Дом на склоне: фундаменты и подпорные стены. Взгляд геотехника

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

В последнее время, особенно на склонах с углом откоса менее 15-20 градусов, все чаще рекомендуются к применению гравитационные сборные подпорные стены.
Преимущество этих стен очевидно, поскольку они удобны в монтаже, имеют уже готовую лицевую поверхность.
Однако их недостатком является слабая устойчивость к внешним нагрузкам.
Это касается как статических, так и сейсмических нагрузок.
Целью исследований являлось изучение устойчивости гравитационных стен при статическом и сейсмическом нагружении.

 

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЁТА ГРАВИТАЦИОННЫХ СБОРНЫХ ПОДПОРНЫХ СТЕН.
Проектирование подпорных стен часто требует решения таких же задач, которые возникают при проектировании фундаментов на естественном основании, насыпей и котлованов.
Хорошо известно, что для подпорных стен и составных удерживающих структур необходимо рассматривать следующие предельные состояния:

• разрушения, вызванные скольжением основания;
• разрушения, вызванные опрокидыванием;
• нарушение прочности на сжатие грунта, расположенного под подошвой.

Горизонтальное давление от собственного веса грунта при отсутствии дополнительного давления определяется по формуле:

 

Как видно из применяемой методики расчетов напряженное состояние определяется в зависимости только от φ.
Угол наклона предполагаемой призмы обрушения определяется в основном по условию (45°−φ/2)
При этом влияние георешетки практически не учтено.
Результаты, приведенные далее показывают, насколько меняются фактические поверхности скольжения при упрочнении грунтов засыпки геосинтетическим материалом типа георешетки.

Поскольку натурные испытания трудоемки и требуют специального оборудования, то проводились испытания моделей гравитационных и армированных георешетками подпорных стен.
Натурные размеры блоков, из которых выполняются стены, имеют размеры 600х900х500h.
Модели блоков выполнены на 3D принтере с размерами 60х90х50h.
Жесткостные параметры материала блоков, грунтов основания и обратной засыпки подобраны с использованием параметров физического подобия.
Модели подпорных стен, собраны из этих мини блоков и испытывались в специальном грунтовом лотке (рис. 1 и рис. 2) в лаборатории Казахской головной архитектурно-строительной академии.
Размеры лотка: длина 1200мм, высота 800мм, толщина 200мм.
В качестве грунта основания и обратной засыпки использован модельный грунта следующего состава: песок пылеватый, масло веретенное 5% и резиновая крошка 3% от объема. Материал моделирует работу суглинка.


Общий вид лотка для работы в статическом режиме нагружения.

 

Исследование устойчивости выполнено при возрастающей вертикальной нагрузке и гармонически меняющейся сейсмической нагрузке.
При испытании измерялись деформации грунта обратной засыпки.
Измерения проводились специальными порошковыми датчиками.
Датчики были установлены в грунте за прозрачной стенкой грунтового лотка.

Получено, что без сейсмики достаточной устойчивостью без усиления обладают только гравитационные стены высотой до 2,5 метра.
Устойчивость стен высотой более 2,5 метра обеспечивается только с дополнительным усилением массива слоями из геосинтетических материалов.
При этом характер разрушения при статическом нагружении и сейсмике различен.

 

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
Подпорные стенки, выполненные из сборных элементов, обладают ограниченной несущей способностью и устойчивостью.
Особенно стенки неустойчивы при высоте более 2,5 метра и при сейсмическом воздействии.
Устойчивость подпорных стен можно увеличить за счет упрочнения грунта обратной засыпки путем укладки трех и более слоев георешетки.
Материал георешетки должен обладать достаточными прочностными и деформационными свойствами, обеспечивающими требуемое упрочнение грунта.
Расчет устойчивости стен следует выполнять с учетом особенностей формирования деформированного состояния, которое отличается от классических представлений за счет включения в работу грунта обратной засыпки упрочняющих геосинтетических элементов.

 

И в качестве иллюстрации - видео того, как работают упрочняющие геосинтетические элементы.

 

Прошу порекомендовать конструктив подпорного сооружения для удержания песчаной подушки высотой 0.65-0.7м по двум сторонам, образующим угол на участке с диагональным уклоном 0.8м на 15м
Зы...прс 0.2-0.3, далее тугопластичный суглинок или мергель

 

@V109ый, хороший вопрос, сформулированный четко и по инженерному грамотно.
Более глубоко именно подпорные сооружения - рассматривал в теме
Как правильно выбрать вид и тип подпорного сооружения. Взгляд геотехника

Для описанных условий - приведу рекомендацию из этой темы. То есть - самым простым и расчетно-обоснованным будет применение металлических труб, расположенных с расчетным шагом и заглубленных в грунт на расчетную глубину. Грунт между трубами удерживается за счет забирки.
Забирка - для обозначенной высоты может быть самой разнообразной.

Вариантом этого же решения (гибкого подпорного сооружения) - будет применение не металлических труб, а деревянных стоек, и в качестве забирки - горизонтальных, деревянных же досок.
Очень распространено такое в Западной Европе, а также в Канаде.

В наших условиях - единственно что стоит добавить, так это проверку заглубленной трубы либо деревянной стойки, чтобы не вырвало морозным пучением.

 

Раз тема освещает строительство домов на склоне - стоит немного затронуть и такой вопрос, как защита склонов от эрозии.
Вокруг этого понятия сложилось множество заблуждений и недопониманий, чему в немалой степени способствуют различные фирмы и менеджеры, превозносящие свою продукцию до небес, и рекомендующие, к примеру, ту же георешетку как панацею от всех возможных "недугов" Вашего склона.

А вот мы подойдем к вопросу защиты склонов с сухим академическим методизмом.
Во первых, определимся с терминами. И в этом нам поможет
СП 425.1325800.2018 Инженерная защита территории от эрозионных процессов. Правила проектирования
Что такое эрозия - это смыв и размыв грунтов поверхностным стоком постоянных и временных водных потоков. Эрозию по форме проявления следует различать на капельную, плоскостную и линейную.

• капельная эрозия: Разрушение поверхностных грунтов под воздействием дождевых капель.
• плоскостная эрозия: Послойный смыв (размыв) пород рассредоточенным (рассеянным) водотоками.
• линейная эрозия: Размыв пород сосредоточенными водными потоками.

 

Также, говоря про эрозию, и ее разновидности, стоит упомянуть еще парочку ее типов:

• склоновая эрозия: Размыв и смыв грунтов водными потоками, стекающими по склону;
• оплывина: Перемещение в виде потока насыщенных водой до текучего состояния некоторых разновидностей песчано-глинистых пород нарушенной структуры (пылеватых песков и глин, лессовидных суглинков, лессов и т. п.), которые растекаются по площади (площадкам уступов) под углом 4°-6° и менее.

Строго говоря, к эрозии относится и выветривание, но его пока рассматривать не будем.

Зачем все это знать - да чтобы представлять своего "противника", так сказать, "в лицо", и понимать, как с ним бороться.
Все эти меры борьбы именуются красивым термином - "Инженерная защита территорий от эрозионных процессов".

И внимательные читатели уже поняли, кто же является основной движущей силой нашего "противника".
Это - вода.

 

И еще - сразу же стоит внести важное уточнение, чтобы в дальнейшем не было путаницы и недопонимания.
Когда говорят про защиту склонов от эрозии - имеют в виду НЕ подпорные стенки, а поверхность самого склона.
И тут снова стоит вернуться вот к этим пунктам:

1. Склон считается устойчивым, если его коэффициент устойчивости выше единицы.

2. Величина коэффициента устойчивости склона, приблизительно равная единице, соответствует состоянию предельного равновесия, наблюдающемуся в моменты начала и завершения оползневого смещения.

3. Значение коэффициента устойчивости меньше единицы – говорит о том, что склон неустойчив. Даже если в данный момент он по факту устойчив, то в любой момент может потерять устойчивость.

* Коэффициент устойчивости (запаса устойчивости) – это отношение суммы всех сил, удерживающих склон в равновесии, к сумме всех сдвигающих сил, стремящихся вывести его из равновесия.

Резюмируя - укрепляем поверхность Вашего склона только тогда, когда рассчитали его устойчивость, и коэффициент устойчивости Вашего склона - выше единицы, см. п1.
Если в ходе расчетов пришли к значениям, описанным в п. 2. и п. 3 - сначала решаем вопрос обеспечения устойчивости склона.

 

Итак, ясность есть в том, что, как модно сейчас говорить - "драйвером" эрозионных процессов служит вода (выветривание пока не рассматриваем).

Откуда эта вода, а правильнее говорить - водотоки - берется?
Причинами возникновения временных водотоков являются:
- атмосферные осадки (дожди, ливни);
- таяние снегов;
- воды орошения;
- грунтовые воды (выходящие на дневную поверхность);
- сточные воды;
- иные факторы.
Из климатических особенностей наибольшее влияние на проявление эрозии оказывают атмосферные осадки. И чем эти осадки обильней и длительней - тем выше степень развития процессов эрозии.

 

Логично, что чем быстрее бежит вода, чем мощнее водоток - тем серьезней последствия, а именно скорость разрушения и сноса поверхностных грунтов водными потоками.
И понятно, что чем круче склон, и чем этот склон длиннее - тем больше поток воды сможет "разогнаться".

 

Ну и также логично - что "лысый" склон, и склон, густо покрытый растительностью разного рода - будут по разному противостоять эрозии. Иными словами - наличие растительного покрова влияет на скорость эрозии.
Основным инструментом противоэрозионной стойкости является корневая система растений, которая скрепляет структурные элементы грунтов. Наличие корневых систем увеличивает пористость и фильтрационную способность грунтов.
Ну и конечно же, противоэрозионная стойкость склона будет зависеть еще и от грунтов этого склона, точнее, от их свойств:
- гранулометрический состав и структура;
- фильтрация;
- пористость;
- влажность.

Собственно, теперь, узнав исходные данные о "противнике" - можно разрабатывать планы противодействия, то есть - выбирать (и комбинировать) те мероприятия и противоэрозионные сооружения, которые будут наиболее подходящи именно к Вашему случаю и будут наиболее экономически обоснованы в конкретной задаче.

 

Если провести некую систематизацию всей темы, то можно вывести алгоритм тех действий, которые предстоит сделать счастливому обладателю участка на склоне.

1. Определиться с местом будущего дома относительно склона - исходя из архитектурного проекта, эскиза, собственных предпочтений, местных особенностей, прочих факторов, которые могут быть важны.
2. Оценить риск строительства на склоне и в зоне его влияния, который заключается в потере его устойчивости, для этого выполнить:
- инженерно-геологические изыскания;
- геотехническое обоснование проекта.
3. Выполнить проектирование - фундамента, основания, подпорных стен, решений по водоотведению, дренажам - по всему комплексу вопросов, связанных с грунтами и водой.
Понятно, что этот пункт один из самых важных и ответственных. И - он стоит денег, иногда значительных.
Этот пункт требует времени, и требует внимательного подхода к выбору специалиста/специалистов.
Вот именно в этом пункте - стоит выкладывать на форуме свои вопросы к специалистам разных разделов, сопровождая их имеющимися данными о грунтах, о рельефе, о воде и пр.
Вот именно здесь можно получить и независимый анализ, и экспертную оценку, получить действительно обоснованные советы от профессионалов.
И как раз на этом пункте - можно и собственно выбрать специалиста, ориентируясь на грамотность, адекватность и умение внятно ответить на любой вопрос по своему направлению.