Будова підпірних стін та їх зведення

Інженерна споруда для утримання масиву ґрунту від сповзання та обвалення на крутих схилах, відкосах, западинах, пагорбах, ярах та інших ухили рельєфу, – підпірна стіна є популярною конструкцією як при будівництві гаража на похилій поверхні, так і при террасировании земельної ділянки. Тому тим, хто планує будівництво гаража в умовах, коли кут нахилу площини складає більш 80, необхідно вивчити, що таке підпірні стіни, як вони проектуються та облаштовуються, а також врахувати можливості зонування простору і варіанти прикраси ландшафту за допомогою захисного «бастіону».

Підпірні стіни та їх різновиди

В широкому понятті конструкція підпірних стін служить не тільки для вирішення технічних завдань, але й для реалізації художньо-декоративних функцій. Оскільки інженерна споруда є складовою частиною ландшафту, то захисна конструкція може служити для організації простору і є важливим архітектурно-планувальним елементом дизайну ділянки. Всі види інженерних споруд, в залежності від призначення, поділяються на 2 групи:

1. Укріплювальні призначені для запобігання сповзання і обвалення грунту і дозволяють вирішити інженерно-технічні завдання. Пристрій підпірних стін у вигляді захисного «бастіону» виконується на рухомих і слабких грунтах з використанням методу формування штучних терас. Укріплювальні інженерні споруди підійдуть навіть для ділянок з малою крутістю схилу (3-8%) і використовуються як при зведенні гаража, так і малих архітектурних форм або елементів садово-паркового ландшафту.
2. Декоративна підпірна стіна є архітектурно-художнім елементом ландшафтного дизайну і може влаштовуватися як на ділянках з невеликим ухилом, так і на крутих схилах або рівних ділянках. При облаштуванні такої стіни головне – правильно використовувати природний рельєф місцевості.

Популярна область застосування декоративних стін – улаштування дитячих, спортивних, видових майданчиків і паркових доріжок. Укріплювальні влаштовуються там, де необхідно попередити утворення зсувів (берег озера, річки, ставу), поруч з ярами або в умовах, коли грунт постійно сповзає при таненні снігу або після невеликого дощу. На практиці проектування підпірних стін будь-якого виду обов’язково на всіх ділянках з ухилом від 8%. Класифікація інженерних споруд виконується за кількома ознаками:

1. За схемою роботи:
   • контрфорсна консольна підпірна стіна;
   • склепінчаста;
   • стрічкова.
   • верхові;
   • низові.
   • пов’язані із спорудами;
   • стоять окремо;
   • гідротехнічні;
   • не піддаються тиску води.
   • монолітні з окремих ланок у формі уголкового профілю, бутобетону, армованого бетону;
   • збірні з цегли, каменю, дерева, інших будматеріалів.
   • масивні (блочні, монолітні);
   • полумассивные;
   • тонкоэлементные (кутові анкерні, консольні і контрфорсні).

2. За розташуванням

3. За характером роботи

4. По матеріалу:
   • габионные;
   • залізобетонні;
   • бутобетоні;
   • готові заводські підпірні стіни з бетону;
   • бутові;
   • дерев’яні;
   • цегляні;
   • металеві.

5. За способом зведення

6. За принципом роботи

Масивні підпірні стіни  зводять, в основному, з бута, бетону і цегли. Стійкість споруди на перекидання і зсув забезпечується вагою конструкції. Оптимальна товщина масивної підпірної стіни залежить від типу грунту і висоти інженерної споруди і проектується за принципом: чим м’якше грунт і вище споруда, тим ширше захисний «бастіон». Стійкість полумассивных стін забезпечується і вагою грунту, і власною вагою. Класичний варіант полумассивной стіни – споруда з армованого бетону.

Пристрій тонких підпірних стін у більшості випадків – це конструкції з залізобетонних плит, пов’язаних між собою. Стійкість інженерної споруди забезпечується, в основному, вагою ґрунту і лише незначною мірою – власною вагою. При виборі тонкої стіни необхідно врахувати, що якщо товщина підпори із залізобетону становить 10 см, то рекомендується вибрати особливу конструкцію: подовжену частина направити в сторону насипу, а наземну жорстко зафіксувати в підземній частині.

Конструктивні елементи підпірної стіни

Всі інженерні споруди, незалежно від призначення конструкції і матеріалу, що складаються з однакових конструктивних елементів. Тому самостійне проектування підпірних стін і стін підвалів виконується за принципом створення загального «кістяка», а тип конструкції підбирається з урахуванням різного ступеня впливу постійних сил, які намагаються перекинути і зрушити опору:

• тиск ґрунту засипки;
• власний вага;
• сили зчеплення або тертя;
• навантаження від розташованих на стіні мас.

Ідеальний варіант вибору типу споруди та матеріалів – конкретні конструкції з деталізацією елементів, виконані фахівцями. Бюджетний – самостійне проектування підпірних стін і стін підвалів з визначенням типу конструкції та геометричних розмірів: ширини, висоти, довжини, кількості стінок. Для самостійного планування необхідно розрахувати основні конструктивні елементи:

• тіло у вигляді наземної частини, яка сприймає тиск грунту;
• дренаж та водовідведення забезпечують довговічність і міцність конструкції;
• фундамент у вигляді підземної частини, яка компенсує тиск грунту.

Внутрішня сторона наземної частини стикається з грунтом, а відкрита лицьова може бути різної форми (косою, рівної) в залежності від естетичних завдань. Популярні варіанти декору лицьової частини – штучний, натуральний камінь, облицювальна цегла, граніт, плитка, декоративні бетонні блоки, дерев’яний брус. Тим, хто планує підкреслити респектабельність і створити ексклюзивний декор, підійде мармурова плитка.

Особливості проектування

При проектуванні інженерного споруди необхідно врахувати, що тиск ґрунту на підпірну стіну при вимиванні, усадки, неоднорідної густини засипки може призвести до навалу конструкції на грунт, особливо при зведенні високих стін. Крім того, всі сили, що постійно впливають на спорудження, умовно розділені на «друзів», які допомагають утримувати грунт і забезпечують стійкість, і «ворогів», які намагаються зрушити конструкцію.

До «друзів» відносяться сили навантаження від мас, що знаходяться в стіні, тиску ґрунту на фундамент і стінку, власної ваги, зчеплення та тертя. До «ворогів» — сила тиску ґрунту засипки, що знаходиться за стінкою. Крім того, перед тим як зробити підпірну стіну обов’язково врахувати рівень промерзання грунту і грунтових вод (УГВ). Сприятливими геологічними умовами є:

• низький УГВ 1-1,5 м;
• рівень промерзання не нижче 1,5 м.

Для створення стійкого інженерної споруди обов’язково врахувати тип ґрунту і виконувати розрахунок глибини фундаменту підпірної стіни за принципом: чим нестійкіше і м’якше грунт, тим глибше закладення основи. При самостійному розрахунку можна врахувати приклади, прийняті в будівельній практиці, в вигляді співвідношення глибини основи до висоти споруди:

• ¹/₄ для глинистого щільного грунту;
• ¹/₃ грунти середньої пухкості;
• ¹/₂ для пухкого і м’якого грунту.

При розрахунку наземної частини необхідно врахувати, що оптимальна висота становить 1,4 м, а для зведення більш високої монолітної конструкції підпірної стіни бажано залучити фахівців. Пов’язано це з тим, що до масивних споруд заввишки більше 1,4 м не підійде стандартний алгоритм розрахунків. Тому займатися розрахунком конструкції високих підпірних стін з використанням популярних програм фахівці не рекомендують, так як потрібне виконання складної деталізації елементів.

При виборі типу конструкції (за принципом роботи) необхідно пам’ятати, що тонкі споруди з-за невеликої товщини не можуть надійно протистояти натиску грунту. Універсальний варіант – врівноваження сил при виборі консольних конструкцій, де подовжена частина направляється в сторону насипу і працює, як противага. Залежно від способу кріплення, консольні конструкції класифікуються на декілька видів:

• анкерна консольна підпірна стіна із з’єднанням плит клинкової або шарнірним способом (анкерні зв’язку);
• контрфорсна з наземної, фундаментної плит і контрфорс, який приймає частину тиску грунту на стіну;
• кутові консольна підпірна стіна з 2-х плит, які жорстко з’єднані між собою. Популярний прийом з’єднання підземної і наземної частин збірних стін – петельний або за допомогою виїмки. При виборі монолітного споруди обов’язково виконати розрахунок армування підпірних стін і забезпечити тісний зв’язок перпендикулярних плит.

Перевага масивних споруд – надійність, так як тиск ґрунту «гаситься» за рахунок ваги конструкції. Однак підпірні стіни з бетону бажано армувати, а процес зведення споруди буде трудомістким і тривалим. Хоча можна скористатися додатковими способами зміцнення масивної стіни:

1. 1. зробити внутрішню поверхню нерівній;
   2. сформувати виступи;
   3. при зведенні зовнішньої поверхні передбачити нахил у напрямку схилу.

Для використання такої методики необхідно визначити кут природного укосу (j) і розрахувати нахил, скориставшись формулою: F=450-^j/₂. Якщо виконується проектування підпірних стін з цегли, то для додаткового зміцнення споруди кладку внутрішньої поверхні випинають всередину. Універсальним рішенням для самобуду є використання УПС – уніфікованих стінових панелей. В такому випадку необхідно запроектувати частина фундаментної плити з бетону, використовувати для верхньої арматури зварне з’єднання, а для нижньої – стиковку внапуск.

Особливості вибору матеріалів

Лідер популярності при зведенні гаража – бетон – окремі блоки, готові модулі або вилиті самостійно. Перевага матеріалу – тяжкість і міцність, що забезпечує високу стійкість інженерної споруди. Однак з естетичної точки зору одноманітна бетонна поверхня не прикрашає ландшафт. Тому для того, щоб гармонійно вписати споруду в існуючий стиль, необхідно передбачити декоративну обробку, або вибрати інші будматеріали для влаштування підпірних стін:

1. Бутобетон підійде для місцевості, багатої на плоский камінь. Для влаштування захисної споруди рекомендується використовувати матеріал, відповідний по міцності М150. Основна перевага бутобетону – відсутність трудомісткого процесу армування при високій стійкості конструкції протиборчим силам. Єдина незручність – необхідність правильно вибрати матеріал (ширина каменю=¹/₃ ширини конструкції) і вивчити особливості зведення споруд з бутобетону. Головна умова якісної кладки – залишати 3 см зазору по краях стіни і обмежити завширшки 0,6 м;                                                                                                                                                 
2. Кам’яна кладка підпірних стін – самий гарний варіант споруди, але пов’язаний з трудомістким способом зведення, так як потрібно припасування виробів під робочі розміри. Кращі породи – кварцит, базальт, інші твердих сортів. Головна умова кам’яної кладки – дотримуватися перев’язку кутових елементів в межах 15 см, рядів – від 10 см, а також врахувати, що, як і при виборі бутобетону, ширина підпірної стіни з каменю рекомендується в межах 0,6 м;                                                                                                                                                        
3. Цегла – дороге рішення для будівництва підпірної стінки гаража, при виборі якого необхідно вивчити вид кладки підпірних стін і схеми. Перевага популярного матеріалу – наявність повної розшифровки схем кладки, кількості рядів та витрати матеріалу практично під будь-яку висоту. Тому для будівництва споруди з ефектною фактурою цегляної кладки потрібно тільки акуратність в роботі і точне дотримання рекомендацій;                                                             
4. Будівництво підпірних стін з дерева гармонійно доповнить будь-який ландшафт, але для вологого клімату є найбільш слабким захистом на 1-2 сезону. Основна перевага дерев’яної підпірної стіни – простий і швидкий монтаж відноситься тільки до зведення конструкції з колод однакового перерізу. В такому разі доведеться обробити гарячим бітумом наконечники, вкопати колоди на потрібну глибину щільним рядом і з’єднати всі вертикальні елементи дротом або цвяхами. Після монтажу дерев’яного «щита» необхідно зацементувати основу. Якщо планується горизонтальна кладка колод, то від виконавця потрібні певні навички тесляра для пристрою пазів, які забезпечать щільне з’єднання окремих елементів.

Універсальним рішенням для зміцнення укосів і схилів є влаштування габіонних стін як альтернатива дорогим залізобетонних і бетонних конструкцій. Дротові контейнери можна встановити без фундаменту і заповнити галькою, гравієм або щебенем. Основна перевага габіону – гармонійне доповнення ландшафту, якщо засіяти стінку дикорослими рослинами, збільшення міцнісних властивостей в процесі експлуатації і відсутність деформацій споруди при просіданні грунту.

Підпірна стіна з бетону

Оптимальний варіант будівництва вертикальних підпірних стін своїми руками – монолітна конструкція, коли тіло і фундамент виконуються за класичною технологією з використанням опалубки. Для прискорення процесу будівництва можна вибрати готові модулі і встановити на вибране місце, хоча такий варіант дорожчий за рахунок оренди вантажопідйомної техніки і вартості доставки заводських виробів.

При виборі популярного матеріалу обов’язково виконати армування підпірних стін з бетону з урахуванням небезпечних точок напруги:

• лінія з’єднання тіла і фундаменту;
• верх фундаменту.

У точках напруги обов’язково збільшити щільність каркаса і правильно зміцнити конструкцію. Головна умова правильного армування – протистояти згину. Для цього необхідно розмістити головну арматуру у вертикальній площині, а поперечні прути – строго перпендикулярно основним. Крім того, важливо дотримуватися крок арматури в залежності від товщини стіни:

• до 25 см при товщині від 25 см;
• до 15 см при товщині 15-25 см;
• 25 см-для поперечних прутів.

Для створення оригінальної споруди, яка не тільки забезпечить реалізацію технічних завдань, але й прикрасить ландшафт, можна запроектувати різні форми стін. Найпростіші – і правильні: трапецієвидна, овальна, інші. При реалізації складних дизайнерських рішень використовуються довільні форми дуги, хвилі і ламані лінії. Крім того, важливим етапом робіт з влаштування бетонної споруди є пристрій закритої дренажної системи, яка захистить матеріал від руйнівного впливу вологи.