ПОДПОРНАЯ СТЕНКА Российский патент 1995 года по МПК E02D29/02 

Изобретение относится к строительству, в частности к инженерным удерживающим сооружениям по стабилизации оползневых косогоров, обводненного неустойчивого грунта земляных откосов, защите от оползней-потоков, а также поддержанию и улавливанию осыпей на горных участках, а конкретно, к подпорной стенке повышенной устойчивости.

Известна конструкция подпорных стен.

Подпорные стены включают полнотелые блоки, смонтированные по высоте и закрепленные между собой и фундаментом посредством анкеровки последних через сквозные отверстия и последующим обетонированием отверстий монолитным бетоном, при этом торцевые тыльные грани стены по высоте выполнены с уступами.

Недостатки данного технического решения:
значительная бетоноемкость стенки;
блоки стен не снижают активное давление торцовыми тыльными гранями;
значительная себестоимость продукции;
чрезмерный расход фондируемых материалов (цементов, инертных материалов);
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является конструкция подпорной стены, которая включает размещенные на фундаменте и соединенные между собой блоки, каждый из которых составлен из образующих по высоте стенки ломанную поверхность, наклонных плит и перпендикулярно размещенных к ним ребер, опертых друг на друга по высоте стенки и имеющих со стороны плит торцы, очертание которых совпадает с поверхностью, образуемой плитами, и совмещены с ними, а противоположные торцы ребер вертикальны.

Недостатки данного технического решения:
учитывается угол естественного откоса, что создает трудности в расчетах стен на устойчивость, ибо расчетная часть требует угол внутреннего трения ϕ и сцепления С;
учитываемый угол естественного откоса меньше угла внутреннего трения, что ведет к недостаточному вовлечению весовой пригрузки грунта;
расположение смежных наклонных плит симметрично относительно горизонтали под углом естественного откоса, в особенности для плит, расположенных с наклоном к засыпке относительно передней грани вертикального ребра при грунтах со значительным углом внутреннего трения ϕ (гравийные материалы), ведет к увеличению горизонтальных сил активного грунта, лишая конструкцию плиты пригрузки грунтом засыпки, что снижает устойчивость стены;
наклон плит в сторону от засыпки под углом естественного откоса относительно горизонтали недостаточно снижает активное давление грунта, как не учитывающего зависимость наклона этой плиты от угла внутреннего трения с учетом сцепления связных грунтов;
не учитывается сцепление грунта, снижающего активное давление грунта;
фундамент не снижает активное давление грунта как с тыльной так и по боковым его сторонам;
отсутствует жесткое сочленение блоков по высоте, что не обеспечивает конструкцию эксплуатационной надежностью и устойчивостью;
конструкция не снижает гидростатическое давление;
конструкция не вовлекает пассивный отпор по фундаментам;
конструкция прямоугольных ребер, с тыловой их стороны, т.е. со стороны грунта засыпки полностью воспринимает активное давление грунта по их ширине и высоте по "полной эпюре давления", что снижает устойчивость стены;
конструкция ребер не вовлекает пассивный отпор грунта по вертикали, что снижает устойчивость стены;
конструкция фундамента не вовлекает пассивный отпор грунта, что снижает ее устойчивость;
конструкция блоков выполнена без из перевязки по высоте, что недостаточно обеспечивает единую работу сооружения.

В предлагаемой подпорной стенке, включающей размещенные на фундаменте и соединенные между собой блоки, каждый из которых составлен из образующих по высоте стенки ломанную поверхность наклонных плит и перпендикулярно размещенных к ним ребер, опертых по высоте стенки друг на друга и имеющих со стороны плит торцы, очертание которых совпадает с поверхностью, образуемой плитами и совмещены с ними, а противоположные торцы ребер вертикальны, согласно изобретению торцы ребер со стороны противоположной плитам, имеют ломаное очертание, образованное или уменьшающими сечение стенки снизу вверх уступами, совмещенными с плоскостями, расположенными в местах опирания блоков друг на друга, или поверхностью, эквидистантной торцам ребер со стороны плит, при этом при выполнении торцов ребер с уступами, стенка обращена к грунту совмещенными с плитами торцами и противоположными торцами стенка обращена к грунту при эквидистантных торцах.

Блоки имеют П или Ш-образное очертание в плане, в котором обращенные друг к другу боковые грани смежных ребер направлены под сходящимся углом к плитам, а при выполнении блоков с поверхностью, эквидистантной торцам, сечение ребер дополнительно увеличивается сверху вниз от блока к блоку, кроме того, фундамент выполнен с увеличением сечения в плане в сторону засыпки и торцами в виде треугольного клина, расположенного при выполнении ребер с уступами со стороны засыпки, или со стороны, противоположной засыпке, или с обеих сторон при эквидистантных торцах ребер, кроме того, нижняя грань обращенного к грунту клина или направленный к грунту торец, совмещенный с подошвой фундамента, размещен к вертикальной плоскости под углом, равным углу опасного наклона плоскости обрушения, причем со стороны обреза в фундаменте образованы поперечные и продольные скосы, расположенные от обращенного к грунту торца до грани плиты, направленной к противоположному торцу фундамента, плиты выполнены со сквозными отверстиями, а соединение блоков выполнено размещенными со стороны засыпки закладными деталями или посредством омоноличенного стыка Передерия, в каждом блоке направленная к засыпке плита наклонена к вертикали под углом, совпадающим с углом наклона торца фундамента.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что подпорная стенка отличается от известного прототипа тем, что торцы ребер со стороны, противоположной плитам, имеют ломаное очертание, образованное или уменьшающими сечение стенки снизу вверх уступами, совмещенными с плоскостями, расположенными в местах опирания блоков друг на друга, или поверхностью, эквидистантной торцам ребер со стороны плит; при этом при выполнении торцов ребер с уступами, стенка обращена к грунту совмещенными с плитами торцами и противоположными торцами стенка обращена к грунту при эквидистантных торцах, кроме того, блоки имеют П или Ш-образное очертание в плане, в котором обращенные друг к другу боковые грани смежных ребер направлены под сходящимся углом к плитам, а при выполнении блоков с поверхностью, эквидистантной торцам, сечение ребер дополнительно увеличивается сверху вниз от блока к блоку.

Кроме того, фундамент выполнен с увеличением сечения в плане в сторону засыпки и торцами в виде треугольного клина, расположенного при выполнении ребер с уступами со стороны засыпки, или со стороны, противоположной засыпке, или с обеих сторон при эквидистантных торцах ребер, кроме того, нижняя грань обращенного к грунту клина или направленный к грунту торец, совмещенный с подошвой фундамента, размещен к вертикальной плоскости под углом, равным углу опасного наклона плоскости обращения, причем со стороны обреза в фундаменте образованы поперечные и продольные скосы, расположенные от обращенного к грунту торца до грани плиты, направленной к противоположному торцу фундамента, плиты выполнены со сквозными отверстиями, а соединение блоков выполнено размещенными со стороны засыпки закладными деталями или посредством омоноличенного стыка Передерия, в каждом блоке, направленная к засыпке плита наклонена к вертикали под углом совпадающим с углом наклона торца фундамента.

Эти отличия позволяют сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображена подпорная стенка в плане; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1. на фиг. 3 аксонометрия блока; на фиг. 4 сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 разрез Д-Д на фиг. 7 (вариант); на фиг. 6 разрез С-С на фиг. 5; на фиг. 7 подпорная стенка в плане (вариант).

Подпорная стенка содержит ребра 1 блоков 2, торцовые грани 3 (торцы) которых со стороны, противоположной плитам 4, имеют ломаное очертание, образованное или уменьшающими сечение стенки снизу вверх уступами 5, совмещенными с плоскостями 6, расположенными в местах опирания блоков 2 друг на друга (фиг. 1), или поверхностью 7, эквидистантной торцам ребер 1 со стороны плит 4, при этом при выполнении торцов 3 ребер 1 с уступами 5 стенка обращена к грунту 9 совмещенными с плитами 4 торцами 8 и противоположными торцами 3 стенка обращена к грунту 9 поверхностью 7, эквидистантной торцам 8, кроме этого блоки 2 имеют П или Ш-образное очертание в плане, в котором обращенные друг к другу боковые грани 10 смежных ребер 1 направлены под сходящим углом к плитам 4, а при выполнении блоков 2 с поверхностью 7, эквидистантной торцам 8, сечение ребер 1 дополнительно увеличивается сверху вниз от блока 2 к нижележащему блоку 2, кроме этого фундамент 11 выполнен с увеличением сечения в плане в сторону засыпки 9 и торцами 13 в виде треугольного клина 14, расположенного при выполнении ребер 1 с уступами 5 со стороны засыпки 9 или со стороны, противоположной засыпке 9, или с обеих сторон при эквидистантных торцах 8 ребер 1.

Кроме того, нижняя грань 15 обращенного к грунту 9 клина 14 или направленный к грунту 9 торец 15, совмещенный с подошвой фундамента 11, размещен к вертикальной плоскости под углом V_о, равным углу опасного наклона плоскости обрушения, причем на обрезе 16 в фундаменте 11 образованы продольные 17 и поперечные 18 скосы, расположенные от обращенного к грунту 9 торца 15 до грани плиты 4, направленной к противоположному торцу фундамента 11.

Плиты 4 выполнены со сквозными отверстиями 19, а соединение блоков 2 выполнено размещенными со стороны засыпки 9 закладными деталями 20 или посредством омоноличенного стыка Передерия 21, в каждом блоке направленная к засыпке 9 плита 4 (22) наклонена к вертикали под углом, совпадающим с углом наклона торца 15 фундамента 14, а плита 4 (23), направлена от засыпки 9 под углом к вертикали α, равным или большим угла ϕ (угла внутреннего трения) для связных грунтов, а для сыпучих грунтов меньше, чем угол ϕ.

Подпорная стенка работает следующим образом.

При активизации сил оползневого давления грунта 9 последние стремятся смести и опрокинуть стенку из блоков 2 и фундамента 11, однако подпорная стенка находится в устойчивом состоянии согласно расчету на опрокидывание и на сдвиг, при этом опрокидывающий момент компенсирован не только весом блоков 2, но и выполнением ребер 1 с уступами 9, а блоков 2 увеличивающими сечение в направлении сверху вниз стены в соответствии с увеличением эпюры давления в том же направлении, обеспечивая как равнопрочность конструкции, так и снятие давления на вертикальные ребра 1, по прототипу расположенные со стороны засыпки 9, помимо указанного ломанное очертание плит 4 с выполнением верхних плит 22, обращенных к засыпке под углом V_о (углом опасного наклона плоскости обрушения) ведет к максимальному снятию активного давления грунта 9 по каждому из блоков, а нижняя плита 23, т.е. плита, направленная от засыпки 9, выполненная под углом α к вертикали, обеспечивает максимальную пригрузку весом грунта 9 этой плиты 23, повышая устойчивость стены, обеспечивает максимальное вовлечение пассивного отпора грунта 9 по вертикали за счет выполнения наклона 23 к вертикали, при вариантном зигзагообразном очертании блоков 2 в сечении т.е. с поверхностью 7, эквидистантной торцам 8 ребер 1 со стороны плит 4 и обращенной к грунту 9 засыпки, опрокидывающий момент компенсирован не только указанными факторами, но и снижением давления на эту поверхность 7, обусловленным выполнением ее как и плит 22, 23, наклонными к оползневым нагрузкам грунта 9.

Помимо этого выполнение ребер 1 по каждому блоку 2 увеличивающими сечение в направлении от поверхности 7 к торцам 8, что равно сужающим внутренним боковым граням 10 под сходящимся углом к плитам 4 дополнительно снижает активное давление грунта 9 на ребра 1, ведет в перераспределению оползневого или активного давления грунта 9 между ребрами 1 со снижением этого давления, упрощает процесс снятия опалубки при изготовлении блоков 2.

Выполнение ребер 1 увеличивающими сечение в направлении сверху вниз по каждому блоку 2, создает дополнительную пригрузку блоков 2 грунтом 9, расположенным между боковыми гранями 10 ребер 1, за счет заклинивания этого грунта, повышая устойчивость как отдельных блоков 2, так и стенки в целом. Наклонные же поверхности 7 ребер 1 к грунту 9 вовлекают пассивный отпор при расчете на опрокидывание стены, что увеличивает удерживающий момент с компенсацией опрокидывающего момента. Блоки 2, наделенные отверстиями 19, в свою очередь, снимают гидростатическое давление на блоки 2, снижая активное давление грунта 9 на блоки 2.

Выполнение стыка Передерия 21 с омоноличиванием последних не только повышает надежность сочленения блоков 2 между собой и единую работу конструкции, но и обеспечивает экономия металла, снимая потребность дополнительного металла на закладные детали 20.

Кроме указанного профилирование фундамента 11 также обеспечивает повышение устойчивости стенки по ее высоте с учетом высоты самого фундамента 11, при расчете на сдвиг конструкции за счет того, что фундамент 11 выполнен с увеличением сечения в плане в сторону засыпки 9, не допуская горизонтальных подвижек, обеспечивающих заклинивание фундамента 11 по сечению сооружения, выполнение же клинообразных торцовых частей 14 при выполнении ребер 1 с уступами 5 со стороны засыпки 9 или со стороны, противоповоложной засыпке 9, или с обеих сторон при эквидистантных торцах 8 ребер 1 обеспечивает снижение активного давления грунта 9 по высоте фундамента и вовлечение пассивного отпора грунта 9 в зоне высоты фундамента 11, усиливая эффект самозаклинивания указанного.

Наряду с этим фундамент 11 в зоне его обреза 16 наделен поперечными скосами 18, которые вовлекают пассивный отпор по высоте конструкции стены, а продольные 17 вовлекают пассивный отпор между блоками фундамента 11. Кроме указанного следует отметить, что наклон плит 22, 23 под соответствующими углами U_о и α к вертикали позволяет получить максимальное снижение активного давления грунта; при углах меньших V_o плиты обретают более крутое положение, что с появлением добавочного активного давления грунта снижает устойчивость стены, при принятии угла α для наклонных частей 23 плит 4 от засыпки, равным углу ϕ для связных грунтов, обеспечивается получение добавочного веса на плиту 23, обращенную от засыпки 9, увеличивающую устойчивость стены, а при углах α меньших, чем ϕ, снижается весовая пригрузка, а следовательно, и устойчивость стены и наоборот для сыпучих грунтов. И наконец наклон торцовой грани 15 со стороны засыпки 9 под углом V_о обеспечивает максимальное снятие активного давления грунта 9, повышая устойчивость стены.

Активное же давление грунта засыпки 7 и временной нагрузки, воздействуя на стены, компенсирует это воздействие и за счет перевязки блоков Ш-образной и П-образной конфигурации, обеспечивая единую ее работу как по длине, так и высоте сооружения. Увеличенное же сечение ребер 1 в зоне сопряжения с плитами 4 повышает эксплуатационную надежность блоков за счет недопущения в них скалывающих напряжений.

Использование предлагаемого технического решения позволит:
добиться снижения активного давления грунта засыпки за счет ликвидации ребер со стороны сопрягаемых наклонных плит;
добиться снижения активного давления грунта за счет выполнения верхних частей наклонных плит по варианту нижних частей наклонных плит под углом Vо углом плоскости обрушения к вертикали;
добиться снижения активного давления грунта на фундамент за счет скосов, выполненных под углом Vо со стороны засыпки;
добиться снижения активного давления грунта по зигзагообразной конфигурации стенки за счет профилирования торцовых граней ребер, обращенных к грунту засыпки, и выполнения их поверхности эквидистантной торцам ребер со стороны плит, при этом уменьшить давление грунта за счет зауженных ребер у их торцов со стороны засыпки;
добиться снижения активного давления грунта за счет возможного выполнения торцов фундаментов по типу "клина";
за счет ступенчатого очертания торцовых граней ребер получить равнопрочную конструкцию ребер, учитывающую переменное по высоте значение эпюры силового горизонтального на них давления;
добиться повышения устойчивости стены как за счет отмеченного снижения активного давления грунта, так и пригрузки наклонных частей плит, выполненных под углом α к вертикали, а по варианту и пригрузки грунтом засыпки наклонных торцовых граней ребер, обращенных к грунту;
добиться повышения устойчивости стены за счет вовлечения пассивного вертикального отпора за счет ребер, выполненных торцами двусторонним пилообразным очертанием, что равно торцами с поверхностью, эквидистантной торцам ребер со стороны плит;
добиться повышения устойчивости стены за счет вовлечения пассивного вертикального отпора фундаментом за счет скосов в зоне обреза фундамента по "клину" со стороны засыпки;
добиться повышения устойчивости при расчете на сдвиг стены за счет вовлечения горизонтального пассивного отпора фундаментом, работающим на самозаклиниванием от давления сил активного давления грунта за счет его трапецеидального сечения;
добиться повышения устойчивости стены при расчете на сдвиг за счет вовлечения пассивного отпора фундаментом, его клиновидной торцовой частью;
повысить устойчивость стены за счет скосов, выполненных по фундаменту в зоне опирания на них блоков, вовлекающих пассивный вертикальный отпор грунтовой засыпки;
повысить устойчивость стены при расчете на сдвиг за счет возможного клиновидного очертания торцов фундамента;
добиться устойчивости стены за счет снятия гидростатического давления путем выполнения отверстий в наклонных плитах;
повысить экономичность конструкции и обеспечить возможность изготовления блоков большей длины, чем типовые и известные;
выполнение трапецеидальных ребер упрощает процесс изготовления блоков, в особенности снятие опалубки;
повысить эксплуатационную надежность работы конструкции за счет жесткого сопряжения блоков между собой и фундаментом;
обеспечить перевязку блоков по высоте за счет изготовления Ш-образных и П-образных (доборных) блоков в сравнении с прототипом, что обеспечит единую работу конструкции стены;
повысить степень надежности в местах сопряжения ребер и плит за счет недопущения скалывающих напряжений;
при необходимости, использовать отверстия в плитах вместо строповочных петель, применив спецзахваты.

Изобретение относится к строительству, в частности к инженерным удерживающим сооружениям по стабилизации оползневых косогоров, обводненного неустойчивого грунта земляных откосов, защите от оползней-потоков, а также к поддержанию и улавливанию осыпей на горных участках, а конкретно к подпорной стенке повышенной устойчивости. Подпорная стенка повышенной устойчивости содержит: ребра 1 блоков 2, торцевые грани 3 которых со стороны, противоположной плитам 4, имеют ломаное очертание, образованное или уменьшающими сечение стенки снизу вверх уступами 5, совмещенными с плоскостями 6, расположенными в местах опирания блоков 2 друг на друга, или поверхностью, эквидистантной торцам 8 ребер 1 со стороны плит 4, при этом, при выполнении торцов 3 ребер 1 с уступами 5, стенка обращена к грунту 9 совмещенными с плитами 4 торцами 8 и противоположными торцами 3 стенка обращена к грунту 9 поверхностью, эквидистантной торцам 8, кроме того, блоки 2 имеют II-или III-образное очертание в плане, в котором обращенные друг к другу боковые грани смежных ребер 1 направлены под сходящимся углом к плитам 4, а при выполнении блоков 2 с поверхностью, эквидистантной торцам 8, сечение ребер 1 дополнительно увеличивается сверху вниз от блока 2 к нижележащему блоку 2, кроме этого фундамент 11 выполнен с увеличением сечения в плане в сторону засыпки 9 и торцами в виде треугольного клина 14, расположенного при выполнении ребер 1 с уступами 5 со стороны засыпки 9, или со стороны, противоположной засыпке 9, или с обеих сторон при эквидистантных торцах 8 ребер 1, кроме того, нижняя грань 15 обращенного к грунту 9 клина 14 или направленный к грунту 9 торец 15, совмещенный с подошвой фундамента 11, размещен к вертикальной плоскости под углом, равным углу опасного наклона плоскости обрушения, причем на обрезе 16 в фундаменте 11 образованы продольные и поперечные 18 скосы, расположенные от обращенного к грунту 9 торца 15 до грани плиты 4, направленной к противоположному торцу фундамента 11, плиты 4 выполнены со сквозными отверстиями 19, а соединения блоков 2 выполнено размещенными со стороны засыпки 9 закладными деталями 20 или посредством омоноличенного стыка Передерия, в каждом блоке направленная к засыпке 9 плита 4(22) наклонена к вертикали под углом, совпадающим с углом наклона торца 15 фундамента. 7 ил.

ПОДПОРНАЯ СТЕНКА, включающая размещенные на фундаменте и соединенные между собой блоки, каждый из которых составлен из образующих по высоте стенки ломаную поверхность, наклонных плит и перпендикулярно размещенных к ним ребер, опертых друг на друга по высоте стенки и имеющих со стороны плит торцы, очертание которых совпадает с поверхностью, образуемой плитами, и совмещены с ними, а противоположные торцы ребер вертикальны, отличающаяся тем, что торцы ребер со стороны, противоположной плитам, имеют ломаное очертание, образованное или уменьшающими сечение стенки снизу вверх уступами, совмещенными с плоскостями, расположенными в местах опирания блоков друг на друга, или поверхностью, эквидистантной торцам ребер со стороны плит, при этом при выполнении торцов ребер с уступами стенка обращена к грунту совмещенными с плитами торцами и противоположными торцами стенка обращена к грунту при эквидистанционных торцах, блоки имеют П- или Ш-образное очертание в плане, в котором обращенные одна к другой боковые грани смежных ребер направлены под сходящимся углом к плитам, а при выполнении блоков с поверхностью, эквидистантной торцам, сечение ребер дополнительно увеличивается сверху вниз от блока к блоку, кроме того, фундамент выполнен с увеличением сечения в плане в сторону засыпки и торцами в виде треугольного клина, расположенного при выполнении ребер с уступами со стороны засыпки или со стороны, противоположной засыпке, или с обеих сторон при эквидистантных торцах ребер, кроме того, нижняя грань обращенного к грунту клина или направленный к грунту торец, совмещенный с подошвой фундамента, размещены к вертикальной плоскости под углом, равным углу опасного наклона плоскости обрушения, причем со стороны обреза в фундаменте образованы поперечные и продольные скосы, расположенные от обращенного к грунту торца до грани плиты, направленной к противоположному торцу фундамента, плиты выполнены со сквозными отверстиями, а соединение блоков выполнено размещенными со стороны засыпки закладными деталями или посредством омоноличенного стыка Передерия, в каждом блоке направленная к засыпке плита наклонена к вертикали под углом, совпадающим с углом наклона торца фундамента.