Силовые воздействия на подпорные стены

Давление, оказываемое грунтом засыпки на заднюю грань стены, может реализоваться в разных видах и значениях, в зависимости от конструктивных особенностей стены, от прочностных характеристик грунта засыпки и основания, от величины и направления перемещений стенки.

При отсутствии перемещения стенки в сторону от засыпки давление реализуется в виде давления покоя Е₀ (в таком случае грунт засыпки находится в условиях компрессионного напряженного состояния). Активное давление грунта Е_а (распор) реализуется при перемещении стенки в сторону от засыпки и соответствует минимальному значению давления грунта. Пассивное давление Е_п (отпор стены) реализуется при перемещениях стены в сторону засыпки соответствует максимальному значению давления грунта.

Изменение давления грунта в зависимости от перемещения стенки U представлено на рис. 4.

Рис. 4. Изменение давления грунта засыпки Е на подпорную стену в зависимости от ее перемещения U

Обычно в инженерных расчетах используют величину активного давления Е_а , которое реализуется при достаточно малых перемещениях стенки. В этом случае конструкция стены получается более экономичной, чем в расчетах с использованием давления покоя Е₀ . Под воздействием активного давления Е_а стена получает обычно небольшую величину перемещения от засыпки, которое не может, как правило, реализовать полную величину отпора Е_п. Для реализации полной величины Е_п потребуется такая величина перемещения (вследствие уплотняемости грунта), которая не может быть допущена в условиях нормальной эксплуатации стены.

Поэтому при проектировании подпорных стен для транспортного строительства допускается вводить в расчеты только треть реализованного отпора.

По подошве стены действует сила трения Т. Схема действия всех сил на стену приведена на рис. 5. Правила знаков для угла наклона задней грани стенки ε и для угла наклона засыпки α приведены в задании.

Теоретической базой расчетов подпорных стен служит гипотеза Ш. Кулона, основанная на следующих положениях:

1) в грунте засыпки при наступлении предельного состояния образуется призма обрушения АВД, ограниченная от остального грунта, находящегося в допредельном состоянии, плоской поверхностью скольжения (обрушения) АД (рис. 5);

Рис. 5. Схема действия сил на стену. Допущения Ш.Кулона

2) угол наклона плоскости обрушения АD должен быть таким, чтобы величина активного давления Е_а была максимальной;

3) реакция R со стороны грунта, находящегося в допредельном состоянии, отклонена от нормали к плоскости обрушения АD на угол внутреннего трения φ в сторону, противоположную движению призмы обрушения;

4) сила активного давления Е_а (реакция активного давления), действующая на заднюю грань стены АВ, отклоняется от нормали к ней на угол . Угол является углом трения грунта засыпки по материалу стенки.

Призма обрушения находится в равновесии под действием сил G (собственного веса) R и Е_{а .}

Расчет подпорной стены можно вести и другими методами, используя, например, решения теории предельного состояния сыпучей среды (численные методы) или графоаналитические методы. Метод Кулона, как наиболее простой, получил наибольшее распространение при проектировании подпорной стены.