Підпірна стінка

1 Підпірна стінка, яка містить вертикальний і фундаментний елементи, яка відрізняється тим, що фундаментний елемент має Г-подібну в поперечному перерізі форму, а на поверхні вертикального елемента, з боку малої поперечини фундаментного елемента, розміщені опорні частини і порожнини, які чергуються, при цьому порожнини виконані у вигляді зрізаних пірамід однакового розміру і спрямовані меншою основою усередину вертикального елемента, при цьому об'єм порожнин визначають за формулою 2-Юф -N-H-(K-(5+h)-h) ~ п • R • (Н - 5 - h) • [1 + (cosa + f sma)]' де V - об'єм порожнин, N - зовнішнє нормальне навантаження відносно обвідних поверхонь опорних частин, що діє горизонтально, R - гранична несуча здатність ґрунту, при якій встановлюється і зберігається статична рівновага підпірної стінки, Н - повна глибина порожнин, h - глибина впровадження ґрунту в порожнини, 5 - абсолютна величина вимушеного зсуву ґрунту засипки у розглянутій точці, S - фактична контактна площа опорних призматичних ділянок, К - коефіцієнт запасу по контактній площі, який враховує можливі зміни розрахункових силових навантажень, f - коефіцієнт тертя між ґрунтом і опорними призматичними ділянками, Ю - узагальнений коефіцієнт обліку форми об'ф єму призматичних ділянок і їх площі проекції по обвідних поверхнях опорних частин, п- коефіцієнт переведення контактних тисків у їх проекцію на нормальну вісь до обвідної поверхні опорних частин, a - кут, утворений обвідною площиною опорних частин та дотичною площиною, що проведена до поверхні призматичних ділянок на висоті h 2 Підпірна стінка за п 1, яка відрізняється тим, що бічні грані порожнин виконані округлими 3 Підпірна стінка за п 1, яка відрізняється тим, що бічні грані порожнин покриті антифрикційним шаром 4 Підпірна стінка за п 1, яка відрізняється тим, що на контурних поверхнях опорних частин розміщений лист пружнопіддатливого матеріалу (О Винахід відноситься до будівництва, зокрема, до зведення підпірних стінок, що використовують для стабілізації нестійких схилів та укосів, а також на підробляємих територіях з горизонтальним переміщенням ґрунту Аналогом винаходу по своїй суті є цегляна підпірна стінка (див книгу Справочник проектировщика сооружений В Ш Козлов, В Д Альшиц, А Н Аптекман и др , Под ред Д А Коршунова - 2-е изд , перераб и доп - К Будивэльнык, 1988 с 352 ил , стор 22) Недоліком цегляної підпірної стінки є трудомісткий процес и зведення (ручна цегляна кладка), конструкція підпірної стінки недостатньо міцна і стійка до ЗОВНІШНІХ факторів і дії зрушуючої сили від активного тиску ґрунту, що приводить до обмежень підпірної стінки по висоті З відомих технічних рішень, найбільш близьким до запропонованого винаходу, обраному як прототип, є монолітна підпірна стінка уголкового типу, що включає вертикальний і фундаментний елементи, (див книгу Основания, фундаменты и подземные сооружения / М И Горбунов - Посадов, В А Ильичев, В И Кругов и др , Под общ ред Е А Сорочана и Ю ГТрофименкова - М Стройиздат, 1985 - 480с, ил , стор 147) 62714 Недоліком даної підпірної стінки є велика імовірність руйнування вузла з'єднання вертикального, і фундаментного елементів, неможливість сприймати і перерозподіляти зрушуючі зусилля, які виникають у результаті роботи в умовах насування нестійких схилів і укосів, а також горизонтальних зсувах ґрунту при підроблені Ці обставини змушують робити більш масивними її елементи, що приводить до підвищення матеріалоємності підпірної стінки при незначному поліпшенні и роботи в складних умовах Задачею винаходу є удосконалення підпірної стінки шляхом додання Г-образної форми поперечному перерізу фундаментного елемента, і шляхом формування контактних поверхонь з порожнинами на вертикальному елементі з боку ґрунту, що сприяє збільшенню опору зрушенню по ПІДОШВІ конструкції і дозволяє знизити контактні напруги на поверхні підпірної стінки за рахунок рівномірного перерозподілу тисків у ґрунті, що насувається Поставлена задача вирішується за рахунок того, що підпірна стінка включає вертикальний і фундаментний елементи ВІДПОВІДНО ДО винаходу фундаментний елемент має Г-образну в поперечному перерізі форму, а на поверхні вертикального елемента, з боку малої поперечини фундаментного елемента розміщаються опорні частини і порожнини, які чергуються, при цьому порожнини виконані у виді зрізаних пірамід однакового розміру і спрямовані меншою основою усередину вертикального елемента, при цьому об'єм порожнин визначається по формулі 2-Юф -N-H-(K-(5+h)-hJ V= n-R-(H-5-h)-[i + (cosa + f sina)] 1 де V - об'єм порожнин, N - зовнішнє нормальне навантаження відносно обвідних поверхонь опорних частин, що діє горизонтально, R - гранична несуча здатність ґрунту засипки, при якій встановлюється і зберігається статична рівновага підпірної стінки, Н - повна глибина порожнин, h - глибина впровадження ґрунту в порожнини, 5 - абсолютна величина вимушеного зсуву ґрунту у розглянутій точці, S - фактична контактна площа опорних призматичних ділянок, К - коефіцієнт запасу по контактній площі, який враховує можливі зміни розрахункових силових навантажень, f - коефіцієнт тертя між ґрунтом і опорними призматичними ділянками, Ю - узагальнений коефіцієнт обліку форми ф об'єму призматичних ділянок і їх площі проекції по обвідних поверхнях опорних частин, п - коефіцієнт переведення контактних тисків у їх проекцію на нормальну вісь до обвідної поверхні опорних частин, a - кут, утворений обвідною площиною опорних частин та дотичною площиною, що проведена до поверхні призматичних ділянок на висоті h Для плавного сприйняття деформуючих дій від ґрунту, що зрушується, на вертикальний елемент, бічні грані порожнин виконані округлими Для зниження діючих сил тертя бічні грані порожнин покриті антифрикційним шаром Для ущільнення ґрунту засипання біля при опорних і опорних ділянок на контурних поверхнях опорних частин розміщений лист пружнопідатливого матеріалу Заявлений винахід ілюструється кресленями, де на фіг 1 зображена підпірна стінка, на фіг 2 фрагмент А фіг 1, на фіг 3 - перетин А - А фіг 2, на фіг 4 - фрагмент Б фіг 1 Підпірна стінка 1, складається з вертикального і фундаментного елементів, причому вертикальний елемент має порожнини 2 і опорні частини 3, у напрямку дії зрушуючого ґрунту Ґрунт засипки 4 спрямований у порожнини 2, що мають форму зрізаних пірамід, з основами 5 і бічними гранями 6 БІЧНІ грані 6 і порожнини 2 складають фактичні бічні поверхні опорних частин 3 Грані 6 утворюють ребра 7 у площині основ 5, що утворюють обвідну поверхню опорних частин 3 На вертикальних обвідних поверхнях опорних частин 3, між ґрунтом 4 і порожнинами 2, може бути розміщений лист пружнопідатливого матеріалу 8 Ґрунт 4, спрямований у порожнини 2, контактує з бічними поверхнями опорних частин 3 опорними призматичними ділянками 9 бічних граней 6 порожнин 2 На поверхні опорних частин 3 може бути виконаний антифрикційний шар 10, що розміщений на поверхні підпірної стінки 1 Фундаментний елемент має Г-образну в поперечному перерізі форму, причому мала поперечина 11 спрямована убік ґрунту підвалини 12 і розташована з боку ґрунту 4, що підпирається Заявлений винахід реалізується таким чином Після установки підпірної стінки 1, відносно вертикально побудованих обвідних площин опорних частин 3 вертикального елемента підпірної стінки 1, ДІЮЧІ навантаження в звичайних інженерногеологічних умовах являють собою активний бічний тиск ґрунту 4 При цьому підпірна стінка 1 знаходиться в стійкому рівноважному положенні, а площини опорних призматичних ділянок 9 пропорційні по глибині величинам ординат бічного тиску, 3 розрахунком досягнення на контакті таких граничних опорів ґрунту 4, при яких витримується його статично урівноважене положення В умовах виявлення дій змушених горизонтальних зсувів ґрунту, звичайні навантаження по фронті переміщення ґрунту 4 трансформуються в лобовий пасивний тиск, а по напрямку переміщення викликають бічне тертя, причому в усіх випадках прикладаються до окремих опорних частин 3 під кутом і по величині значно більше звичайного активного тиску ґрунту 4 При цьому збільшення контактного тиску на опорних призматичних ділянках 9 вище граничних значень у статиці неможливо і також приводить до того, що ґрунт 4, що насувається на контакті, пластично руйнується і вільно переміщається в порожнини 2, доти, поки виявляються деформаційні впливи Форма порожнин 2 (зрізана піраміда) обумовлена тим, що є найбільш ефективною для ущільнення ґрунту 4 Ґрунт 4, потрапляючи в порожнину в районі нижньої основи піраміди і проходячи шлях до и верхньої основи, мимовільно ущільнюється Після ЦЬОГО контактний тиск знижується до початкового рівня, тобто фактична зовнішня поверхня підпірної стінки 1 обумовила роботу констру 62714 кцм з постійним опором зрушуючим зусиллям нестійких схилів і укосів, що насуваються, а також на підробляємих територіях з горизонтальним переміщенням ґрунту З огляду на характер роботи підпірної стінки, необхідне посилення її конструкції по параметру сумарного горизонтального навантаження, що виникає на поверхні вертикального елемента підпірної стінки від зсуву ґрунту, даний параметр впливає на коефіцієнт запасу по контактній площі, що враховує можливі зміни розрахункових силових навантажень, і визначається по формулі, що отримана виходячи з проведених ДОСЛІДІВ І обробки експериментальних даних 1 f-R-S cosa + sma m де Т - сумарне горизонтальне навантаження, що виникає на поверхні вертикального елемента підпірної стінки від зсуву ґрунту, R - гранична несуча здатність ґрунту, при якій встановлюється і зберігається статична рівновага підпірної стінки, S - фактична контактна площа опорних призматичних ділянок, f - коефіцієнт тертя між ґрунтом і опорними призматичними ділянками, a - кут, утворений обвідною площиною опорних частин та дотичною площиною, що проведена до поверхні призматичних ділянок на висоті h m - коефіцієнт переведення контактних тисків у їхню проекцію на вісь, що рівнобіжна до обвідної поверхні опорних частин У свою чергу гранична несуча здатність ґрунту, при якій встановлюється і зберігається статична рівновага підпірної стінки запропонованої конструкції, істотно перевершує цей же параметр у прототипу і визначається по формулі, що отримана виходячи з проведених ДОСЛІДІВ і обробки експериментальних даних 2-М — Г n - S -[1+ 7 ( c o s a \ 1 , + f s m a j j де R - гранична несуча здатність ґрунту, при якій встановлюється і зберігається статична рівновага підпірної стінки, N - зовнішнє нормальне навантаження відносно обвідних поверхонь опорних частин, що діє горизонтально, п - коефіцієнт переведення контактних тисків у їх проекцію на нормальну вісь до обвідної поверхні опорних частин, S - фактична контактна площа опорних призматичних ділянок, a - кут, утворений обвідною площиною опорних частин та дотичною площиною, що проведена до поверхні призматичних ділянок на висоті h f - коефіцієнт тертя між ґрунтом і опорними призматичними ділянками Тоді визначення об'єму порожнин здійснюється по формулі, що відбиває залежність об'єму порожнин від величини зовнішнього нормального навантаження від горизонтального переміщення ґрунту V= 2-Юф •N-H-(K-(5+h)-h] 1 n-R-(H-5-h)-|i + (cosa + f sina)] де V - об'єм порожнин, N - зовнішнє нормальне навантаження відносно обвідних поверхонь опорних частин, що діє горизонтально, R - гранична несуча здатність ґрунту, при якій встановлюється і зберігається статична рівновага підпірної стінки, Н - повна глибина порожнин, h - глибина проникання ґрунту в порожнину, 5 - абсолютна величина вимушеного зсуву ґрунту в розглянутій точці, S - фактична контактна площа опорних призматичних ділянок, К - коефіцієнт запасу по контактній площі, що враховує можливі зміни розрахункових силових навантажень, f - коефіцієнт тертя між ґрунтом і опорними призматичними ділянками, Ю - узагальнений коефіцієнт обліку форми ф об'єму призматичних ділянок і їхньої площі проекції по обвідних поверхнях опорних частин, п - коефіцієнт переведення контактних тисків у їхню проекцію на нормальну вісь до обвідної поверхні опорних частин, a - кут, утворений площиною обвідних поверхонь опорних частин і дотичною площиною, що проведена до поверхні призматичних ділянок на висоті h Визначальний параметр Ю отриманий у реф зультаті чисельного моделювання для різних геометричних співвідношень Н, п, 5, а з урахуванням незмінних фізико-механічних властивостей ґрунту Для бічних площин опорних частин 3 коефіцієнт запасу К приймається близьким до одиниці Антифрикційний шар 10 на бічних гранях 6 порожнин 2 призначений, для зменшення сил лобового опору, що особливо необхідно для захисту підпірних стінок 1 від вимушених горизонтальних переміщень ґрунту 4 У запропонованому рішенні лобові навантаження знижуються до відомо низької границі за рахунок раціонального розкладання сил на бічних гранях 6 порожнин 2, завдяки їхній формі, у виді зрізаних пірамід, ВІДПОВІДНО коефіцієнту тертя антифрикційного шару 10, що забезпечує вільне переміщення ґрунту 4 у глибину порожнин 2 і віддалення його від напружених опорних призматичних ділянок 9 Лист пружнопідатливого матеріалу 8 призначений для забезпечення на початкових стадіях навантаження попереднього обтиснення ґрунту 4, та для забезпечення збереження порожнин 2 на бічних ЗОВНІШНІХ поверхнях опорних частин 3 у період здійснення зворотної засипки ґрунту, а також у ряді випадків для конструктивної організації антифрикційного шару 10 Порожнини 2 можуть бути різної глибини, замкнутими чи відкритими, розімкнутими Основи 5 порожнин 2 можуть мати форми з різною КІЛЬКІСТЮ сторін, що стикаються одна з одною Антифрикційний шар 10 може бути виконаний у виді масляних розчинних сумішей чи комплексних складів, наприклад, бітумізованих емалей, а також у виді листових чи плівкових матеріалів Антифрикційний 62714 8 стінка має змінену форму контактуючих поверхонь вертикального і фундаментного елементів, є менш матеріалоємною і здатна знизити дії навантаження від зрушуючого ґрунту, перерозподіляючи їх на и поверхні, зменшує максимальні навантаження у вузлі з'єднання вертикального і фундаментного елементів Причому зниження витрат бетону опорних частин здійснюється не тільки за рахунок утворення порожнин, а також за рахунок зниження габаритів самих елементів ВІДПОВІДНО ДО аналога, тобто в межах представленої підпірної стінки заощаджується не тільки бетон, але й арматурна сталь Запропонована підпірна стінка може бути використана для стабілізації нестійких схилів і укосів, а також на підробляємих територіях з горизонтальним переміщенням ґрунту Запропонована підпірна стінка відрізняється високою надійністю експлуатації в критичній ситуації непередбаченого аварійного зростання силового навантаження Це обумовлено самою роботою конструкції, тобто зі збільшенням навантаження опорні площі призматичних ділянок увесь час зростають, а тому об'єм порожнин рано чи пізно буде цілком заповнений ґрунтом, тоді опорна площа підпірної стінки значно зросте, а середній тиск при цьому зменшиться при досягнутому ступені ущільнення Однак після цього підпірна стінка не зможе працювати в режимі перерозподілу контактних тисків У порівнянні з прототипом, заявлена підпірна шар 10 може бути виконаний на бічних гранях 6 по всій поверхні цілком або частково Лист пружнопідатливого матеріалу 8 може бути виконаний з матеріалу, що самознищується згодом чи розтягується під впливом масиву ґрунту, що переміщується Лист пружнопідатливого матеріалу 8 може виконувати функцію антифрикційного шару 10 Крім цього, антифрикційний шар 10 при виготовленні опорних частин 3 може виконувати функцію конструктивної формотворної опалубки У початковий період зведення опорної стінки, тобто якщо зовнішнє нормальне навантаження має мінімальне чи "нульове" значення, фактична контактна площа S опорних призматичних ділянок 9 та глибина h проникнення ґрунту 4 у порожнини 2 також мінімальні, а фактичний тиск у контакті по величині наближається до несучої здатності ґрунту засипки при даному ступені ущільнення ґрунту У процесі експлуатації підпірної стінки 1 навантаження N пропорційно зростає, а разом з цим збільшується і глибина проникнення п, і фактична контактна площа S опорних частин 3 Мала поперечина 11 Г-образного поперечного перетину фундаментного елемента, занурена в ґрунт підвалини 12, збільшує опір зрушенню по ПІДОШВІ конструкції підпірної стінки 1, за рахунок того, що масив ґрунту підвалини 12, що знаходиться за малою поперечиною 11, працює як додаткова частина підпірної стінки 1 Фіг 2 Комп ютерна верстка О Воробей Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності Львівська площа 8 м Київ МСП 04655 Україна ДП Український інститут промислової власності вул СІМІХОХЛОВИХ 15 м Київ 04119