуется использовать сплошные подпорные стены, такие как шпунтовые конструкции (например, шпунт Л5-УМ или БШС), с заглублением в слои грунта с низкой фильтрацией; - Стесненность строительной площадки
В условиях плотной застройки или ограниченного пространства предпочтение отдается гибким подпорным стенам с анкерами или распорками; - Наличие подземных вод
При высоком уровне подземных вод необходимо предусмотреть меры по снижению их воздействия, включая заглубление конструкции в водоупорные слои.
Какие расчеты необходимо выполнить?
Расчеты выполняются с учетом двух групп предельных состояний:
- Первая группа предельных состояний
Рассматриваются схемы разрушения конструкции, включая опрокидывание, сдвиг и потерю устойчивости основания в соответствии с таблицей 6.1 СП 381.1325800.2018; - Вторая группа предельных состояний
Определяются горизонтальные деформации конструкции.
Какие коэффициенты надежности необходимо учесть?
Для обеспечения надежности подпорного сооружения при выполнении расчетов и иных проверок следует использовать частные коэффициенты надежности, учитывающие возможные неблагоприятные отклонения расчетных параметров, условий строительства и эксплуатации, а также необходимость повышения надежности в зависимости от геотехнической категории подпорного сооружения:
- по ответственности сооружений;
- по нагрузке, определяемые в соответствии с п. 6.2.5 СП 381.1325800.2018;
- по материалу конструкций;
- по грунту, определяемые в соответствии с ГОСТ 20522, СП 22.13330 и с учетом п. 6.1.25 СП 381.1325800.2018;
- коэффициенты условий работы.
Нагрузки определяются в соответствии с п. 6.2 СП 381.1325800.2018 и п. 5.2 СП 22.13330.2016.
Методы расчета подпорных стен
Аналитические и графоаналитические методы
Подробнее с ними можно ознакомиться, например, в «Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения». Авторы: Сорочан Е. А., Трофименков Ю. Г.). Их удобно применять для расчета консольных стен или стен с одним уровнем креплений (рис. 1).- метод Якоби используется для определения минимальной глубины заглубления стены в грунт с одним ярусом крепления;
- метод Блюма-Ломейера позволяет рассчитать изгибающие моменты и выбрать оптимальное заглубление конструкции.
Рисунок 1 — Расчетная схема гибкой подпорной стены
Численные методы
Используются для сложных конструкций и условий. Подпорная стена моделируется как гибкая балка на упруго-пластическом основании (рис. 2). Расчеты выполняются итерационно с учетом нелинейного поведения грунта. В упругой области основание описывается моделью Винклера с коэффициентом постели, растущим линейно с глубиной. В пластической области давление грунта ограничивается активным или пассивным давлением, определяемым в соответствии с п. 6.2 СП 381.1325800.2018.
Расчет по численному методу необходимо выполнять с учетом требований СП 22.13330, СП 248.1325800, СП 381.1325800.
Рисунок 2 — Расчетная схема численной контактной итерационной модели гибкого подпорного сооружения
Рп1, Рп2 — пассивное давление на 1-й и 2-й итерации соответственно.
На что еще обратить внимание
Определение глубины заделки подпорной стены
Глубина заделки определяется из условия устойчивости основания и невозможности разрушения конструкции при повороте стены. Коэффициент общей устойчивости должен быть не ниже нормативного значения (п. 5.2 СП 116.13330.2012). Полная длина конструкции включает глубину котлована и глубину заделки.
Определение горизонтальных перемещений стены
Допустимые горизонтальные перемещения рассчитываются по второй группе предельных состояний. При отсутствии в зоне влияния подпорного сооружения существующих зданий расчеты выполняются для конечной стадии строительства. Если вблизи расположены здания, необходимо учитывать промежуточные стадии возведения конструкции. Допустимые значения деформаций составляют не более 1/100 от удерживаемого перепада высот, но не более 10 см (п. 6.1.7 СП 381.1325800.2018). Превышение допустимых деформаций может привести к образованию заколов* в зоне активного давления и снижению прочностных характеристик грунта по плоскости сдвига.
Особенности проектирования в условиях плотной застройки
При проектировании подпорных сооружений вблизи существующих зданий необходимо учитывать возможное влияние на соседние объекты. В таких случаях расчеты выполняются для всех этапов строительства с учетом временных нагрузок и деформаций. Это позволяет минимизировать риск повреждения близлежащих сооружений.
Заключение
-
Гибкое подпорное сооружение — это конструкция, сопротивляющаяся сдвигу, изгибу и опрокидыванию за счёт заделки в грунт и собственной изгибной жесткости, при необходимости, с применением дополнительных креплений (анкеров, распорок и т. п.).
-
Анализ несущей способности сооружения проводится по предельным состояниям первой (прочность, устойчивость) и второй группы (деформации).
-
Определение глубины заделки стены в грунт, а также назначение собственной жесткости — ключевые факторы обеспечения несущей способности.
-
Для относительно простых расчетных ситуаций (не более одного яруса крепления, нет влияния воды, нет динамических воздействий и пр.) удобно пользоваться аналитическими и графоаналитическими методами расчета, в иных случаях численные методы являются более предпочтительными.
