Расчет габионных подпорных стен выполняется с целью подбора параметров, при которых обеспечивается внешняя и внутренняя устойчивость и прочность.
Расчет габионных подпорных стен представляет собой комплекс геотехнических и конструктивных расчетов, которые выполняются в соответствии со следующими основными нормативными документами:
- СП 381.1325800.2018 Сооружения подпорные. Правила проектирования
- ОДМ 218.2.049-2015 Рекомендации по проектированию и строительству габионных конструкций
- ЦПИ 22/43 Технические указания по применению габионов для усиления земляного полотна
- СП 472.1325800.2019 Армогрунтовые системы мостов и подпорных стен
- СП 436.1325800.2018 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от оползней и обвалов
Подпорные стены из габионов чаще всего работают как массивные конструкции, т.е. удерживают грунт, сопротивляясь сдвигу и опрокидыванию за счет собственного веса и сил трения, возникающих на контакте конструкции с грунтом. Высота массивно-объемных габионных стен как правило не превышает 8м.
Армогрунтовые габионные стены применяют реже, т.к. зачастую по стоимости они дороже уголковых железобетонных стен. Армогрунтовые габионные стены удерживают грунт не только за счет собственного веса и сил трения, но и за счет улучшения деформационных и прочностных характеристик прилегающего грунта.
НИЖЕ РАССМОТРИМ ПОДРОБНО ВОПРОСЫ РАСЧЕТА МАССИВНЫХ ГАБИОННЫХ ПОДПОРНЫХ СТЕН
Расчет габионных подпорных стен выполняется в ходе нескольких итераций, на каждой из которых происходит уточнение конструкции. На первой итерации необходимо задать предварительные параметры габионной подпорной стены.
- Высота габионных подпорных стен (h1) определяется исходя из высоты удерживаемого перепада (H) и требований Технического задания.
- Ширину габионных подпорных стен понизу (В) в первом приближении рекомендуется принять равной половине высоты удерживаемого перепада (H).
- Ширину габионных подпорных стен поверху в первом приближении рекомендуется принять равной 1,0м.
- Ширину промежуточных габионов следует постепенно уменьшать в направлении снизу-вверх, при этом нужно учитывать типовые размеры габионов.
H — высота удерживаемого перепада
h — полная высота габионной подпорной стены
h1 — высота габионной подпорной стены
t — высота откоса
d — глубина заложения подошвы габионной подпорной стены
В — полная ширина габионной подпорной стены понизу
* Соотношение между h1 и t определяется на основании технико-экономического сравнения.
Глубина заложения габионной подпорной стены (d) зависит от инженерно-геологических условий и назначения сооружения. В любом случае, глубина заложения фундамента габионных подпорных стен как правило не зависит от глубины промерзания грунта, т.к. за счет своей гибкости габионные сооружения способны без разрушения следовать за деформациями морозного пучения.
Наиважнейший вопрос – это выбор основания для габионной подпорной стены. Здесь следует руководствоваться следующими основными принципами:
- габионные подпорные стены экономически целесообразно применять, как правило, на естественных грунтовых основаниях;
- использовать в качестве основания слабые и специфические грунты (просадочные, набухающие, органоминеральные и органические и т.д.) не рекомендуется;
- для лучшего взаимодействия сооружения с основанием необходимо применять фундаментные подушки, каменную постель и т.д.
Поскольку массивные габионные подпорные стены удерживают грунт за счет собственного веса, то крайне важно в расчетах и проекте четко прописывать требования к весу габионов. Укладка камня в габион должна обеспечивать насыпную плотность каменного материала не менее 1750 кг/м3.
Не менее важно конкретно прописывать и учитывать в расчетах и в проекте требования к грунтам обратной засыпки габионных подпорных стен. Для обратной засыпки рекомендуется использовать несвязные грунты с коэффициентом уплотнения не менее 0,95. Удельный вес грунта засыпки должен быть не менее 18 кН/м3.
При расчете габионных подпорных стен важно учитывать (даже если это не задано в ТЗ) полезную нагрузку на бровке. Минимум нужно принимать 500 кгс/м2.
После назначения параметров габионной подпорной стены в первом приближении, приступают к расчетам. Расчет габионных подпорных стен может выполнять как аналитическими, так и численными методами. Аналитические методы достаточно подробно отражены в нормативных документах в виде конкретных формул. Численные методы – это прежде всего расчеты методом конечных элементов (МКЭ) с использованием упругопластических моделей грунтов.
При высоте габионных подпорных стен до 2,0м и простых условиях строительства можно ограничиться простыми аналитическими расчетами. Для высоких подпорных стен в сложных условиях строительства необходимо в обязательном порядке применять более точные и достоверные численные методы решения геотехнических задач.
Расчет габионных подпорных стен в части внешней устойчивости и прочности выполняется с целью исключения следующих основных сценариев:
- общий (глубинный) сдвиг подпорной стены вместе с прилегающим откосом или склоном
- сдвиг подпорной стены по подошве (плоский или смешанный сдвиг);
- опрокидывание подпорной стены;
- разрушение основания подпорной стены.
Расчет габионных подпорных стен в части внутренней устойчивости и прочности выполняется с целью исключения следующих основных сценариев:
- сдвига слоев габионных конструкций друг относительно друга;
- разрушение габионных конструкций по материалу.
Прочностные характеристики габионных сеток приведены в соответствующих документах: ГОСТ Р 58120-2018, ГОСТ Р 52132-2003, ГОСТ Р 51285-99, ГОСТ Р 59287-2020.
