О контрфорсах как элементах подпорных сооружений. Взгляд геотехника

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

В данной теме речь пойдет о контрфорсах как элементах подпорных сооружений, с точки зрения проектировщика этих самых подпорных сооружений.
Очень часто самостоятельные застройщики, а нередко и строительные бригады – применяют этот элемент подпорных стен в тех случаях, где его применение совершенно неоправданно и не нужно. Более того, некоторые недобросовестные производители работ начинают убеждать частного застройщика в необходимости контрфорсов даже на очень невысоких стенках, раздувая таким образом итоговую смету на работы и материалы.
Здесь, на форуме, также в рассказах о самостоятельно возведенных подпорных стенах, в большинстве своем монолитных, авторы с гордостью указывают, что вот мол, запилили контрфорсы...и значит, все...на века.

Хотя при этом, мало кто из частных самостройщиков может внятно объяснить – с какой стороны подпорной стенки должны располагаться эти самые контрфорсы, и с каким шагом их нужно возводить. В самостоятельном частном строительстве можно увидеть и контрфорсы с внешней стороны у стенки высотой 1 метр, и контрфорсы из блоков ФБС.
Или вот - два контрфорса, и все. Загадка, однако...

 

Термины и определения
КОНТРФОРС – это вертикальный выступ или дополнительная конструкция, усиливающие основную несущую конструкцию (преимущественно стену с наружной стороны) и воспринимающие главным образом горизонтальные усилия [Источник: Глава СНиП I-2 «Строительная терминология»].
Долгое время не существовало нормативного документа целиком и полностью посвященного вопросам проектирования подпорных сооружений. Ситуация изменилась с выходом свода правил СП 381.1325800.2018 «Сооружения подпорные. Правила проектирования». Замечу, что данный документ действует с 24 января 2019 года и содержит основные геотехнические требования, которые должны соблюдаться при проектировании, расчете, конструировании новых и реконструируемых подпорных сооружений.

В соответствии с обозначенным выше документом контрфорсы могут быть необходимы для подпорных сооружений массивного или уголкового типа. Причем степень их необходимости тем больше, чем больше высота конструкции.

 

Согласно пункту 6.3.3 СП 381.1325800.2018 «Массивные и уголковые подпорные стены, удерживающие перепад высот до 7 м, целесообразно проектировать консольно, без конструкций крепления. При большей высоте перепада для снижения внутренних усилий в конструкции подпорного сооружения целесообразно использовать анкерные тяги или контрфорсы».
То есть, имеем четкое указание действующего нормативного документа на размер перепада высот - до 7 метров.
Соответственно, в частной застройке - ну очень-очень редко встретишь перепад свыше 7-ми метров.

 

Но если уж случилось, что есть такой перепад, или даже больший, то:
-в отличие от подпорных стен без конструкций крепления, подпорные сооружения с анкерными тягами или контрфорсами рекомендуется рассчитывать исключительно в пространственной постановке и с учетом совместной работы с грунтовым массивом. В противном случае велики риски экономически нецелесообразных и/или даже ошибочных проектных решений, поскольку:
- расчеты в плоской постановке не позволяют учитывать пространственную работу таких подпорных сооружений;
- применение упрощенных методик расчета не позволяет учесть сложный характер взаимодействия подпорного сооружения с грунтовым массивом.

 

Иными словами, простым языком:
- чтобы сэкономить средства заказчика на монолите и на работах, нужно вовлекать в работу стенки грунт засыпки.
- чтобы четко понимать, как именно вовлечен в работу стенки грунт засыпки - нужно представлять это и в цифрах, и так сказать, "в объеме".

 

Расчет подпорного сооружения выполняется методом конечных элементов в специализированном геотехническом программном комплексе. Решается упругопластическая задача в нелинейной постановке. При этом рассматриваются следующие основные расчетные стадии:
- начальные напряжения;
- разработка котлована;
- устройство фундаментной подушки;
- устройство элементов подпорного сооружения (фундамента, стены, контрфорсов);
- обратная засыпка подпорной стены;
- загружение подпорного сооружения равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью 20 кПа.

Пример расчетной конечно-элементной модели монолитной железобетонной контрфорсной подпорной стены уголкового типа.

 

После выполнения расчета, не менее важной задачей является правильное конструирование подпорного сооружения, которое, помимо прочего, должно учитывать технологические процессы по возведению, в частности – наличие рабочих швов бетонирования.

Выполняя конструирование, следует особое внимание уделять узлу сопряжения лицевой стенки с фундаментной плитой. Любые ошибки, допущенные при проектировании и изготовлении данного узла, могут иметь фатальный характер! Поскольку конструкция работает как консоль, именно правильная работа этого узла в значительной степени является гарантом надежности и безопасности для всего подпорного сооружения. На рисунке показан пример правильного конструирования рассматриваемого узла.

 

Резюмируя, можно сказать:
- практически в абсолютном большинстве случаев возведения невысоких (до 7-ми метров высоты) уголковых монолитных стен – контрфорсы не нужны. Загружения полки обратной засыпкой вполне достаточно для надежной работы ПС.
- для значительной экономии средств на работах и материалах – целесообразнее выполнить предварительные геотехнические расчеты, благо сейчас такие расчеты вполне доступны по цене для частных застройщиков. Можно и сечения потоньше выбрать, сэкономив таким образом на столь дорогостоящих кубах бетона.
- кроме расчетов, крайне важно правильное конструирование подпорных стен.

 

Это пример того, как делать не нужно.

 

Ну и стоит ответить на тот самый распространенный вопрос относительно контрфорсов - с какой стороны стенки их ставят?

1. Нормативные документы НЕ регламентируют, с какой стороны необходимо устанавливать контрфорсы.
2. Выбор места установки контрфорсов определяется расчетом в пространственной постановке.
3. Для уголковых подпорных стен чаще всего контрфорсы расположены с внутренней стороны, что более эффективно.
4. Для массивных подпорных стен чаще всего контрфорсы расположены с внешней стороны.

 

А это один из примеров действительно необходимого применения и оптимального конструирования контрфорсов.

 

Продолжение и более широкое освещение затрагиваемых вопросов - в теме
Как правильно выбрать вид и тип подпорного сооружения. Взгляд геотехника