Освоение участка с сложным рельефом представляет определенные трудности. К тому же, склоны могут подвергаться оползням после сезонных явлений, таких как таяние снега или интенсивные дожди. Тем не менее, не стоит отчаиваться. Создание подпорной стенки своими руками поможет укрепить грунт и максимально эффективно использовать площадь участка.
Краткая классификация
Подпорная стенка — искусственное ограждение, предназначенное для удержания массы грунта от сползания. Она устраивается, чтобы оградить насыпь или впадину, закрепив таким образом склон. Гидротехнические конструкции дополнительно воспринимают давление воды.
Подпорные стенки могут быть толстостенными или тонкостенными, по расположению — отдельно стоящими и примыкающими к другим сооружениям. Низкими считаются конструкции до 10 м, средними до 20 м, высокими от 20 м и более.
а) толстостенная стена, б), в), г) тонкостенная
Если в промышленном и сельскохозяйственном строительстве подпорные стенки рассматриваются как инженерные сооружения, то в частной застройке они дополнительно играют эстетическую роль и участвуют в ландшафтном дизайне. Для самостоятельного возведения рекомендуется устраивать стенки небольшой высоты — до 1,2-1,5 м.
Более высокие — удел профессионалов. Перед строительством проводятся инженерно-геологические исследования и сложные расчеты. Неподготовленный человек с ними не справится.
Материалы
Подпорные стены изготавливаются из бетона, железобетона, бутобетона, кирпича, камня, металла, дерева. Используются также габионы — сетки, набитые камнями или землей.
Выбор материала диктуется технико-экономическими соображениями, доступностью и долговечностью:
- Железобетон для монолитных конструкций должен иметь марку М150-М200, для сборных М200-М400.
- Качественный красный кирпич М 200. Для кладки при низкой влажности грунта можно использовать раствор М25, при высокой — М50 и более. Нельзя применять силикатный кирпич, от контакта с землей он быстро разрушается.
- Для бутобетонной кладки камень должен иметь марку не ниже 150-200, а раствор — не ниже М50. Причем для его изготовления необходимо использовать высокомарочный портландцемент.
Чем ниже температура эксплуатации стенки, тем выше должна быть марка бетона по морозостойкости.
Для армирования рекомендуется стержневая арматурная сталь класса А-III или А-II периодического профиля. Гладкая проволока разрешается для изготовления распределительной или монтажной арматуры.
Если температура зимой опускается ниже -30°С, класс стали для арматуры должен быть наибольшим.
Конструктив и принцип работы
В искусственных ограждениях сформированный уклон намного превышает угол естественного откоса, при котором грунт удерживается за счет сил трения между частицами. Поэтому стенка испытывает колоссальные нагрузки.
Массивные
Представляют собой конструкции большой толщины без армирования. Стены удерживают грунт от подвижек своей массой благодаря закону гравитации. Для устройства таких сооружений требуется много материала, а это трудоемко и недешево, поэтому перед началом строительства необходимо выполнить технико-экономическое обоснование.
Массивные стенки воспринимают боковое давление грунта и работают на сдвиг и опрокидывание. Вертикальные грани могут быть параллельными или наклонными.
Экономически оправдано устройство массивных стен высотой до 2-3 м с сечением в виде параллелограмма. Наклон лицевой плиты должен быть равен углу откоса, при котором он сохраняет устойчивость.
Слабое место конструкции — стык вертикальной части с горизонтальной, поскольку при монтаже сначала заливается фундамент, а затем лицевая плита. Именно здесь чаще всего происходит разрушение. Поэтому при укладке бетона нужно избегать горизонтальных швов, а вертикальные рабочие швы совмещать с температурными.
Уголковые
Эти сооружения относятся к тонкостенным. Подпор грунта осуществляется консольным выступом — вертикальной полкой уголка, а устойчивость обеспечивается собственной массой, массой грунта, дополнительными пригрузами и креплениями горизонтальной полки.
Три вида уголковых стенок
Конструкции изготавливаются из сборного или монолитного бетона либо комбинированным способом. Например, фундаментная плита, не требующая сложной опалубки, заливается, а лицевая монтируется уже готовая. Нижняя и верхняя части соединяются пазовым креплением, шпонками, дополнительным армированием.
Чтобы уменьшить вылет фундаментной плиты, используются анкерные тяги. Они представляют собой гибкие стальные связи, которые воспринимают часть усилий и разгружают опору.
Контрфорс — жесткий элемент, служит для полной или частичной передачи нагрузки на фундаментную плиту. Он может быть монолитным или сборным, армируется в трех направлениях — горизонтальном, вертикальном и наклонном.
Комбинированные
Такие системы имеют со стороны подсыпки разгрузочные площадки. Они снижают давление грунта на подпорную стену, что позволяет уменьшить размеры конструкции.
1 — стена, 2 — разгрузочная площадка
Вылет площадки составляет 0,2-0,25 высоты стенки. Для уменьшения изгибающих моментов в консоли и лицевой плите дополнительно могут применяться разные опорные устройства.
Габионы
Сетчатые конструкции практически не испытывают гидростатического давления. Они хорошо пропускают влагу, поэтому дренаж не требуется (в отличие от сплошных подпорных стен).
Для изготовления используется прочная сетка диаметром 3-6 мм с покрытием из цинка, алюминия и мишметалла ( сплава из редкоземельных металлов). Сетка сваривается или скручивается в контейнеры разных размеров и формы.
Наиболее распространенные конструкции габионов:
- коробчатые;
- коробчатые с армирующими панелями;
- матрацно-тюфячные;
- цилиндрические;
- других форм.
Ячейка может быть квадратной или шестиугольной. Ее размеры — от 25 до 300 мм, что должно соответствовать крупности заполнителя. На строительную площадку габионы поставляются в виде спрессованных разверток, где они собираются в объемные конструкции.
Габионы с армопанелью — перспективное направление в строительстве подпорных стенок. Они оснащены армирующей сеткой, которая укладывается в толщу грунта горизонтально. Необходимость в установке массивных гравитационных стен отпадает, уменьшается объем земляных работ. Склоны, армированные панелями, упрочняются, повышается их устойчивость к почвенной коррозии и оползням.
При больших перепадах рельефа устраиваются армогрунтовые стенки из модульных габионов. Системы разработаны в Италии и получили название Террамеш. Самая высокая конструкция построена в России. Ее высота 74 м.
Для благоустройства участка можно купить готовые габионы. Они рассчитаны на стандартные нагрузки и быстро собираются собственными силами. Остается только наполнить их камнями.
Гибкие
В этих конструкциях изгибающие усилия воспринимают сваи, шпунты или якоря, заглубленные в грунт. Зазоры между опорами перекрываются тонкостенными плитами. Устойчивость придает сопротивление грунта выпору.
Распространены 2 вида гибких стенок:
- больверковые — используются при высоте до 4-5 м;
- анкерно-больверковые — при перепаде рельефа до 30 м.
В верхней части анкерно-больверковых стен устанавливаются дополнительные тяги, которые крепятся к якорям за границами призмы разрушения. Это позволяет увеличить высоту до 30 м, причем затраты на устройство уменьшаются на 20-25% по сравнению со стенами из железобетона.
Расчет подпорной стенки
Для проектирования подпорных стен разработаны СП, руководства, методички и программы. Согласно им расчеты проводится по двум предельным состояниям:
- несущей способности;
- деформациям.
При расчетах учитываются собственный вес стенки, давление грунта (активное и пассивное), внешние нагрузки на призму обрушения. В некоторых случаях приходится учитывать гидростатическое давление воды.
Призма обрушения — понятие, применяемое при расчете откосов. Представляет собой неустойчивый массив грунта, состоящий из центрального, активного и пассивного блоков, которые могут смещаться по нескольким скользящим плоскостям.
Нагрузки на подпорную стенку собираются на 1 погонный м конструкции. Это:
- постоянные — собственный вес, вес грунта, строений, дорожных покрытий;
- временные — снеговые, ветровые, от складирования материалов, движения автомобилей.
При проектировании оценивается коэффициент устойчивости — величина, равная отношению удерживающих сил к сдвигающим. Понятно, что чем он больше, тем выше надежность. Если коэффициент меньше единицы, стенка быстро разрушится.
Примерный алгоритм расчета
Наиболее экономичная конструкция — уголковая подпорная стена. Для ее устройства не требуется большой массы бетона или камня. Расчет проводится по несущей способности, на сдвиг по подошве, опрокидывание, глубинный сдвиг, а также по допустимым деформациям.
Уголковая стенка состоит из 2 плит — фундаментной, погруженной в грунт, и лицевой, расположенной перпендикулярно поверхности земли. Глубина заложения определяется согласно СП 22.13330.11 как для наружного фундамента зданий и сооружений.
Предварительно задаются размеры:
- Ширина плиты фундамента, которая должна быть больше или равна полной высоте лицевой стенки.
- Вынос конструкции за наружную грань принимается равным 0,2-0,3 полной ширины плиты.
- Лицевая плита в месте заделки должна иметь ширину 0,1-0,2 ее полной высоты.
Чтобы определить боковое давление грунта на консоль, измеряются высота откоса, угол наклона поверхности к горизонту, отклонение стенки по вертикали.
Рассчитывается активное давление грунта и пассивное, то есть воздействие самой стенки на грунт. При этом заранее должны быть известны плотность грунта, угол внутреннего трения и трения по поверхности конструкции, сцепление.
Давление грунта при известных данных можно найти с помощью он лайн программ. Поскольку формул и коэффициентов много, для неподготовленного человека это существенно облегчит задачу.
Для расчета действующих напряжений составляются эпюры моментов, продольных и поперечных сил. Затем по известным данным проводится расчет по материалу согласно СП 63.13330.2018. Определяются характеристики бетона, схемы армирования, уточняются толщина элементов.
Программы для расчета
Универсальной программы, которая позволила бы получить точный результат при загрузке необходимых параметров, не существует. Но для автоматизации отдельных этапов разработаны модули:
- программный комплекс Мономах-сапр — Подпорная стена;
- GEO5 — Уголковая, Гравитационная, Габионная;
- GIPRO — расчет железобетонных стен;
- NormCad — расчеты из Пособия к СНиП;
- Фундамент — для уголковых, массивных и шпунтованных конструкций.
Некоторые программы не поддерживают российские нормативы, поскольку являются русской версией зарубежных разработок. Но для предварительного определения параметров стенок они вполне пригодны.
Уточнять результат придется вручную, поэтому если стена выше 1,5 м, на участке высокий УГВ, нестабильные грунты или другие сложности, лучше доверить это дело профессиональным исполнителям.
Какую стенку выбрать
Ситуация даже в границах одного участка может быть разной. Необходимо учитывать особенности рельефа, характеристики грунта, глубину подземных вод и другие условия. Понятно, что подпорная стенка не должна быть слишком дорогой и трудоемкой в устройстве, поэтому при выборе нужно взвесить как геологические, так и финансовые возможности:
- При больших перепадах высот руководствоваться только расчетами, проведенными инженерными службами.
- При низком УГВ и разности высот не более 1 м можно использовать гибкие подпорные стенки из стальных труб, между которыми установлены забирки из досок, шпал, небольших габионов, плоских листов.
- При любых грунтах и нагрузках отлично себя проявляют уголковые стенки из железобетона. Но у них есть один существенный минус — высокая цена.
Экономически нецелесообразно в частном строительстве возводить сооружения из монолитного и сборного железобетона (ФБС). Тогда как каменные сухой кладки или на растворе достаточно экономичны. Они не требуют заглубленного массивного фундамента, хорошо удерживают склон и выглядят эффектно. Но перепад не должен быть более 1-1,5 м. При большей разнице высот рекомендуется провести террасирование со ступенчатой отсыпкой и укреплением откосов.
Как сделать подпорную стенку
На приусадебном участке конструкции выполняют не только функцию по удержанию грунта, но и декоративную. Предлагаем варианты стенок, которые можно сделать самостоятельно. Выглядят они достаточно эффектно и не требуют дополнительной отделки.
Из камня-песчаника
На участке всегда есть видовая зона, которую хочется облагородить — высадить кустарники, цветы, разбить газон. Отличное решение — приподнять площадку на 30-40 см и закрепить по периметру каменной подпорной стенкой.
Этапы строительства:
Выкопать по разметку траншею глубиной 30 см. Засыпать дно песком на высоту 15 см, уплотнить. Уложить арматуру и заполнить бетоном до уровня земли.
Камень предварительно промыть от пыли. После затвердевания начинать кладку на клей, специально предназначенный для природного камня. Раствор не должен выступать за пределы кладки.
Если высота стенки превышает 30 см, необходимо со стороны подсыпки уложить дренажный слой из геоткани и щебня. Сверху щебень накрыть геотканью.
В непросматриваемых местах стенку можно выложить из остатков тротуарной плитки или дешевого камня. Засыпать огражденную зону плодородным грунтом, высадить растения.
Шпунтованная подпорная стенка из дерева
Простой и доступный способ укрепить грунт на участке — установить опоры и уложить между ними доски или брус. Можно поставить бревна вплотную друг к другу вертикально. Главное условие — высота конструкции не должна превышать 1-1,5 м.
При горизонтальной укладке брус крепиться к опорам, которые заглублены не менее, чем высота стенки над землей. Причем основание лучше залить бетоном для сохранения устойчивости. В прилегающей к конструкции зоне сделать дренаж — уложить геотекстиль, щебень и перфорированную трубу. Концы вывести за пределы стенки.
При вертикальной установке используются окоренные бревна. Скрепляются они с обратной стороны скобами. Рекомендуется также заглублять их на высоту стены и заливать основание бетоном.
Все деревянные поверхности обработать от гниения. Тогда конструкция может простоять 5 лет и более.
Из габионов
Собрать контейнер из сетки и проволочных спиралей.
Подготовить основание глубиной 0,3 м шириной 1 м в грунте, сделать подсыпку из щебня толщиной 15 см, уплотнить.
Уложить геотекстиль и ряд габионов. Заполнить его камнями. Для засыпки использовать песчаный грунт, уплотняя его послойно. Верхние 30 см засыпать плодородной почвой.
Габионами укрепляют берега водоемов, в том числе рукотворных. Они не препятствуют миграции воды как из грунта, так и обратно. Поэтому ограждения устойчивы к размыву и при правильном расчете и устройстве практически не обрушаются.
Таким же способом можно построить забор, но укладывая габионы не ступенями, а друг на друга. Выглядеть будет оригинально, а при доступных каменных материалах обойдется недорого.
Заключение
Устройство подпорной стенки на своем участке позволит укрепить грунт, сформировать удобный и красивый рельеф. Высота конструкции для самостоятельного строительства не должна превышать 1-1,5 м. Изготовление высоких и массивных сооружений лучше перепоручить профессионалам, поскольку требуются сложные расчеты и конструирование.
Какие бывают подпорные стенки?
Подпорные стенки – это конструктивный элемент, который применяется для укрепления склонов, берегов рек и каналов, а также для защиты строительных объектов от оползней и обрушений грунтов. Существует несколько типов подпорных стенок, которые различаются по материалу, конструкции и методу установки.
-
Каменные подпорные стенки. Это самый древний и традиционный тип подпорных стенок. Каменные стены строятся из камня, нарезанного или вырубленного из скалы. Каменные стены обычно имеют толщину от 0,5 до 1,5 метра и высоту до 10 метров.
-
Железобетонные подпорные стенки. Железобетонные стены обычно состоят из железобетонных блоков, которые соединяются арматурой. Они могут иметь различные формы и размеры в зависимости от условий и требований. Эти стены применяются на склонах, высотой от 2 до 10 метров.
-
Металлические подпорные стенки. Металлические стены часто используются для временных защитных конструкций. Они имеют простую конструкцию и устанавливаются при помощи свай или анкеров. Такие конструкции могут быть демонтированы и перенесены в другое место.
-
Деревянные подпорные стенки. Деревянные стены могут быть выполнены из сруба или из бревен. Они применяются для укрепления берегов рек и озер, а также для поддержки склонов.
-
Габионные подпорные стенки. Габионы – это корзины, выполненные из металлической сетки, которые заполняются камнем. Они применяются для укрепления склонов, берегов рек, а также для создания декоративных элементов в ландшафтном дизайне. Габионные стены имеют простую конструкцию и могут иметь различную форму и размер.
