Особенности подпорной стенки из бетона и технология возведения по шагам

Подпорные стенки из бетона часто обустраивают на участках с уклоном.
Они помогают не только укрепить имеющийся уклон, но сделать зонирование, террасирование и декорирование на местности.

Одной из функций подпорной бетонной стены является защита фундаментов от движения грунта.

Для заливки стенки используется бетон определенных марок, а перед тем, как выполнять работы, необходимо рассчитать размеры и количество материала для стенки.

Что это такое?

Подпорная стенка располагается на дачных и городских участках, где присутствует сложный рельеф. Если на местности есть холмы, овраги, которые создают проблемы для создания нормального сада и обустройства красивого двора, принимают решение заливать подпорные стенки.

В таком случае участок делят на несколько зон, выполняют террасы, где стенка играет ключевую роль. Террасы искусственно укрепляются такими конструкциями, у владельцев появляется возможность декорировать двор по своему желанию без учета проблем с уклоном.

Подпорная стенка выполняет следующие функции:

• зонирование территории;
• дополнение ландшафтного дизайна;
• удерживание грунта от вымывания;
• перенаправление воды;
• на участках с уклонами создание препятствия для размытия почвы.

Подпорная стена украшает сад и способна защитить аллеи от разрушения. В ландшафтном дизайне ее можно использовать как большой горшок для высадки растений. Основная роль такой конструкции – защищать фундаменты, участки от размытия грунта и его сползания.

Несмотря на то, что для отсутствия сползания земли достаточно высадить растения – их корни будут удерживать грунт, стенка все же необходима.

Со временем в корнях растений и деревьев селятся насекомые, которые могут с легкостью уничтожить здоровую корневую систему и спровоцировать сползание земли вниз.

Особенно важна эта конструкция на участках с уклоном, где осыпание земли предвидеть сложно. Стенки возводят из бетона и других материалов, облицовывая отделкой по вкусу. На выходе получается красивый и функциональный элемент экстерьера.

Особенности конструкции

Согласно своей конструкции подпорная стена может быть капитальной и простой. В первом случае стенка имеет фундамент, ее выполняют из раствора. Простые конструкции выкладываются без раствора, с помощью использования камня.

Массивная капитальная стена будет иметь большой вес и сдвинуть ее с места не сможет даже обширное сползание грунта. Если стенка имеет небольшую толщину, то при обустройстве используется грунт, который создает усилия, направленные в противоположную для опрокидывания земли сторону.

Подпорная стена капитального характера также делается с использованием арматуры, а тонкостенная подразумевает земляные работы. Если бюджет небольшой, то возводят угловые конструкции с консолью: такие подпорные стенки служат отличным местом для высадки растений.

Низкие подпорные стены, высотой 30-80 см больше используются как декоративные. Они выполняются в форме трапеции или параллелепипеда. При вспучивании грунта они не сдвинутся с места. Если высота стены низкая, то фундамент для нее не заливается, а плодородный слой заменяют нерудным материалом. Если высота больше, то нижняя часть заглубляется на 30 см вниз.

При перепадах высот в 1 метр, на участках с уклоном делают средние по высоте стены. Конструкцию расширяют внизу с помощью пяты, а саму стенку заливают бетоном по месту. Если высота подпорной стены средняя, обязательно используют дренаж из полимерных труб.

Для высоких стенок делают небольшую толщину, параллельно используя грунт для создания сопротивления.

Устройство подпорной стенки и назначение

Монолитные подпорные стены применяются не только в сельском хозяйстве, но и в промышленности, как инженерное сооружение. Они бывают укрепительные и декоративные. Предназначаются для:

• Прогулочных парковых дорожек.
• Детских площадок.
• Спортивных кортов.
• Рельефа иллюзии при подчеркивании перепада высот.

По назначению выделяются:

1. Укрепительное сооружение (промзона, около дорог, в жилых массивах).
2. Террасы для сельскохозяйственных земель.
3. Декоративные строения для подпорки (зонирование).

Какое бы назначение не было у бетонной подпорной стены строение у всех одинаковое:

• Фундамент — надземная часть стены.
• Тело — надземная часть несущей конструкции.
• Дренажная система.
• Водоотводная система.

Какая марка материала подойдет для заливки?

Для заливки бетонной стены необходимо правильно подобрать материал. Чаще всего для этой цели используют бетон марки М200.

Несколько характеристик бетона, которые отвечают требованиям к материалу опорных стен:

• относится к классу b15;
• влагостойкость от w2 до w6: во время затвердевания способен сдержать давление водяного столба в 0,6 атм;
• плотность 2200-2400 кг на кубический метр;
• быстрая отвердеваемость;
• прочность на сжатие – 196 кг/см. кв.;
• выдерживает нагрузку до 20 Мпа/м.куб;
• подвижность от П2 до П4;
• морозостойкость F100.

Бетон М200 обладает низкой теплопроводностью, он хорошо сопротивляется неблагоприятным и агрессивным погодным условиям. Используется для гражданского и промышленного строительства, раствор из него получается крепкий и надежный.

Плюсы и минусы применения

В большинстве случае подпорные стены делают из бетона, но иногда вместо этого материала используют древесину, природный камень или кирпич.

Несколько обоснований того, что бетон все же лучше подходит для этой цели:

• возможность выбора;
• прочность;
• сопротивление;
• простота;
• гибкость;
• хороший внешний вид;
• экологичность.

Выбирая бетон, у владельца участка есть возможность самостоятельно решить, какой тип конструкции будет использоваться.

Для этой цели одинаково хорошо подходят бетонные блоки, сборные панели ЖБИ, а также заливка бетонного растрова на месте. Этот материал настолько сильный, что способен выдержать тонны грунта и воды. С каждым годом готовая подпорная стенка только будет набирать свою прочность.

Такие стены долговечны и устойчивы к многократным циклам размораживания и замораживания, им не страшны агрессивные химические элементы и дорожные соли.

Бетонные стенки просты в создании, с их помощью можно легко делать кривые, углы и даже лестницы, тем самым разнообразя свой участок. Бетон можно отделать разными материалами, а в уходе он неприхотлив. Он не выделяет вредных веществ и доступен для строительства.

Есть несколько минусов, которые голосуют против использования бетона:

1. Во-первых, это необходимость тщательного планирования и дизайна, который сможет выполнить далеко не каждый владелец участка.
2. Во-вторых, это сложность работы, которую должны выполнять только квалифицированные мастера.
3. В-третьих, такие стены сложно поддаются демонтажу, а он может понадобиться, если возникнет желание переделать дизайн.

Расчет габионных подпорных стен

Габионные подпорные стены бывают двух основных типов:

• массивно-объемные стены — устойчивость обеспечивается за счет собственного веса подпорной стены;
• армогрунтовые стены — устойчивость обеспечивается весом грунта, который за счет армирующих панелей объединен в единый массив.

Массивно-объемные стены в целом рассчитываются как обычные железобетонные стены гравитационного типа. Основное отличие в том, что расчет внутренней прочности производится по-другому.

Армогрунтовые габионные подпорные стены работают по достаточно сложной схеме. Как указано в ОДМ 218.2.049-2015 «армирующие панели, создавая дополнительные связи между частицами грунта, вызывают перераспределение усилий, обеспечивая тем самым передачу напряжений с перегруженных зон и вовлекая в работу недогруженные».

Расчет армогрунтовых подпорных стен требует применения специальных методов и средств, как правило, используется численное моделирование.

Расчет габионных подпорных стен выполняют с учетом их двух ключевых особенностей:

1 – гибкость объемных сетчатых каркасов;

2 – проницаемый ячеистый тип конструкций.

Далее приведем две цитаты из ОДМ 218.2.049-2015:

«Гибкость сооружений из габионных конструкций позволяет им без разрушения следовать за деформациями, вызванными неравномерными осадками и размывом основания, температурными напряжениями, что исключает необходимость устройства температурно-осадочных швов. Гибкость габионных конструкций также улучшает работу всего сооружения в условиях действия динамических воздействий, в том числе и сейсмических».

«Проницаемость сооружений из габионных конструкций для грунтовых и паводковых вод обусловливается ручной укладкой каменного материала, при которой их пористость достигает 0,25-0,40. Данная особенность позволяет исключить возникновение гидростатических нагрузок и снизить затраты на устройство обратного фильтра».

Как сделать расчет?

Чтобы конструкция полностью выполняла свою функцию, на этапе планирования необходимо рассчитать ее размеры: толщину и другие показатели.

Есть требования СНиП, которых стоит придерживаться во время расчетов:

• 
  на 60 см стенка должна быть минимально заглублена в грунт;

• от высоты всей стены, ширина ее должна составлять в пределах 50-70 см для начала расчетов;
• стенка должна заглубляться в сторону возвышения на 12,5 см на каждый погонный метр;
• верхний срез для массивной стены должен быть не меньше 40 см.

По регламенту необходимо выбирать тип дренажа: продольный, поперечный или комбинированный. Например, если уровень перепадов высоты на местности составляет 130 см, то высота стенки по нормам должна быть около 2 метров с размерами на заглубление. При подсчетах также учитывают тип грунта, а именно значение его удельного сцепления.

Нагрузки и расчет давления

Расчет нагрузок на стену отталкивается от трех параметров
Один из важнейших показателей – коэффициент надежности конструкции. Он принимается в зависимости от группы состояний. При первой – соответствует данным указанным в специальной таблице, при второй – принимается как единица.

Нагрузки на возведенную конструкцию бывают:

1. Постоянные, в число которых входят вес непосредственно самой конструкции, грунта в засыпке, насыпного и в природном залегании, давление подземных вод, вес железнодорожного полотна и автомобильной магистрали или пешеходного тротуара.
2. Длительные – давление от размещенных на прилегающей территории и равномерно распределенных грузов или складируемых материалов, давление движущегося транспорта как автомобильного, так и железнодорожного.
3. Кратковременные – давление автотранспорта, гусеничной техники или автопогрузчиков.

   
   Схема подпорной стенки

Рассчитать насколько интенсивным будет активное горизонтальное давление можно, воспользовавшись формулой, при составлении которой приняты во внимание:

• собственный вес;
• глубина;
• учитывается коэффициент сцепления грунта по плоскости скольжения призмы обрушения под разными углами.

Так эквивалентная нагрузка рассчитывается по формуле

, где СК соответствует 2К, а К – класс нагрузки. Его значение условно принимается равным 14, но в некоторых случаях может быть снижено до 10.

, где ɑ – ширина полосы, Hб – толщина слоя под подошвой шпалы, созданного для баланса. Она равна 0,75 м, а если такая подошва не сооружена, то величина принимается как 0. Примерное описание расчетов смотрите в этом полезном видео:

В ходе выполнения расчета подпорных стен не учитывают горизонтальные и поперечные нагрузки, которые возникают на криволинейных участках пути от центробежных сил.

Материалы и инструменты для самостоятельного строительства

Когда расчеты проведены, можно приступать к подготовке материалов и инструментов.

Для самостоятельного строительства железобетонных стен понадобится:

• бетономешалка;
• деревянный брус;
• ведра;
• вода;
• гвозди;
• простой карандаш;
• керамзит;
• лопата;
• мастерок;
• рулетка;
• строительный уровень;
• цемент марки М200 или класса b

Также потребуется арматура для усиления стенок. Для создания опалубки под заливку пригодятся деревянные доски, которые необходимо будет расположить по периметру будущей подпорной стены и затем залить бетоном.

Керамзит используется для дренажа, но, если этот материал достать сложно, вместо него можно использовать щебень и гравий. Гвозди помогут надежно закрепить опалубку с досками, а если есть риск ее выгибания от бетона, то можно воспользоваться металлическими уголками.

Подпорная стена с контрфорсами

Контрфорсы нужны для массивных и уголковых подпорных стен при их высоте более 7 м (ориентировочно). Применение контрфорсов необходимо для снижения внутренних усилий. Кроме того, контрфорсы являются дополнительным элементом безопасности для монолитных уголковых подпорных стен. Выше было показано, что конструктивная безопасность таких стен во многом зависит от правильности исполнения узла сопряжения стены с фундаментной плитой. Наличие контрфорсов существенно повышает устойчивость к сдвигу в рабочем шве бетонирования. В необходимых случаях целесообразно использовать скрытые контрфорсы, чтобы обеспечить надежность консольной системы.

Контрфорсные подпорные стены, как правило, следует рассчитывать в пространственной 3D постановке. Альтернативой контрфорсам являются анкерными тягами.

Описание технологии заливки опорной конструкции своими руками пошагово

Технология создания подпорной стены начинается с рытья траншеи. Для этого можно заказать экскаватор или сделать все вручную с помощью лопат. Выравнивание траншеи происходит лопатами.

Армирование стен

Чтобы укрепить подпорную стену, когда она имеет большую толщину и высоту, используется армирование. Для этого применяют металлические прутья и стержни.
После слоя щебня или керамзита на дно траншеи укладывают армированную сетку или прутья – это придает фундаменту прочности.

Стержни располагают вертикально по всему контуру канавы. Толстые прутья устанавливают вертикально, потом к ним приваривают тонкую проволоку по горизонтали.

Получаются решетки, которые связываются перемычками толщиной, меньше толщины самой толстой арматуры в конструкции.

Создание опалубки

На следующем этапе создают опалубку. Для этого используют деревянные доски толщиной не менее 3 см. Чтобы соединить доски применяют деревянные бруски сечением 5х10 см.

Для фиксации опалубки используют металлические штыри: их забивают в землю с шагом не более 50 см. Опалубку начинают обустраивать с задней стенки, потом делают остальную часть конструкции.

Создание дренажа и другие действия

Дренаж делают из впитывающих влагу материалов. Для этого в подпорной стенке необходимо сделать отверстие диаметром 10 см и заложить туда полимерную трубку, которая будет отводить влагу.

Далее замешивают раствор в пропорциях:

• цемент 1 часть;
• песок 3 части;
• мелкий щебень 1 часть;
• вода 1 часть.

Бетон заливают после установки арматурного пояса по всей длине опалубки. Застывший бетон периодически смачивают водой, чтобы предотвратить растрескивание. На конечном этапе выполняют гидроизоляцию с помощью рубероида или толи.

Особенности технологии устройства на участке с уклоном

Если участок содержит уклон, то методика будет похожей, однако на этапе планирования придется озадачиться размерами и террасированием участка. Владельцу придется разделить местность на несколько горизонтальных зон, а также нанять технику для рытья траншеи под подпорные стенки.

Пологий уклон можно укрепить с помощью корней растений, но если уклон имеет хороший перепад высоты, то строительства бетонной стены не избежать.

Для опалубки лучше использовать ОСБ-плиты, так как придется максимально заглубить основание стены в грунт. Дренаж тоже должен быть эффективным: для его прокладки применяют полимерные или асбест-цементные трубы. Лучше делать поперечный дренаж с водоотводом.

Узлы монолитных уголковых подпорных стен

Конструктивная безопасность и надежность монолитных железобетонных уголковых подпорных стен в значительной степени зависит от правильности расчета и конструирования узла сопряжения стены с фундаментом.

Особенность этого узла заключается в следующем:

1) внутренние усилия в этом узле, а именно – изгибающий момент, поперечная сила, продольная сила, достигают своих максимальных значений, что можно увидеть из приведенных выше эпюр;

2) технология устройства монолитных уголковых подпорных стен, как правило, предполагает, что сначала возводят фундамент, затем стену, следовательно, возникает рабочий шов бетонирования.

Таким образом, в этом узле возникает очень опасная комбинация факторов: с одной стороны там максимальная поперечная сила, а с другой – там же мы устраиваем рабочий шов бетонирования.

Далее публикуем цитаты из следующей работы:

1. «Поскольку прочность адгезии нового бетона со старым – величина случайная и во внимание быть принята не может, бетон в шве на срез работать не в состоянии, и его несущая способность Qb тоже нулевая. В итоге, расчетная несущая способность сечения по шву при действии поперечной силы (Qu = Qb + Qsw) равна нулю».
2. «Фактически же поперечной силе в шве (сдвигу) сопротивление есть, и оказывает его продольная арматура, работающая как нагель – на срез и на изгиб».
3. «Существует еще один старый, но забытый конструктивный прием, применявшийся в 1920 – 1940-е годы при устройстве температурных швов в монолитных перекрытиях, а именно: выполнять шов не плоским, а ступенчатым. В нем из-за большей удаленности от шва ближайших хомутов нагельный эффект проявляется несколько слабее (хотя все равно присутствует), зато в восприятии поперечной силы участвуют выступы бетона, работающие как бетонные консоли».

Таким образом, прочность этого узла на сдвиг должна быть обеспечена или за счет нагельного эффекта, или за счет бетонных шпонок.

Российские нормативные документы в готовом виде не содержат методики расчета этого узла. Если поперечная сила воспринимается продольной арматурой – необходимо отталкиваться от методики СП 63.13330.2018 по расчету закладных деталей. Методика расчета бетонных шпонок также приведена в указанном своде правил.

Другой важный вопрос, связанный с этим узлом, заключается в анкеровке арматуры стены в фундаментной плите. Как правило, растянутый арматурный стержень анкеруют путем отгиба на 90° по дуге круга радиусом в свету не менее 10d(1 – L1/Lan) [где L1 — длина прямого участка у начала заделки]. Более подробно об это можно прочитать в «Пособии но проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101-2003)».

Из рисунка ниже можно увидеть важнейший момент – толщина плиты в месте заделки должна быть достаточна для надежной анкеровки продольной арматуры стены. В некоторых случаях целесообразно делать фундаментную плиту переменной толщины, с увеличением в сторону заделки.

Работа узлов уголковых подпорных стен достаточно подробно показана в этом исследовании – Detailing Aspects of the Reinforcement in Reinforced Concrete Structures. Retaining wall (case study).

В частности, в этой книге показаны реальные схемы разрушения уголковой подпорной стены в зависимости от различных вариантов армирования узла «стена – фундамент».

Также в работе показано, что добавление диагонального арматурного стержня (см. рис. e) значительно повышает эффективность работы узла.

Возможные сложности и ошибки

При несоблюдении технологий подпорные стенки могут разрушаться, если мастер допустит ошибку.

Наиболее распространенные проблемы:

• недостаточное заглубление основания;
• плохой дренаж;
• несоблюдение правил опирания стены на холм;
• слишком большая высота и большой вес стены;
• строительство на слабых грунтах с близким залеганием уровня вод.

В результате этих ошибок стенки могут обваливаться, покрываться трещинами, а также разрушаться в нижней части. Если нет достаточного опыта в строительстве и просчетах, то лучше пригласить бригаду специалистов.

Цена за работу по заливке

Итоговая стоимость заливки подпорной стенки из бетона варьируется согласно регионам России:

1. В Москве за такую работу попросят от 3500 рублей за погонный метр, при этом от 1500 рублей придется заплатить за обустройство фундамента стенки.
2. В Новосибирске за стенку до 100 см берут от 5500 рублей, при этом за копку траншеи возьмут еще 1500 рублей.
3. В Краснодаре за работу под ключ возьмут от 5940 рублей за погонный метр.