Проектирование подпорных стен

Проектирование подпорных стен во многих случаях выполняется на низком техническом уровне, что приводит к обрушениям, имеющим катастрофические последствия. Доказательством сказанному является количество заявок на ремонт, реконструкцию и усиление подпорных стен (смотри, например, здесь). Цель данной статьи заключается в том, чтобы на конкретном примере показать ошибки проектирования подпорной стены, и показать на этом же примере правильные проектные решения.

Разбор ошибок проектирования подпорных стен

Рассмотрим процесс проектирования подпорной стены на конкретном примере. На одном из объектов произошло обрушение подпорной стены, удерживающей придомовую парковку (см. рис. 1). В результате обрушения был причинён экономический ущерб владельцам автомобилей, а также возникли риски разрушения грунтовых оснований объектов окружающей застройки.

Проектирование подпорных стен
Рис. 1

Важно заметить, что до обрушения жители дома наблюдали признаки (трещины на асфальте вдоль подпорного сооружения), явно указывающие, что подпорная стена разрушается. К сожалению, эксплуатирующие службы не среагировали должным образом на обращения жителей, что и стало одной из причин последующего обрушения.

В ходе оперативного и последующего детального обследования было установлено, что основная причина обрушения – ошибки проектирования. Ошибки строительства тоже имелись, но они не имели определяющего характера. Таким образом, обрушение подпорной стены произошло по двум основным причинам – неправильно запроектировали, неправильно эксплуатировали.

Ниже приведем некоторые технические характеристики обрушившейся подпорной стены (см. рис. 2-3):

  • тип – гравитационная подпорная стена из блоков ФБС с монолитными участками;
  • фундамент – монолитный ленточный бетонный на естественном основании, глубина заложения – 1,1 м;
  • удерживаемый перепад высот – 4 – 6,5 м;
  • грунты основания – ИГЭ 1. Глина твеpдая слабонабухающая непросадочная γ=18,1 кН/м3; с=28 кПа; φ=16°;
  • грунты обратной засыпки – Слой 3 – Насыпной грунт. Заполнитель (до 47%) — суглинок легкий пылеватый твердый.
ошибки проектирования подпорных стен
Рис. 2
ошибки проектирования подпорных стен
Рис. 3

Выполненные расчеты устойчивости (рис. 4-5) обрушившейся подпорной стены показали, что не было ни малейшего шанса на безаварийную эксплуатацию. Коэффициент устойчивости системы:

  • при расчете на основное сочетание нагрузок – 0,91;
  • при расчете с учетом набухания/усадки – 0,69.

Таким образом, основная причина обрушения рассматриваемой подпорной стены – это проектирование без расчетов или с неправильными расчетами.

Вторая причина обрушения – полное игнорирование наличия в основании  набухающих грунтов, которые при повышении влажности увеличиваются в объеме – набухают, а при последующем понижении влажности происходит обратный процесс – усадка.

Очевидно, что говорить о сейсмостойкости данной подпорной стены не приходится.

Строго говоря, проект обрушившейся подпорной стены даже не учитывал конструктивные требования СП 381.1325800.2018 «Сооружения подпорные. Правила проектирования», поэтому обрушение такой стены было вопросом времени.

Расчет подпорной стены из блоков ФБС
Рис. 4
Расчет подпорной стены из блоков ФБС
Рис. 5

Заказчиком была поставлена задача – запроектировать новую подпорную стену. Для этой цели в первую очередь были проведены инженерно-геологические изыскания. На основании комплексного анализа исходных данных были предложены три варианта новой подпорной стены.

Разработка вариантов конструктивных решений подпорных стен

Все варианты разработаны с учетом следующих обстоятельств:

  • расчетная сейсмичность площадки – 8 балов;
  • на бровке подпорной стены может действовать особая нагрузка от веса пожарных автомобилей;
  • грунты основания – ИГЭ №1 «Глина твердая непросадочная слабонабухающая» подлежат предварительному усилению;
  • максимальный удерживаемый перепад высот – 6,5 м;
  • в пределах границ проектирования есть два участка: на первом старая подпорная стена отсутствует, на втором – находится в аварийном состоянии.

Вариант №1

Вариант №1 (рис. 6) – подпорная стена, возводимая на однорядных буронабивных сваях, объединенных ростверком, с монолитной железобетонной забиркой.

Проектирование подпорных стен
Рис. 6

Вариант №2

Вариант №2 (рис. 7) – Шпунтовая подпорная стена с подкосами.

Шпунтовая подпорная стена с подкосами
Рис. 7

Вариант №3

Вариант №3 (рис. 8) – монолитная железобетонная уголковая подпорная стена.

Вариант №3 – монолитная железобетонная уголковая подпорная стена.
Рис. 8

На основе сравнения технико-экономических показателей разработанных вариантов, а также с учетом специфических особенностей региона строительства, Заказчик выбрал Вариант №3 для дальнейшего проектирования.

Проектирование подпорных стен состоит из расчетной части и разработки чертежей. Ниже рассмотрим основные моменты проектирования монолитной железобетонной уголковой сейсмостойкой подпорной стены.

Уголковая подпорная стена. Расчетный блок

Расчет подпорной стены выполняется в строгом соответствии со следующими основными нормативными документами:

СП 14.13330.2018 «Строительство в сейсмических районах»;

СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции»;

СП 381.1325800.2018 «Сооружения подпорные. Правила проектирования».

Расчет на основное сочетание нагрузок

Выполняется упругопластический расчет методом конечных элементов.

В ходе первой же серии расчетов установлена необходимость проектирования подпорной стены с «зубом» для повышения устойчивости против сдвига по подошве.

Расчет подпорной стены на основное сочетание нагрузок
Расчет подпорной стены на основное сочетание нагрузок

Расчет на проезд пожарной техники. Нагрузка 36 кПа в соответствии с СП 296.1325800.2017

Расчет выполняется методом конечных элементов с применением упруго-пластических моделей грунта и процедуры снижения прочностных характеристик.

Расчет устойчивости уголковой подпорной стены
Расчет устойчивости уголковой подпорной стены

Расчет на сейсмические воздействия (8 баллов)

 Расчет выполняется по квазистатической расчетной схеме.

Расчет подпорной стены на сейсмику
Расчет подпорной стены на сейсмику

В результате расчетов определяются внутренние усилия, перемещения и деформации

После определения усилий (N, M, Q) выполняется подбор толщины и армирования элементов подпорной стены в ходе расчетов в соответствии с СП 63.13330.2018.

Подпорная стена. Эпюра изгибающих моментов
Эпюра изгибающих моментов
Подпорная стена. Эпюра горизонтальных перемещений
Эпюра горизонтальных перемещений
Расчет армирования подпорной стены
Расчет армирования подпорной стены
Расчет подпорной стены по деформациям и прогибам
Расчет подпорной стены по деформациям и прогибам

Расчет прочности с учетом рабочего шва бетонирования

Как известно, наиболее уязвимым местом монолитных железобетонных уголковых подпорных стен является рабочий шов бетонирования в месте, где лицевая плита сопрягается с фундаментной плитой.

Для обеспечения прочности подпорной стены в области рабочего шва бетонирования используется:

  • бетонная шпонка;
  • нагельный эффект продольной арматуры.

Бетонная шпонка рассчитывается по методике СП 63.13330.2018.

Нагельный эффект учитывается по методике СП 35.13330.2011.

Учет прочности рабочего шва бетонирования особенно важен поскольку, во-первых, шов расположен в месте, где поперечная сила достигает максимального значения, и, во-вторых, при сейсмике возникают большие поперечные силы.

Более подробно о расчете подпорных стен можно прочитать здесь.

Уголковая подпорная стена. Разработка комплекта КЖ

Общие указания

6. Проект разработан в ходе проектирования с применением расчетов, что согласно пункту 7.4.1 СП 248.1325800.2016 является основным способом обеспечения требований надежности подземных сооружений. Расчет конструкций подпорной стены выполнен с учетом:
— сейсмических нагрузок (расчетная сейсмичность – 8 балов);
— кратковременных нагрузок от транспортных средств – 20 кПа;
— особой нагрузки от пожарного автотранспорта – 36 кПа.

Лист 1. Конструкции железобетонные. Подпорная стена ПС-1. Общие данные

проектирование подпорных стен

Лист 2. Конструкции железобетонные. Подпорная стена ПС-1. Схема расположения элементов подпорной стены

проектирование подпорных стен

Лист 3. Конструкции железобетонные. Подпорная стена ПС-1. Конструкция деформационного шва между секциями ПС-7.5м

проектирование подпорных стен

Лист 4. Конструкции железобетонные. Подпорная стена ПС-1. Поперечное сечение 1-1

проектирование подпорных стен

Лист 5. Конструкции железобетонные. Подпорная стена ПС-1. Опалубочный план секции ПС-7.5м

проектирование подпорных стен

Лист 6. Конструкции железобетонные. Подпорная стена ПС-1. Разрез 1-1 (Опалубка)

проектирование подпорных стен

Лист 7. Конструкции железобетонные. Подпорная стена ПС-1. Разрез 1-1 (Схема армирования)

проектирование подпорных стен

Лист 8. Конструкции железобетонные. Подпорная стена ПС-1. Схема расположения фиксаторов арматуры

проектирование подпорных стен

Лист 9. Конструкции железобетонные. Подпорная стена ПС-1. Ведомость деталей

проектирование подпорных стен

Лист 10. Конструкции железобетонные. Подпорная стена ПС-1. Спецификация материалов

проектирование подпорных стен

Чертежи КЖИ. Фиксатор Ф3 для подпорной стены ПС-7.5м

Чертежи КЖИ. Фиксатор Ф3 для подпорной стены ПС-7.5м

Выводы и рекомендации

Выводы для инженеров:

  1. Чем больше высота подпорной стены, и чем сложнее инженерные условия строительства, тем с большей осторожностью следует подходить к вопросам проектирования.
  2. Совершенно недопустимо проектировать высокие подпорные стены (перепад более 3 м) на основе простеньких расчетов в программах типа «Фундамент», «МОНОМАХ-САПР», «GEO 5» и других.
  3. Следует помнить, что ни одна программа НЕ выполняет весь комплекс необходимых расчетов, предусмотренных нашими нормативными документами. А все эти расчеты нужны, именно их выполнение обеспечивает безопасность и надежность подпорного сооружения. Особенно важно учитывать, что эти программы полностью игнорируют влияние рабочих швов бетонирования на прочность и жесткость конструкции.

Если Вы инженер – можете обратиться к нам за консультацией или детальной проверкой проекта.

Если Вы заказчик – можете обратиться к нам за проектированием подпорной стены любой сложности.

Копирование на этом сайте запрещено.

error: Content is protected !!