Классификация подпорных стенок

По конструктивному решению подпорные стенки разделяются на две основные груп­пы: массивные и тонкие.

Массивные стенки характеризуются тем, что влияние горизонтальных усилий от давления на них грунта погашается в основном собственным их весом.

В тонкихстенках в работу по восприятию горизонтального давления грунта и обеспечению устойчивого положения стенки тем или иным способом вовлекается вес удерживаемого грунта.

2.2.1. Массивные стенки можно выполнять из всех перечисленных выше материалов, за исключением железобетона, применение которого для массивных стен нецелесообразно. Возможные конфигурации сечений массивных стен приведены на рис. 2.2.

а – с постоянным; б – с переменным, задняя грань которого наклонена от засыпки; в – с переменным, с наклонной передней гранью; г – с переменным, с двумя наклонными гранями; д – разгрузочной площадкой

Рисунок 2.2 – Варианты решений массивных подпорных стенок с различным поперечным сечением

Конфигурация стенки по рис. 2.2 а наиболее проста для возведения, но требует наибольшего расхода материалов. Исходя из характера эпюры усилий, массивные стенки целесообразно проектировать с уменьшающейся к верху толщиной стенки. При этом возможны различные решения в соответствии с рис. 2.2, б, в, г, д. Наклон задней грани в сторону от засыпки позволяет вовлечь в работу стенки вес грунта на отрезке В–Д, но увеличивает горизонтальное давление грунта.

Наиболее рациональной, с точки зрения расхода материалов, является конфигурация стенки по рис. 2.2 г. Однако она является наиболее трудоемкой.

При сооружении такой стенки необходимо обязательно проверять ее работу на стадии возведения (при отсутствии горизонтального давления засыпки).

На рис. 2.2 д показана стенка с разгрузочной площадкой, устанавливаемой в процессе возведения. Эта площадка уменьшает активное давление грунта на стенку, создает момент противоположного знака моменту от активного давления грунта и увеличивает нормальную силу, действующую на основание, путем вовлечения в работу стенки веса грунта над разгрузочной площадкой.

Благодаря этому улучшаются условия расчета подпорной стенки на сдвиг и опрокидывание. Учитывая изложенное, устройство разгрузочных площадок в виде сборных железобетонных плит может быть рекомендовано при проектировании массивных стенок. При высоких стенках целесообразно предусматривать 2 или 3 площадки по вы­соте. При предварительном назначении размеров массивных подпорных стенок (для последующего выполнения расчета) можно принимать ширину стенки в нижней части, В, м:

В = 1/3 Н₁, м (2.1)

где Н₁– высота подпора, м.

2.2.2. Тонкие подпорные стенки подразделяют на типы: уголковые; стенки с контрфорсами; плитные; арочные; стенки с анкерными тягами; ряжевые и ящечные. Эти стенки можно выполнять из монолитного и сборного железобетона.

1 – плита лицевая; плита фундаментная; Н – полная высота стенки; В – ширина фундаментной плиты; δ – толщина лицевой плиты в месте защемления

Рисунок 2.3 – Подпорная стенка уголкового профиля:

Уголковые стенки (рис. 2.3) состоят из лицевой и фундаментной плит, жестко свя­занных между собой. В монолитных стенках жесткость узлового сопряжения лицевой и фундаментной плит обеспечивается соответствующим расположением ар­матуры (рис. 2.4, а).

а – стенки монолитные; б – то же, сборные; 1 – рабочая арматура; 2 – щелевой стык

Рисунок 2.4 – Конструкция подпорных стенок уголкового профиля:

В сборных стенках жесткость сопряжения лицевой и фундаментной плит обеспечи­вается устройством так называемого «щелевого стыка», при котором лицевая плита устанавливается при монтаже в паз фундаментной с последующим замоноличиванием. По характеру своей работы этот стык соответствует стаканному стыку колонн и фунда­ментов в сборных каркасах.

В уголковых стенках вес грунта, расположенного над тыльной частью фундаментной плиты, участвует в работе стенки на сдвиг и на опрокидывание, благодаря чему объем железобетона существенно сокращается по сравнению с расходом материала на массив­ные стенки.

Заглубление фундамента стенки ниже поверхности грунта с низовой стороны при­нимается в зависимости от высоты подпора, нагрузки и характеристики грунта в преде­лах 0,5– 1,2 м (в высоких подпорных стенках эта величина подлежит проверке расчетом на выпирание грунта).

Стенки с контрфорсами (рис. 2.5).Они аналогичны стенкам уголкового профиля, но отличаются от них схемой работы лицевой плиты, которая полностью или частично передает горизонтальное давление грун­та на контрфорсы или ребра.

Рисунок 2.5 – Контрфорсная подпорная стенка

При частом расположении ребер (L < 0,5Н₂, где L– расстояние между ребрами; Н₂– полная высота лицевой плиты) только в горизонтальном направлении, что поз­воляет уменьшить ее сечение и армиро­вание в верхней части стенки, соответ­ственно эпюре горизонтального, давле­ния грунта. В высоких стенках с контр­форсами рекомендуется разделять всю стенку на 3– 4 пояса по высоте.

При более редком расположении ре­бер (0,5Н₂ < L < 2Н₂)лицевая плита ра­ботает, как защемленная по трем сторо­нам, имея опоры по линиям контрфор­сов и в месте защемления в фундаментную плиту.

Предельное расстояние между контрфорсами L = 2Н2 определяется из того условия, что при его превышении лицевая плита начнет работать по консольной схеме и стенка превратится в уголковую. Общие размеры ее сохраняются такими же, как для стенок уголкового профиля.

Плитные (рис. 2.6 ) и арочные (рис. 2.7) подпорные стенки. В стенках этого типа плитное или арочное заполнение, работая только в горизонтальном направлении, передает всю горизонтальную нагрузку на отдельно стоящие опоры. При арочном решении можно получить экономичную по расходу материалов конструкцию заполнения, при плитах – высокоиндустриальную, но отдельно стоящие опоры в состоянии воспринять только сравнительно небольшие горизонтальные усилия из условия их устойчивости на сдвиг и на опрокидывание. Поэтому такая конструкция возможна только при небольших высотах подпора грунта (например, в рампах).

1 – плитное заполнение; 2 – столбчатые опоры

Рисунок 2.6 – Подпорная стенка плитного типа

1 – арочное заполнение; 2 – контрфорсы

Рисунок 2.7 – Подпорная стенка арочного типа.

Стенки с анкерными тягами. Стенки этого типа разработаны в двух вариантах: а) с устройством анкерной тяги, заанкеренной в грунт за пределами призмы обру­шения (рис. 2.8).

1 – подпорная стенка; 2– стальная анкерная тяга; 3 – железобетонная анкерная плита

Рисунок 2.8 – Подпорная стенка с анкерными тягами, заанкериваемыми в грунте

При этом исключается расчет стенки на опрокидывание, уменьшается усилие сдви­гающее стенку (за счет восприятия части горизонтального давления грунта усилием в анкерной тяге) и улучшаются условия работы на изгиб лицевой плиты, которая работает не по консольной схеме, а как балка, защемленная в фундаментной плите и шарнирно опертая в месте примыкания тяги. Однако дан­ная конструкция должна быть прове­рена на надежность анкеровки в грун­те и достаточность этой анкеровки для восприятия усилия в анкерной тяге.

а – постоянного сечения

Рисунок 2.9 – Подпорные стенки ряжевого типа:

Ряжевые подпорные стенки (рис. 2.9) применяются главным образом в транспорт­ном строительстве. Они возводятся из отдельных железобетонных брусьев квадратного сечения – продольных и поперечных, с анкерными заплечиками по концам.

Железобетонные брусья, уложенные в виде балочной клетки, образуют ряд прямоугольных ячеек, в последующем заполняемых грунтом, щебнем или камнем.

После заполнения ячеек продольные брусья наружного ряда работают на изгиб от горизонтального давления материала, заполняющего ряж с пролетом, равным расстоянию между поперечными брусьями.

Поперечные анкерные брусья (кроме торцовых) работают только на растяжение. В работе на сдвиг и на опрокидывание участвует весь массив материалов, заполняющих ряж. При необходимости стенка может быть выполнена с уступом. Ря­жевые стенки по расходу материалов относятся к наиболее экономичным.

Недостатком их является наличие открытых промежутков между продольными брусьями и связанная с этим их недостаточная эстетичность. Аналогичны ряжевым конструкции ящичных стен, представляющие собой железобе­тонные ящики, без дна, заполняемые грунтом.

Условия работы на сдвиг всех типов тонких подпорных стен могут быть улучшены путем устройства наклонного основания по типу, указанному на рис. 2.10 а.

Для этой же цели во всех типах тонких стенок (кроме ряжевых) возможно устрой­ство «зуба» в фундаментной плите (рис. 2.10 б).

а – устройство наклонного основа­ния; б – то же, фундаментной пли­ты «с зубом»

Рисунок 2.10 – Конструктивные ре­шения, улучшающие работу стенки на сдвиг

В стенках уголкового профиля и контрфорсных устраиваются также разгрузочные площадки, описанные выше для массивных стенок.

2.3 Расчёт подпорных стенок

Для расчёта подпорной стенки необходимо иметь такие данные:

· Высоту подпора грунта и конфигурацию поверхности засыпки.

· Характеристику грунтов.

· Данные о временных нагрузках, располагаемых на призме обрушения.

На основании перечисленных данных выбирается тип стенки и её конфигурация.

Расчет подпорной стенки производят в таком порядке:

1. Предварительно назначают основные размеры стенки.

2. Исходя из заданных нагрузок, принятого очертания и конструкции подпорной стен­ки, конфигурации поверхности засыпки, высоты подпора и характеристики грунтовых условий определяют интенсивность активного горизонтального давления грунта на стен­ку в характерных точках по высоте.

3. Определяют величину полного горизонтального давления грунта на стенку и мо­менты от горизонтального давления грунта, стремящиеся опрокинуть стенку.

4. Вычисляют все вертикальные усилия, действующие на стенку (собственный вес ее, вес грунта засыпки, усилия от временных нагрузок).

5. Для наиболее невыгодных комбинаций усилий производят проверку устойчивости стенки на сдвиг и на опрокидывание, и три необходимости корректируют заданные раз­меры стенки.

6. Производят проверку прочности основания. Для подпорных стенок, применяемых в промышленном строительстве, она сводится к определению удельных дав­лений на грунт под подошвой фундамента.

Для особо высоких и тяжело нагруженных стенок, для стенок расположенных на косогорах, а также при слабых грунтах следует выполнять также проверку основания на скольжение по поверхностям.

7. Подбирают сечения элементов стенки.

Наиболее ответственным и трудоемким этапом расчета является построение эпюры горизонтального давления грунта на стенку.

Интенсивность этого давлени я на глубине у от поверхности для несвязных (песча­ных) грунтов в общем виде выражается формулой:

Р _у = γ * y * μ, т/м² (2.2)

где Р _у– интенсивность горизонтального давления грунта на глубине у от поверхности грунта засыпки, т/м²;

y– расстояние по вертикали от рассматриваемого сечения до поверхности грунта засыпки, м;

γ – объемный вес грунта, т/м³;

μ – коэффициент, зависящий от угла внутреннего трения грунта (φ), угла наклона задней грани стенки к вертикали (ε) и угла наклона поверхности засыпки к горизонту (α).

Случай 1-й. Стенка с наклонной задней гранью и с наклонной поверхностью за­сыпки.

Временная нагрузка интенсивностью q, т/м²равномерно распределена по всей поверхности призмы обрушения (рис. 2.11).

а – при положительном значении угла ε; б – то же, при отри­цательном ε.

Рисунок 2.11 – Определение интенсивности горизонтального давления грунта на стенку (случай 1-й)

Интенсивность горизонтального давления грунта Р _уна глубине у определяется по формуле:

Р _у = γ * y * μ(1+ ξ), т/м² (2.3)

ξ = q / [γ * y(1-tgε tgα)]. (2.4)

Значения коэффициентов μ в зависимости от углов φ, ε и α, определяются по специальным таблицам. Например, для ε = - 20^о:

φ = 90^о – ε – δ, (2.5)

где δ – угол трения грунта о стенку.

Таблица 2.1 – Значения коэффициентов μ при различных углах наклона задней грани стенки и углах наклона поверхности засыпки

αо	ε = -20о
φо
15о	20о	25о	30о	35о	40о	45о	50о
	0,498	0,380	0,287	0,212	0,152	0,106	0,070	0,043
	0,537	0,405	0,305	0,222	0,159	0,111	0,073	0,044
	0,597	0,440	0,325	0,237	0,167	0,114	0,075	0,045

Частный случай представляет стенка с вертикальной задней гранью и горизонтальной поверхностью засыпки (рис.12).

Рисунок 2.12 – Определе­ние интенсивности го­ризонтального давле­ния грунта на стенку с вертикальной зад­ней гранью при гори­зонтальной поверх­ности засыпки

При вертикальной задней грани стенки (ε = 0) и при горизонтальной поверхности за­сыпки (α = 0) коэффициент μ определяется по формуле:

μ = tg²(45^о – φ / 2), (2.6)

а значение ξ имеет вид:

ξ = q / γ * y. (2.7)

При этом интенсивность горизонтального давления грунта при наличии нагрузки q выражается формулой:

Р_у = γ * y * μ(1 + ξ) = γ * y * μ + qμ, т/м². (2.8)

Первый член формулы (2.8) дает значение горизонтального давления от веса грун­та (изменяющееся в зависимости от y), второй член – значение горизонтального давле­ния от временной нагрузки qна призме обрушения (постоянное по всей высоте).

· При отсутствии временной нагрузки на призме обрушения:

Т = ½ γ * Н² * μ = ½ γ * Н² * tg² (45^о – φ/2).(2.9)

Точка приложения силы Т (считая от нижней грани стенки) –

y_c = 1/3 Н. (2.10)

· При наличии временной нагрузки q, распределённой на всей поверхности призмы обрушения:

Т^q = ½ γ * Н² * μ + q * Н * μ. (2.11)

Точка приложения силы Т –

y_c ^q = Н/3 * (Н γ+ 3q) / (Н γ+ 2q). ( 2. 12 )

Случай 2-й. Стенка с наклонной задней гранью и горизонтальной поверхностью засыпки при наличии временной распределенной нагрузки q,т/м²на части поверхности призмы обрушения (временная нагрузка расположена на расстоянии а₁от задней грани стенки и занимает остальную часть призмы обрушения, рис. 2.13).

Построение эпюры горизонтального давления грунта выполняется так:

1. Вычисляется вспомогательная величина А₁по формуле:

А₁ = 2α ξ_н / Н (1+ 2 ξ_н), (2.13)

ξ_н = q / Н γ

Рисунок 2.13 – Определение интенсивности горизонтального давления грунта на стенку (случай 2)

2. Пользуясь таблицей 2.2, по найденному значению А₁ и заданным значениям φ иε с помощью интерполяции определяют величину tg θ.

Таблица 2.2 – Значения tg θ в зависимости от величин А₁, ε и φ

А1	ε = -20о
φо
15о	20о	25о	30о	35о	40о	45о	50о
	1,090	1,000	0,916	0,840	0,767	0,700	0,637	0,578
0,1	1,260	1,130	1,020	0,929	0,846	0,771	0,7	0,638
0,2	1,410	1,240	1,120	1,010	0,920	0,838	0,764	0,695

3. Пользуясь таблицей 2.3, по найденному значению tg θ и заданным значениям ε и φ определяем значение коэффициента S.

Таблица 2.3 – Значения коэффициента S в зависимости от величин ε, φ и tg θ

tg θ	ε = -20о
φо
15о	20о	25о	30о	35о	40о	45о	50о
	1,680	1,460	1,280	1,130	1,010	0,885	0,781	0,685
0,1	1,430	1,260	1,110	0,995	0,870	0,765	0,670	0,582
0,2	1,240	1,110	0,968	0,867	0,756	0,660	0,570	0,585

Интенсивность горизонтального давления от призмы грунта на глубине y определяется по формуле:

Р_у = γ * y * S (tg θ + tg ε), т/м² (2.14).

Интенсивность горизонтального давления от нагрузки q на призме обрушения (на любой глубине, > y₁) постоянна и выражается формулой:

р _y = Р_q / (Н – y₁), (2.15)

где Р_q = q H S (tg θ + tg ε – а₁/Н), (2.16)

где Р_q – полная величина давления от нагрузки q.

Величина y₁ определяется по формуле:

y₁ = а₁ / (сtg φ + tg ε). (2.17)

В частном случае при вертикальной задней грани стенки в формулах (14), (15) и (17) следует принять tg ε = 0; при этом величина y₁ определится выражением:

y₁ = а₁ tg φ. (2.18)

При сложных очертаниях эпюры давления величину полного горизонтального дав­ления Т на стенку и точки приложения горизонтальных сил рекомендуется определять путем разложения эпюры давления на элементарные фигуры (например, для эпюры, изображенной на рис. 2.13, путем разложения на треугольник и параллелограмм).

Расстояние а₁для стенки с наклонной задней гранью принимается от верха задней грани, а для стен с уступами со стороны засыпки – от условной вертикальной плоскости, проведенной через нижнее ребро задней грани стенки.

При tg θ > а₁/Н(т. е., если нагрузка оказывается расположенной вне призмы обрушения) расчет производится без учета нагрузки qпо случаю 1 (см. формулу (2.2).

Случай 3-й отличается от случая 2 тем, что временная нагрузка интенсивностью q, т/м²расположена на призме обрушения в виде полосы шириной а₂(рис. 2.14).

Расстояние от задней грани стенки до полосы расположения нагрузки, как и для случая 2, обозначено а₁.

Для построения эпюры горизонтального давления грунта вычисляется вспомогательная величина:

А₂ = 2 а₂ q / γ Н² . (2.19 )

Пользуясь табл. 2.4 по вычисленному значению А₂и заданным значениям углов ε и φ, с помощью интерполяции определяют значение tg θ.

Контрольные вопросы

1. Что представляют собой подпорные стенки как инженерные сооружения? Область применения подпорных стен? Что такое призма обрушения, верховая и низовая стороны, высота подпора?

2. Сравните активное и пассивное давление грунта? Как классифицируют подпорные стенки по конструктивному решению, сравните массивные и тонкие подпорные стенки?

3. Как предпочтительнее проектировать массивные подпорные стенки и какая конфигурация наиболее рациональная?

4. Как классифицируют тонкие стенки? Какие элементы конструкции используют в массивных и тонких стенках для уменьшения сдвига грунта?

5. Какие данные нужны для расчёта подпорных стен? В каком порядке делают расчёт подпорных стенок? Какие показатели влияют на расчёт интенсивности давления грунта?

6. Назначение, область приспособления подпорних стенок. Особенности конструкции подпорных стенок.

7. Методика расчёта подпорных стенок. Расчёт интенсивности горизонтального давления грунта на стенку. Типовые конструкции подпорных стенок.

Литература: [1, с. 53– 110]; [3, с. 193 – 198].

Лекция 3. ТРАНСПОРТЁРНЫЕ И ПЕШЕХОДНЫЕ

ГАЛЕРЕИ

План

3.1 Назначение, область применения транспортёрных и пешеходных галерей

3.2 Особенности проектирования транспортных и пешеходных галерей

3.3 Стальные конструкции транспортёрных галерей

3.4 Продольные нагрузки на конструкции транспортёрных галерей от ленточных конвейеров

3.5 Типовые конструкции галерей

3.5.1.Отапливаемые транспортёрные галереи

3.5.2.Не отапливаемые транспортёрные галереи

3.1 Назначение, область применения транспортёрных и пешеходных галерей

Транспортерные галереи (ТГ) широко применяются на обогатительных фабриках в черной и цветной металлургии, для транспортирования материалов в бункера эстакад домен­ных печей, на поверхности рудников и угольных шахт.

ТГ различаются по конструкции, сечениям, габаритам и пролетам.

Размеры поперечных сечений пролетных строений галерей обусловливаются:

· по ши­рине – шириной транспортерной ленты, количеством конвейеров, проходами;

· по высо­те – удобством работы обслуживающего персонала.

В галереях не следует применять стены из кирпича, так как это значительно утяжеляет их вес, повышает трудоемкость работ и стоимость.

Железобетонные несущие конструкции пролетных строений и опор галерей целесооб­разно применять только в невысоких и коротких галереях. Для средней и большой дли­ны применять железобетонные несущие конструкции нерентабельно, а рентабельно применение для несущих конструкций галерей предварительно напряженного железобетона