КОНСТРУКТИВНЫЙ БЛОК ДЛЯ ПОДПОРНОЙ СТЕНКИ И ПОДПОРНАЯ СТЕНКА

Полезная модель относится к строительству и может найти применение при сооружении подпорных стен, используемых при укреплении откосов на участках со значительным перепадом высоты, а именно, на крутых склонах, в оврагах или выемках, при укреплении насыпей, а также при формировании ограждений проезжей части дорог, въездов в туннели в различных грунтовых и сейсмических условиях.
Известен конструктивный блок для сооружения подпорной стенки [пат. США №7185470, опубл. 6.03.2007 г.], включающий тело блока со сквозной центральной полостью, проходящей вертикально и ограничивающей переднюю, заднюю и боковые стенки, причем боковые стенки блока сходятся от его передней части к задней, где снабжены внизу отходящими наружу стабилизирующими выступами. В верхней части боковых стенок выполнены клиновидные выемки, обращенные широкой частью к передней поверхности блока, при этом на нижней стороне боковых стенок выполнены клинья, обращенные утолщенной частью к упомянутой передней поверхности таким образом, что при установке блоков один на другой верхний ряд блоков оказывается смещенным от передней поверхности нижнего ряда на определенное расстояние назад. Недостатком известного блока является недостаточно высокая эксплуатационная надежность сооружаемой из таких блоков подпорной стенки при сейсмических воздействиях и подвижках грунта, например, при его разжижении, что обусловлено жесткостью подпорной стенки, которая связана с ограниченной относительной подвижностью связанных между собой блоков, а также недостаточным сцеплением стенки с грунтом ограждаемого откоса.
Известна подпорная стенка [пат. США №6821058, опубл. 23.11.2004 г.], представляющая собой систему связанных между собой пустотелых блоков, каждый из которых имеет головную часть, включающую переднюю поверхность, и заднюю часть с задней поверхностью, а также первый и второй перешейки, ограничивающие полость между головной и задней частями, прилегающую к задней части, при этом головная часть имеет, по крайней мере,
одну полость между перегородкой и боковой поверхностью блока, несколько соединительных вставок, состоящих из двух боковых сегментов и одного снабженного выступающим штифтом соединительного сегмента и выполненных таким образом, что при сооружении подпорной стенки боковые сегменты вставки охватывают перегородку соседнего блока. При сооружении стенки для повышения устойчивости полость блока заполняют инертным материалом, обычно щебнем. Недостатком известной подпорной стенки является ее недостаточная устойчивость в сложных грунтовых и сейсмических условиях, невысокое сопротивление сдвигающим нагрузкам, что обусловлено наличием монолитно скрепленных между собой блоков и сложных монтажных элементов, которые при смещении отдельных частей подпорной стенки не могут противостоять ее разрушению.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели являются конструктивный блок для сооружения подпорной стенки и подпорная стенка, описанные в патенте США №5505034, опубл. 9.04.1996 г. Известный конструктивный блок содержит тело в форме неправильного параллелепипеда с передней, задней, верхней, нижней и боковыми стенками и центральной сквозной внутренней полостью, при этом его задняя стенка может быть выполнена выступающей с обеих сторон за пределы боковых стенок в виде легко отделяемых выступов. На нижней поверхности известного блока вблизи его передней стенки выполнены соединительные элементы в виде выступов круглого сечения, размещенные таким образом, что при укладке блоков размещенными один на другом рядами указанные соединительные элементы каждого блока вышележащего ряда выступают в центральную внутреннюю полость, по крайней мере, одного блока нижележащего ряда, и определяют его связь с соседними блоками и горизонтальное смещение назад вышележащего ряда блоков относительно нижележащего ряда. При сооружении подпорной стенки внутренняя полость конструктивного блока может быть заполнена сыпучим наполнителем, преимущественно грунтом либо гравием.
Недостатком известной подпорной стенки является ее недостаточно высокая эксплуатационная надежность в сложных сейсмических и грунтовых условиях, связанная с недостаточно высокой устойчивостью по отношению к
сдвигающим нагрузкам и обусловленная ограниченной относительной подвижностью соединяемых между собой конструктивных блоков, а также недостаточным сцеплением подпорной стенки с грунтом ограждаемого откоса.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение эксплуатационной надежности подпорной стенки при ее эксплуатации в сложных сейсмических и грунтовых условиях за счет повышения относительной подвижности составляющих подпорную стенку блоков, которая обеспечивается формой и деталями выполнения блоков, а также за счет повышения сцепления подпорной стенки с грунтом ограждаемого откоса.
Поставленная задача решается конструктивным блоком для подпорной стенки, содержащим тело в форме параллелепипеда с передней, задней и боковыми стенками и центральной сквозной внутренней полостью, задняя стенка которого выполнена выступающей с обеих сторон за пределы боковых стенок, у которого, в отличие от известного, передняя стенка выполнена выступающей с обеих сторон за пределы боковых стенок, при этом высота передней стенки превышает высоту задней стенки, боковые стенки выполнены уступчатыми, причем часть боковой стенки, примыкающая к задней стенке, равна по высоте последней, высота остальной части боковой стенки является промежуточной между высотой задней и передней стенок, при этом боковая стенка смыкается с передней клиновидным уступом.
Поставленная задача наилучшим образом решается конструктивным блоком, длина передней стенки которого превышает длину его задней стенки.
Поставленная задача наилучшим образом решается конструктивным блоком, высота передней стенки превышает высоту его задней стенки не более чем в два раза.
Поставленная задача также наилучшим образом решается конструктивным блоком, у которого часть боковой стенки, равная по высоте задней стенке, составляет не менее двух третей общей длины боковой стенки.
Вдобавок, поставленная задача наилучшим образом решается конструктивным блоком для подпорной стенки, выполненным из железобетона.
В оптимальном варианте выполнения конструктивного блока он снабжен декоративной облицовкой, образованной в процессе формования одновременно
с блоком либо нанесенной путем дополнительного формования из бетонной смеси другого состава.
Поставленная задача решается также подпорной стенкой, выполненной из полых конструктивных блоков, размещаемых расположенными один на другом рядами, вышележащий из которых горизонтально смещен назад относительно нижележащего, при этом внутренняя полость конструктивных блоков заполнена сыпучим наполнителем, в которой, в отличие от известного технического решения, величина минимального горизонтального смещения между верхним и нижележащим рядами блоков ограничена длиной основания клиновидного уступа конструктивного блока, при этом в качестве сыпучего наполнителя внутренней полости конструктивного блока использован однородный щебень.
Предлагаемый конструктивный блок для подпорной стенки наглядно представлен на чертежах, где на фиг.1 показан его вид в перспективе, на фиг.2 - вид сбоку, на фиг.3 - вид сверху.
Конструктивный блок выполнен в форме прямого параллелепипеда, образованного передней 1, задней 2 и боковыми 3 стенками, которые ограничивают центральную сквозную полость, при этом высота передней стенки превышает высоту задней стенки не более чем в два раза, а боковые стенки выполнены уступчатыми. Участок боковой стенки, примыкающий к задней стенке и составляющий около двух третей ее общей длины, равен по высоте задней стенке 2. Примыкающий к передней стенке 1 участок 4 боковой стенки 3 превышает по высоте заднюю стенку 2, но ниже передней стенки 1, при этом он смыкается с передней стенкой 1 клиновидным уступом 5. Передняя стенка 1 и задняя стенка 2 выступают с обеих сторон за пределы боковых стенок 3, преимущественно, симметрично, придавая конструктивному блоку дополнительную устойчивость, при этом величина выступов задней стенки уступает величине выступов передней стенки.
Предлагаемый конструктивный блок благодаря форме и деталям своего выполнения обеспечивает возможность сооружения устойчивой подпорной стенки без использования соединительных элементов, при этом отдельные блоки подпорной стенки не связаны жестко друг с другом как по вертикали, так и по горизонтали, что исключает концентрацию большой нагрузки (напряжения) в
отдельных местах конструкции. Подпорная стенка из таких блоков обладает устойчивостью и одновременно гибкостью: она может следовать за деформациями укрепляемого откоса, при смещении грунта, в частности, при его разжижении, при землетрясении.
Конструктивный блок выполнен из железобетона, при этом его передняя стенка может быть снабжена декоративной облицовкой (панелью) 6, обеспечивающей желательный внешний дизайн подпорной стенки. Декоративную облицовку получают в процессе формования одновременно с блоком либо наносят путем дополнительного формования из бетонной смеси другого состава, по желанию дополнительно включающей пигмент. В случае необходимости декоративная облицовка может быть дополнительно укреплена в зависимости от условий эксплуатации, связанных с выветриванием, износом, загазованностью среды, наличием кислотных дождей и т.п., а также может быть выполнена из пористого бетона, обеспечивающего эффект звукопоглощения.
Предлагаемые конструктивные блоки, представляющие собой выполненные из железобетона пустотелые короба без дна, сравнительно легки, при этом для их установки не требуется специальной строительной техники и высоких технологий.
Подпорная стенка из предлагаемых конструктивных блоков схематически показана на фиг.4.
Подпорная стенка ступенчатой конструкции выполнена из размещаемых рядами конструктивных блоков 7. Вышележащий ряд конструктивных блоков горизонтально смещен назад относительно нижележащего, при этом величина минимального смещения определяется длиной основания клиновидного уступа 5, примыкающего к передней стенке 1 конструктивного блока 7. Величина максимального горизонтального смещения определяется величиной уклона укрепляемого участка и устанавливается таким образом, чтобы обеспечивалась достаточная связь между вышележащими и нижележащими конструктивными блоками и устойчивость подпорной стенки в целом.
Возможен вариант осуществления подпорной стенки, в которой каждый конструктивный блок вышележащего ряда опирается на два блока нижележащего ряда («шахматное» расположение конструктивных блоков).
Внутренняя полость конструктивных блоков 7 подпорной стенки содержит сыпучий наполнитель 8, в качестве которого использован щебень, который обладает коэффициентом трения, обеспечивающим всей конструкции достаточное сопротивление трения (сопротивление сдвигающей силе). При этом установлено, что достаточное сопротивление трения обеспечивается только при использовании стандартного щебня однородного состава, не включающего мелких фракций.
Максимальное горизонтальное смещение вышележащего ряда блоков относительно нижележащего с учетом наличия сыпучего наполнителя устанавливают таким образом, чтобы сыпучий наполнитель, образуя единую массу по всей высоте подпорной стенки, вносил оптимальный вклад в обеспечение связи между блоками, формирующими подпорную стенку, и повышал ее устойчивость.
При сооружении подпорной стенки после засыпки щебня в железобетонные короба конструктивных блоков его уплотняют, а затем устанавливают следующий ряд конструктивных блоков, который может не соприкасаться непосредственно с установленными ниже блоками, а опираться на слой уплотненного щебня. Для предотвращения высыпания щебня из железобетонных коробов используют листовой материал для заполнения стыков между ними.
Кроме того, использование стандартного щебня однородного состава необходимо при возведении фундамента для подпорной стенки (за исключением случаев, когда стенка возводится на скальном грунте), а также для засыпки между грунтом укрепляемого откоса и самой подпорной стенкой.
Щебеночная засыпка, заполняющая пустотелые конструктивные блоки (железобетонные короба), промежуток между конструктивными блоками и грунтом откоса, а также используемая для возведения фундамента, позволяет рассматривать предлагаемую стенку как взаимосвязанную систему, представляющую собой единое целое, т.е. она обеспечивает целостность конструкции, а также повышает ее сцепление с грунтом укрепляемого откоса.
Таким образом, предлагаемая подпорная стенка, представляющая собой ступенчатую нежесткую конструкцию из железобетонных коробов, заполненных
однородным щебнем, обладает устойчивостью и одновременно гибкостью, которые позволяют компенсировать рыхлость и смещение грунта, а также обеспечивают ее высокую сейсмоустойчивость. Концентрация напряжений, вызванная смещением грунта, вызывает относительное смещение отдельных блоков опорной стенки, но не приводит к появлению трещин или повреждений самих блоков, а также не нарушает целостность всей конструкции.
Форма и детали выполнения, включая соотношение размеров, предлагаемого конструктивного блока обеспечивают такую структуру подпорной стенки, благодаря которой подпорная стенка может быть возведена на продольных склонах и вдоль извилистых линий, причем без использования дополнительных конструктивных элементов. При этом разница в длине передней и задней стенок предлагаемого конструктивного блока дает возможность возведения выгнутых подпорных стенок радиусом до 20 метров (и более) с использованием блоков одного типа, в отличие от прототипа, фактически требующего использования блоков двух различных типов для возведения прямолинейных и выгнутых подпорных стенок. Для этого боковые выступы задней стенки у блока-прототипа выполнены с возможностью их отламывания по заранее намеченной линии, что усложняет его использование и ведет к излишнему расходу материала.
Для предлагаемой выгнутой подпорной стенки возможно создание изгибов, повторяющих естественные изгибы укрепляемых откосов, причем изгибы подпорной стенки, достигающие прямого угла, могут быть выполнены с использованием только предлагаемых конструктивных блоков путем их соответствующего переворачивания.
Путем регулирования величины горизонтального смещения вышележащего ряда конструктивных блоков относительно нижележащего предлагаемая подпорная стенка может быть с успехом использована для укрепления откосов с переменным уклоном, так называемых, «покатых», у которых по мере увеличения высоты уклон становится более крутым.
Таким образом, за счет повышения относительной подвижности составляющих ее конструктивных блоков и улучшения сцепления с грунтом ограждаемого откоса предлагаемая подпорная стенка, выполненная из
предлагаемых конструктивных блоков, способна надежно противостоять воздействию внешних сил, в частности, давлению грунта при его смещении, например, вследствие разжижения либо при землетрясении, и проявляет высокую эксплуатационную надежность в сложных сейсмических и грунтовых условиях, что является техническим результатом полезной модели.
Дополнительным преимуществом полезной модели является то, что предлагаемый конструктивный блок обеспечивает возможность возведения подпорных стенок криволинейной конфигурации без использования каких-либо дополнительных конструктивных элементов.
Кроме того, предлагаемая ступенчатая подпорная стенка обеспечивает возможность высадки растений в открытые передние уступы, снабженные содержащими почву емкостями, а также создания условий для естественного распространения на уступах местных растений, что является дополнительным преимуществом с эстетической и экологической точек зрения.
Также важной с экологической точки зрения является возможность обеспечения с помощью предлагаемой подпорной стенки «экологических троп» для перемещения диких животных, позволяющих избежать столкновения животных с транспортными средствами.
Также к дополнительным преимуществам предлагаемой подпорной стенки относится то, что работа по ее сооружению является безопасной вследствие полного отсутствия риска заваливания конструкции.