Проектирование подпорных стен. Часть первая

Подпорные стенки широко применяются в ландшафтной архитектуре для укрепления участков, стоящих на откосах, крутых склонах, оврагах, холмах. Подпорные стены предотвращают оползни земли и обвалы на местности с резким перепадом высот, поэтому их проектирование и строительство имеет большое значение. Материалы, из которых сооружают подпорные стены, очень разнообразны: натуральный камень, армированный монолитный бетон, бетонные блоки, дерево, габионы, металлическая сетка, декоративный бетон и др. Сооружения для укрепления склонов могут быть различны по конструктивному решению, по высоте, а так же, по своему назначению.

Конструкция любой подпорной стены неизменно включает в себя такие основные элементы, как фундамент, тело стены, дренаж и водоотвод.

Возведение подпорной стенки

Когда все параметры рассчитаны и выбрана конфигурация и размеры стены, можно приступать к ее возведению

Траншея

Это первый этап возведения опорной конструкции. На земельный участок наносят разметку в соответствии с заданной формой и толщиной будущей конструкции, учитывая ширину фундамента, роют траншею.

Дно траншеи тщательно утрамбовывают при помощи лопаты. Боковым срезам придают ровную геометрическую форму. На дно траншеи укладывают гравийную или щебневую подушку.

Для усиления прочности фундамента, поверх гравия укладывают армирующую сетку или металлические прутья. По контуру траншеи в вертикальном положении устанавливают арматурные прутья обеспечения прочности конструкции.

Опалубка

Подпорные стены из монолитного железобетона, требуют устройства массивной опалубочной конструкции, способной выдержать давление тяжелого бетонного раствора.

• Щиты для опалубки изготавливают из досок толщиной от 3 см.
• Соединяться в горизонтальном положении между собой они должны при помощи вертикально установленных брусьев сечением 5 х 10 см.
• Фиксация конструкции производится при помощи распоров, установленных в грунт через каждые 50 см с обеих сторон конструкции.
• Сначала устанавливают заднюю стенку опалубки.
• Чтобы избежать деформации и прогиба каркаса, вдоль стены устанавливают вертикальную металлическую арматуру. На данном этапе устанавливают дренажную систему.

Дренаж подпорной стенки

Дренаж может отличаться способом расположения:

1. Поперечный дренаж

Поперечный дренаж

В теле стены должно быть оставлено отверстие, имеющее диаметр до 10 см или вставлена трубка диаметром 5 см под углом с шагом в 1 м. Водоотведение производится в расположенный поблизости водоприемник.

1. Продольный дренаж

По уровню фундамента укладывают дренажную гофрированную трубу, завернутую в материал из геотекстиля, который впитывает влагу и способствует попаданию ее в отверстия трубы, из которой она выводится за пределы конструкции.

Каждый из этих вариантов предполагает укладку дренирующего слоя между поверхностью стены и почвой. Дренирующий слой может состоять из гравия, битого кирпича или крупнозернистого песка толщиной в 7 – 10 см.

Важно! Устройство дренажного слоя производят на этапе подсыпки грунта. Вместо фракционных материалов, можно использовать современное дренажное полотно из объемного текстиля, тогда дополнительное давление на опорную стену будет исключено.

Раствор

Для того чтобы подпорная стенка выдерживала высокие нагрузки и была долговечной, необходимо применять качественный морозостойкий бетонный раствор. Для монолитных тонкостенных конструкций из железобетона это раствор марки В10/В15, для сборных конструкций – В15/В30.

Морозостойкость бетона:

Спустя 5 дней после того, как раствор схватится, опалубку удаляют. Внешняя поверхность конструкции обрабатывается при помощи цементной штукатурки. Через месяц бетон наберет свою рабочую прочность, и сможет нести нагрузку.

На этом этапе выполняют заполнение пространства, расположенное с задней стороны конструкции. Чтобы раствор был качественным, должна соблюдаться инструкция его приготовления и необходимые пропорции.

Расчет и устройство подпорных стен

Архитектор, приступая к проектированию конструкции подпорной стенки, исходит из строительных норм и правил (СНиП); изучает климатические условия данной местности, гидрологический режим, принимает во внимание возможные нагрузки на будущую конструкцию. Для этих исследований берётся анализ грунтов в полевых или лабораторных условиях, делается расчёт высоты стенки по проекту вертикальной планировки территории.

Чтобы подпорная стенка из-за потери устойчивости не деформировалась и не начинала разрушаться, необходим детальный расчёт устойчивости конструкции при проектировании. Учитываются все горизонтальные и вертикальные нагрузки на стенку. Для того чтобы избежать основных деформаций укрепляющих стен, таких, как: навал стенки на грунт, сдвиг или опрокидывание, проектировщик планирует в задней грани стенки наклон в сторону засыпки, а так же, устраивает в засыпке дренаж. Чтобы уменьшить активное давление грунта и увеличить пассивное давление, задняя грань подпорной стены делается более шероховатой. Так же, с целью предотвращения опрокидывания, с лицевой стороны прикрепляется выступ-консоль.

Расчёт несущей способности в проектировании подпорных стен включает в себя: а) расчёт устойчивости конструкции против сдвига и прочности грунтового основания, и б) расчёт прочности всех элементов стены и узлов их соединений.

Заполнение пространства за опорной конструкцией

Сначала засыпают дренажный грунт или укладывают дренажное полотно, о котором было сказано выше. После этого укладывают слоями в 20 – 40 см ранее отобранную грунтовую массу, которую необходимо утрамбовывать по мере засыпки. Верхним слоем укладывается растительный грунт.

Спустя несколько недель произойдет естественная усадка грунта, поэтому необходимо будет произвести подсыпку.

Важно! Нельзя подсыпать ранее вынутые торф, ил, грунт, в котором содержание органических и растворимых включений превышает 5% по весу, а также мерзлый грунт.

Стадии строительства подпорных стен

Технология строительства и проектирования подпорных стен из геосинтетических оболочек включает в себя несколько стадий:

1.Подготавливается и подается грунт из мест неподалеку от строительной площадки для заполнения геосинтетических оболочек определенных размеров, открывающихся с одной стороны для приема и хранения грунта. Также подготавливают георешетку, основную сетку и семена для озеленения.

2. Формируется базовый слой грунта, на котором будет возводиться подпорная стена, путем выравнивания территории производства работ.

3. Подготовленные геосинтетические оболочки заполняются через открытую сторону заранее измеренным количеством песка и местного грунта в соотношении 80% к 20% [8]. После связывания открытой стороны геосинтетическая оболочка помещается в формовочную машину и вибрируется для формирования параллелепипеда, имеющего большую прочность.

4. Формируется первый уровень подпорной стены путем непрерывного размещения множества оболочек в горизонтальном положении. Через верхнюю сторону оболочек до базового уровня грунта забиваются фиксирующие элементы, прочно закрепляя оболочки.

5. Аналогичным образом устанавливается второй слой подпорной стены со смещением относительно оболочек первого слоя. Второй уровень закрепляется путем забивки фиксирующих элементов до середины высоты оболочек первого уровня.

6. Подпорная стена возводится до нужной высоты путем многократного выполнения пятой стадии. Конец георешетки, размещаемой с определенным интервалом, с помощью фиксирующего элемента прочно закрепляется в геосинтетической оболочке, а другой ее конец горизонтально протягивается к обратной стороне подпорной стены и утапливается при засыпке грунта, тем самым поддерживая конструкцию.

7. Один конец каждой из двух георешеток размещается на верхних сторонах оболочек через регулярные интервалы, сформированные на пятой и шестой стадиях и закрепляется фиксирующими элементами. Другой конец одной из георешеток обращен к лицевой стороне подпорной стены, последний – к обратной, и в этом состоянии георешетка, обращенная к лицевой стороне, окружает геооболочки, расположенные в верхней части, и перекрывается георешеткой, вытянутой в направлении обратной стороны подпорной стенки. Таким образом, верхние оболочки устанавливаются в двойной структуре, один из концов которой прижимается при засыпке грунтом верхнего слоя подпорной стены.

8. На всей поверхности подпорной стены устанавливается сетка, тканая из пальмового или пенькового волокна. Поперечное сечение подпорной стены из геосинтетических оболочек представлено на рис. 1.

9. Изготавливается посадочный материал путем смешивания семян, почвы и увлажнителей в определенном соотношении и отливается определенной толщиной с помощью насосного устройства для формирования с течением времени зеленого ковра на поверхности подпорной стены.

Фиксирующий элемент на спроектированной подпорной стене выполняется из:

• стержня, нижняя сторона которого является конической, так что он легко может проникать в геосинтетические оболочки;
• множества зубцов, выполненных как единое целое с обеих нижних сторон стержня и предназначенных для предотвращения отделения стержня от оболочки;
• т-образной фиксирующей части на верхней стороне стержня;
• конических выступов на обеих нижних сторонах т-образной части стержня.

Фиксирующий элемент выполняется из синтетической смолы или металла высокой прочности. Кроме того, фиксирующий элемент может быть другой формы, например, в виде пластины с рядом конических выступов, соединяющей две и более оболочек или отсутствовать вообще.

В России геосинтетические оболочки при строительстве и проектировании подпорных стен применяют в вертикальном положении без фиксирующих элементов, заполнение производится бункеровочными устройствами, экскаваторами либо земснарядами и баржами. Используют также и геоматрицы – прямоугольные многосекционные конструкции, сшитые из ряда геосинтетических оболочек.

Гидроизоляция поверхности подпорных стенок

Задняя стенка подпорной конструкции должна быть надежно гидроизолирована при помощи рубероида или кровельного гидроизоляционного материала (толь). Они в два слоя укладываются на мастику из битума. Если грунт сухой, то достаточно обработать заднюю поверхность опоры двумя слоями битума.

Типы конструкций подпорных стен

По массивности конструктивного решения подпорные стенки условно можно подразделить на 2 типа: тонкостенные и массивные. Собственный вес стены и, в большей степени, вес грунта, вовлекаемого конструкцией стены в работу, обеспечивают устойчивость тонкостенным сооружениям. Их изготавливают из таких материалов, как: архитектурный бетон, железобетон. Массивным подпорным стенкам, в основном, их собственный вес придаёт устойчивость на сдвиг и опрокидывание при горизонтальном давлении грунта. Материалы, из которых изготавливают такие стенки: декоративный армированный бетон, кирпич, бутовый камень.

Проектирование подпорных стен. Часть вторая.