Виды и конструкции подпорных стенок

Подпорные стенки различных типов предназначены для надежного закрепления грунта в местах сильных перепадов. Их проектируют и возводят с учетом:

• пособия к СНиП 2.09.03-85 (сейчас заменен на СП 43.13330.2012) «Проектирование подпорных стен и стен подвалов», носит справочный характер;
• «Руководство по проектированию подпорных стен и стен подвалов для промышленного и гражданского строительства», действующий нормативный документ.

Нормативы выделяют два варианта конструкций:

• массивные;
• тонкостенные.

Массивные подпорные стенки

Такие виды чаще всего применяют для укрепительных или декоративных функций. Для изготовления стенок применяются бетон или бутовый камень. Их можно изготавливать по двум технологиям: сборная и монолитная.

Конструкция должна сопротивляться двум видам воздействия:

• сдвиг;
• опрокидывание за счет горизонтального давления грунта на боковую поверхность.

Массивная стенка сопротивляется этим силам только за счет собственного веса. К недостаткам подпорных конструкций такого вида относятся:

• высокая материалоемкость;
• сложность выполнения работ;
• высокая стоимость возведения;
• необходимость в специальной технике.

Все эти недостатки сильнее всего проявляются при возведении укрепительных сооружений большой высоты. При изготовлении декоративных элементов для ландшафтного дизайна неудобства не так заметны.

В строительстве массивные подпорные стенки часто изготавливают из фундаментных бетонных блоков. Важно грамотно оценить высоту и длину стены. Для большей устойчивости сооружения принимают следующие меры:

• Нижнюю часть стены делают шире, чем верхнюю. Чем ниже стена заглублена в грунт, тем большее давление она испытывает. Особо нагруженный участок лучше сделать шире. В верхней части толщину стены уменьшают, поскольку давление здесь не так велико.
• Для предотвращения опрокидывания и разрушения стенок большой длины предусматривают контрфорсы. Контрфорс — это вертикальная конструкция, выступающая за стену. Чаще всего она связана с основным подпорным элементом. Но существуют варианты отдельно стоящих контрфорсов. Изготавливается из того же материала, что и стенка (монолитный бетон, бетонные блоки, бутовый камень). Контрфорсы берут на себя часть распора от горизонтального воздействия. Могут быть как прямолинейными, так и с уступами. Контрфорсы помогают усилить стену без сильного перерасхода материалов.

Выделяют несколько типов сечения подпорных стенок:

• прямоугольные, подходят только для небольших перепадов высот (в основном, декоративные);
• Т-образные с уширением снизу;
• трапециевидные, отличаются хорошей устойчивостью, имеют одну наклонную боковую поверхность, их делают шире у основания.

Сборные элементы

Их изготавливают из бутового камня или бетонных блоков шириной не менее 400 мм. Не рекомендуется для строительства выбирать пористые материалы. Изготовление стенок из кирпича запрещено, этот материал нельзя применять в качестве конструктивного для возведения подземных сооружений.

У сборной технологии есть несколько преимуществ:

• увеличение скорости работ, нет необходимости выжидать, пока бетон затвердеет и наберет прочность;
• невысокие затраты при использовании типовых элементов;
• простота технологии.

Чаще всего крупные строительные компании, которые не испытывают недостатка в специальной технике и трудовых ресурсах, сооружают конструкции из фундаментных блоков ФБС. В частном строительстве у таких стенок проявляются существенные минусы:

• необходимость в грузоподъемной технике для установки блоков в проектное положение;
• затраты на транспортировку изделий с завода;
• для сооружения конструкции из блоков потребуются профессиональные рабочие, способные закрепить изделия на крюк подъемного крана, грамотно установить их, а также организовать складирование и разгрузку.

Монолитные стенки

Конструкция такого типа лучше подходит для частного строительства. Здесь нет острой необходимости сокращать сроки, как это происходит в массовом возведении зданий. К преимуществам метода для постройки собственного дома или небольшого объекта можно отнести:

• нет необходимости нанимать подъемный кран;
• можно легко выполнить работу, задействовав несколько человек.

Для изготовления монолитной конструкции потребуется бетонная смесь и арматура. Важно грамотно подобрать марку бетона (или класс) и диаметр армирования.

Поскольку конструкция одновременно работает на сжатие и на изгиб, рекомендуется использовать бетон не ниже класса В25 или марки М350. Нельзя использовать такой же бетон, как, например, для ленточного фундамента, который работает только на сжатие. При несоблюдении рекомендаций возможно появление трещин или разрушение подпорной стенки под давлением грунта.

Рабочая арматура располагается в двух направлениях: вертикальном и горизонтальном. Точный диаметр зависит от нагрузки, но в качестве среднего значения можно принять 12—14 мм. Для связывания отдельных стержней в каркасы используют хомуты. Минимальный диаметр таких прутов составляет 8 мм.

Тонкостенные подпорные стенки

Такие элементы представляют собой изделие в виде уголка. Их изготавливают из бетона. Принцип работы заключается в наличии очень широкой подошвы, которая включает в работу против опрокидывания весь расположенный вблизи стенки грунт. Это главное отличие от массивной конструкции, где внешним воздействиям стенка противостоит только за счет собственного веса.

К преимуществам тонкостенных сооружений можно отнести:

• невысокая материалоемкость;
• снижение затрат на транспортировку изделий;
• уменьшение необходимости в трудовых ресурсах;
• снижение финансовых вложений.

Такие варианты являются оптимальным решением. Согласно нормативным документам использовать дорогие массивные сооружения можно только при наличии обоснования. Но часто строители оказываются в такой ситуации, что уголковую подпорную стенку невозможно купить на ближайшем заводе. Залить такую конструкцию непосредственно на участке практически невозможно из-за сложной формы. Именно по причине большей доступности массивные типы завоевали большую популярность, чем тонкостенные.

Выделяют три типа уголковых стенок для подпора грунта:

• уголковые консольные;
• уголковые анкерные;
• контрфорсные.

Самое важное место подпорной стенки уголкового типа — участок сопряжения подошвы и вертикальной части. Именно здесь в подавляющем большинстве случаев возникают проблемы при эксплуатации. Важно, чтобы армирование этой части конструкции было выполнено грамотно.

При отсутствии возможности купить цельный тонкостенный элемент применяют сборную или сборно-монолитную технологию. Сборный вариант предполагает использование лицевых (маркировка ПЛ) и фундаментных (ПФ) плит, произведенных по серии серия 3.002.1-1. Они представляют собой готовые элементы. Плита ПФ имеет специальную уширенную форму, за счет которой может эффективно включать в работу против опрокидывания прилегающий грунт.

Сборно-монолитная технология заключается в следующем:

• горизонтальную часть (фундаментную плиту) заливают из монолита;
• вертикальную часть (лицевую плиту) сооружают из сборных материалов.

При использовании сборной или сборно-монолитной технологии особенно важно помнить об уязвимости места стыка подошвы и вертикальной части. Требуется обеспечить надежное закрепление элементов между собой.

Габионы

Габионные конструкции можно назвать разновидностью массивных сборных стенок. Их собирают из камней, которые удерживаются за счет металлической сетки. Сетка может быть изготовлена из проволоки или прутов. Для заполнения каркаса применяют несколько типов заполнителя:

• базальт;
• гранит;
• известняк;
• песчаник;
• туф.

В зависимости от конструктивных особенностей выделяют три типа габионов:

• коробчатые для ландшафтного дизайна и укрепления;
• цилиндрические (по форме напоминают колбасу или конфету в обертке) для укрепления берегов водоемов, сооружения дамб;
• плоские (низкие по высоте) для облицовки или устройства оснований.

Расчет подпорных стенок разных видов и конструкций

Вычисления выполняются на основании пособия к СНиП 2.09.03-85. Расчет проводится по двум группам предельных состояний и включает в себя проверки по:

• устойчивости стены к сдвигу;
• прочности грунта основания;
• прочности элементов подпорной стенки и узлов соединения;
• допускаемым деформациям;
• допустимым размерам раскрытия трещин.

Выполнить эту работу достаточно сложно даже профессиональному строителю. Необходимо оперировать большим количеством формул и учитывать сразу несколько факторов, которые воздействуют на конструкцию. При необходимости построить сооружение с большой степенью ответственности рекомендуется обратиться за помощью к опытным специалистам. Декоративные стенки можно сооружать без расчетов, исходя из минимальных требований (для массивных стен она указаны ранее).

Если вид подпорной стенки и ее конструкция подобраны правильно, а при сооружении не нарушалась технология, такой защитный элемент позволит обеспечить безопасность как при сильном, так и при небольшом перепаде высот на участке.