Подпорные стенки. Устройство основных конструкционных элементов

В  статье Подпорные стенки. Виды понятия и конструкции подпорных стенок были рассмотрены сферы применения и  виды подпорных стен. В этой статье разберем устройство основных конструктивных элементов подпорной стенки, а также условия при которых возможно самостоятельно строить подпорные стенки.

Условия для самостоятельного строительства подпорных стенок. Основные конструктивные элементы стенок

Подпорные стенки своими руками можно возводить на устойчивых грунтах (глины, суглинки, супеси, галька, щебень, гравий и т.д.), минимальной глубине залегания грунтовых вод на уровне 1-1,5 м от поверхности, а максимальная глубина промерзания до 1,5 м.

Цифровые величины носят рекомендательный характер.

Принципиальная схема и основные элементы конструкции подпорной стенки

 1 – водоотвод; 2 – дренаж; 3 – фундамент; 4 – тело.

Общие рекомендации и важные моменты для всех типов подпорных стен

• Чаще всего на приусадебных участках строят подпорные стенки высотой от 30 см до 2 м. Когда уступы (террасы) небольшие (по высоте до 1,4 м и ширине до 4 м), делают стенки высотой 1,2-1,4 м (оптимальная высота стенки). Их можно построить самостоятельно без специальных расчетов. Если же высота стенки превышает 1,5 м, для выбора ее конструктивного решения и параметров (толщины, длины, высоты, формы, материала) нужно приглашать специалиста.
• Рекомендуемая толщина подпорной стенки должна быть не менее: для каменной кладки и бутобетонной 0,6 м; для бетонной кладки 0,4 м; для железобетона  0,1 м.

• Подпорная стенка из бетона, камня или кирпича при высоте более 30 см должна иметь фундамент. Он может быть разной толщины и глубины, в зависимости от конструкции стенки и грунта, на котором она возводится. При высоте стенок менее 30 см фундамент практически не нужен. Они возводятся с заглублением в грунт. Для предотвращения отрицательного влияния вспучивания грунта на стенку зимой, необходима тщательная песчано-гравийная подготовка основания стенки. Подготовка может достигать толщины 40–60 см. Величины глубины заложения фундаментов:
  • при высоте стенки от 30 до 80 см фундамент закладывают глубиной от 15 до 30 см; 
  • при высоте стенки от 80 до 150 см - глубиной от 30 до 50 см;
  • при большей высоте, до 200 см – глубиной до 60 - 70 см.
  • если высота стенки превышает 2 м, то необходимо усиление фундамента с помощью арматуры. Фундамент можно выполнять из бетона, а также гравия, щебня, песка при уплотнении их тяжелой глиной или скрепленные цементным раствором. Если грунт подвижный, близко залегают грунтовые воды (1,0-1,5 м от поверхности грунта), большой перепад высот (более 1,5 м), то подпорные стенки должны заглубляться с расчетом в 1,5 раза больше ее ширины.
• Целесообразно, чтобы стенка (от ее общей высоты) минимально была заглублена на 1/3, а 2/3 находилось над поверхностью грунта. Это позволит с достаточной уверенностью обеспечить устойчивость стенок;
• Зная высоту стены, можно определить ее ширину. На прочных глинистых почвах толщина основания стены должна составлять 1/4 ее высоты. На среднерыхлых - 1/3 высоты. На рыхлых песчаных или на влажных почвах - 1/2 высоты. Обычно подпорная стенка сужается кверху, образуя "корону" (верхняя часть подпорной стенки). Например, толщина короны у каменной стены рекомендуется в пределах 30 - 50 см.  
• При строительстве стенок необходимо учитывать, что их криволинейные или ломаные конфигурации обладают большей жесткостью и выдерживают большую нагрузку. Это связано с тем, что выполняя ломанную или скругленную линию стены, уменьшается длина пролета и соответственно нагрузка на стену. При этом они смотрятся более привлекательно и эстетичней.
• За подпорной стенкой скапливается вода, которая оказывает гидростатического давления на конструкцию, что снижает прочность и устойчивость конструкции. Поэтому, независимо от материала, высоты и формы стены, для предупреждения застойного переувлажнения почвы вдоль внутренней стороны стенки во всех случаях необходима организация дренажа и водоотвода. Также в зависимости от конструкции стенки применяется гидроизоляция ее внутренней стороны (см. ниже).

Дренаж подпорной стенки

• Дренаж может быть продольный, поперечный или комбинированный – продольно-поперечный.
• При поперечном дренаже в толще стены оставляют отверстия диаметром до 10 см или встраивают трубки диаметром 5 см с уклоном, чтобы вода уходила за пределы террасы в близлежащий водоприемник. Также можно в 1-3 рядах кирпичной или каменной кладки оставлять незацементированным один вертикальный шов. Шаг установки дренирующих труб (отверстий) рекомендуется -1,0 м.
• При продольном дренаже вдоль стенки на уровне фундамента укладывается дренажная гофрированная труба, завернутая в геотекстильный материал. При ее отсутствии также применяются керамические или асбоцементные трубы диаметром 100-150 мм с перфорацией.

Схема продольного дренажа стенки

1 - тело стенки из бетона; 2 - бетонный фундамент; 3 - дрена; 4 - щебень; 5 - геотекстиль; 6 - песок; 7 – грунт.

Схема поперечного дренажа стенки

1- щебень; 2 – тело стенки из бетона; 3 – дренажная трубка.

Вода впитывается геотекстильным материалом, затем попадает через отверстия в трубу и отводится за пределы террасы. В обоих вариантах, между стенкой и грунтом укладывают дренирующий слой в виде фракционных материалов (гравий, галька, битый кирпич и т.д.) или крупнозернистый песок толщиной 70-100 мм. Слой устраивают одновременно с подсыпкой грунта. Несмотря на то, что, например гравий, создает значительное давление на стенку, он служит дополнительным дренирующим слоем, хорошо пропускающим воду к водосточным отверстиям.

В качестве полноценной замены фракционным материалам применяют дренажные полотна (дренажный объемный геотекстиль, дорнит, и др.).

Схема работы продольного дренажа

Примечание: Дренажные гофрированные трубы применяются при осушении земель в дорожном строительстве, в коммунальном и подсобном хозяйствах. Они изготовлены из полиэтилена низкого давления (ПНД). Префильтр препятствует проникновению в трубу частиц песка или грунта и предохраняет систему от заиливания. Хорошо гнутся. Соединяются друг с другом муфтами.

Образец гофрированной дренажной трубы

 
Образец гофрированной дренажной трубы с фильтром

 
Соединительные элементы гофрированной дренажной трубы

Заполнение пространства за подпорной стенкой

После того как стенка сложена и простояла несколько дней, следует заполнить пространство между ней и склоном сначала дренирующими грунтами – песчаными или крупнообломочными. Можно использовать битый кирпич, куски бетона и т.д. образовав дренирующий слой. Затем, послойно, толщиной 20-40 см засыпается ранее вынутый грунт и трамбуется. Желательно чтобы это были местные крупнообломочные грунты, пески супеси, а иногда и суглинки. Такие грунты предпочтительны для всех типов подпорных стен. Сверху укладывается слой растительного грунта.

Если через некоторое время (несколько недель) грунт осядет, надо его добавить и затем восстановить полностью на террасах нарушенный плодородный слой почвы. Важно чтобы сверху был заложен богатый гумусом ранее снятый слой почвы. После этого можно приступить к благоустройству террасы.

Важно! Глины, торфы, илы, плывуны, грунты, содержащие органические и растворимые включения более 5% по весу и мерзлые грунты для обратной засыпки НЕ пригодны.

Для предотвращения просачивания атмосферной воды в швы кладки, что ведет при ее замерзанием к разрушению стены, необходимо в монолитных стенах предусматривать козырек (б) со слезником, а в сборных устанавливать карнизный блок (а) с небольшим уклоном. На косогорных участках с целью отвода атмосферных вод за тыльной гранью стены должен быть устроен водоотводный кювет.

Устройство карниза стены: а - бетонный карнизный блок; б — железобетонный козырек

Выбор материала для подпорных стен обусловливается технико-экономическим расчётом, требованиями долговечности, охраны окружающей среды, условиями производства работ, наличием местных материалов и другими факторами.

Материалы для подпорных стенок

Подпорные стены могут быть выполнены из разных материалов. Каждый из применяемых материалов, по-своему влияет на их прочностные данные и на эстетическое восприятие территории участка в целом:

• деревянные подпорные стены выглядят красиво. Но срок их службы меньше, чем каменных или бетонных. Древесину необходимо тщательно защищать от воздействий окружающей среды;
• бетонные стены выглядят однообразно. Поэтому их стараются декорировать снаружи различными материалами (галькой, кусками черепицы, плиткой и т.д.). Хорошо смотрятся, например нескольких вставок из горшков с цветами, замурованных в стену;
• стенки из природного камня самые дорогие, зато выглядят привлекательно и служат долго;
• кирпичные стенки смотрятся хорошо, если выложены аккуратно и из качественного материала, долговечны.

Рекомендуемые марки материалов для подпорных стенок: 

1. Кладка кирпичных подпорных стен должна выполняться из хорошо обожженного полнотелого кирпича марки не ниже М200 на растворе марки не ниже М25, а при очень влажных грунтах - не ниже М50. Применение пустотелого и силикатного кирпича не допускается;
2. Для бутовой кладки подпорных стен следует применять камни с маркой не ниже М150 на портландцементном растворе марки не ниже М50;
3. Для бутобетона аналогичный камень как для бутовой кладки на бетоне класса В 7,5;
4. Монолитные железобетонные тонкостенные конструкции выполняются из бетона В10...В15, сборные из бетона В15...В30.
5. Для подпорных стен, подвергаемых попеременному замораживанию и оттаиванию, класс бетона должен быть определенной морозостойкости .При температуре от минус 5 до 20°С минимальный класс по морозостойкости F50, ниже 20 до 40°С F75, ниже 40°С F 150.

Гидроизоляция поверхности подпорных стенок

Поверхность подпорных стенок (кроме подошвы фундамента) со стороны грунта защищается гидроизоляционным слоем. В качестве гидроизоляции можно применять различные материалы - рубероид, толь кровельную (в один - два слоя). Они наклеиваются по горячей битумной мастике. Синтетические гидроизоляторы и т.д. При сухих грунтах достаточно обмазать поверхность горячей мастикой, битумом (как правило, в 2 слоя). 

Для продления срока службы, необходима гидроизоляция для подпорных стенок выполненных из дерева, кирпича, бутобетона, железобетона, бетона и металла.

Фундаменты подпорных стенок

По степени заглубления фундаменты подпорных стенок подразделяются на фундаменты мелкого и глубокого заложения. Фундамент глубокого заложения - глубина заложения, которых в 1,5 и более раза превышающая их толщину в поперечном сечении. Толщина фундамента и глубина его заложения зависит от размеров конструкции подпорной стенки, характеристик подстилающих грунтов, глубины залегания подземных вод и глубины промерзания грунта. Применяются, как правило, фундаменты ленточные и свайные. Ленточный фундамент представляет собой монолитную, сборную или состоящую из отдельных блоков конструкцию, повторяющую линию подпорной стенки. Глубина залегания такого фундамента, как правило, не менее 60см. При промерзании грунта, глубину фундамента связывают с глубиной промерзания.  Свайные фундаменты более глубокие, чем ленточные. Ряды свай заглубляют могут быть заглублены в грунт на несколько метров. Такой метод используют при слабонесущих грунтах, и обеспечивает проникновение под телом стенки потока грунтовых вод. В этом случае грунтовые воды свободно проходят между сваями, не создавая подпора для стенки и склона.Технология строительства этих фундаментов схожа с их строительством для домов и хорошо изложена в статьях: Технология устройства свайного фундамента; Варианты применения свайного фундамента; Устройство и расчет ленточного фундамента.

Тело подпорной стенки

Тело подпорной стенки - это надземная часть несущей конструкции, которая также выполняет и декоративные функции. Тело гравитационных подпорных стенок для обеспечения их устойчивости должно обладать достаточной массой. 

Примечание: Гравитационные подпорные стенки обеспечивают устойчивость за счет своей массы и массы грунта, находящегося над подошвой конструкции стенки, а также силы трения, возникающей в плоскости подошвы стенки.

Стенка может быть как жестко закрепленной в грунте, так и упругой конструкцией.

Стенки с жестко закрепленной конструкцией - это монолитные стенки из бетона, кладки из камня, кирпича или бетонных блоков, связанных цементным раствором.

К упругим конструкциям относятся подпорные стенки, которые выдерживают небольшие деформации без растрескивания. К этой группе относятся стенки сухой каменной кладки, ряжевые, габионные стенки. Ширина верхней части таких стенок не должна быть меньше 45 см, обычно она составляет 45-60 см.

В зависимости от конструкции и высоты подпорной стенки определяют необходимость наклона ее передней и задней граней. Для гравитационных подпорных стенок жестко закрепленной конструкции, высота которых вместе с фундаментом не превышает 1,5 м, наклон передней грани не требуется. При увеличении высоты, небольшой наклон (10 -15 град. от вертикали в сторону склона) передней грани стенки позволяет создавать оптическую иллюзию вертикальности, что улучшает ее визуальное восприятие и позволяет скрыть недостатки в отделке фасада (незначительные неровности при наклоне становятся менее заметными). Помимо этого, наклон может повысить устойчивость стенки к опрокидыванию. Как уже отмечалось выше – наклон задней грани стенки в сторону засыпки снижает давление грунта на нее. Величина наклона зависит от грунта и технологических возможностей при строительстве и определяется расчетом.

Определение угла наклона задней грани подпорной стенки

Очень приблизительно максимальный угол наклона задней грани стенки (град.) можно определить самому по формуле:

tg e=(b-t)/h, (1)

Где:

e - угол наклона расчетной плоскости к вертикали; b - ширина подошвы фундамента; h - расстояние от поверхности грунта до подошвы фундамента; t - толщина стенки; j - угол внутреннего трения.

Угол наклона расчетной плоскости к вертикали e определяется из условия (1), но принимается не более (45° -j /2).

Исходя из вышесказанного, угол наклона стенки также приблизительно можно определить по формуле:

e=45°-j /2

Примечание: Угол внутреннего трения - угол трения между частицами внутри сыпучего тела. Ввиду трудности определения этого угла его обычно принимают равным углу естественного откоса, что допустимо для песчаных грунтов. Угол естественного откоса - предельный угол, образуемый поверхностью свободно насыпанного грунта с горизонтальной плоскостью. Он характеризует трение между частицами сыпучего тела на его поверхности.

В зависимости от пористости грунтов нормативные значения угла внутреннего трения j (град) составляют.

Для песчаных грунтов:

• Гравелистые и крупные 43-38;
• Средней крупности 40-35;
• Мелкие 38-28;
• Пылеватые 36-26.

Для пылевато-глинистых нелессовых грунтов:

• Супеси 30-18;
• Суглинки 24-12;
• Глины 18-11.

 
К понятию угла естественного откоса

В данной статье мы рассмотрели основные конструктивные элементы подпорных стен, и основные важные моменты для стен из различных материалов. В следующей статье цикла будут рассмотрены конкретные примеры подпорных стен из разных материалов, и технология их строительства.