Расчет подпорных стен и стен подвалов на сдвиг в сложных гидрогеологических условиях

9.1. В сложных инженерно-геологических условиях (при наличии слабых прослоек или ослабленных зон в грунте, наличии грунтовых вод и др.) и при значительных нагрузках на примыкающей к подвалу территории общая устойчивость стены должна быть подтверждена расчетом на сдвиг по круглоцилиндрической поверхности.

 

9.2. При расчете стен подвалов центр вращения принимается в точке пересечения стены и низа перекрытия подвала. Рассматривается устойчивость грунтового массива (вместе с конструкциями), ограниченного поверхностью земли, полом подвала, стеной и дугой некоторой окружности, проведенной из принятого центра вращения (рис. 15).

 

Рис. 15. Расчетная схема для определения устойчивости стены подвала против сдвига по круглоцилиндрическим поверхностям

9.3. Для расчета стен подвалов рассматриваемый участок разбивается параллельными отрезками: вертикальными (без учета

 

 

сейсмичности) и направленными по угол w к вертикали (с учетом сейсмичности района).

 

Устойчивость против сдвига по рассматриваемой кривой считается обеспеченной, если при учете сейсмического воздействия и фильтрационного давления грунтовых вод удовлетворяется следующее условие:

(102)

 

знак "плюс" соответствует нисходящей, а знак "минус" - восходящей ветви кривой сдвига, gic и gwic - равнодействующие сил, действующих на подошву i -го элемента с учетом сейсмического воздействия:

 

 

,

(103)

 

где gi - суммарная сила от веса грунта, веса стены и от нагрузки на поверхности в i -м элементе (с учетом взвешивающего веса грунта ниже уровня воды):

 

 

,

(104)

 

gwi - вес воды в объеме между поверхностью грунтовых вод и основанием в i -м элементе; bi - ширина элемента по нормали к

 

 

его границе, м; a ic - угол между нормалью к подошве элемента и направлением действия силы:

 

a ic = a i ±

w, (105)

 

a - угол между подошвой элемента и горизонталью, град. (при отсутствии сейсмического воздействия a ic = a i); w - угол наклона к вертикали равнодействующих gic и gwic, определяется по формуле (100); АК1 - коэффициенты сейсмичности участка строительства, принимаемые в соответствии с указаниями разд. 8; F - равнодействующая нагрузки от надземных конструкций; aF - угол между нормалью к подошве и направлением равнодействующей нагрузки от надземных конструкций (при вертикальной нагрузке aF= 0)

 

 

tgj1/ kf;

 

 

с1 / kf,

tg j* = (106)

c * =

 

(107)

 

где kf - коэффициент устойчивости

 

 

kn / m,

kf = (108)

где kn - коэффициент надежности, принимаемый при отсутствии сейсмического воздействия не менее 1,2, при учете сейсмического воздействия - 1,5; m - коэффициент условий работы, принимаемый при отсутствии сейсмического воздействия 1, при учете сейсмического воздействия: для скальных крупно-обломочных и песчаных (кроме рыхлых) маловлажных грунтов, а также глинистых грунтов (с консистенцией I L£0,5) - 1,2; для песков рыхлых, насыщенных водой, и глинистых грунтов (с консистенцией I L£ 0,75) - 0,7; для остальных грунтов - 1; tg j*F - значение tg j* в подошве того элемента, в котором сила F пересекается с рассматриваемой круглоцилиндрической кривой.

 

9.4. При расчете на сдвиг по круглоцилиндрической поверхности коэффициенты надежности по нагрузке для грунта и конструкций принимаются равными n = 1. Определение сил gi

производят исходя из расчетного значения объемного веса gIiгрунта, слагающего соответственно i -й элемент.

 

Расчет следует выполнять, выявляя (при необходимости используя повторные попытки) наиболее опасную кривую, для которой значения левой части условия (102) принимают минимальными.

 

При расчете круглоцилиндрическую кривую следует проводить через край фундамента или ниже него, пересекая слабый слой грунта, охватывая область повышенных нагрузок, а также учитывая другие особенности участка.

 

КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

Подпорные стены

10.1. Габариты подпорных стен определяются одним параметром - высотой подпора грунта, т.е. разностью перепада верхних и нижних планировочных отметок.

 

10.2. Предварительный размер подошвы уголковой подпорной стены может быть установлен в зависимости от интенсивности равномерно распределенной нагрузки, расположенной на поверхности призмы обрушения, нормативного угла внутреннего

трения грунта jnи высоты стены h (рис. 16).

10.3. Предварительный размер подошвы массивных подпорных стен назначается в пределах (0,5 - 0,7) h.

 

10.4. Минимальные размеры, мм, сечений элементов подпорных стен рекомендуется назначать: для бутобетонных стен - 600, для бетонных - 400, для железобетонных -100.

 

 

Рис. 16. Графики для предварительного подбора размера подошвы уголковых подпорных стен

10.5. Основные размеры подпорных стен (общую высоту, ширину подошвы) следует назначать, как правило, кратными 300 мм.

 

Размеры толщины элементов стены и подошвы назначаются кратными 20 мм.

 

10.6. Глубину заложения подошвы подпорной стены следует назначать в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83

«Основания зданий и сооружений».

 

Минимальная глубина заложения подпорных стен должна быть не менее 0,6 м в нескальных и не менее 0,3 м - в скальных грунтах. При наличии кювета глубина заложения назначается от дна кювета.

 

10.7. При наличии в основании стены слабых грунтов с расчетным сопротивлением 100-200 кПа (1-2 кгс/см2) либо пучинистых глинистых грунтов при глубине промерзания, равной или большей, чем заглубление фундаментной плиты, основанием должна служить песчаная или щебеночная подушка. Грунт

 

 

естественного залегания вынимается на глубину не менее 600 мм от подошвы стены и заменяется песком или щебнем. Песок отсыпается слоями, поливается водой и утрамбовывается.

 

Подушку следует выполнять в котловане с предельно крутыми откосами. Размеры подушки должны быть больше соответствующих размеров подошвы на 400 мм (по 200 мм в каждую сторону) при засыпке песком и на 600 мм (по 300 мм в каждую сторону) при засыпке котлована щебнем.

 

10.8. Под подошвой монолитной стены следует устраивать выравнивающую бетонную подготовку толщиной 100 мм, которая должна выступать за грань подошвы не менее чем на 100 мм.

 

Сборные фундаментные плиты следует устанавливать на подготовленное основание в виде утрамбованного в грунт щебня. Толщина слоя щебня должна приниматься не менее 100 мм и выступать за грани подошвы не менее чем на 150 мм.

 

10.9. При наличии в основании слабых грунтов (при соответствующем обосновании) может быть выполнено искусственное основание в виде свайного ростверка и т.д.

 

10.10. В продольном направлении подошву подпорной стены следует принимать горизонтальной или с уклоном не более 0,02. При большем уклоне подошва выполняется ступенчатой.

 

В поперечном направлении подошву подпорной стены следует принимать горизонтальной или с уклоном в сторону засыпки не более чем 0,125.

 

10.11. Конструкции подпорных стен должны быть разделены на всю высоту (включая фундаменты) температурно-усадочными швами.

 

Расстояния между швами следует принимать: не более 10м - в монолитных бутобетонных и бетонных подпорных стенах без конструктивного армирования, 20 м - в монолитных бетонных конструкциях при конструктивном армировании и в монолитных и сборно-монолитных железобетонных конструкциях и 30 м - в сборных железобетонных конструкциях.

 

При наличии в основании подпорной стены неоднородных грунтов расстояния между швами должны быть уменьшены с

 

 

таким расчетом, чтобы подошва фундамента каждого отсека опиралась на однородный грунт.

 

Расстояние между швами допускается увеличивать при проверке конструкции расчетом.

 

Швы в монолитных бетонных и железобетонных подпорных стенах выполняются путем постановки в тело конструкции просмоленной доски. Ширина швов принимается равной 30 мм.

 

10.12. Обратную засыпку пазух подпорных стен следует производить дренирующими грунтами (песчаными или крупнообломочными).

 

Допускается использовать местные связные грунты - супеси и сухие суглинки. Уплотнение засыпки следует производить согласно требованиям нормативных документов.

 

Рис. 17. Габариты приближения рамповых подпорных стен (размеры в скобках даны для железных дорог узкой колеи)

Рис. 18. Габариты приближения железнодорожного пути до выступающих частей подпорных стен

а - при расположении железнодорожного пути на насыпи; б - то же, в полувыемке

 

Грунты засыпки необходимо трамбовать послойно до тех пор, пока величина коэффициента уплотнения kу будет не менее 0,95.

 

Не допускается применять для обратных засыпок тяжелые и пластичные глины, а также грунты, содержащие более 5 % по весу органических и растворимых включений.

 

10.13. Высота подпорных стен для грузовых рамп автомобильного транспорта со стороны подъезда автомобилей должна быть равной 1200 мм от уровня поверхности проезжей части дороги или погрузочно-разгрузочной площадки (рис. 17).

 

10.14. Высота подпорных стен для грузовых и пассажирских рамп железнодорожного транспорта от уровня головки рельсов должна быть равной 1100 мм для колеи 1520 мм и 750 мм для колеи 750 мм.

 

 

Горизонтальное расстояние от оси ближайшего железнодорожного пути до наружного края рампы должно быть равно 1920 мм и 1370 мм соответственно для железнодорожной колеи шириной 1520 мм и 750 мм.

 

10.15. В насыпях на прямых участках минимальное расстояние от оси ближайшего железнодорожного пути до верха наружной грани подпорной стены следует принимать не менее 2,5 м (рис. 18).

 

10.16. В выемках на прямых участках минимальное расстояние от оси ближайшего железнодорожного пути до выступающих частей подпорной степи на уровне подошв шпал и выше должно быть не менее 3,1 м.

 

10.17. На кривых участках минимальные расстояния от оси ближайшего железнодорожного пути до подпорной стены необходимо увеличить в соответствии с табл. 9.

 

Таблица 9

 

Радиусы кривых, м	Увеличение расстояния,
1800-1200     1000-700     600 и менее	0,1     0,2     0,3

10.18. Минимальные расстояния от оси трамвайного пути до подпорной стены (при запрещении доступа к ним пешеходов) принимаются следующие: с правой стороны по направлению движения трамвая - 2,3 м; то же, с левой стороны - 2,05 м.

 

10.19. На кривых участках минимальное расстояние от оси трамвайного пути до подпорной стены необходимо увеличивать: при расположении подпорной стены с наружной стороны кривой - на величину выноса угла вагона; а с внутренней стороны кривой - на величину свеса середины вагона.

 

10.20. При возможности хождения людей по поверхности засыпки и непосредственной близости к стенке необходимо

 

 

устраивать ограждение высотой 1 м, рассчитанное на сосредоточенное горизонтальное усилие 0,7 кН.

 

10.21. При расположении автодорог вдоль подпорной стены у стен следует предусматривать тротуар шириной не менее 750 мм с колесоотбойным брусом (барьером) высотой не менее 0,4 м.

 

В качестве колесоотбойного бруса рекомендуется применять сборные или монолитные железобетонные элементы.

 

10.22. Поверхность подпорных стен, обращенная в сторону засыпки, должна быть защищена гидроизоляцией. Допускается применение окрасочной гидроизоляции с битумными растворами или мастиками в соответствии с нормативными документами.

 

10.23. При расположении подпорных стен вне здания следует предусматривать устройство со стороны подпора грунта пристенного дренажа (рис. 19).

 

В водоупорных грунтах в основании дренажа следует устраивать подготовку из жирной глины толщиной 200 мм с уклоном 0,05 в сторону стены. Пристенный песчаный дренаж толщиной 300 мм выполняется из песка средней крупности.

 

Дренажный коллектор из щебня или гравия крупностью 10 - 25 мм следует устраивать с продольным уклоном не менее 0,04.

 

В лицевых элементах подпорных стен необходимо предусматривать дренажные отверстия диаметром 50 мм через 3 - 6 м.

 

10.24. На косогорных участках для отвода атмосферных вод за тыльной гранью подпорной стены должен быть предусмотрен водоотводный кювет.

 

10.25. Для защиты лицевой поверхности подпорной стены от подтеков ливневой воды, особенно для стен, расположенных на косогорных участках, следует предусматривать устройство козырька со «слезником» или установку карнизных блоков (рис. 20).

 

 

Рис. 19. Схема дренажа

а - при водоносных грунтах засыпки; б - то же, при водоупорных; 1

- обратная засыпка водоносным грунтом; 2 - дренажный коллектор (щебень или гравий крупностью 10-25 мм); 3 - песок средней крупности; 4 - дренажные отверстия диаметром 50 мм с интервалом 3 или 6 м; 5 - грунт естественного залегания; 6 - обратная засыпка водоупорным грунтом; 7 - пристенный песчаный дренаж из песка средней крупности; 8 - слой жирной глины (h = 200 мм)

Рис. 20. Устройство карниза стены

а - бетонный карнизный блок; б - железобетонный козырек

 

10.26. Работы по антикоррозионной защите закладных и соединительных металлических элементов, а также анкерных тяг следует проводить в соответствии с действующими нормативными документами.

 

10.27. Армирование подпорных стен следует производить унифицированными арматурными сетками по ГОСТ 23279-85

«Сетки арматурные для железобетонных конструкций и изделий».

 

10.28. Армирование монолитных консольных подпорных стен уголкового профиля производится самонесущими пространственными блоками, собираемыми из плоских сеток (рис. 21).

 

 

При необходимости устройства шва бетонирования (в месте сопряжения подошвы и стенки) армирование осуществляется пространственными армокаркасами с установкой в месте шва дополнительных стыковых сеток.

 

10.29. Армирование монолитных подпорных стен может быть осуществлено отдельными стержнями (рис. 22).

 

10.30. Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры в сборных железобетонных конструкциях принимается не менее

30 мм и не менее диаметра рабочей арматуры; в монолитных конструкциях - не менее 35 мм и не менее диаметра рабочих стержней.

 

В монолитных фундаментных плитах при отсутствии бетонной подготовки защитный слой бетона для нижней рабочей арматуры должен быть не менее 70 мм.

 

Рис. 21. Схема армирования подпорной стены самонесущими арматурными блоками

а - при одновременном бетонировании подошвы и стены; 6 - при раздельном бетонировании подошвы и стены; 1 - арматурный блок; 2 - рабочая стыковая сетка; 3 - стыковая сетка; 4 - шов бетонирования

 

 

Рис. 22. Схема армирования монолитной подпорной стены отдельными стержнями

1 - противоусадочная арматура;. 2-5 - то же, рабочая; 6 - то же, распределительная; 7 - шпильки в шахматном порядке

 

10.31. Глубина заделки растянутых стержней сборных вертикальных элементов в паз фундамента должна быть не менее

25 диаметров рабочих стержней для арматуры класса А-III и не менее 20 диаметров для арматуры класса А-II. Кроме того, глубина заделки панели в паз должна быть не менее 1,5 толщины панели.

 

Глубину заделки растянутых рабочих стержней в паз допускается уменьшать до 15 диаметров при условии приварки к концам продольной арматуры двух анкерующих стержней диаметром не менее половины диаметра рабочих стержней и расположенных на расстоянии не менее 100 мм один от другого.

 

Для осуществления подливки и рихтовки лицевых плит глубину паза следует принимать на 50 мм больше глубины заделки панели.

 

10.32. Петлевые стыки (рис. 23) при сопряжении отдельных элементов, в зависимости от принятой конструкции, могут воспринимать либо только осевое растяжение (для присоединения дополнительной анкерной плиты с целью повышения несущей способности стены на сдвиг), либо внецентренное растяжение или изгибающие моменты (для сопряжения лицевых и фундаментных плит).

 

10.33. Петлевые выпуски по расположению и диаметру должны соответствовать требуемой по расчету арматуре стыкуемого элемента, а также требованию п. 10.34.

 

 

Минимальный диаметр загиба петли и соответственно диаметр бетонного ядра D minопределяется расчетом, исходя из условия

 

 

0,4ss dn / Rb,

Dmin = (109)

где ss- напряжение в петле, определяется по формуле

 

ss= Rs (1 -

ln / l ан), (110)

 

здесь ln - длина прямолинейного участка растянутой ветви петли; l ан- длина анкеровки арматуры в растянутом бетоне, принимается по СНиП 2.03.01-84*; Rs - расчетное сопротивление арматуры петли растяжению; Rb - призменная прочность бетона.

 

Кроме того, диаметр петли и бетонного ядра D должен быть не менее расстояния между растянутой и сжатой арматурой, т.е. петля должна огибать все расчетное сечение.

 

10.34. Расстояние в осях между соседними петлями должно быть не более 2 D min.

 

В бетонном ядре должны быть установлены продольные стержни с диаметром арматуры петли не менее 0,5 dn.

 

Площадь сечения всех продольных стержней в бетонном ядре

А а,я должна удовлетворять условию

 

 

А а.п,

А а.я > (111)

где А а.п - площадь сечения растянутой ветви петли.

 

Количество стержней в бетонном ядре должно быть не менее 4 в стыке, работающем на осевое растяжение, и не менее 6 в стыке, работающем на изгиб или внецентренное растяжение.

 

Для стыка, работающего на восприятие изгибающего момента, длина прямолинейного участка ln должна быть не менее 5 dn.

 

При устройстве петлевых стыков необходимо тщательно обработать торцовые бетонные поверхности сопрягаемых

 

 

элементов насечкой с очисткой и промывкой их водой, а также предусмотреть установку в зоне стыка дополнительных поперечных стержней, привариваемых к петлевым выпускам (рис. 24).

 

Рис. 23. Конструкция петлевых стыков

а - стык фундаментной плиты, воспринимающий осевое растяжение; б - то же, изгиб; в - жесткий стык лицевой и фундаментной плиты

 

Рис. 24. Установка дополнительных поперечных стержней в зоне петлевого стыка

1 - сопрягаемые железобетонные элементы; 2 - продольные стержни в бетонном ядре; 3 - дополнительные поперечные

стержни

 

 

Рис. 25. Типы наружных стен подвалов

а - из монолитного бетона; б - из вертикальных стеновых панелей;

в - из горизонтальных стеновых панелей

 

Марка бетона стыка должна быть не ниже марки бетона сопрягаемых элементов.

 

Стены подвалов

10.35. Наружные стены подвалов могут выполняться из бетонных блоков, сборных железобетонных панелей, монолитного бетона и железобетона (рис. 25). Массивные подпорные стены из сборных блоков или монолитного бетона применяются при небольшой глубине подвала (до 3 м) и небольшой нагрузке (до 10 кПа) на прилегающей территории.

 

Стены из вертикальных сборных железобетонных панелей, опертых на перекрытие, применяются в подвалах при значительных нагрузках на пол цеха, например в цехах заводов черной металлургии, и при большом заглублении подвалов.

 

Стены из сборных железобетонных плит, располагаемых горизонтально и опирающихся на фундаменты колонн зданий, используют главным образом в многоэтажных промышленных зданиях каркасного типа.

 

 

Рис. 26. Пример конструктивного решения одноэтажного подвала

1 - колонна; 2 - ригель; 3 - панель перекрытия; 4 - панель стеновая; 5 - фундамент стеновой панели; 6 - балка обвязочная (монолитная); 7 - поперечные координационные оси подвала; 8 - то же, продольные

Рис. 27. Пример конструктивного решения подвального помещения с техническим этажом

1 - колонна; 2 - ригель; 3 - панель перекрытия; 4 - панель междуэтажного перекрытия; 5 - панель стеновая; 6 - фундаментная стена (монолитная); 7 - балка обвязочная (монолитная); 8 - поперечные координационные оси подвала; 9 - то же, продольные

 

10.36. Наибольшее распространение в промышленном строительстве получили конструктивные решения подвалов в виде каркасной схемы с вертикальными плоскими стеновыми панелями

 

 

и опирающимися на них ребристыми плитами. В многопролетных подвалах применяются сборные железобетонные ригели и прямоугольные колонны.

Рис. 28. Пример решения температурно-усадочного шва

а - перекрытия подвала; б - стены подвала; 1 - ригель; 2 - панель перекрытия; 3 - пол цеха; 4 - деформационный шов в полу цеха в соответствии со СНиП II-В. 8-71; 5 - компенсатор; 6 - стеновая панель; 7 - битумная мастика; 8 - тиоколовый герметик; 9 - просмоленная пакля; 10 - цементный раствор

 

Примеры конструктивного решения одноэтажных и двухэтажных подвалов в таком исполнении приведены на рис. 26 и 27.

 

10.37. Монтажные и эксплуатационные проемы в перекрытиях подвальных помещений должны быть прямоугольными. Монтажные проемы следует перекрывать съемными плитами в уровне верха конструкции перекрытия подвала, имеющими предел огнестойкости такой же, как перекрытие. Эксплуатационные проемы следует перекрывать съемными плитами в уровне отметки чистого пола цеха.

 

10.38. Полы подвальных помещений следует предусматривать с уклоном к трапам (приямкам) канализации с обособленной системой отвода воды. Непосредственное соединение приямков с ливневой и другими типами канализации запрещается.

 

10.39. Подвальные помещения при наличии подземных вод должны быть защищены гидроизоляцией от проникания воды в соответствии с требованиями действующих нормативных документов.

 

 

В качестве основной меры защиты следует предусматривать пластовые дренажи под всем полом подвала.

 

При отсутствии подземных вод поверхность конструкций, обращенных в сторону засыпки, должна быть покрыта окрасочной гидроизоляцией или битумной мастикой.

 

10.40. Температурно-усадочные швы в подвалах следует предусматривать на расстоянии не более 60 м - для монолитных и 120 м - для сборных и сборно-монолитных конструкций подвалов (без расчета на температурно-усадочные деформации). При назначении предельных расстояний между температурно- усадочными швами необходимо устраивать временный шов посередине температурного блока (рис. 28).

 

10.41. Обратную засыпку пазух котлована следует производить с двух противоположных сторон подвала с перепадом по высоте не более 1 м. Уплотнение засыпки следует производить согласно требованиям нормативных документов с коэффициентом уплотнения kу не менее 0,95.