Подпорная стена: назначение и конструкции¶

Подпорная стена — это строительное сооружение, предназначенное для удержания грунтового массива от обрушения или смещения и восприятия бокового давления грунта, а также нагрузок от расположенных выше объектов. Относится к классу удерживающих и ограждающих конструкций, применяемых в промышленном, гражданском, транспортном и гидротехническом строительстве. Основная функция — сохранение устойчивости откоса или склона при перепаде высот рельефа.

¶Назначение и условия применения

Подпорные стены возводят в случаях, когда необходимо:

• закрепить естественный или искусственный откос на участке с уклоном;
• обеспечить перепад высот между двумя уровнями территории (террасирование);
• защитить дороги, здания и площадки от оползней и осыпей;
• удержать грунт при заглублении подземных частей сооружений;
• организовать берегоукрепление и набережные;
• создать ограждение котлованов и подземных выработок.

Конструкция работает преимущественно на восприятие горизонтального давления грунта, которое возрастает с глубиной и зависит от свойств грунта, его влажности и внешних нагрузок на поверхности засыпки.

¶Классификация

Подпорные стены различают по нескольким признакам.

¶По расположению относительно грунта

• Гравитационные — устойчивость обеспечивается собственной массой стены.
• Полумассивные и массивные — с увеличенной толщиной и развитой подошвой.
• Тонкостенные — устойчивость достигается за счёт защемления в основании и работы конструкции на изгиб.

¶По конструкции

• Массивные (бетонные, бутобетонные, каменные) — наиболее простые и долговечные.
• Уголковые (консольные и контрфорсные) — с Г- или Т-образным сечением.
• Свайные и шпунтовые — из забивных элементов, применяются при слабых грунтах.
• Армированные — с использованием геосинтетики и арматуры (армогрунтовые).
• Габионные — из сетчатых контейнеров с камнем.

¶По материалу

¶По высоте

Условно выделяют стены малой (до 3 м), средней (3–8 м) и большой (свыше 8 м) высоты. С ростом высоты резко возрастают требования к расчёту и устойчивости.

¶Устройство и элементы

Типовая подпорная стена включает:

• тело стены — основную несущую часть;
• подошву (фундамент) — опорную плиту, передающую нагрузку на основание;
• лицевую и тыловую грани;
• дренажную систему — для отвода воды и снижения гидростатического давления;
• деформационные швы — для компенсации температурных и осадочных деформаций;
• обратную засыпку — грунт за стеной, часто из дренирующих материалов.

Дренаж выполняют в виде наклонных отверстий, продольных призм из щебня, трубчатых дрен. Отсутствие дренажа приводит к накоплению воды, росту давления и разрушению конструкции.

¶Расчёт и устойчивость

Проектирование подпорной стены основано на проверке нескольких условий:

• устойчивость на сдвиг по подошве;
• устойчивость на опрокидывание;
• прочность основания (несущая способность грунта);
• общая устойчивость системы «стена — грунт»;
• прочность и трещиностойкость самой конструкции.

Боковое давление грунта рассчитывают по теориям предельного равновесия (Кулона, Ренкина), учитывая сцепление, угол внутреннего трения и вес грунта. Дополнительно учитывают временные нагрузки на поверхности засыпки, сейсмические воздействия и давление воды.

¶Применение в России

В России подпорные стены широко применяются:

• при строительстве автомобильных и железных дорог в горной и пересечённой местности;
• в берегоукреплении рек, каналов и водохранилищ;
• на набережных крупных городов;
• при террасировании загородных участков и коттеджных посёлков;
• в метростроении и при устройстве ограждений котлованов;
• в промышленном строительстве (подпорные стенки бункеров, эстакад).

Нормативная база включает своды правил по основаниям и фундаментам, а также ведомственные руководства по проектированию подпорных стен. Распространены типовые сборные железобетонные конструкции заводского изготовления.

¶Особенности эксплуатации

В процессе эксплуатации подпорные стены подвергаются воздействию влаги, морозного пучения, вибраций и агрессивных сред. Основные причины деформаций:

• недостаточный дренаж и переувлажнение грунта;
• ошибки в расчёте давления;
• подмыв основания;
• сезонные подвижки грунта.

Для контроля состояния проводят геодезические наблюдения за осадками и смещениями, осмотры трещин и деформационных швов. Своевременный ремонт и восстановление дренажа продлевают срок службы сооружения.

¶Разновидности специального назначения

Помимо классических, применяют:

• армогрунтовые стены — с армирующими прослойками из георешётки;
• габионные — устойчивые к деформациям и хорошо дренирующие;
• биопозитивные — с озеленением, снижающие визуальную нагрузку;
• сейсмостойкие — с усиленным армированием и гибкими элементами.

Выбор типа определяется инженерно-геологическими условиями, высотой, доступностью материалов и требованиями к долговечности.

Источники: своды правил по проектированию оснований и фундаментов; учебные пособия по строительным конструкциям и механике грунтов; технические руководства по берегоукреплению и дорожному строительству.