Подпорные стенки — это относительно жесткие стены, используемые для поддержки почвы сбоку, чтобы ее можно было удерживать на разных уровнях с двух сторон. Подпорные стенки — это конструкции, предназначенные для удержания почвы на склоне, который она не будет удерживать естественным образом (обычно крутой, почти вертикальный или вертикальный склон). Они используются для связывания почвы между двумя различными возвышенностями, часто в областях с неудобно крутым рельефом в областях, где ландшафт должен быть сильно сформирован и спроектирован для более конкретных целей, таких как земледелие на склоне холма или дорожные путепроводы. Подпорная стенка, которая удерживает почву на задней стороне и воду на передней стороне, называется морской дамбой или перемычкой .
Подпорная стенка предназначена для удержания на месте массы земли или чего-либо подобного, например, края террасы или котлована. Конструкция возводится для сопротивления боковому давлению почвы, когда есть желаемое изменение высоты земли, которое превышает угол естественного откоса почвы. [1]
Подвальная стена, таким образом, является одним из видов подпорной стены; однако этот термин обычно относится к консольной подпорной стене, которая является отдельно стоящей конструкцией без боковой поддержки наверху. [2] Они консольно прикреплены к фундаменту и возвышаются над уровнем с одной стороны, чтобы удерживать более высокий уровень с противоположной стороны. Стены должны выдерживать боковое давление, создаваемое рыхлыми почвами или, в некоторых случаях, давлением воды . [3]
Каждая подпорная стенка поддерживает «клин» почвы . Клин определяется как почва, которая простирается за пределы плоскости разрушения типа почвы, присутствующего на месте стены, и может быть рассчитана, как только будет известен угол трения почвы . По мере увеличения отступа стены размер скользящего клина уменьшается. Это уменьшение снижает давление на подпорную стенку. [4]
Самым важным соображением при правильном проектировании и установке подпорных стенок является распознавание и противодействие тенденции удерживаемого материала двигаться вниз по склону под действием силы тяжести . Это создает боковое давление грунта за стенкой, которое зависит от угла внутреннего трения (фи) и прочности сцепления (с) удерживаемого материала, а также направления и величины перемещения, которому подвергается подпорная конструкция.
Боковое давление грунта равно нулю наверху стены и – в однородном грунте – увеличивается пропорционально максимальному значению на самой низкой глубине. Давление грунта будет толкать стену вперед или опрокидывать ее, если не принять должных мер. Кроме того, любые грунтовые воды за стеной, которые не рассеиваются дренажной системой, вызывают гидростатическое давление на стену. Можно предположить, что общее давление или тяга действуют на одной трети от самой низкой глубины для продольных участков одинаковой высоты. [5]
Важно иметь надлежащий дренаж за стеной, чтобы ограничить давление до проектного значения стены. Дренажные материалы уменьшат или устранят гидростатическое давление и улучшат устойчивость материала за стеной. Подпорные стенки из сухого камня обычно являются самодренирующими.
Например, Международный строительный кодекс требует, чтобы подпорные стенки были спроектированы так, чтобы обеспечить устойчивость против опрокидывания, скольжения, чрезмерного давления фундамента и подъёма воды; и чтобы они были спроектированы с коэффициентом безопасности 1,5 против бокового скольжения и опрокидывания. [6]
Гравитационные стены зависят от своей массы (камень, бетон или другой тяжелый материал), чтобы противостоять давлению сзади, и могут иметь «отбойный» отступ для улучшения устойчивости путем наклона назад к удерживаемой почве. Для коротких ландшафтных стен они часто изготавливаются из камня без раствора или сегментных бетонных блоков (каменные блоки). [7] Гравитационные стены, сложенные сухим способом, несколько гибкие и не требуют жесткого фундамента. Их можно возводить на небольшую высоту без вставки дополнительных материалов, а для прочности и устойчивости добавляют бетон. [8]
Ранее в 20 веке более высокие подпорные стенки часто представляли собой гравитационные стены, сделанные из больших масс бетона или камня. Сегодня более высокие подпорные стенки все чаще строятся как композитные гравитационные стены, такие как: геосинтетика, например, ячеистое ограничение геоячейки, удержание земли или с предварительно отлитой облицовкой; габионы (сложенные друг на друга стальные проволочные корзины, заполненные камнями); стены-решётки (ячейки, построенные в стиле бревенчатой хижины из предварительно отлитого бетона или древесины и заполненные гранулированным материалом). [9]
Консольные подпорные стенки изготавливаются из внутреннего стержня из армированного сталью, монолитного бетона или залитой раствором кладки (часто в форме перевернутой буквы Т). Эти стены консольно переносят нагрузку (как балка ) на большой структурный фундамент, преобразуя горизонтальное давление сзади стены в вертикальное давление на грунт внизу. Иногда консольные стены подпираются спереди или включают контрфорс сзади , чтобы улучшить их прочность, выдерживающую высокие нагрузки. Контрфорсы представляют собой короткие боковые стены под прямым углом к основному направлению стены. Эти стены требуют жесткого бетонного фундамента ниже глубины сезонного промерзания. Этот тип стены использует гораздо меньше материала, чем традиционная гравитационная стена.
Стены в грунте — это тип подпорных стен, которые очень жесткие и, как правило, водонепроницаемые. Стены в грунте — дорогие стены, но они экономят время и пространство, и поэтому используются в городских конструкциях. [10]
Подпорные стенки из шпунтовых свай обычно используются в мягкой почве и узких пространствах. Стены из шпунтовых свай забиваются в землю и состоят из различных материалов, включая сталь, винил, алюминий, стекловолокно или деревянные доски. Для быстрой оценки материал обычно забивается на 1/3 выше земли, на 2/3 ниже земли, но это может быть изменено в зависимости от окружающей среды. Для более высоких стен из шпунтовых свай потребуется анкер с затяжкой или «мертвец», размещенный в почве на некотором расстоянии позади поверхности стены, который привязывается к стене, как правило, тросом или стержнем. Затем анкеры размещаются за потенциальной плоскостью провала в почве.
Подпорные стенки из буронабивных свай строятся путем сборки последовательности буронабивных свай с последующей выемкой излишков грунта. В зависимости от проекта подпорная стенка из буронабивных свай может включать ряд земляных анкеров , арматурных балок, операций по улучшению почвы и армирующего слоя торкретбетона . Этот метод строительства, как правило, применяется в сценариях, где шпунтовые сваи являются допустимым строительным решением, но где уровни вибрации или шума, создаваемые копром, неприемлемы .
Закрепленная подпорная стенка может быть построена в любом из вышеупомянутых стилей, но также включает дополнительную прочность с использованием тросов или других опор, закрепленных в скале или почве позади нее. Обычно забиваемые в материал с помощью бурения, анкеры затем расширяются на конце троса, либо механическим способом, либо часто путем инъекции бетона под давлением , который расширяется, образуя луковицу в почве. Технически сложный, этот метод очень полезен там, где ожидаются высокие нагрузки или где сама стена должна быть тонкой и в противном случае была бы слишком слабой.
Закрепление грунта гвоздями — это метод, при котором склоны грунта, выемки или подпорные стенки укрепляются путем вставки относительно тонких элементов — обычно стальных арматурных стержней. Стержни обычно устанавливаются в предварительно просверленное отверстие, а затем заливаются цементом на место или одновременно сверлятся и заливаются цементом. Обычно они устанавливаются без натяжения под небольшим наклоном вниз. На поверхности может использоваться жесткая или гибкая облицовка (часто набрызгиваемый бетон) или изолированные шляпки грунтовых гвоздей.
Существует ряд систем, которые не состоят только из стены, но и уменьшают давление грунта, действующее непосредственно на стену. Обычно они используются в сочетании с одним из других типов стен, хотя некоторые могут использовать его только в качестве облицовки, т. е . для визуальных целей.
Этот тип укрепления грунта, часто используемый также без внешней стены, состоит из проволочных сетчатых «коробок», которые заполняются грубо отесанным камнем или другим материалом. Сетчатые клетки уменьшают некоторые внутренние перемещения и силы, а также уменьшают эрозионные силы. Габионные стены являются свободно дренируемыми удерживающими конструкциями и, как таковые, часто строятся в местах, где присутствуют грунтовые воды. Однако управление и контроль грунтовых вод внутри и вокруг всех подпорных стенок важны.
Механически стабилизированная земля, также называемая MSE, представляет собой почву, созданную с искусственным армированием посредством слоистых горизонтальных матов ( геосинтетики ), закрепленных на их концах. Эти маты обеспечивают дополнительное внутреннее сопротивление сдвигу сверх того, что обеспечивают простые конструкции гравитационных стен. Другие варианты включают стальные ленты, также слоистые. Этот тип укрепления почвы обычно требует внешних облицовочных стен (SRW – сегментные подпорные стены) для прикрепления слоев и наоборот. [11]
Лицевая сторона стены часто состоит из сборных бетонных блоков [7] , которые могут выдерживать некоторое дифференциальное движение. Масса армированного грунта вместе с облицовкой затем действует как улучшенная гравитационная стена. Армированная масса должна быть построена достаточно большой, чтобы удерживать давление грунта за ней. Гравитационные стены обычно должны быть как минимум на 50-60 процентов глубже или толще высоты стены, и могут быть больше, если на стене есть уклон или перегрузка.
Системы ячеистых ограничений (геоячейки) также используются для крутой стабилизации грунта под действием силы тяжести и армирования подпорных стенок георешетками. Подпорные стенки из геоячеек структурно устойчивы под собственным весом и внешними нагрузками, в то время как гибкость конструкции обеспечивает очень высокую сейсмическую устойчивость. [12] Внешние фасциальные ячейки стены могут быть засажены растительностью для создания зеленой стены .
