Подпорные стенки. Виды, конструкция и основные понятия о подпорных стенках

Вашему вниманию предлагается серия статей, в которой будут рассмотрены вопросы строительства подпорных стен при загородном строительстве. В данной статье будет изложены понятие подпорных стен, когда они применяются и их типы при загородном строительстве.

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).

При загородном строительстве подпорные стены применяют на участках местности с резким перепадом высот (оврагах, крутых склонах, холмах, и т.д.). Помимо их прямого предназначения, как инженерных сооружений, они нашли применение как художественно-декоративные элементы ландшафтного дизайна.

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.

Декоративная подпорная стенка

В этой статье декоративные подпорные стены рассматриваться не будут, и в дальнейшем речь пойдет только об укрепительных подпорных стенах. Далее укрепительные подпорные стены в статье будут именоваться как подпорные стены (без слова «укрепительные»).

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. Также подпорные стены используют при устройстве террас (о террасировании участка мы расскажем в отдельной статье). 

Опыт планирования участков на уклонах показывает, что при уклоне более 8% без подпорных стен практически не обойтись.

Помимо основных функций, укрепляющие стенки позволяют решить ряд задач по планировке и оформлению участка:

• организовать оптимальное террасирование;
• рационально использовать садовые площади;
• наполнить горизонтальные площадки, образующейся при террасировании, плодородным слоем и создать благоприятные условия для роста растений; 
• разделить участок на зоны – функциональные и эстетические.

Укрепленная подпорная стенка

Методика определения величины уклонов изложена в статье «Укрепление склонов».

а – общий вид подпорной стенки; б – разрез подпорной стенки, где: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.

Материалы, из которых изготавливаются элементы подпорных стенок, будут рассмотрены ниже.

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),

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.

Опрокидывание стены. 1 - положение до начала перемещения стены, 2 - положение после перемещения стены. А – точка опрокидывания стены.

Сдвиг стены.1 - положение до начала перемещения стены, 2 - положение после перемещения стены. 3 - направление перемещения стены.

Также при неравномерной осадке грунта, вымывании насыпного грунта при недостатках дренажной системы, неоднородной плотности грунта засыпки, действие сил Б и В могут привести к навалу стенки на грунт (это явление характерно для высоких стенок).

Навал высокой стены на грунт. 1 - положение до начала перемещения стены, 2 - положение после перемещения стены.

Также необходимо помнить, что на стенку еще действуют такие переодические силы: 

• ветровые (при высоте стенки более 2 м); 
• сейсмические (в сейсмоопасных районах);
• вибрационные (например, при интенсивном движении тяжелого колесного транспорта по рядом проходящей улице. При расположении участка недалеко от железной дороги); 
• паводковые и ливневые потоки воды; 
• морозное вспучивание грунта и т.д.

Повышение устройчивости подпорных стенок

При проектировании стенки, наряду с ее прочностными характеристиками, необходимо максимально обеспечить ее устойчивость.

Для повышения устойчивости подпорных стенок на сдвиг и опрокидывание при их проектировании принимают ряд конструктивных мероприятий:

• заднюю грань стенки проектируют с наклоном в сторону засыпки (для уменьшения давления засыпного грунта, см. вариант «а»);  

Влияние наклона задней грани стены на величину давления засыпного грунта на нее

• увеличивают шероховатость задней грани стенки, что также помогает уменьшить давление грунта засыпки на нее. Для этого грань делают неровной. В бетонных и железобетонных стенках смещают горизонтальные соседние доски опалубки на 5-10 см относительно друг друга. Делают небольшие сколы бетона. В кирпичных и каменных стенах делают выступы кладочного материала; 
• устраивают обязательный дренаж стенки (подробно будет изложено в следующей статье);
•  с лицевой стороны стенки устраивается выступ - консоль. Это уменьшает вероятность опрокидывания стенки; 

Консольная подпорная стенка

• закладывают в засыпаемый грунт легкие пустотелые элементы. Это уменьшает удельный вес засыпаемой массы и вследствие этого боковое давление на подпорную стенку. Например, используют гранулы пенополистирола (ППС), представляющие собой пустотелые шарики, заполненные газообразующим реагентом. Их плотность - 8-10 кг/м3. Размер гранул - 3-5 мм. Основные назначения использования гранул ППС в строительстве - наполнитель для изготовления полистиролбетона - засыпной утеплитель;
•  изготовление утеплительных плит. В сельском хозяйстве для разрыхления почвы. При изготовлении мебели, как наполнитель. При транспортировке изделий в качестве засыпной упаковки. 

Также могут использоваться отходы плит ППС или экструдированного пенополистирола - ЭППС.

- применяют разгрузочную площадку в стенке. Площадка позволяют включить вес грунта над ней (дополнительные вертикальные силы) в работу, что повышает устойчивость стенки, уменьшает давление грунта на ее нижнюю часть.

Подпорная стенка с разгрузочной площадкой. 1-стенка, 2-разгрузочная площадка

Перечисленные мероприятия являются универсальными и могут быть применены к любым видам укрепительных подпорных стен

Размеры поперечного сечения и профиль подпорной стены определяют на основе сложных инженерных расчетов ее прочности, устойчивости к опрокидыванию, сдвигу, навалу. Это в основном относится к промышленному и гражданскому строительству. Что касается стен возводимых в загородном строительстве, то здесь используется упрощенная методика на основании имеющегося большого опыта возведения подобных конструкций.

Специалисты рекомендуют при высоте подпорных стен более 1 м, наличии на участке неустойчивых слабых грунтов (преимущественно супесей, песчаных, суглинистых пород насыщенных водой), близких ( 1-1,5 м от поверхности грунта) грунтовых вод или, что еще хуже, наличии так называемых плывунов обращаться в специализированные организации для их строительства, так как в таких ситуациях стенки представляют собой сложное инженерное сооружение с сильно заглубленной частью.

Виды укрепляющих подпорных стенок

Укрепляющие подпорные стенки можно разделить на следующие виды.

По способу возведения:

• А. Монолитные. Изготавливаются в виде отдельных звеньев на заводах железобетонных изделий, а затем транспортируют к месту возведения. Они имеют уголковый профиль и бывают консольными или контрфорсными. Также монолитные стенки отливаются из армированного бетона, бутобетона на месте в заданную форму (опалубку);
• Б. Сборные. Выкладываются из различного строительного материала (камня, кирпича, дерева и т.д.) на месте строительства.

Стены уголкового профиля: а-консольная; б-контрфорсная

По глубине заложения:

• А. Глубокого заложения (глубина заложения больше ширины стенки в полтора и более раза);
• Б. Неглубокого заложения.

По высоте:

• А. Низкие (высота не превышает 1 м);
• Б. Средние (высота от 1м. до 2 м);
• В. Высокие ( высота превышает 2 м).

Средние и высокие стенки целесообразно рассчитывать специальными (в том числе на основе компьютерных программ) методами, а не принимать размеры, исходя исключительно из конструктивных соображений.

По конструктивному решению достижения устойчивости (по массивности):

• А. Массивные подпорные стенки. Устойчивость на сдвиг и опрокидывание достигается собственно массой стенки (бетон, бутовая или кирпичная кладка). Массивные подпорные стены более материалоемкие и трудоемкие при возведении, чем тонкостенные, и могут применяться при соответствующем, технико-экономическом обосновании (например, при возведении их из местных материалов, отсутствии сборного железобетона и т. д.). Как правило, массивные подпорные стены имеют одинаковые размеры по высоте и ширине;
• Б. Полумассивные. Устойчивость подпорной стенки обеспечивается комплексно: массой стенки и грунта лежащего на фундаментной плите. Такие стены обычно представляют собой конструкцию из армированного бетона;
• В. Тонкоэлементные. Обычно состоят из связанных друг с другом железобетонных плит. Устойчивость стен этого типа обеспечивается в основном массой грунта над фундаментной плитой и лишь в небольшой степени собственным весом;
• Г. Тонкие. Их устойчивость обеспечивается защемлением основания в грунте.

Рис. а - массивная неармированная; б – полумассивная армированная; в - тонкоэлементная; г – тонкая.

По расположению:

• А. Отдельно стоящие;
• Б. Связанные с примыкающими сооружениями (лестницы, пандусы, ниши для растений и т.д.).

По материалу изготовления: 

• железобетонные; 
• бетонные; 
• бутобетонные; 
• из природного камня;
• кирпичные; 
• деревянные или металлические и т.д.

В статье мы рассмотрели типы укрепляющих стен, силы действующие на конструкцию, при каких условиях загородного строительства необходимо их возводить.

В следующая статья о подпорных стенках Подпорные стенки. Устройство основных конструкционных элементов.