Підпірна стінка

1 Підпірна стінка, яка містить вертикальний і фундаментний елементи, яка відрізняється тим, що на поверхні вертикального і фундаментного елементів, з контактної сторони, розміщають 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 обведених поверхонь опорних частин, що діє горизонтально і вертикально, R - гранична несуча здатність ґрунту, при якій встановлюють і зберігають статичну рівновагу 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 об'єму ф 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 ю (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 та вертикальним 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) Недоліком даної підпірної стінки є велика імовірність руйнування вузла з'єднання вертикального і фундаментного елементів, неможливість сприймати і перерозподіляти зрушуючи зусилля, що виникають у результаті роботи в умовах насування нестійких схилів і укосів, а також горизонтальних і вертикальних зсувах ґрунту при підроблені й осіданні Ці обставини змушують робити більш масивними її елементи, що приводить до підвищення матеріалоємності підпірної стінки при незначному поліпшенні її роботи в складних умовах Задачею винаходу є удосконалення підпірної стінки шляхом формування контактних поверхонь з порожнинами на вертикальному і фундаментному елементах з боку ґрунту, що дозволяє знизити піки контактних напруг на поверхні вертикального елемента підпірної стінки за рахунок рівномірного перерозподілу тисків у ґрунті, що насувається, збільшити опір зрушенню по ПІДОШВІ підпірної стінки, крім того, у випадку додаткових нерівномірних деформацій підвалини, що діють на фундаментний елемент, поліпшити її роботу, що дозволяє підпірній СТІНЦІ сприймати і рівномірно перерозподіляти зусилля від складних навантажувань Поставлена задача вирішується за рахунок того, що підпірна стінка включає вертикальний і фундаментний елементи ВІДПОВІДНО ДО винаходу на поверхні вертикального і фундаментного елементів, з контактної сторони, розміщаються 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 визначається по формулі 62715 деформуючих дій від вертикального переміщення ґрунту на фундаментний елемент, бічні грані порожнин виконані округлими Для зниження діючих сил тертя на вертикальному елементі бічні грані порожнин покриті антифрикційним шаром Для ущільнення ґрунту засипання і для запобігання проникнення ґрунту в порожнини, на контурних поверхнях опорних частин розміщений лист пружнопідатливого матеріалу Заявлений винахід ілюструється малюнками, 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 фіг1, на фіг 5 - перетин Б-Б фіг 4, на фіг 6 - фрагмент В фіг 1 Запропонована підпірна стінка 1 складається з вертикального елемента, що має порожнини 2 і опорні частини 3, у напрямку дії зрушуючого ґрунту, і фундаментного елемента, що має порожнини 2 і опорні частини 3, у напрямку дії ґрунту, що вертикально переміщується Ґрунт засипання 4 і ґрунт підвалини 5 спрямований у порожнини 2, що мають форму зрізаних пірамід з основами 6 і бічними гранями 7 БІЧНІ грані 7 і порожнини 2 утворюють фактичні бічні поверхні опорних частин 3 Грані 7 утворюють ребра 8 у площині основ 6, що складають обвідну поверхню опорних частин 3 На вертикальних обвідних поверхнях опорних частин 3, між ґрунтом 4, 5 і порожнинами 2, у залежності від типу ґрунтових умов і характеру деформацій, може бути розміщений лист пружнопідатливого матеріалу 9 Ґрунт 4 і ґрунт 5, спрямовані в порожнини 2, контактують з бічними поверхнями опорних частин 3 опорними призматичними ділянками 10 бічних граней 7 порожнин 2 На поверхні опорних частин 3 може бути виконаний антифрикційний шар 11, що розміщується на поверхні підпірної стінки 1 2-Юф -N-H-(K-(5+h)-hJ 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 і вертикально, 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 і V= Заявлений винахід реалізується таким чином 3 розвитком деформуючого навантаження, тобто з вертикальним і горизонтальним переміщенням ґрунту щодо підпірної стінки 1, після її установки, відбувається проникнення ґрунтів 4, 5 у порожнини 2 Відносно, вертикально побудованих, обвідних площин опорних частин 3 вертикального і фундаментного елементів підпірної стінки 1, ДІЮЧІ навантаження в звичайних інженерно-геологічних умовах являють собою активний бічний тиск ґрунту 4 зворотної засипки і тиск від власної ваги підпірної стінки 1 При цьому підпірна стінка 1 знаходиться в стійкому рівноважному положенні, а площини опорних призматичних ділянок 10 пропорційні по глибині величинам ординат бічного тиску і вазі підпірної стінки 1, з розрахунком досягнення на контакті таких граничних опорів ґрунтів 4, 5, при яких витримується її статично урівноважене положення В умовах виявлення дій змушених горизонтальних і вертикальних зсувів ґрунту, звичайні навантаження по фронту переміщення ґрунту 4, 5 трансформуються в лобовий пасивний тиск, а по напрямку переміщення викликають бічне тертя, причому у всіх випадках прикладаються до окремих опорних частин 3 під кутом і по величині значно більше звичайного активного тиску ґрунтів 4, 5 При цьому збільшення контактного тиску на опорних призматичних ділянках 10 вище граничних значень у ста 62715 тиці неможливо і також приводить до того, що ґруS - фактична контактна площа опорних принти 4, 5 які насуваються на контакті, пластично зматичних ділянок, руйнуються і вільно переміщуються в порожнини 5 - кут, утворений обвідною площиною опор2, доти, поки виявляються деформаційні впливи них частин та дотичною площиною, що проведена Форма порожнин 2 (зрізана піраміда) обумовлена до поверхні призматичних ділянок на висоті, тим, що є найбільш ефективною для ущільнення f - коефіцієнт тертя між ґрунтом і опорними ґрунтів 4, 5 Ґрунти 4, 5, потрапляючи в порожнину призматичними ділянками в районі нижньої основи піраміди і проходячи шлях Тоді визначення об'єму порожнин здійснюєтьдо її верхньої основи, мимовільно ущільнюються ся по формулі, що відбиває залежність об'єму поПісля ЦЬОГО контактний тиск знижується до початрожнин від величини зовнішнього нормального кового рівня, тобто фактична зовнішня поверхня навантаження від горизонтального і вертикального підпірної стінки 1 обумовила роботу конструкції з переміщень ґрунту постійним опором зрушуючим зусиллям нестійких 2-Юф -N-H-(K-(5+h)-hJ схилів і укосів, що насуваються, а також на підроV= 1 n-R-(H-5-h)-|i + (cosa + f sina)] бляємих територіях з горизонтальним і вертикальним переміщенням ґрунту де V - об'єм порожнин, N - зовнішнє нормальне навантаження відносЗ огляду на характер роботи підпірної стінки, но обвідних поверхонь опорних частин, що діє необхідне посилення її конструкції по параметру горизонтально і вертикально, сумарного горизонтального навантаження, що R - гранична несуча здатність ґрунту, при якій виникає на поверхні вертикального і фундаментвстановлюється і зберігається статична рівновага ного елементів підпірної стінки від зсуву ґрунту підпірної стінки, Даний параметр впливає на коефіцієнт запасу по Н - повна глибина порожнин, контактній площі, що враховує можливі зміни розh - глибина проникання ґрунту в порожнину, рахункових силових навантажень, і визначається по формулі, що отримана виходячи з проведених 5 - абсолютна величина вимушеного зсуву ДОСЛІДІВ і обробки експериментальних даних ґрунту в розглянутій точці, S - фактична контактна площа опорних приsma зматичних ділянок, 1 cosa + f-R-S К - коефіцієнт запасу по контактній площі, що m враховує можливі зміни розрахункових силових навантажень, f - коефіцієнт тертя між ґрунтом і опорними де Т - сумарне горизонтальне навантаження, призматичними ділянками, що виникає на поверхні вертикального і фундамеЮ - узагальнений коефіцієнт обліку форми ф нтного елементів підпірної стінки від зсуву ґрунту, об'єму призматичних ділянок і їхньої площі проекR - гранична несуча здатність ґрунту, при якій ції по обвідних поверхнях опорних частин, встановлюється і зберігається статична рівновага п - коефіцієнт переведення контактних тисків у підпірної стінки, їхню проекцію на нормальну вісь до обвідної повеS - фактична контактна площа опорних прирхні опорних частин, зматичних ділянок, a - кут, утворений площиною обвідних поверf - коефіцієнт тертя між ґрунтом і опорними хонь опорних частин і дотичною площиною, що призматичними ділянками, проведена до поверхні призматичних ділянок на a - кут, утворений обвідною площиною опорвисоті h них частин та дотичною площиною, що проведена Визначальний параметр Ю отриманий у реф до поверхні призматичних ділянок на висоті h зультаті чисельного моделювання для різних геоm - коефіцієнт переведення контактних тисків метричних співвідношень Н, п, 5, а з урахуванням у їхню проекцію на вісь, що рівнобіжна до обвідної незмінних фізико-механічних властивостей ґрунту поверхні опорних частин Для бічних площин опорних частин 3 коефіціУ свою чергу гранична несуча здатність ґрунєнт запасу К приймається близьким до одиниці, а ту, при якій встановлюється і зберігається статичдля нижніх площин опорних частин 3 цей коефіціна рівновага підпірної стінки запропонованої консєнт значно вищий, чим і забезпечується висока трукції, істотно перевершує цей же параметр у надійність експлуатації конструкції підпірної стінки прототипу і визначається по формулі, що отрима1 на виходячи з проведених ДОСЛІДІВ і обробки ексАнтифрикційний шар 11 на бічних гранях 7 попериментальних даних рожнин 2 призначений, для зменшення сил лобо2-М вого опору, що особливо необхідно для захисту — Г 7 \ 1 , n - S -|1 + ( c o s a + f s m a j j підпірних стінок 1 від вимушених горизонтальних і де R - гранична несуча здатність ґрунту, при вертикальних переміщень ґрунтів 4, 5 У запропоякій встановлюється і зберігається статична рівнонованому рішенні лобові навантаження знижуютьвага підпірної стінки, ся до відомо низької границі за рахунок раціонального розкладання сил на бічних гранях 7 порожнин N - зовнішнє нормальне навантаження віднос2, завдяки їхній формі, у виді зрізаних пірамід, ВІДно обвідних поверхонь опорних частин, що діє ПОВІДНО коефіцієнту тертя антифрикційного шару горизонтально та вертикально, 11, що забезпечує вільне переміщення ґрунту 4, 5 П - коефіцієнт переведення контактних тисків у у глибину порожнин 2 і віддалення його від напруїх проекцію на нормальну вісь до обвідної поверхні жених опорних призматичних ділянок 10 опорних частин, 62715 8 ту при даному ступені його ущільнення У процесі експлуатації підпірної стінки навантаження N пропорційно зростає, а разом з цим збільшується і глибина проникнення п, і фактична контактна площа S опорних частин З У порівнянні з прототипом, заявлена підпірна стінка має змінену форму контактуючих поверхонь, є менш матеріалоємною і здатна знизити дії навантаження від горизонтального і вертикального переміщень ґрунту на и поверхні 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 І, II, III, IV груп і на просадних ґрунтах І типу Запропонована підпірна стінка відрізняється високою надійністю експлуатації в критичній ситуації непередбаченого аварійного зростання горизонтального і вертикального 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 заповУ початковий період зведення підпірної стінки нений ґрунтом, тоді опорна площа підпірної стінки 1, тобто якщо зовнішнє нормальне навантаження значно зросте, а середній тиск при цьому зменмає мінімальне чи "нульове" значення, фактична шиться при досягнутому ступені ущільнення Одконтактна площа S опорних призматичних ділянок нак після цього підпірна стінка не зможе працюва8 і глибина h проникнення ґрунту 4, 5 у порожнини ти в режимі перерозподілу контактних тисків 2 також мінімальні, а фактичний тиск у контакті по величині наближається до несучої здатності ґрун Лист пружнопідатливого матеріалу 9 призначений для забезпечення на початкових стадіях навантаження попереднього обтиснення ґрунту 4, 5 та для забезпечення збереження порожнин 2 на бічних ЗОВНІШНІХ поверхнях опорних частин 3 у період здійснення установки підпірної стінки на ґрунт 5 і зворотної засипки ґрунту 4, а також у ряді випадків для конструктивної організації антифрикційного шару 11 Порожнини 2 можуть бути різної глибини, замкнутими чи відкритими, розімкнутими Основи 6 порожнин 2 можуть мати форми з різною КІЛЬКІСТЮ сторін, які стикаються одна з одною Антифрикційний шар 11 може бути виконаний у виді масляних розчинних сумішей або комплексних складів, наприклад, бітумізованих емалей, а також у виді листових чи плівкових матеріалів Антифрикційний шар 11 може бути виконаний на бічних гранях 7 по всій поверхні цілком або частково Лист пружнопідатливого матеріалу 9 може бути виконаний з матеріалу, що самознищується згодом чи розтягується під впливом масиву ґрунту, що переміщується Лист пружнопідатливого матеріалу 9 може виконувати функцію антифрикційного шару 11 Крім цього, антифрикційний шар 11 при виготовленні опорних частин 3 може виконувати функцію конструктивної формотворної опалубки А 4 впливів за ДБН В 1 1-5-2000 ФІГ 2 ФІГ.З Фіг.4 62715 10 Б Фіг 6 Фіг5 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 Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119