Рассчет подпорной стены

ВВЕДЕНИЕ

Подпорные стены представляют собой конструкции, удерживающие от обрушения находящийся за ними массив грунта и воспринимающие расположенные на его поверхности нагрузки. Их используются для ограждения откосов, насыпей, террас, набережных устоев мостов, котлованов и т.д.
По конструктивному решению подпорные стены подразделяют гравитационные (жесткие) и гибкие. Гравитационные подразделяются на массивные и тонкостенные. Устойчивость массивных стен при расчете на сдвиг обеспечивается её массой. В тонкостенных, кроме массы стен, в расчёт включается и масса удерживаемого стеной грунта.
Материал подпорных стен в основном – бетон и железобетон.
При недостаточных размерах стены и некоторых сочетаниях нагрузок, действующих на неё, могут возникнуть предельные состояния подпорной стены.
Так, при некотором значении, нагрузки могут вызвать такие перемещения стены, что произойдёт плоский сдвиг по поверхности основания (сдвиг по подошве стены) или сдвиг по некоторым другим криволинейным поверхностям вместе с грунтом основания.
При расчётах стен, для упрощения, в одних случаях криволинейную поверхность сдвига заменяют ломанной плоской (сдвиг по ломанным поверхностям скольжения) в других принимают кругло-цилиндрический.
Кроме сдвига стены может произойти её опрокидывание. Во всех этих случаях стена теряется устойчивость, т.е. наступает её предельное состояние.
При недостаточно прочном основании стена может потерять устойчивость при его разрушении с выпиранием грунта из-под подошвы и даже опрокидыванием стены в сторону грунта засыпки.
Предельным состоянием стены нужно также считать развитие в её основании недопустимо больших, по условиям эксплуатации, перемещений в виде осадок и кренов.
Предельному состоянию соответствует и нарушение прочности материала самой стены, связанное с появлением недопустимых напряжений и трещин.


1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ЦЕЛИ РАСЧЕТА

Размеры стены:
ширина поверху а = 1,6 м;
ширина подошвы стены b = 4,5 м;
высота Н = 8 м;
высота фундамента d = 2,0 м;
угол наклона задней грани к вертикали ε = -8°.
Грунт засыпки:
песок мелкий, удельный вес γзас = 21 кН/м3;
угол внутреннего трения φ = 34°;
угол трения грунта засыпки о заднюю грань стены δ = 7°;
угол наклона поверхности засыпки к горизонту α = -4°.
Грунт под подошвой фундамента (глина):
удельный вес γ = 21,8 кН/м3;
влажность ω = 0,14;
удельный вес твердых частиц γs = 27,6 кН/м3;
предел текучести ωL = 0,34;
предел раскатывания ωР = 0,16.
Нагрузка на поверхности засыпки:
q = 50 кПа.

Цели расчета. Рассчитать давление грунта на подпорную стену, сделать поверочные расчеты, дать заключение о соответствии (или несоответствии) конструкции подпорной стены требованиям расчета по первой и второй группам предельных состояний, обосновать рекомендации по необходимым изменениям.


2 АНАЛИЗ СТРОИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ ГРУНТА ПОД ПОДОШВОЙ ФУНДАМЕНТА СТЕНЫ

Последовательно определяем:
удельный вес сухого грунта:



пористость:



коэффициент пористости:



показатель текучести:



число пластичности:



По числу пластичности (в соответствии с табл. Б1) грунт является глиной, по показателю текучести (табл. Б2) глина находится в полутвердом состоянии. По табл. Б5 определяем условное расчетное сопротивление полутвердой глины R0 = 400 кПа.
Определяем расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента стены:



где и из табл. Б7.



Здесь второе слагаемое принято равным нулю, так как .
Если под фундаментом глинистый грунт, то кроме коэффициента пористости следует определить степень влажности:



где – удельный вес воды, кН/м3.

По табл. Б3 и Б4 охарактеризовать состояние глины по плотности, влажности и затем определить R0 (табл. Б6).



Глина влажная, средней плотности: R0 = 350 кПа.