Подпорная стена - расчет и строительство

В ходе строительства различного рода построек на местности со сложным рельефом (балки, овраги т. д.) зачастую возникает необходимость в подпорном сооружении. Такое укрепительная конструкция несет в себе одну основную задачу – предотвращение обвала грунтовых масс. В статье пойдет речь об устройстве подпорных стен.

Содержание:

1. Проектирование подпорных стен
2. Действующие нагрузки на подпорные стены
3. Устойчивость подпорных стен
4. Строительство подпорной стены
   • Кирпичная  подпорная стена
   • Подпорная стена из камня
   • Подпорные стены из бетона
     • Бетонная подпорная стена своими руками
   • Деревянная подпорная стена
   • Подпорная стена из габионов
5. Расчет подпорной стены
6. Дренажная система для подпорной стены

 

 

Условно подпорные стены делятся на два вида:

• Декоративные – эффектно скрывают небольшие перепады грунта на прилегающей территории. Если уровни несильно разнятся и соответственно высота стенки невысокая (до полуметра), то ее установка осуществляется с небольшим заглублением до 30 см.
• Укрепительные выполняют главную функцию – сдерживают грунтовые массы от сползания. Такие конструкции возводят, когда уклон холма превышает 8°. С их помощью производится организация горизонтальных площадок, тем самым расширив полезное пространство.

Подпорная стена фото

 

 

Проектирование подпорных стен

 

Независимо от предназначения, подпорная стена имеет 4 элемента:

• фундамент;
• тело;
• дренажную систему;
• систему водоотвода.

 

Подземная часть стены, дренаж и водоотвод служат для реализации технических нормативов, а тело – эстетических целей. По высоте они могут быть низкими (до 1 метра), средними (не выше 2 метров) и высокими (свыше 2 метров).

 

Задняя стенка сооружения может быть со следующим наклоном:

• крутая (с прямым или обратным скатом);
• пологая;
• лежачая.

 

Профили укрепительных стен разнообразны, в основном, это прямоугольные и трапецеидальные. Последние конструкции свою очередь могут иметь различный уклон граней.

 

 

Действующие нагрузки на подпорные стены

 

При выборе материала, а соответственно и фундамента для подъема стен, руководствуются определением нагрузок, которые действуют на сооружение.

Вертикальные силы:

• собственный вес;
• верхняя нагрузка, то есть вес, давящий на верхнюю часть конструкции;
• сила засыпки, воздействующая как на саму стену, так и на часть фундамента.

Горизонтальные силы:

• давление почвы непосредственно за стеной;
• сила трения в местах сцепления фундамента с грунтом.

 

Помимо основных сил действуют и периодические нагрузки, к таковым относятся:

• сила ветра, особенно это актуально при высоте конструкции свыше 2-х м;
• сейсмические нагрузки (в зонах сейсмической опасности);
• вибрационные силы действуют в местах, где проходит дорожная трасса или железнодорожное полотно;
• потоки воды, в частности, в низинах;
• вспучивание грунта в зимний период и т. п.

 

 

Устойчивость подпорных стен

 

Строительство невысоких подпорных стен выполняется  в большей степени для декоративных целей, они не нуждаются в тщательном расчете устойчивости. Повышение данного свойства показательно для подпорных инженерных конструкций.

Предотвратить сдвиг стен или опрокидывание можно путем применения следующих мероприятий:

• значительно уменьшает давление грунта на заднюю грань небольшой наклон, спроектированный в сторону возвышенности;
• сторону, обращенную к грунту делают шероховатой. В каменных, кирпичных, блочных кладках делают выступы, а монолитных подпорных стенах  – выполняют сколы;
• правильно организованная дренажная система предотвращает подмыв конструкции;
• наличие консоли в передней части стены обеспечивает дополнительную устойчивость, так как распределяет часть нагрузки грунта;
• боковое (вертикальное) давление уменьшается посредством засыпки пустотелых материалов (керамзита) между задней стеной и существующим грунтом;
• для капитальных стен из тяжелых материалов требуется фундамент. Для глинистого грунта целесообразно использовать основание ленточного типа, слабого грунта (песчаного, особенно песка-плывуна) – свайный фундамент.

 

 

Строительство подпорной стены

 

Что касается материала, то его выбор основывается на многих критериях, это высота конструкции, водонепроницаемость, устойчивость к агрессивным средам, долговечность, доступность строительного материала и возможность механизации процесса установки.

 

 

Кирпичная  подпорная стена

 

• При расчете подпорных стен  из кирпича предусматривается наличие армированного фундамента. Декоративные качества могут быть усилены путем использования кирпича, отличающегося размерами или расцветками от элементов основной кладки. Невысокая стенка (до 1 метра) выкладывается самостоятельно. В случаях когда подразумевается повышенная нагрузка, следует прибегнуть к услугам профессионалов.

• Для работ используется обычный красный обожженный кирпич или клинкер с высоким коэффициентом прочности и влагостойкости. Как правило, для  возведения подпорных стен  требуется ленточный фундамент.
• Ширина канавы под основание равна тройной ширине стены, то есть, если планируется строительство в один кирпич (25 см), тогда данный параметр будет равен 75 см. Глубина должна составлять не менее 1 м. Но дно засыпается 20-30 см слой гравия или щебня, затем слой (10-15 см) песка, каждая засыпка материала трамбуется.
• Сбивается опалубка, ее верхняя часть должна быть ниже уровня земли на 15-20 см. Для усиления используются прутья арматуры, которые укладываются на битый кирпич или бутовый камень. В любом случае они не должны просто лежать на песчано-гравийной подушке. Далее, заливается бетон марки 150 или 200.
• Клинкер укладывается в перевязку на раствор. Во втором ряду предусматривается прокладка дренажных труб Ø50 мм. При установке соблюдается наклон труб к передней части грани, рекомендуемое расстояние между ними 1 метр. Важно следить за смещением швов. Чтобы этого не случилось, можно использовать половинки кирпича.
• Стоит отметить, что кладка в один кирпич возможна для возведения стены до 60 см, для более высоких конструкций рекомендуется выполнять строительство в полтора, два кирпича, с расширением нижней части стены. Таким образом, получается конструкция напоминающая консоль.

 

 

Подпорная стена из камня

 

• Натуральный камень, как и его искусственный аналог, отличаются высокими эстетическими свойствами. К тому же внешний вид готовой стены позволяет гармонично вписаться в окружающий ландшафт, создавая единый ансамбль с природой.

• Здесь может быть использован как сухой, так и мокрый способ укладки материала. Первый вариант более трудоемкий и требует определенной сноровки, так как необходим подгон камня по размерам, обеспечивающий оптимальное прилегание друг к другу.
• Основа под каменную подпорную стену производится таким же способом, как и для кирпича. Выполняется ленточный фундамент с последующей укладкой камня. Если строительство стены осуществляется без применения раствора, тогда швы заполняются посадочным материалом или садовым грунтом. Позже между камнями высаживаются растения с мочковатой корневой системой. По мере развития они значительно укрепят элементы конструкции.

• В данном случае организовать дренажную систему можно по упрощенному способу – оставить в первом ряду между каждым 4-м и 5-м камнем зазоры по 5 см.
• Стены из камней рекомендованы для возведения конструкций не выше 1,5 м.

 

 

Подпорные стены из бетона

 

• Подобное сооружение монолитного типа выполняется с применением деревянной опалубки или буронабивных свай.
• Заводская подпорная железобетонная  стена
• Монтаж плиты заводского исполнения осуществляется с помощью грузоподъемной техники. Она может быть консольной или контрфорсной. Для установки готовых изделий фундамент при плотном грунте не нужен. Достаточно вырыть траншею шириной чуть больше размера подошвы плиты или консоли.

Сборные подпорные стены фото

• На дне укладывается гравий (щебень) и песок слоями по 15-20 см. Тщательная трамбовка обеспечивается путем обильного полива водой. Железобетонные плиты устанавливаются строго вертикально. Между собой они соединяются посредством сварки арматурных закладных элементов. Далее, устанавливается продольная дренажная система и проводится засыпка пространства грунтом.
• Железобетонная опорная стена на сваях рекомендуется на слабых (неустойчивых) грунтах. Расстояние между сваями зависит от длины плиты, они могут располагаться каждые 1,5, 2 или 3 метра. Диаметр свай обычно составляет от 300 до 500 мм.

 

 

Бетонная подпорная стена своими руками

 

• Большую устойчивость стене придает консоль, выполненная с уклоном (10°-15°) в сторону насыпи. Если в качестве примера взять стену высотой в 2,5 метра, то высота подземной части сооружения станет 0,8-0,9 м, а ширина тела составит 0,4 м.
• Для опалубки вырывается траншея шириной 1,2 м (здесь предусматривается припуск в 30 см с передней стороны и 50 см для задней грани) и глубиной в 1,3 м (с учетом организации песчано-гравийной подушки). Нужный уклон выполняется путем ручной выемки грунта, данный параметр проверяется и при установке опалубки, и при заливке ее бетоном. При необходимости наклон корректируется.

• Основание обязательно армируется как в продольном, так и вертикальном направлении. Высота прутьев, торчащих из бетона, должна составлять не менее полуметра. Подошве дать набраться крепости, для бетона данный период составляет около месяца. Не рекомендуется проводить какие-либо работы на подошве ранее данного времени.
• Для удобства постройки опалубки для тела стены берется влагостойкая фанера стандартного размера 2440х1220х150 мм. Для одной заготовки понадобится 3 листа, 2 из которых пойдут на полноценные грани, а одну фанеру следует разрезать, соответствующей ширины для 2-х боковых сторон.

• В последующих работах одна боковушка не используется, так как ею служит стена предыдущей части конструкции. Предотвратить расхождение шва между элементами можно посредством армирования. В этом случае после заливки материала в боковой части высверливаются отверстия и вставляются металлические прутки. Их можно расположить в шахматном порядке в 40-50 см друг от друга с выходом из тела стены на 30-40 см.
• Для соединения граней каркаса применяются металлические уголки, так как вес бетона, предназначенного для заливки высок. Дополнительным укреплением послужат бруски 50х50 мм, которые прибиваются по периметру опалубки. Для надежности с трех сторон следует выставить распорки.
• При желании бетонная поверхность может декорироваться натуральным или искусственным камнем.

• Значительно облегчают работы и снижают расходы на строительство блоки из пенобетона, керамзитобетона, газо- или шлакоблоки. Но прочностные характеристики такой стены будут на порядок ниже. К тому же кладка из такого материала не отличается привлекательным видом.

 

 

Деревянная подпорная стена

 

С точки зрения ландшафтного дизайна древесина оптимально подходит под данные цели, но долгий срок эксплуатации не самый сильный ее конек. Чтобы увеличить устойчивость к воздействию агрессивных сред придется приложить немалые усилия на неоднократную обработку пропитывающими средствами.

В конструкции подпорной стены бревна могут располагаться как горизонтально, так и вертикально. Большой разницы касательно прочностных характеристик здесь нет. Такой материал используется для строительства стен высотой, не превышающих 1,5 м. Чтобы предотвратить загнивание закапываемой части бревна, необходимо ее обжечь или обработать жидким битумом.

 

Вертикальное расположение бревен в подпорной стене

• Длина бревен может быть разной, все зависит от перепада высот. Для устойчивости их закапывают на глубину равной 1/3 общей длины балки, так если данный параметр равен 2 м, то вкапываемая часть составит 60-70 см.
• Установка калиброванной древесины осуществляется в предварительно вырытую траншею. На дно засыпается и утрамбовывается 15-ти см слоя щебня. Бревна ставят сплошной стеной, вплотную друг к другу, строго соблюдая вертикаль. Крепеж выполняется посредством проволоки или гвоздей, вбитых под углом.

• Максимальная устойчивость бревенчатой стены достигается путем заливки траншеи песчано-цементной смесью. Задняя сторона своеобразного тына покрывается герметизирующим материалом (рубероидом, толем и т. д.), после этого выполняется засыпка грунтом.

 

Горизонтальное расположение бревен в подпорной стене

• Опорные столбы вкапываются каждые 1,5-2 или 3 м, чем чаще они расположены, тем прочнее будет подпорная стена. Используемая древесина в обязательном порядке обрабатывается антисептическими средствами.

Горизонтальное крепление может осуществляться несколькими способами:

• на столбах с двух противоположных сторон заранее вырубаются продольные пазы, в которые будут плотно вставляться горизонтальные элементы. При этом диаметр опорных бревен должен быть больше балок, предназначенных для поперечного положения;
• второй вариант предусматривает крепеж бревен с задней стороны столбов. В этом случае первая балка укладывается на грунт, поэтому рекомендуется заранее проложить гидроизоляционный материал. Соединение горизонтально расположенных бревен к опорам выполняется проволокой и/или гвоздями.

 

 

Подпорная стена из габионов

 

• Для установки сетчатых конструкций достаточно выравнивания поверхности и иметь в наличии щебень крупной фракции (до150 мм) или небольшие речные валуны для заполнения секций. Основными преимуществами габионов является их гибкость и водопроницаемость, что позволяет обойтись без обустройства дренажной системы.
• Такие ящики из проволоки просто собираются, затем устанавливаются на ровном грунте и засыпаются речными или карьерными камнями. Следующие блоки монтируются по такому же способу. Между собой секции скрепляются проволокой с антикоррозийным покрытием. Это удобный способ, когда требуется создавать множество угловых подпорных стен.

• Если между камней засыпать почву и засеять семенами растений, то через несколько лет стена приобретет привлекательный внешний вид и органично впишется в окружающий ландшафт.

 

 

Расчет подпорной стены                

                                                                               

Перед тем как сделать подпорную стену, важно тщательно продумать все нюансы. В противном случае неграмотный расчет и халатное отношение к нормам строительства могут привести к обрушению.

Подобные стены высотой не более 1,5 метров допускается возводить собственными силами. Для размера подошвы берется коэффициент 0,5-0,7 умноженный на высоту стены. Вычислить соотношение толщины стены к ее высоте, можно руководствуясь типом грунта:

• плотный грунт (известняк, кварц, шпат и т. д.) – 1:4;
• средний по плотности грунт (сланец, песчаник) – 1:3;
• мягкий грунт (песчано-глинистые частицы) – 1:2.

Если же высота стены большая и возведение планируется на слабых грунтах, то следует обратиться к услугам специализированных организаций. Вычисления будут производиться в соответствии с требованиями СНиП.

В этом случае будут учтены многие факторы и на основе предельного состояния подпорных стен будут произведены следующие расчеты:

• устойчивость положения самой стены;
• прочность грунта, его возможную деформацию;
• прочность конструкции стены, на трещиностойкость ее элементов.

Также будут выполнены вычисления на пассивное, активное и сейсмическое давление грунта; учет сцепления; давления грунтовых вод и так далее. Расчет осуществляется с учетом максимальных нагрузок и охватывает эксплуатационные, строительные и ремонтные периоды стены.

Конечно, можно будет и воспользоваться онлайн-калькуляторами, специально разработанными для этих целей. Но необходимо знать, что подобные расчеты будут иметь рекомендательный характер. Абсолютная точность расчетов не гарантирована.

 

 

Дренажная система для подпорной стены

 

Организация дренажа и водоотвода требует особого внимания. Система обеспечивает сбор и отвод грунтовых, талых и ливневых вод, тем самым предотвращая подтопление и размыв сооружения. Она может быть продольной, поперечной или комбинированной.

• Поперечный дренаж предусматривает наличие отверстий Ø100 мм на каждый метр стены.

• Продольный вариант предполагает размещение трубы, расположенной на фундаменте по всей длине стены. Для этих целей применяют гофрированные трубы, благодаря своей гибкости позволяют устанавливать их при сложных рельефах. На прямых участках используют керамические или асбестоцементные трубы, имеющие в верхней части отверстия.

Подпорные стены выполняют важные задачи. Их возведение следует доверить специалистам или хотя бы проконсультироваться с ними по данному вопросу. Малейшая ошибка в расчетах может иметь весьма печальные последствия.