подпорные стены гравитационные массивные
Гравитационные подпорные стены из габионов
На выбор конструктива подпорной стенки влияет ряд факторов, в том числе геология объекта и наличие слабых грунтов, величина откоса и его высота, положение объекта: берегоукрепление или «сухая» подпорная стенка и пр. Подпорные стенки также могут быть вертикальными, горизонтальными, либо комбинированного типа. Конечно же, для точного определения нагрузок подпорных стенок необходимо произвести точный расчет, включая все вышеперечисленные данные, но мы разберем стандартные инженерные решения, получившие широкое распространение на основе собственного опыта.
Укладка матрацев Рено по площади
Вертикальные подпорные стенки высотой до 1,5 метров
Сложность в монтаже составляют вертикальные подпорные стенки из матрацев Рено и коробчатых габионов, которые часто используются как в укреплении берегов и русел рек и водоемов, а также в дорожном строительстве. В данном случае мы рассмотрим подпорную стенку высотой до 3,5м. Для распределения нагрузок подпорной стены применяются матрацы Рено. Высота матраца также зависит от высоты и соответственно веса подпорной стенки. Матрацы укладываются на горизонтальную подготовленную поверхность с песчаной подготовкой и геотекстилем. При высоте стенки от одного до полутора метров, чаще всего используются матрацы Рено 3х2х0,17, которые укладываются вдоль береговой линии, либо сухого откоса дороги. Также, как и при площадном укреплении откоса, собираем матрацы в единую конструкцию (линию), заполняем камнем. Итак, основание подпорной стенки готово и переходим к первому ряду габионов. Если высота стенки 1м, то используем метровые габионы.
Подпорные стенки высотой до 3,5 метра
В конце затронем вариант с монтажом подпорной стенки высотой 3 метра. Технология подготовки грунта и монтажа аналогична технологии, описанной выше. Покупаем матрацы Рено для основания и габионные коробки для каждого из ярусов. Здесь потребуются матрацы большей высоты: 3х2х0,3 либо 4х2х0,3м, которые выставляем перпендикулярно береговой линии/ линии сухого откоса. На матрацы укладываем первый ярус габионов 2х1х1 (также поперек стенки) и проводим обратную засыпку. Затем идет второй ярус габионов 1,5х1х1, также поперек стенки с обратной засыпкой. И завершающий ряд габионов высотой метр любой длины, к примеру 2х1х1, которые укладываются вдоль береговой линии. Геотекстильное полотно в данном случае пройдет под матрацем и по задней стенке конструкции до верха с припуском 20см по краям. Получится своего рода пирамида, хвостами уходящая в сторону обратной засыпки и имеющая по фасаду в основании фартук 0,5м и далее выступы по 8-10см на каждом ярусе.
Регулирование гравитационных процессов
Регулирование гравитационных процессов производится в тех случаях, когда земляное полотно проходит по склонам, подверженным экзогенным геологическим процессам, таким как оползни и лавины, сели, обвалы и осыпи, и его необходимо защитить от данных опасных природных явлений.
Оползнями называется смещение горных масс вниз по склону вершины без потери контакта относительно смещающихся и неподвижных частей породы. Скорость смещения частей пород может изменяться в различных пределах от долей миллиметров до метров в секунду. Смещающийся массив грунта называется оползневым телом, а склоны с наличием оползней — оползнеопасными.
Лавинами называют быстрый сход снега с горного склона, утратившего связь с подстилающей снег поверхностью. Лавиносброс опасен для железной дороги. Для предупреждения разрушающего воздействия строят защитные сооружения.
Сель — это внезапно возникший кратковременный горный поток, который насыщен различными твердыми материалами. Причиной для возникновения сели может послужить период сильного дождя, либо интенсивное таяние снега и льда, а также прорыв завалов и речных плотин, где имеется большое содержание рыхлообломочных материалов. Сели опасны внезапностью и обладают большой разрушительной способностью.
Обвалами называют обрушения горных пород в следствии потери контакта их со склоном, которые сопровождаются дроблением падающей породы и перемешиванием. Характерны внезапностью и большой скоростью протекания.
Осыпь — это постоянный снос материала выветривания горных пород, расположенных на крутых склонах и выражающиеся в виде непрерывного скатывания мелких обломков, от пыли до крупных камней, с образованием в нижней части конусов выноса.
Основной принцип регулирование гравитационных процессов состоит в перераспределении веса грунта (снега, отложений) по склону, уменьшив его там, где он оказывает вредное влияние и повысив в местах, где его воздействие положительно.
Основными методами регулирование гравитационных процессов на оползнеопасных склонах являются:
— террасирование поверхности склона;
— устройство поддерживающих или удерживающих сооружении
Террасированием называется изменение рельефа склона с целью увеличения его устойчивости. При террасировании в склоне про изводится нарезка полок с определенным шагом по высоте и уположение крутых частей откоса. Пример террасирования для полувыемки приведен на рис. 1. При этом ширину нарезаемых полок принимают исходя из технологичности их нарезки размером 3—4 метров, а высоту уступов и их крутизну определяют расчетами устойчивости.
Рис. 1. Схема террасирования откоса полувыемки: 1 — существующий откос; 2 — террасирование откоса; 3 — возможная кривая смещения
Поддерживающими сооружениями принято называть сооружения, которые для обеспечения необходимой устойчивости пристраиваются к земляному полотну или склону снаружи, а удерживающими сооружениями в отличие от первых — сооружения, которые внедрены целиком или частично внутрь земляного полотна или склона. Рассмотрим некоторые из наиболее распространенных типов сооружений.
Подпорные стены по их расположению относительно земляного полотна применяются двух типов: низовые, которые на крутых откосах поддерживают с низовой стороны насыпи и полунасыпи (рис. 2, а), и верховые, которые обеспечивают верховую часть склона до земляного полотна и применяются для поддержания откосов выемок и полувыемок (рис. 2, б).
Рис. 2. Подпорные стены: а — низовая; б — верховая; 1 — подпорная стена; 2 — обратная засыпка; 3 — застенный дренаж 4 — дренажный выпуск; 5— лоток
Регулирование гравитационных процессов. Традиционно подпорные стенки устраиваются железобетонные, бетонные (бутобетонные), а так же каменные с применением цементного раствора. Как правило, конструкция подпорных стен может изготавливаться как монолитной, так и сборной, а так же сборномонолитной. При этом железобетонные стены могут быть массивными (смотри рис. 2) либо облегченными — уголкового типа (рис. 3).
Рис. 3. Подпорные стены уголкового типа: а — низовая; б — верховая; 1 — подпорная стена; 2 — обратная засыпка; 3 — застенный дренаж; 4 — дренажный выпуск
Подпорные стены вдоль оси пути делятся вертикальными швами (по всей высоте, включая фундамент) на секции с установленной длиной от 6 до 20 метров. Обратная засыпка за подпорными стенами обычно выполняется из дренирующих грунтов. Для конструкций из железобетона и бетона для выпуска воды из застенного пространства в обязательном порядке делается дренаж.
Глубина заложения фундамента под стену на непучинистых и нескальных грунтах должна быть не менее 1 метра, при пучинистых грунтах фундамент закладывается не менее чем на 0,25 метра ниже максимально установленной глубины промерзания.
При наличии опирания фундамента на скальные грунты глубина должна быть не меньше 0,25 метра. В насыпях на прямых участках дорог минимальное расстояние от оси ближайшего пути до верха наружной части низовой подпорной стены принимают не менее расстояний, указанных в таблице ниже.
Верховые подпорные стены, как правило, должны располагаться за кюветом. В выемках на прямых участках дорог минимальное расстояние от оси ближнего пути до подпорной монтируемой стены на уровне подошвы основания шпал и выше должно быть не меньше 3,7 метра. В кривых расстояния до стен увеличивают.
В последнее время в нашей стране и особенно за рубежом на железных дорогах в качестве подпорных стен все шире применяют армогрунтовые стены с геосинтетиками и габионные структуры в виде гравитационных габионных стен и стен системы Террамеш.
Армогрунтовая подпорная стена представляет из себя массив дренирующего грунта, который армирован силовыми геосинтетиками (георешетками, геосетками или силовой тканью) и снаружи имеющий лицевую панель (рис. 4).
Рис. 4. Армогрунтовая подпорная стена: 1 — блоки облицовочной стены; 2— фундамент; 3 — арматура армогрунтовой стены; 4 — контур альтернативного решения (контрбанкет); 5 — критическая поверхность смещения
По поддерживающему действию армогрунтовые стены аналогичны массивным железобетонным, при этом сопротивление оползневому сдвигу оказывает вес всего грунтового массива стены. Геосинтетическая арматура, чтобы своевременно включаться в работу, должна иметь на разрыв удлинение не более 15 %.
Шаг армирования, прочностные характеристики арматуры и их длина принимаются расчетом из условий как внешней, так и внутренней устойчивости. Чаще всего шаг армирования между слоями геосинтетика составляет 0,5 метра.
Лицевая панель чаще всего выполняется в виде облицовочной и играет антивандальную роль, а также защищает синтетики от прямых солнечных лучей. Материалами лицевой панели могут служить монолитный и сборный железобетон, блоки и плитки из легкого бетона, пластик.
Высота подпорных армогрунтовых стен, применяемых для земляного полотна железных дорог, может составлять от 3—4 метра и до десятков метров. В нашей стране при проектировании земляного полотна на Малом Московском железнодорожном кольце была сооружена подпорная армогрунтовая стена высотой до 10 метров. В Европе максимальная высота армогрунтовых стен составляет более 20 метров.
Гравитационная габионная стена представляет из себя подпорную стену, изготовленную из габионов (рис. 5).
Рис. 5. Гравитационная габионная подпорная стена: 1 — габионная стена; 2 — контур альтернативного решения (контрбанкет); 3 — критическая поверхность смещения
По поддерживающему воздействию гравитационная габионная стена эквивалентна массивной железобетонной стене и эффект достигается за счет веса габионов. Вместе с тем преимуществом стен из габионов является их гибкость, способность воспринимать небольшие деформации без разрушения, а также экологичность и хорошая дренирующая способность, что позволяет применять их без устройства застенного дренажа.
Стена включает в себя массив из коробчатых прямоугольных габионов стандартных размеров. Внешняя сторона стены может иметь ступенчатое очертание. Высота, размеры в плане и количество габионов определяются расчетом устойчивости.
Стена системы Террамеш представляет из себя массив дренирующего грунта, который армирован снаружи габионами, а внутри массива установленными металлическими сетками, составляющими единое целое с габионами (рис. 6).
Рис. 6. Подпорная стена Террамеш: а — с вертикальной лицевой гранью; б — со ступенчатой лицевой гранью; в — «зеленый» Террамеш; 1 — элемент системы; 2 — геотекстиль; 3 — грунт засыпки; 4 — элемент «зеленого» Террамеша; 5 — гидропосев; 6 — биополотно
Система Террамеш может также быть без использования габиона («зеленый» Террамеш) с наклонной лицевой гранью (60—70° к горизонту), выполняемой в виде панельной сетки двойного кручения, к которой прикрепляют биополотно, формирующее рост дернотравяного покрова.
Кроме подпорных стен в качестве поддерживающих сооружений могут быть использованы контрфорсы, представляющие собой короткие по протяжению массивы с прямоугольной или трапецеидальной формой сечения из камня или бетона (рис. 7).
Рис. 7. Контрфорсы в насыпи: 7 — контрфорс; I — расстояние между контрфорсами
Расстояние между контрфорсами I определяется обеспечением устойчивости массива грунта между ними с учетом арочного эффекта и сил сопротивления по поверхности abcd.
Для обеспечения устойчивости откосов земляного полотна или поверхностей склонов в целях регулирование гравитационных процессов используют различные удерживающие сооружения: прошивающие сваи и шпоны, а также анкерные конструкции.
Прошивающие сваи применяют из железобетона или буронабивные, которые воспринимают оползневое давление, возникающее в грунтах основания. Наиболее эффективным при больших оползневых силах является усиление склона рядами буронабивных свай диаметром 1,0—2,0 метра, объединенных свайным ростверком (рис. 8)
Рис. 8. Работы по усилению склона рядами буронабивных свай, объединенных свайным ростверком
Такие сваи закрепляют в коренные породы, работают они на изгиб под действием горизонтальной силы. Шаг между сваями в продольном направлении и количество рядов принимают исходя из расчета восприятия ими оползневых усилий и отсутствия продавливания грунтов между сваями.
Шпоны в отличие от свай работают на срез по поверхности и по одиночке (рис. 9).
Рис. 9. Шпоны, удерживающие косогор выше пути
Не объединяя их в единую конструкцию, располагают также рядами с расстоянием I в рядах. Глубина заделки шпон t ниже поверхности среза принимается конструктивно и составляет 1,0—1,5 метра. При небольших оползневых силах в виде шпон могут применяться призматические сваи из железобетона, а при больших значениях — железобетонные кольца d (1—2 метра), заполненные тощим бетоном.
Анкерная конструкция представляет собой удерживающую конструкцию, которая в виде анкера внедряется в устойчивые грунты, обжимает неустойчивую часть грунта по поверхности плитами, через натяжение анкеров.
Для защиты земляного полотна от обвалов и осыпей применяются пассивные и активные защитные системы. К первым относятся системы, которые позволяют защитить железнодорожный путь от попадания на него обломков скальных пород путем их перехвата, и дальнейшего сопровождения по траектории падения, распределения сбора и в последствии содержания в специальных установленных местах.
К основным типам пассивных защит относят: улавливающие и оградительные сооружения (стены, барьеры, сетчатые ограждения, улавливающие полки, траншеи и валы), а также противообвальные галереи.
Активные защитные системы предотвращают возможность обрушения массивов скальных пород вблизи железнодорожного пути. В отличие от пассивных защитных систем активные защитные системы определяют полное предотвращение отрыва обломков от массива скальных пород.
Они могут представлять собой комбинацию покровных сеток со стяжными тросами, плетеными панелями и анкерами; одевающие или облицовочные стены; покрытие откосов и склонов вяжущими — аэроцемом (вспененный цементно-песчаный раствор), торкрет-бетоном, набрызг бетоном; инъектирование в трещины. Примеры защитных систем приведены на рис. 10.
Рис. 10. Защитные системы и мероприятия на скально-обвальных участках железнодорожного пути
При защите земляного полотна от селевых потоков могут предусматриваться следующие сооружения и мероприятия:
На участках, где возможен сход снежных лавин для защиты железнодорожного пути предусматривают сооружения, приведенные в таблице ниже.
Лавиноопасными считаются незалесенные склоны крутизной 20—60° и высотой более 20 метров над установленным уровнем головки рельса. Выбор противолавинных комплексов производится с учетом режима, а также характеристики лавин и снегового покрова в зонах формирования, морфологии лавиносбора, уровня ответственности защищаемых сооружений, их эксплуатационных и конструктивных особенностей.
Среди инженерных устройств следует отдавать предпочтение тем из них, которые регулируют отложение снега на склоне и не допускают образования лавин (лавинопредотвращающие). В качестве заборов применяют высокие деревянные или металлические заборы, которые следует размещать в зонах формирования лавин секционными или непрерывными рядами до установленных боковых границ лавиносбора.
В регулирование гравитационных процессов, как правило, верхний ряд защитных сооружений необходимо устанавливать на расстоянии не более 15 метров вниз по уклону от наиболее высокого уровня линии отрыва лавин.
Снегозадерживающие заборы устанавливают на наветренном склоне или площадке неразрывными рядами, расположенными перпендикулярно основному расположению метелевого наноса. Просветность таких щитов заборов должна быть 0,4—0,45, а расстояние от установленного нижнего края забора до поверхности склона, должно составлять не более 0,2 высоты забора. Высота забора и число рядов устанавливается в зависимости от расчетного объема снегосброса.
Для регулирование гравитационных процессов снеговыдувающие дюзы-панели следует монтировать под углом 60—90° к горизонту неразрывными рядами или с разрывами на верхней бровке зоны формирования лавины (рис. 11, а).
Рис. 11. Снеговыдувающие устройства: а — панель; 6 — кольктафель; 1, 3 — снежные отложения соответственно при наличии и отсутствии панели; 2 — снеговыдувающая панель
Разрывы в ряду заборов могут быть связаны с особенностями характера морфологии бровки. Просветность дюз-панелей может соответствовать 0,2—0,3, высота панели H должна достигать 3—4 метра, расстояние между установленным нижним краем дюз-панели и поверхностью бровки h должно быть не более 0,25—0,3 высоты такой панели.
Кольктафели — отдельные снеговыдувающие щиты (рис. 10.77, б) следует устанавливать в зонах формирования лавин ниже линии снеговыдуваюших заборов на расстоянии 2h, где h это высота кольктафеля, равная 4—4,5 метра. Просвет между дюз-панелями кольктафеля и установленной поверхностью уклона должен быть 1 — 1,5 метра.
При отсутствии снеговыдувающих дюз-панелей верхняя линия кольктафелей монтируется на уровне самого высокого расположения линии отрыва возможных лавин. Форма кольктафелей и их размеры определяются в зависимости от снеговетровых условий в зоне их расположения.
Как самостоятельное средство дня предотвращения лавин террасирование склонов применяют обычно на менее крутых участках зон формирования с углом уклона 30°. Как правило, на более крутых склонах применяют террасы в качестве вспомогательных средств, производять посадку деревьев между рядами снегоудерживающих конструкций сооружений.
Регулирование гравитационных процессов. Расстояние по горизонтали между террасами устанавливают не более ширины террасы. Ширина полок террас определяется не меньше 1,5—1,8 расчетной высоты снегового покрова.
В качестве регулирование гравитационных процессов, обустройство склона лавинопредотвращающими конструктивными сооружениями следует совмещать с мероприятиями агролесомелиорации, включающие в себя посадку быстрорастущих деревьев в зонах формирования лавин, учитывая естественное распространение массива лесной растительности в защищаемой местности.
Устройство подпорной стенки
Устройство подпорной стенки
Участки многих домов, которые стоят на склонах старых русел, нуждаются в их укреплении. Часто склон бывает так крут, что площадка перед домом на склон очень мала. Можно разделить склон на террасы или устроит одну массивную подпорную декоративную стенку. Подпорные стенки устанавливаются для удержания откоса насыпей и выемок от обрушения. Они используются для организации пространства на пересеченной местности, а также для повышения эстетических качеств объектов ландшафтного дизайна.
Разноуровность участка придает ему необычайную динамику, к тому же подпорные стенки очень эффектно подчеркивают различные по назначению зоны. Подпорные стенки разнообразны по высоте, конструкции и материалам.
Подпорные стенки на объектах ландшафтной архитектуры по своему назначению можно подразделить на два вида:
При сухой кладке камни и плитки кладут друг на друга без скрепления цементным раствором, поэтому камни необходимо подбирать очень тщательно, что требует высокого профессионализма. Крупные камни располагают в шахматном порядке, перекладывая более мелкими. Так возводят стенки небольшой высоты, до 50 — 80 см. В качестве связующего и уплотняющего материала в промежутках между камнями используется цементно-песчаная смесь, что делает подпорные стенки ровными и крепкими.
При влажной укладке все камни и плитки прочно скрепляют цементно-известковым раствором, что создает большую прочность всей конструкции, которая хорошо выдерживает давление грунта со стороны склона. Такие стенки могут иметь высоту до 6 м и более Материалом для каменных стенок являются гранит, бут, известняк, булыжник и другие долговечные естественные камни. Камни слегка обрабатывают или обтесывают до формы плит. Применяют кладку разных по величине камней с вкраплением отдельных больших камней, что придает особую декоративность конструкции. Применима и однородная кладка из клинкерного кирпича (при условии высокого качества как кладки, так и материала).
Очень часто применяются стенки из бетона или железобетона. У таких стенок имеются большие возможности для декоративной обработки их внешней поверхности. Высота стенки из камня в сухой кладке должна быть не более 4 м, а из бетона и железобетона — 6 м; при высоте больше 6 м возрастает давление грунта на тело стенки.
Варианты размещения подпорных стенок могут быть различными, в зависимости от поставленных целей и задач. Существует четыре основных варианта размещения подпорных стенок на склоне. Один из вариантов позволяет расширить верхнюю площадку, второй обеспечивает оптимальный баланс земляных масс (объем насылаемого грунта равен объему срезаемого грунта), при использовании третьего варианта увеличивается нижняя площадка, а четвертый позволяет разнообразить плоский рельеф.
Типы конструкций подпорных стенок
Устойчивость подпорных стенок достигается компенсацией воздействия сил, оказываемых на стенку подпираемым грунтом, которые складываются из активного давления грунта и давления воды.
В современном строительстве распространены два типа конструкций подпорных стенок.
Гравитационные подпорные стенки обеспечивают устойчивость за счет массы стенки и массы грунта, находящегося над подошвой конструкции стенки, и силы трения, возникающей в плоскости подошвы стенки;
Свайные стенки, представляют собой облегченные конструкции, защемленные в грунтовом основании, которые являются устойчивыми за счет создания пассивного отпора давлению грунта в нижней части стены или наличия специального крепления анкерного типа в верхней части стены.
При нарушении равновесия сил подпорная стенка может потерять устойчивость, вследствие чего могут возникнуть деформации конструкций, иногда приводящие к их полному разрушению. Наиболее часто встречаются такие деформации, как опрокидывание, сдвиг и навал стенки на грунт. Явление навала характерно только для высоких подпорных стенок.
Для повышения устойчивости подпорных стенок на сдвиг и опрокидывание при их проектировании предпринимают следующие действия:
Основными элементами конструкции подпорной стенки являются:
Подпорные стенки удачно сочетаются с разнообразными парковыми конструкциями: лестницами, скамьями, цветниками, шпалерами с вьющимися растениями, вазонами, светильниками, скульптурой. Их также комбинируют с зе откосами.
При проектировании подпорных стенок в садах и парках часто используют типовые конструкции. Размеры всех элементов конструкции определяет проектировщик. В связи с этим, прежде чем приступать к проектированию, необходимо ознакомиться с результатами анализа почв и гидрологическим режимом, затем произвести расчет высоты стенки по проекту вертикальной планировки территории. Учитывая полученные данные, необходимо проанализировать возможные конструктивные решения, чтобы выяснить, что больше всего подходит для применения в данных условиях, принимая во внимание нагрузки на конструкцию, материалы и климатические особенности района проектирования.
Если высота подпорной стенки, включая фундамент, превышает 3 м, а глубина фундамента меньше 60 см или на участке в качестве основания будут использованы неустойчивые слабые грунты, то необходима консультация специалиста, который произведет детальный расчет устойчивости конструкции.
Для безопасности пешеходного движения при размещении вдоль верхнего края подпорной стенки пешеходных дорожек и площадок, при высоте стенки более 1,0 м, необходимо предусматривать ограждения высотой не менее 0,9 м.