Подпорная стенка

Подпорные стены — это относительно жесткие стены, используемые для боковой поддержки почвы, чтобы ее можно было удерживать на разных уровнях с двух сторон. Подпорные стены — это конструкции, предназначенные для удержания почвы на склоне, на котором она не могла бы удерживаться естественным образом (обычно крутой, почти вертикальный или вертикальный уклон). Они используются для связывания почв между двумя разными высотами, часто в районах с неудобно крутой местностью, в районах, где ландшафт необходимо серьезно формировать и проектировать для более конкретных целей, таких как сельское хозяйство на склонах холмов или эстакады по дорогам. Подпорная стенка, которая удерживает почву с обратной стороны и воду с передней, называется дамбой или переборкой .

Определение

Подпорная стена предназначена для удержания массы земли или чего-либо подобного, например, края террасы или раскопок. Конструкция сконструирована так, чтобы противостоять боковому давлению грунта, когда желаемое изменение высоты грунта превышает угол естественного откоса грунта. ^[1]

Таким образом, стена подвала является одним из видов подпорной стены; однако этот термин обычно относится к консольной подпорной стене, которая представляет собой отдельно стоящую конструкцию без боковой поддержки наверху. ^[2] Они консольно закреплены на опоре и возвышаются над отметкой с одной стороны, чтобы сохранить более высокий уклон с противоположной стороны. Стены должны выдерживать боковое давление, создаваемое рыхлой почвой или, в некоторых случаях, давлением воды . ^[3]

Каждая подпорная стенка поддерживает «клин» грунта . Клин определяется как грунт, который выходит за пределы плоскости разрушения типа грунта, присутствующего на участке стены, и может быть рассчитан, если трения грунта известен угол . По мере увеличения отступа стены размер скользящего клина уменьшается. Это уменьшение снижает давление на подпорную стенку. ^[4]

Наиболее важным соображением при правильном проектировании и установке подпорных стенок является распознавание и противодействие тенденции удерживаемого материала смещаться вниз по склону под действием силы тяжести . Это создает боковое давление грунта за стеной, которое зависит от угла внутреннего трения (фи) и силы сцепления (с) удерживаемого материала, а также от направления и величины движения, 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 подтолкнет стену вперед или опрокинет ее, если не принять меры. Кроме того, любые грунтовые воды за стеной, которые не рассеиваются дренажной системой, вызывают гидростатическое давление на стену. Можно предположить, что общее давление или тяга действует на расстоянии одной трети от наименьшей глубины для продольных участков одинаковой высоты. ^[5]

Важно иметь надлежащий дренаж за стеной, чтобы ограничить давление до расчетного значения стены. Дренажные материалы уменьшат или устранят гидростатическое давление и улучшат устойчивость материала за стеной. Подпорные стены из сухого камня обычно самодренируются.

Например, Международный строительный кодекс требует, чтобы подпорные стены были спроектированы так, чтобы обеспечить устойчивость против опрокидывания, скольжения, чрезмерного давления на фундамент и подъема воды; и что они рассчитаны на коэффициент безопасности 1,5 от бокового скольжения и опрокидывания. ^[6]

Типы

Гравитация

Гравитационные стены зависят от своей массы (камня, бетона или другого тяжелого материала), чтобы противостоять давлению сзади, и могут иметь «откат», чтобы улучшить устойчивость, откидываясь назад к удерживаемой почве. Для коротких ландшафтных стен их часто выполняют из безрастворного камня или сегментных бетонных блоков (каменных блоков). ^[7] Гравитационные стены, сложенные сухим способом, достаточно гибкие и не требуют жесткого основания. Их можно построить небольшой высоты без добавления дополнительных материалов и с добавлением бетона для прочности и устойчивости. ^[8]

Ранее в 20 веке более высокие подпорные стены часто представляли собой гравитационные стены, сделанные из больших масс бетона или камня. Сегодня более высокие подпорные стены все чаще строятся в виде композитных гравитационных стен, таких как: геосинтетические материалы, такие как геоячейки, удерживающие грунт, или со сборной облицовкой; габионы (сложенные друг на друга корзины из стальной проволоки, наполненные камнями); стены кроватки (ячейки построены в стиле бревенчатого домика из сборного железобетона или дерева и заполнены гранулированным материалом). ^[9]

Консольный

Консольные подпорные стены изготавливаются из внутреннего стержня из железобетона, монолитного бетона или каменной кладки, залитой раствором (часто в форме перевернутой буквы Т). Эти стены консольно нагружают (как балка ) большую опорную конструкцию, преобразуя горизонтальное давление из-за стены в вертикальное давление на землю внизу. Иногда консольные стены подкрепляются спереди или включают контрфорс сзади, чтобы повысить их прочность, выдерживая высокие нагрузки. Контрфорсы представляют собой короткие боковые стены , расположенные под прямым углом к основному направлению стены. Эти стены требуют жестких бетонных опор ниже глубины сезонного промерзания. Для строительства этого типа стены требуется гораздо меньше материала, чем для традиционной гравитационной стены.

Мембранная стенка

Мембранные стены представляют собой тип подпорных стенок, которые очень жесткие и, как правило, водонепроницаемые. Мембранные стены — дорогие стены, но они экономят время и пространство, поэтому используются в городском строительстве. ^[10]

Шпунтовые сваи

Подпорные стенки из шпунта обычно используются в мягких грунтах и ограниченном пространстве. Стены из шпунтовых свай вбиваются в землю и состоят из различных материалов, включая сталь, винил, алюминий, стекловолокно или деревянные доски. Для быстрой оценки материал обычно перемещается на 1/3 над землей и на 2/3 под землей, но это может быть изменено в зависимости от окружающей среды. Для более высоких шпунтовых стен потребуется анкер , или «мертвец», помещенный в почву на расстоянии за лицевой стороной стены, который привязан к стене, обычно с помощью троса или стержня. Затем анкеры размещаются за потенциальной плоскостью разрушения в почве.

Скучающая куча

Подпорные стены из буронабивных свай строятся путем сборки последовательности буронабивных свай с последующей выемкой лишней почвы. В зависимости от проекта подпорная стенка из буронабивных свай может включать в себя ряд земляных анкеров , армирующие балки, устройства для улучшения грунта и армирующий слой из торкрет-бетона .Этот метод строительства, как правило, используется в сценариях, где шпунтовые сваи являются допустимым строительным решением, но уровни вибрации или шума, создаваемые сваебойным механизмом, неприемлемы.

Закреплено

Анкерная подпорная стена может быть построена в любом из вышеупомянутых стилей, но она также обеспечивает дополнительную прочность с помощью тросов или других опор, закрепленных в скале или почве позади нее. Обычно анкеры вбиваются в материал путем сверления, а затем расширяются на конце кабеля либо механическим способом, либо часто путем инъекции бетона под давлением , который расширяется, образуя выпуклость в почве. Технически сложный, этот метод очень полезен там, где ожидаются высокие нагрузки или когда сама стена должна быть тонкой, иначе она была бы слишком слабой.

Альтернативные методы удержания

Забивание почвы

Забивание грунта — это метод, при котором откосы грунта, выемки или подпорные стены укрепляются путем установки относительно тонких элементов — обычно стальных арматурных стержней. Стержни обычно устанавливаются в предварительно просверленное отверстие, а затем затираются на место или одновременно сверлятся и затираются раствором. Обычно их устанавливают ненатянутыми, с небольшим наклоном вниз. На поверхности можно использовать жесткую или гибкую облицовку (часто набрызг-бетон) или изолированные шляпки грунтовых гвоздей.

Укрепленный грунтом

Существует ряд систем, которые состоят не только из стены, но снижают давление грунта, действующее непосредственно на стену. Обычно они используются в сочетании с одним из других типов стен, хотя некоторые могут использовать их только в качестве облицовки, то есть для визуальных целей.

Габионные сетки

Этот тип укрепления грунта, часто используемый и без внешней стены, состоит из «коробок» из проволочной сетки , заполненных грубо отесанным камнем или другим материалом. Сетчатые клетки уменьшают некоторые внутренние движения и силы, а также уменьшают эрозионные силы. Габионные стены представляют собой подпорные конструкции со свободным дренированием и поэтому часто строятся в местах, где присутствуют грунтовые воды. Однако управление и контроль грунтовых вод внутри и вокруг всех подпорных стен имеет важное значение.

Механическая стабилизация

Механически стабилизированный грунт, также называемый MSE, представляет собой грунт, построенный с искусственным армированием с помощью слоистых горизонтальных матов ( геосинтетических материалов ), закрепленных на их концах. Эти маты обеспечивают дополнительное внутреннее сопротивление сдвигу, превосходящее сопротивление простых гравитационных стеновых конструкций. Другие варианты включают стальные ремни, также многослойные. Для этого типа укрепления грунта обычно требуются внешние облицовочные стены (SRW – сегментные подпорные стены) для крепления слоев и наоборот. ^[11]

Лицевая сторона стены часто состоит из сборных железобетонных блоков. ^[7] который может выдерживать некоторое дифференциальное движение. Масса армированного грунта вместе с облицовкой действует как улучшенная гравитационная стена. Армированная масса должна быть достаточно большой, чтобы выдерживать давление почвы позади нее. Гравитационные стены обычно должны быть минимум на 50–60 процентов глубже или толще высоты стены и, возможно, должны быть больше, если на стене есть уклон или надстройка.

Ячеистые системы удержания (геоячейки) также используются для стабилизации крутых грунтов в условиях гравитации и укрепления подпорных стенок георешетками. Подпорные стены из геоячеек структурно устойчивы к собственному весу и внешним нагрузкам, а гибкость конструкции обеспечивает очень высокую сейсмостойкость. ^[12] Внешние ячейки фасции стены можно засадить растительностью, чтобы создать зеленую стену .

См. также

Ссылки

^ Чинг, Фрэнсис Д.К.; Винкель, Стивен Р. (2006). Иллюстрированные строительные нормы и правила: Руководство по пониманию Международного строительного кодекса 2006 г. (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-74189-3 .
^ Эмброуз, Джеймс (1991). Упрощенное проектирование каменных конструкций . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. стр. 70–75. ISBN 0-471-17988-4 .
^ Кросби, Майкл Дж.; Уотсон, Дональд (2005). Стандарты экономии времени при архитектурном проектировании (8-е изд.). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 9780071777339 .
^ Руководство по коммерческой установке подпорных стенок из блоков Allan (PDF) . Блумингтон: Корпорация Аллан Блок. 2011. с. 13.
^ Терцаги, Карл (1934). Испытания больших подпорных стенок . Запись инженерных новостей от 1 февраля, 8 марта, 19 апреля.
^ Раздел 1806.1 Международного строительного кодекса 2006 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Сегментарные подпорные стены» . Национальная ассоциация бетонной кладки . Архивировано из оригинала 4 марта 2008 г. Проверено 24 марта 2008 г.
^ «Подпорные стены из сухих стоек» . Австралийские ландшафтные принадлежности . Проверено 12 августа 2023 г.
^ Терзаги, К. (1943). Теоретическая механика грунтов . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья.
^ Бахрами, М.; Ходакарами, Мичиган; Хаддад, А. (июнь 2018 г.). «Трёхмерное численное исследование влияния глубины проникновения стены на поведение выемок в песке». Компьютеры и геотехника . 98 : 82–92. дои : 10.1016/j.compgeo.2018.02.009 . S2CID 125625145 .
^ Изображение в формате JPG . geostone.com
^ Лещинский, Д. (2009). «Исследования и инновации: сейсмические характеристики различных систем удержания земли Geocell» . Геосинтетика . 27 (4): 46–52.

Дальнейшее чтение

Боулз, Джозеф Э. (1998). Анализ и проектирование фундамента (5-е изд.). Нью-Йорк: Компании McGraw-Hill.
Чинг, Фрэнсис Д.К.; Винкель, Стивен Р. (2006). Иллюстрированные строительные нормы и правила: Руководство по пониманию Международного строительного кодекса 2006 г. (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-74189-3 .
Эмброуз, Джеймс (1991). Упрощенное проектирование каменных конструкций . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. стр. 70–75. ISBN 0-471-17988-4 .

[1] Чинг, Фрэнсис Д.К.; Винкель, Стивен Р. (2006). Иллюстрированные строительные нормы и правила: Руководство по пониманию Международного строительного кодекса 2006 г. (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-74189-3 .

[2] Эмброуз, Джеймс (1991). Упрощенное проектирование каменных конструкций . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. стр. 70–75. ISBN 0-471-17988-4 .

[3] Кросби, Майкл Дж.; Уотсон, Дональд (2005). Стандарты экономии времени при архитектурном проектировании (8-е изд.). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 9780071777339 .

[4] Руководство по коммерческой установке подпорных стенок из блоков Allan (PDF) . Блумингтон: Корпорация Аллан Блок. 2011. с. 13.

[retaining-wall-tests-5] Терцаги, Карл (1934). Испытания больших подпорных стенок . Запись инженерных новостей от 1 февраля, 8 марта, 19 апреля.

[6] Раздел 1806.1 Международного строительного кодекса 2006 г.

[SEG-7] Jump up to: ^а ^б «Сегментарные подпорные стены» . Национальная ассоциация бетонной кладки . Архивировано из оригинала 4 марта 2008 г. Проверено 24 марта 2008 г.

[DRY-8] «Подпорные стены из сухих стоек» . Австралийские ландшафтные принадлежности . Проверено 12 августа 2023 г.

[soil-mechanics-9] Терзаги, К. (1943). Теоретическая механика грунтов . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья.

[Bahrami-10] Бахрами, М.; Ходакарами, Мичиган; Хаддад, А. (июнь 2018 г.). «Трёхмерное численное исследование влияния глубины проникновения стены на поведение выемок в песке». Компьютеры и геотехника . 98 : 82–92. дои : 10.1016/j.compgeo.2018.02.009 . S2CID 125625145 .

[11] Изображение в формате JPG . geostone.com

[12] Лещинский, Д. (2009). «Исследования и инновации: сейсмические характеристики различных систем удержания земли Geocell» . Геосинтетика . 27 (4): 46–52.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]