ПОДПОРНАЯ СТЕНА Российский патент 2024 года по МПК E02D29/02 

Область техники.

Изобретение относится к области строительства, в частности, к возведению подпорных стен и может быть использована в дорожном строительстве в качестве низовых и верховых подпорных стен, укрепления склонов автомобильных дорог, укрепления грунтовых откосов, берегоукрепления и т.д.

Предшествующий уровень техники.

В мировой практике для защиты грунтовых откосов используются подпорные стенки, состоящие в основном из лицевых и контрфорсных плоских элементов в виде плит, которые жестко соединены между собой в пространственную конструкцию и обеспечивают в зоне откоса защиту от обрушения, а также позволяют одновременно защемлять тело подпорной стенки внутри давящей на нее грунтовой массы.

Известна подпорная стена, включающая лицевые плиты, выполненные с боковыми ребрами и установленные на фундаментной плите с разворотом на 180° и с образованием между обращенными друг к другу ребрами смежных плит вертикальные швов (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №386067, МПК E02D 29/02, 1971). Недостатками этой подпорной стены являются относительная дороговизна, и материалоемкость, сложность изготовления и концентрация контактных напряжений под прямоугольным фундаментом.

Известна берегоукрепительная подпорная стена, которая имеет в плане ступенчатую форму, образована из размещенных под углом к оси блоков, установленных с перекрытием включающая установленные в ряд блоки и имеющая верхний массив блоков в виде прямоугольного параллелепипеда с отверстиями для арматуры, которая соединяет нижний массив, имеющий форму неправильной трапеции (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №907148, МПК Е02В 3/12 // Е02В 3/14, 1982). Недостатками этой подпорной стены являются трудоемкость монтажа неиндустриальнось строительно-монтажных работ, большая материалоемкость, ограниченные возможности применения стенки на участках рельефа с переменной кривизной и ограничение возможности применения конструкции на участках горного рельефа.

Известна подпорная стенка, содержащая монолитную лицевую стену, на фундаменте которой выполнен бетонный выступ, служащий для упора лицевого ограждения против сдвига, армогрунтовую конструкцию, выполненную из чередующихся слоев уплотненного дренирующего грунта засыпки, и геотекстильных прослоек (Патент РФ №2167242, опубл. 20.05.01 г.). Недостаток этой конструкции стенки заключается в отсутствии связи тела подпорной стенки с грунтом, т.е. устойчивость стенки определяется только прочностью самой стенки.

Наиболее близким техническим решением принятого за прототип является гравитационная подпорная стена, включающая конструкцию, состоящую из железобетонных блоков, скрепленных вертикальными связями, пропущенными через состыкованные по высоте отверстия в блоках. Блоки выполнены прямоугольными с двумя вертикальными отверстиями объединенных по всей высоте стены железобетонными стволами, сформированными в состыкованных отверстиях блоков, горизонтальные ряды из которых образованы при укладке со смещением шага, где нижняя часть стены заглублена в грунт, конструкция дополнительно снабжена устройствами для регулирования отклонения подпорной стены от вертикали, встроенными в стену на расстоянии не менее двух блоков. С наружной стороны стены верхний конец троса снабжен якорем, а нижний конец троса соединен с арматурным стержнем, имеющим резьбовой конец, выступающий с наружной стороны стены и снабженный шайбой и гайкой (патент на полезную модель №195239 от 06.11.2019 U1, МПК E02D 29/02 (2006.01)). Недостатками прототипа являются сложная конструкция стены, включающая тросы для усиления конструкции с другими дополнительными деталями, сложность, а порой и невозможность в применении конструкции на криволинейных участках профилей рельефа с переменными радиусами изгиба на которые опираются опорные плиты, небольшая несущая способностью, слабая устойчивость к сейсмическим воздействиям, кроме того трудоемкость монтажа.

Технической задачей решаемой изобретением является: увеличение несущей способности подпорной стенки по отношению к активному давлению подпираемого грунтового массива, увеличение устойчивости к вибрационным и сейсмическим воздействиям; возможность применения конструкции на криволинейных участках рельефа с созданием подпорных стенок различных конфигураций с различными радиусами изгиба как наружного, так и внутреннего, в том числе, использование в условиях горного рельефа и/или иных зажатых и стесненных условий местности, уменьшение трудоемкости монтажа с одновременным ускорением процесса строительства стенки.

Предложенная подпорная стена относятся к группе массивных подпорных стенок. В основу изобретения положена конструкция подпорных стен, состоящая из сборных железобетонных блоков (далее, СПС), в которой подпорные стены собираются из отдельных блоков по принципу кирпичной кладки со смещением шага, таким образом, чтобы при этом обеспечивалась повышенная устойчивость и пространственная прочность стенки, повышенная сейсмостойкость, с одновременным упрощением сборки и ускорением монтажа.

Для достижения этой задачи предложена подпорная стена, собранная из железобетонных блоков, условно состоящая из четырех частей: фундаментная, нижняя, средняя и верхняя (стеновая), которые отличаются длиной и от основания идут на уменьшение, при этом в грунт заглублены первые три части, а четвертая - стеновая возводится на требуемую высоту, образно в полкирпича.

Поставленная задача достигается тем, что подпорные стены собираются из железобетонных блоков по принципу кирпичной кладки и включают в себя блоки для основания (фундаментные), нижние блоки, которые устанавливаются на фундаментные блоки, срединные блоки, которые устанавливаются на нижние блоки, стеновые блоки, которые возводятся поверх нижних блоков и арматурные каркасы проходящие сверху вниз сквозь все блоки.

Блоки всех частей стены в плане выполнены в форме трапециевидного параллелепипеда. В блоках для основания, которые используются для установки непосредственно на грунт имеется дополнительный выступ, который в плане также выполнен в форме трапеции и выступает наружу за лицевую линию подпорной стены, который играет важную роль в конструкции подпорной стены и служит в том числе, цели увеличения сопротивления стены к опрокидыванию. Стеновые блоки, также выполненные в плане в форме трапециевидного параллелепипеда где более широкая сторона служит фасадом стены. В теле всех блоков конструктивно имеются функциональные отверстия разного количества в зависимости от их местанахождения в стене и предусмотренные для установки в них арматурных каркасов. Стена из блоков СПС собирается без применения раствора чем достигается высокая скорость сборки стенки. После возведения стенки на требуемую высоту, через конструктивные отверстия стеновых блоков сверху-вниз по всей высоте до основания устанавливаются заранее подготовленные арматурные каркасы расчетной длины, которые затем заливаются бетоном. В форме трапеции в плане блоки изготавливаются с целью их универсальности применения, то есть возможности сборки из них как прямой стены, так и с поворотами.

При монтаже сборной подпорной стены на прямом участке блоки монтируются по линии относительно большей стороны (фасада), при этом с задней (засыпаемой) стороны между блоками в плане образуются зазоры в форме треугольников, а у блоков основания вышеуказанные зазоры образуются и на выступе спереди. Схематически пример собранной прямой стены из блоков СПС в плане и в перспективе представлен на Фиг. 1, где 9 - отверстия в блоках, в которые монтируется арматурные каркасы и заливаются бетоном.

При необходимости сборки подпорной стены с внешним (наружным) поворотом, блоки монтируются в притык друг к другу без зазора, благодаря чему подпорная стена поворачивает. Если требуется меньший радиус поворота, то следующий блок монтируется без зазора и так далее.

Схематически пример собранной стены с внешним (наружным) поворотом в плане и в перспективе из блоков СПС показан на Фиг. 2. При необходимости сборки подпорной стены с внутренним поворотом, прежде устанавливаются блоки основания выступами встык с нужным радиусом повороте и по уже образованному радиусу поверх блоков основания устанавливаются все остальные блоки.

Схематически пример собранной стены с внутренним поворотом в плане и в перспективе из блоков СПС показан на Фиг. 3. Для того чтобы при сборке подпорных стен с поворотами полностью соблюдался принцип кирпичной кладки, авторами были придуманы конструкции угловых блоков, предназначенных для внешнего или для внутреннего радиуса.

В настоящее время в номенклатуре предприятия используется пятнадцать самых основных видов железобетонных блоков, в том числе, например, блок нижний правый, блок нижний левый, блок фундаментный правый, блок фундаментный левый и так далее, к которым могут добавляться новые формы, в случае если такая необходимость возникнет по условиям рельефа местности. При этом основной принцип единицы подпорной стены конструкции блока в форме трапециевидного параллелепипеда остается неизменным. Для примера, мы привели некоторые из распространенных используемых заявителем номенклатуры блоков подпорной стены СПС и показаны на Фиг. 4-7, где Фиг. 4 - Блок верхний, Фиг. 5 - Блок средний, Фиг. 6 - Блок нижний правый, Фиг. 7 - Блок фундаментный правый (большой).

Промышленная применимость. Блоки изготавливаются из бетона, который соответствует по прочности на сжатие классу В25, по водонепроницаемости марка W10 и по морозостойкости марка F2200 по ГОСТ2 6633-2015, при этом показатели морозостойкости и водонепроницаемости напрямую влияют на долговечность бетонных конструкций. При низких показателях морозостойкости и водонепроницаемости в бетоне довольно скоро начинают появляться микротрещины и в дальнейшем разрушение бетона, особенно если бетонные конструкции находятся вблизи автомобильной дороги и на них помимо климатических условий воздействуют противогололедные реагенты, применяемые на дороге. В остальное время на стену действует постоянная нагрузка от давления грунта, который она подпирает. Кроме того, если стена держит земляное полотно автомобильной дороги, то помимо давления грунта насыпи на стену действует нагрузка движущихся по дороге автомобилей, которые она успешно выдерживает. Предложенная подпорная стена используются заявителем в строительстве применение заявленного решения доказало свою эффективность.

Для наглядности понимания сущности изобретения на листе чертежей представлена схема поперечного разреза собранной верховой подпорной стены из блоков СПС с эпюрами действующих на стену сил и наименованиями блоков стены приведена на Фиг. 8, где стрелками показаны: 1 - давление грунта засыпки, 2 - заглубление стены, 3 - полотно автомобильной дороги; 4 - силы сопротивления опрокидывания; 5 - блок «СПС-Ф» (фундаментный); 6 - блок «СПС-Н» (нижний); 7 - блок «СПС-Ср» (средний); 8 - блок «СПС-В» (верхний).

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения по сравнению с прототипом, заключается в увеличении несущей способности подпорной стенки по отношению к активному давлению подпираемого грунтового массива, повышении устойчивости к вибрационным и сейсмическим воздействиям и возможность применения заявляемой конструкции стенки на криволинейных участках различных конфигураций, в том числе, для горного рельефа и/или иных зажатых и стесненных условий местности, а также в сокращении трудоемкости работ с одновременным ускорением процесса строительства подпорной стены.

Заявителем были проведены Расчеты основных показателей и критичных характеристик массивной подпорной стены подтверждающие технический результат показателей устойчивости и других показателей с учетом требований СНиП 2.09.03-85 (сейчас заменен на СП 43.13330.2012) - актуализированной редакцией "Сооружения промышленных предприятий", требований СП22.13330.2012 - «Свод правил на проектирование оснований вновь строящихся и реконструируемых зданий и сооружений в котлованах», Руководство по проектированию подпорных стен и стен подвалов для промышленного и гражданского строительства», которые подтвердили соблюдение требуемых сводом Правил и Руководства показателей надежности подпорных стен, которые подтвердили хорошую эффективность работы предложенной подпорной стены, подтвердивших и теоретическую эффективность основных показателей технического решения.

На стадии проектирования для конкретного рельефа местности, варианты построения подпорной стены могут отличаться, поэтому проектировщик в каждом конкретном случае подбирает оптимальную высоту и конструкцию подпорной стены исходя из проведенных изысканий на объекте.

Заявителем в специализированном центре комплексно-сейсмических испытаний были проведены испытания сборной железобетонной подпорной стены из блоков СПС натурных стендовых испытаний на устойчивость и сейсмостойкость при динамических нагрузках эквивалентных сейсмическому воздействию интенсивностью 9 баллов в соответствии с программой и методикой испытаний в результате которых были получены подтверждающие заявленный технический результат расчетные данные на повышенную сейсмостойкость которые мы прилагаем к описанию.

При соблюдении необходимых требований к технологии строительства заявленного решения сборной подпорной стены срок ее эксплуатации будет достаточно продолжительным.

Изобретение относится к области строительства, в частности к возведению подпорных стен, и может быть использовано в дорожном строительстве в качестве низовых и верховых подпорных стен, укрепления склонов автомобильных дорог, укрепления грунтовых откосов, берегоукрепления и т.д. Подпорная стена состоит из железобетонных блоков, скрепленных через выполненные в них конструктивные отверстия по всей высоте стены до основания арматурными каркасами, залитыми бетоном, горизонтальные ряды из которых образованы при укладке со смещением шага. Блоки в плане выполнены в форме трапеции, а стена состоит из блоков основания, нижних, срединных и стеновых, которые установлены друг на друга, при этом в грунт заглублены первые три из них. Технический результат состоит в обеспечении увеличения несущей способности подпорной стенки по отношению к активному давлению подпираемого грунтового массива, устойчивости к вибрационным и сейсмическим воздействиям; возможности применения конструкции на криволинейных участках рельефа с созданием подпорных стенок различных конфигураций с различными радиусами изгиба наружного, так и внутреннего, в том числе использовании в условиях горного рельефа и/или иных зажатых и стесненных условий местности, уменьшении трудоемкости монтажа с одновременным ускорением процесса строительства стенки. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Подпорная стена, состоящая из железобетонных блоков, скрепленных через выполненные в них конструктивные отверстия по всей высоте стены до основания арматурными каркасами, залитыми бетоном, горизонтальные ряды из которых образованы при укладке со смещением шага, отличающаяся тем, что блоки в плане выполнены в форме трапеции, а стена состоит из блоков основания, нижних, срединных и стеновых, которые установлены друг на друга, при этом в грунт заглублены первые три из них.

2. Подпорная стена по п. 1, отличающаяся тем, что блоки основания имеют дополнительный выступ, который выступает наружу за лицевую линию подпорной стены.

3. Подпорная стена по п. 1, отличающаяся тем, что имеет угловые блоки, предназначенные для монтажа внешнего и внутреннего радиусов.