Sc-oporowe

5/11/2018 Sc-oporowe - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/sc-oporowe 1/18

POMOCE DYDAKTYCZNE

WYBRANE ZAGADNIENIA PROJEKTOWANIA

ŚCIAN OPOROWYCH

Autor opracownia:

Dr inż. Adam Krasiński

Kierownik Katedry Geotechniki:

Prof. dr hab. inż. Bohdan Zadroga

Gdańsk, 2004



2

5. ŚCIANY OPOROWE

Ściany oporowe – są to konstrukcje, których głównym zadaniem jest podpieranie uskoków

naziomu gruntów rodzimych lub nasypowych, a głównym obciążeniem jest parcie podpieranego

gruntu.

Do konstrukcji oporowych zaliczamy:

1) Ściany lub mury oporowe

2) Ścianki szczelne i szczelinowe

3) Obudowy wykopów

ŚCIANY OPOROWE

Podział ścian oporowych

Ze względu na materiał:

- murowane (z cegły lub kamienia)

- betonowe

- ż elbetowe

Ze względu na konstrukcję i kształt przekroju poprzecznego:

- masywne (najczęściej murowane lub betonowe) – ściany tego typu utrzymują stateczność

(przejmują parcie gruntu) dzięki swojej dużej masie. Kształty: prostok ą tny, schodkowy, trapezowy,

złożony (rys. 5.1)

Rys. 5.1. Rodzaje kształtów ścian oporowych masywnych.

- półmasywne z elementami odciążają cymi (betonowe lub żelbetowe) – ściany tego typu

utrzymują stateczność częściowo dzięki masie, częściowo dzięki redukcji parcia gruntu przez

elementy odciążają ce. Konstrukcje: ściany z jednym lub dwoma wspornikami, ściany z płytą

odciążajacą (rys. 5.2).

B=(0.5÷0.7)H

H H n

≤ 2 . 5 m

B=(0.5÷0.7)H

H H n

≤ 4

m

B=(0.5÷0.7)H

H H n

≤ 4

m

B=(0.5÷0.7)H

H H n

≤ 4

m

B=(0.5÷0.7)H

H H n

≤ 4

m



3

Rys. 5.2. Rodzaje ścian oporowych półmasywnych z elementami odciążają cymi.

- lekkie (wyłą cznie żelbetowe) – ściany te zachowują stateczność dzięki ciężarowi gruntu

zalegają cego na wewnętrznej odsadzce fundamentowej. Konstrukcje: ściany płytowo-k ą towe,

ściany płytowo-żebrowe, płytowe z elementami kotwią cymi (rys. 5.3).

Rys. 5.3. Rodzaje ścian oporowych lekkich.

Zastosowanie ścian oporowych:

- podparcie tarasów pod zabudowę lub parkingi

- podparcie nasypów drogowych lub kolejowych na zboczach i dojazdach do wiaduktów

- podparcie skarp przy wjazdach do tuneli

- inne

Obliczanie i projektowanie ścian oporowych

Zbieranie obciążeń pionowych i poziomych

Na ściany oporowe działają różnorakie obciążenia, które rozdziela się na obciążenia pionowe

i poziome. Głównym obciążeniem jakie oddziaływuje na ściany oporowe jest parcie gruntu, które

w zależności od sposobu liczenia może być ukośne lub poziome. Ponadto na ścianę działają obciążenia pionowe od ciężaru własnego jej elementów, ciężaru gruntu zasypowego

spoczywają cego na odsadzkach fundamentowych oraz od dodatkowego obciążenia naziomu p.

A) Sposób I B) Sposób II C) Sposób III (uproszczony)

Rys. 5.4. Sposoby zbierania obciążeń na ściany oporowe masywne i lekkie.

B=∼0.5H

H H n

≤ 6

m

B=(0.5÷0.7)H

H H n

≤ 6

m

B=∼0.5H

H H n

≤ 6

m

ψ≤0.8φ

B=∼0.5H

H H n

≤ 6

m

ψ≤0.8φ

ψ≤0.8φ

B=0.6÷0.7H

H H n

≤ 4

m

B=0.6÷0.7H

H H n

≤ 8

m

B=0.6÷0.7H

H H n

≤ 8

m

B=∼0.4H

H H n

≤ 6

m

G2

G1

G3

E

0

p P

G2

G1

G3

E1

E2v

δa2=φ

E3

δa1=φ/2

0

p

E2

E2h

.

.

45°+φ/2

δa3=φ/2

G2

G1

G3

E1

E1v

E1h

δa1=φ

E2

δa2=φ/20

p

.



4

Rys. 5.5. Przyjmowanie obciążeń działają cych na ściany oporowe z elementami odciążają cymi.

Zagadnienie parcia gruntu na ściany oporowe

Parcie i odpór gruntu jest oddziaływaniem, którego wartość zależy od przemieszczeń

i odkształcalności konstrukcji oporowej. Zależność parcia i odporu gruntu od przemieszczeń

konstrukcji oporowej można przedstawić graficznie, jak na rysunku poniżej.

Rys. 5.6. Zależność parcia i odporu gruntu od przemieszczeń ściany oporowej.

Przyjęcie odpowiedniej wartości parcia w przypadku ścian oporowych nie jest sprawą oczywistą ,

gdyż wartość ta zależy od przemieszczeń ściany, a przemieszczenia te z kolei są wynikiem miedzyinnymi parcia gruntu. Projektowanie ścian oporowych na parcie spoczynkowe (E0) jest zbyt

asekuracyjne i raczej niewłaściwe. Parcie takie przyjmuje się dla konstrukcji, które nie ulegają żadnym przemieszczeniom – np. ściany tuneli lub dużych kolektorów i rurocią gów. Projektowanie

z kolei na parcie graniczne (Ea) może być zbyt ryzykowne, gdyż jest ono najmniejsze ze wszystkich

par ć i wystę puje dopiero przy znacznych i nieskr ę powanych przemieszczeniach ściany.

Ściany oporowe powinno się projektować na parcie pośrednie, przyjmowane w przybliżeniu

E I = (E a + E 0)/2 lub E I = (2E a + E 0)/3, bą dź ustalane dok ładniej na podstawie obliczeń iteracyjnych.

Ustalanie wartości parcia pośredniego według normy PN-83/B-03010

Wartość parcia pośredniego działają cego na ścianę oporową ustala się w zależności od

przemieszczeń uogólnionych ściany z wykorzystaniem przybliżonego wykresu, podanego poniżej.

Rys. 5.7. Uproszczona zależność parcia i odporu gruntu od przemieszczeń uogolnionych.

G2

G1

G3

E1

0

pP

G5

G4

φ

ϑ=45°+φ/2

E2

G2

G1

G4

E1

0

pP

G5

G3

ϑ=45°+φ/2E2

Rp Rp = (G4+G5+P)/2

EEp

Ea

E0

0 δp δ (do gruntu) a δII

EII

δI

EI

strefa parcia strefa odporu

δ (od gruntu)

E0 – parcie spoczynkowe – gdy δ =0 (przem. zablokowane)

Ea – parcie graniczne – gdy δ ≥ δa (ruch od gruntu)

Ep – odpór graniczny – gdy δ ≥ δp (ruch do gruntu)

EI – parcie pośrednie – gdy 0 < δI < δa

EII – odpór pośredni – gdy 0 < δII < δp

EEp

Ea

E0

0 ρp ρ (do gruntu)a ρII

EII

ρI

EI

strefa parcia strefa odporu

ρ (od gruntu)

E0 , Ea , Ep , EI , EII – jak na rys. 6

0.5ρa 0.5ρp



5

Przemieszczenia uogólnione oblicza się na podstawie przemieszczeń rzeczywistych ściany

oporowej: osiadań i przechyłki fundamentu oraz przesunięć poziomych (patrz rys. 5.8 poniżej).

Rys. 5.8. Wyznaczanie przemieszczeń uogólnionych ściany oporowej.

Przemieszczenia uogólnione oblicza się według wzorów:

H f B A = ρ [rad]

H f A B = ρ [rad] (1)

a całkowite przemieszczenie uogólnione jest sumą obu katów:

B A I ρ ρ ρ += [rad] (2)

Gdy przemieszczenie uogólnione ρ I jest większe od połowy wartości przemieszczenia granicznego

( ρ I ≥ 0.5 ρ a ), to przyjmuje się, że działa parcie graniczne: E = E a.

Natomiast w przypadku gdy 0 < ρ I < 0.5 ρ a – to wystę puje parcie pośrednie, które oblicza się

nastę pują co:

a

a I I

E E E E

ρ ρ

5.0

00

−−= (3)

W bardzo podobny sposób należy wyznaczać odpór pośredni gruntu, jeśli zachodzi taka potrzeba.

Wartości uogólnionych przemieszczeń granicznych dla parcia ρ a oraz dla odporu ρ p odczytuje się

z nomogramów przedstawionych poniżej na rys. 5.9.

Rys. 5.9. Nomogramy do wyznaczania przemieszczeń granicznych ρ a i ρ p.

Można na nich zauważyć, że wartości ρ p są około 10-krotnie większe od wartości ρ a.

s1 s2s0 ϕ

f 2 f 1

+ =

f B=f 1+f 2

B

A

B’

A’f A=f 1

H

f B

B

A

B’

A’ f A

ρA

ρB

H

0.012

0.010

0.008

0.006

0.004

0.002

0.0000 5 10 15 20 25H [m]

ρa

φ(n)=10°

φ(n)

=20°

φ(n)=30°

φ(n)=40°

0.12

0.10

0.08

0.06

0.04

0.02

0.000 5 10 15 20 25H [m]

ρp

φ(n)=10°

φ(n)=20°

φ(n)=30°

φ(n)=40°



6

Wartość jednostkową parcia spoczynkowego gruntu wyznacza się ze wzoru:

000 )( K z p K e z ⋅⋅+=⋅= γ σ [kPa] (4)

Współczynnik K 0 oblicza się ze wzorów:

a) dla gruntów rodzimych:

)5.01()sin1(3210 ε φ ξ ξ ξ tg K +⋅−⋅⋅⋅= (5)

b) dla gruntów zasypowych:[ ] )5.01()15.45)(21.0(5.0 5440 ε ξ ξ ξ tg I K s +−++−= (6)

W powyższych wzorach:

ξ 1 ÷ ξ 5 – współczynniki odczytywane z tablic 5 do 9 normy PN-83/B-03010

ε – k ą t nachylenia naziomu za ścianą (dla naziomu poziomego ε = 0)

I s – wskaźnik zagęszczenia gruntu zasypowego.

Dla piasków drobnych i średnich można wykorzystać przybliżoną , empiryczną formułę na I s

w stosunku do ID, opracowaną przez Borowczyka i Frankowskiego (1981):

D s I I ⋅+= 188.0845.0 (7)Parcie spoczynkowe działa zawsze poziomo i jego rozk ład oraz wypadkową E 0 wyznacza się jak

pokazano na rys. 5.11b.

Wartość jednostkową parcia granicznego gruntu wyznacza się ze wzoru:

aaaa z a K c K z p K c K z e 2)(2)( −⋅⋅+=−⋅= γ σ [kPa] (8)

Współczynnik K a dla przypadku ogólnego oblicza się ze wzoru:

2

2

2

)cos()cos(

)sin()sin(

1)cos(cos

)(cos

−⋅+−⋅+

++

−=

ε β δ β

ε φ δ φ

δ β β

φ β

a

aa

a K (9)

Wielkości (k ą ty) podane we wzorze (9) wraz z odpowiednimi znakami podano poniżej na rys. 10.

Rys. 5.10. Oznaczenia k ą tów wystę pują cych we wzorze (9) wraz z przyjętą konwencją znaków.

W przypadku ściany pionowej i gładkiej oraz poziomego naziomu (δ a = β = ε = 0) wzór (9)

sprowadza się do dużo prostszej i ogólnie znanej postaci:

−=2

452 φ otg K a (10)

W ścianach oporowych do zasypu najczęściej stosuje się grunty niespoiste, dla których wartość spójności c, wystę pują cej we wzorze (8) równa jest zero (c = 0).

Ea

δa (+)

.

ε (+)

β (+)



7

W przypadkach, w których parcie graniczne przyjmowane jest jako poziome (rys. 4c i 5),

wyznaczenie parcia pośredniego nie sprawia k łopotu. Problem pojawia się, gdy parcie graniczne

przyjmuje się ukośne (δa > 0) (rys. 5.4a,b). Wówczas sk ładową poziomą parcia pośredniego E I h

wyznaczamy ze wzoru (3), w którym w miejsce E a wstawia się sk ładową poziomą E ah, natomiast

sk ładową pionową E I v można obliczyć ze wzoru:

a

v

a

I

v

I

E P G

P G E ρ ρ 5.0

)( −+′

−+′= (11)

w którym G’ jest ciężarem bryły gruntu zasypowego, pokazanej na rys. 11b.

W przypadku parcia ukośnego działają cego na pionową ścianę płyty fundamentowej, sk ładową

pionową parcia pośredniego dla ρ I < 0.5 ρ a wyznaczymy ze wzoru:

v

a

a

I v

I E E 225.0

⋅= ρ

ρ (12)

Rys. 5.11. Rozk łady i wypadkowe parcia gruntu na ścianę oporową : a) parcie graniczne, b) parcie spoczynkowe,

c) parcie pośrednie.

Proponuje się nastę pują cy iteracyjny tok postę powania przy ustalaniu wartości parcia pośredniego

działają cego na ścianę oporową :

1) Zebranie obciążeń działają cych na ścianę oporową z wstę pnym przyjęciem parcia granicznego

gruntu ( E a).

2) Obliczenie przemieszczeń ściany oporowej (osiadań, przechyłki i przesunięcia poziomego –

rys. 15) i określenie przemieszczeń uogólnionych.

3) Określenie wartości parcia pośredniego E I . W przypadku, gdy parcie pośrednie wyjdzie równe

parciu granicznemu – będzie to koniec iteracji. Jeśli nie - przechodzimy do pkt. 4.

4) Ponowne obliczenie przemieszczeń ściany oporowej i przemieszczeń uogólnionych dla nowegouk ładu obciążeń (z parciem pośrednim z pkt. 3)

5) Określenie nowej wartości parcia pośredniego. W przypadku gdy parcie to będzie różniło się

mniej niż o np. 2% w stosunku do parcia ustalonego w pkt. 3 – kończymy iterację.

Zestawienie obciążeń działają cych na ścianę oporową

Po określeniu wszystkich obciążeń działają cych na ścianę oporową należy je zestawić wraz

z promieniami działania i momentami względem środka podstawy fundamentu „0”. Należy

oddzielnie zestawić obciążenia pionowe i oddzielnie poziome. W obciążeniach pionowych należy

policzyć 3 warianty: obciążenia charakterystyczne, obliczeniowe minimalne i obliczeniowemaksymalne (tabl. 5.1), a w obciążeniach poziomych – 2 warianty: obciążenia charakterystyczne

i obliczeniowe maksymalne (tabl. 5.2).

G’

E01

p P

G

Ea1

Ea1v

Ea1h

δa1=φ

Ea2

p

Ea1h

Ea2v

G

E02

G

EI1EI1v

EI1h

EI2

p

EI1h

EI2v

a) b) c)



8

Tabl. 5.1. Obciążenia pionowe na 1 mb ściany

Obc. W. charakt. Vk r0 M0(Vk ) γfmin Vmin M0(Vmin) γfmax Vmax M0(Vmax)

[kN] [m] [kNm] [kN] [kNm] [kN] [kNm]

G1 G2

...(E

v)

P

Σ ΣVk - ΣM0(Vk ) - ΣVmin ΣM0(Vmin) - ΣVmax ΣM0(Vmax)

Tabl. 5.2. Obciążenia poziome na 1 mb ściany

Obc. W. charakt. Hk r0 M0(Hk ) γfmax Hmax M0(Hmax)

[kN] [m] [kNm] [kN] [kNm]

(Eh)

Σ ΣHk - ΣM0(Hk ) ΣHmax ΣM0(Hmax)

W powyższych tablicach należy również uwzględnić ewentualne obciążenia zewnętrzne działają ce

na ścianę (np. gdy ściana jest jednocześnie przyczółkiem mostowym, to należy uwzględnić

obciążenia pionowe i poziome przekazywane z przęsła i z innych elementów).

Sprawdzenie położenia wypadkowej obciążeń w podstawie fundamentu i nacisków na grunt

Rys. 6.12. Sprowadzenie obciążeń działają cych na ścianę oporową do poziomu podstawy fundamentowej.

Należy przygotować nastę pują ce kombinacje obciążeń:

1. Obciążenia charakterystyczne - Komb. 1 : ΣV k , Σ H k , ΣM 0k = Σ M 0 (V k ) + Σ M 0 ( H k )

2. Obciążenia obliczeniowe

- Komb. 2: ΣV max, Σ H max, ΣM 0odp = Σ M 0 (V max) + Σ M 0 ( H max)

- Komb. 3: ΣV min, Σ H max, ΣM 0odp = Σ M 0 (V min) + Σ M 0 ( H max)

Naciski na podłoże gruntowe

Rys. 6.13. Rozk ład nacisków na grunt przekazywanych przez podstawę ściany oporowej.

Warunki jakie powinny spełniać mimośród wypadkowej E B i naciski q:

- dla obciążeń charakterystycznych: Komb. 1: E Bk ≤ B/6 oraz q1/q2 ≤ 3 ÷ 4

- dla obciążeń obliczeniowych: Komb. 2: E B ≤ B/6, Komb. 3 : E B = E Bmax ≤ B/4

G2

G1

G3

E

0

ΣV

0

p

ΣHM0

ΣQ

0

lub

EB = ΣM0/ΣV

P

ΣQ

0

EB

ΣV

ΣH

ΣQΣV

ΣH

q1 q2

t1

t2

q1 = ΣV/B⋅(1 + 6⋅EB/B)

q2 = ΣV/B⋅(1 - 6⋅EB/B)



9

Sprawdzenie stanów granicznych nośności (SGN):

a) sprawdzenie stateczności na obrót (równowaga momentów) (rys. 5.14a):

ΣM OA ≤ m0⋅ΣM UA, m0 = 0.8 ÷ 0.9 (13)

najbardziej niekorzystny wariant obciążeń – Komb. 3

b) sprawdzenie nośności pionowej podłoża gruntowego (równowaga sił pionowych) (rys. 5.14b):

N r ≤ m⋅Q fNB, m = 0.8 ÷ 0.9 (14)

należy sprawdzić Komb. 2 i Komb. 3 obciążeń, bo nie wiadomo, która z nich jest bardziej

niekorzystna. W Komb. 2 mamy maksymalne obciążenia pionowe N rmax , ale stosunkowo małymimośród E B, natomiast w Komb. 3 mamy mniejsze obciążenia pionowe N rmin, ale duży

mimośród E B, który może wpłynąć na znaczne obniżenie nośności podłoża Q fNB.

c) sprawdzenie nośności poziomej podłoża gruntowego (stateczność na przesuw lub równowaga

sił poziomych) (rys. 5.14c):

T r ≤ mt ⋅Qtf , mt = 0.9 ÷ 0.95, Qtf = N r ⋅µ + a⋅ B, gdzie a = (0.2 ÷ 0.5) c(r) – adhezja (15)

najbardziej niekorzystny wariant obciążeń – Komb. 3

µ ≤ tgφ (r)- współczynnik tarcia gruntu o podstawę fundamentu (wg normy - tabl. 3); w przypadku

fundamentów monolitycznych betonowanych wprost na nienaruszonym podłożu gruntowym

można przyjmować µ = tgφ (r). W przypadku nie spełnienia warunku można zastosować ostrogę

lub wymienić grunt.

d) sprawdzenie stateczności ogólnej – metodą Felleniusa (lub Bishopa) (rys. 5.14d)

M o ≤ m⋅M u, (16)

ΣM o ,⋅ΣM u – odpowiednio suma momentów obracają cych i utrzymują cych

m – współczynnik korekcyjny, m = 0.6 ÷ 0.85 – dla charakterystycznych obciążeń i parametrów,m = 0.80 ÷ 1.0 – dla obliczeniowych obciążeń i parametrów

Rys. 5.14. Schematy do sprawdzania warunków stanów granicznych nośności (SGN).

0d)

R

1

2

3

4

5

678

910111213

1415

16

17

y ≈ 0.25Hn

x ≈ 0.25Hn

Hn

αp

R

p

αi (+)

αi

Wi

Ni

Bi

Ti

bi = 0.1R

li

Ni = Wi⋅cosαi

Bi = Wi⋅sinαi

Ti = Ni⋅tgφi + ci⋅li , li = bi/cosαi

αi (-)

RBRTMn

ii

n

iiu ⋅∑

=1

dla αi (-)

∑=

⋅n

iio RBM

1

dla αi (+)

MO

Mu

Metoda Felleniusa

A

ΣQ

0

Nr =ΣV

Tr =ΣH

ΣQ

0

Nr =ΣV

Tr =ΣHΣMOA

ΣMUA 0

QfNB Qtf = Nr ⋅µ + a⋅B

a) b) c)

ΣQ

N’r

T’r

Q’tf = N’r ⋅tgφ(r) + c(r) ⋅B’

ostroga



10

Obliczanie przemieszczeń i sprawdzenie stanów granicznych użytkowalności (SGU):

a) obliczenie osiadań i przechyłki ściany oporowej

Obliczenia osiadań i przechyłki ściany oporowej proponuje się wykonać metodą odkształceń

jednoosiowych. W tym celu trapezowy rozk ład nacisków na grunt pod fundamentem ściany należy

rozłożyć na sumę rozk ładu prostok ą tnego p1 i trójk ą tnego p2. Nastę pnie po podzieleniu podłoża

gruntowego na warstwy obliczeniowe o miąższości hi ≤ 0.5 B należy obliczyć wartości osiadań punktów 0, 1 i 2, korzystają c ze wzorów podanych na rys. 15a oraz współczynników k j i k j z tabl.

5.3. Obliczenia proponuje się wykonać tabelarycznie (tabl. 5.4), poprzez sumowanie osiadań

poszczególnych warstw obliczeniowych do głę bokości z i, na której spełniony jest warunek: σ jzi ≤

0.3σ γ zi. Wielkość z i odmierzamy zawsze od poziomu posadowienia do środka warstwy „i”.

Rys. 5.15. Schematy do obliczania przemieszczeń ścian oporowej.

Tablica 5.3. Wartości współczynników k j i k j (wg PN-83/B-03010-tabl. Z4-1)

z /B k 0 k 1 k 0 k 1 k 2 z /B k 0 k 1 k 0 k 1 k 2

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.50

1.000

0.960

0.820

0.668

0.542

0.396

0.500

0.496

0.481

0.450

0.410

0.332

0.50

0.48

0.41

0.33

0.28

0.20

0.50

0.42

0.35

0.29

0.25

0.19

0.00

0.08

0.13

0.15

0.16

0.15

2.00

2.50

3.00

4.00

5.00

0.306

0.245

0.208

0.160

0.126

0.275

0.231

0.198

0.153

0.124

0.15

0.13

0.11

0.08

0.06

0.15

0.12

0.10

0.08

0.06

0.14

0.13

0.10

0.08

0.06

Tablica 5.4. Obliczenia osiadań ściany oporowej

Profil

geotechn.

γ i ( ‘ )

hi z i σ γ zi 0.3σ γ zi z i /B k 0i k 0i k 1i k 1i k 2i σ 0zi σ 1zi σ 2zi M 0i s0i s1i s2i

[kN/m3] [m] [m] [kPa] [kPa] - - - - - - [kPa] [kPa] [kPa] [MPa] [mm] [mm] [mm]

Σ

q1(n)

q2

(n)

p1 p1

p2

2,1,0 j;M

hs

i0

i jzi

j =⋅σ

= ∑

2i01i0zi0 pkpk ⋅+⋅=σ



B

ss 21 −=ϕ

Hf 2 ⋅ϕ=

a)

s1 s2s0 ϕ

f 2

HNn=ΣVk

01

Hn1

El2

Qf

⋅Γ⋅

=

- podłoże jednorodne

∑ −Γ−Γ⋅=

i0

1ii

1

Hn1

El2

Qf

- podłoże uwarstwionestrefa odkształceń wpodłożu gruntowym

0

QHn=ΣHk

b)

f 1

hw

l 1

= 1.0 mb

Γ , Γ i – współczynnikiwpływu wedługnormy

k, k – współczynniki wpływuwedług normy

Warunki SGU:s < sdop

ϕ < ϕdop f = f 1 + f 2 < f dop

D

B

hw = 0.4(B+l a)

l a – długość wyparciastrefy odporu

l a = D⋅tg(45°+φ /2)

z



11

b) obliczenie przemieszczeń poziomych ściany oporowej

Przemieszczenia poziome ściany oporowej nie są efektem poślizgu ściany po gruncie, gdyż do tego

nie można dopuścić, lecz wynikają z odkształceń postaciowych bryły gruntowej, znajdują cej się

pod fundamentem i sięgają cej do głę bokości hw.

Podstawowe wzory do obliczenia przemieszczenia poziomego f 1 ściany oporowej przedstawiono na

rys. 15b. Wystę pują ce w tych wzorach współczynniki Γ oblicza się ze wzoru:

⋅−++⋅−⋅+=Γ

ΓΓΓ

marctg mm

1)23()1ln()1(

2)1( 2 ν ν π

ν (17)

We wzorze tym ν jest współczynnikiem Poissona dla gruntu. Należy pamiętać, żeby wyrażenie

Γmarctg

1podawać w radianach.

W przypadku gdy wielkość hw zawiera się w jednej warstwie gruntowej, to mamy do czynienia

z podłożem jednorodnym i wówczas: B

hm w2

=Γ .

W przypadku gdy w zasięgu hw zawierają się dwie lub więcej warstw, to mamy do czynienia

z podłożem uwarstwionym i wówczas dla każdej warstwy obliczamy oddzielny współczynnik Γ i

dla B

hm i

i

2=Γ . Wielkość hi jest zagłę bieniem spodu danej warstwy „i” w stosunku do spodu

fundamentu (nie mylić z miąższością tej warstwy). Dla ostatniej warstwy: hi = hw.

Posadowienie ścian oporowych na palach

W przypadku słabonośnego podłoża gruntowego z wystę powaniem np. warstw gruntów

organicznych (torfy, namuły) o znacznej miąższości, ścianę oporową należy posadowić na palach,

których zadaniem będzie przekazanie obciążeń na warstwy nośne znajdują ce się na znacznej

głę bokości. Posadowienie bezpośrednie w takich warunkach mogłoby doprowadzić do znacznych

i nierówno-miernych osiadań ściany, co w konsekwencji mogłoby doprowadzić do jej zarysowania,

uszkodzenia, a nawet groźnej awarii.

Ściany oporowe posadawia się na palach o umiarkowanych średnicach (φ300 ÷ 500 mm) lub na

mikropalach (φ150 ÷ 200 mm). Pali wielkośrednicowych pod ścianami oporowymi z reguły się nie

stosuje.Możliwe są do zastosowania niemalże wszystkie technologie pali – od wbijanych

prefabrykowanych, przez wbijane monolityczne, wiercone, wkr ęcane, iniekcyjne itd. Rodzaj pali

należy dobrać w zależności od warunków gruntowych i terenowych. Np. w przypadku podłoża

z piaskami średniozagęszczonymi (warstwy nośne) powinno się stosować pale wbijane, a w terenie

zabudowanym – pale wkr ęcane. W przypadku piasków zagęszczonych i gruntów spoistych

zwartych i półzwartych powinno się stosować pale wiercone.

Ze względu na znaczne obciążenia poziome ścian oporowych, należy stosować uk łady pali

ukośnych (tzw. uk łady kozłowe). Takie uk łady zapewniają odpowiednią sztywność poziomą posadowienia. W przypadku tylko pali pionowych mogłyby wystą pić zbyt duże przemieszczenia

poziome ściany i duże momenty zginają ce w palach. Przyk łady możliwych wariantów uk ładów pali

przedstawiono na rys. 5.16 do 5.18.



12

Rys. 5.16. Posadowienie ściany oporowej na palach – Wariant I. Geometria i metody obliczeń sił w palach.

Gpyl

T+Nm

Pd

Ps/Pr

7:1 ÷ 4:17:1 ÷ 4:1

drenaż

(1)

(2)

(3)

zasyp

PRZEKRÓJ POPRZECZNY

(1)

(2)

(3)

(1)

(1)

(1)

(1)

(1)

(1)

(2)

(2)

(2)

(2)

(2)

(3)

(3)

(3)

(3)

(3)

(3)

PLAN PALOWANIA

D/2+10÷15cmD/2+10÷15cm

dylatacja

dylatacja

(1) (2) (3)

EB

Qr

Z

S3

S2

S1

Obliczenia sił w palach

Qr

S1

S2

S3

Z

Metoda graficzna Metoda analityczna

ΣX = 0

Σ Y = 0

ΣM = 0

S1, S2, S3



13

Rys. 5.17. Posadowienie ściany oporowej na palach – Wariant II. Geometria i metody obliczeń sił w palach.

Gpyl

T+Nm

Pd

Ps/Pr

7:1÷4:17:1÷4:1

drenaż

(1) (2) (3)

zasyp


7:1÷4:1

(1) (2) (3)

PLAN PALOWANIA

D/2+10÷15cmD/2+10÷15cm

(2) (3)(1)

(2) (3)(1)

(2) (3)(1)

(2) (3)(1)

(2) (3)(1)

(2) (3)(1)

dylatacja

dylatacja

(1) (2) (3)

EB

Qr

Z

S3

S2

S1

Obliczenia sił w palach

Qr

S1

S2

S3

Z

Metoda graficzna Metoda analityczna

ΣX = 0

Σ Y = 0ΣM = 0

S1, S2, S3



14

Rys. 5.18. Posadowienie ściany oporowej na palach – Wariant III. Geometria i metody obliczeń sił w palach.

Gpyl

T+Nm

Pd

Ps/Pr

7:1÷4:1

drenaż

(1) (2)

zasyp


7:1÷4:1

(1) (2)

PLAN PALOWANIA

D/2+10÷15cmD/2+10÷15cm

(2)(1)

(2)(1)

(2)(1)

(2)(1)

(2)(1)

(2)(1)

dylatacja

dylatacja

(1) (2)

EB

Qr

Obliczenia sił w palach Metoda numeryczna

Qr

kxi

kz kz

kxi

EJ, EA EJ, EA

Wyniki obliczeń

Qr

N1

(1) (2)

N2

M1p

M1g M2g

M2p

S1 = N1

S2 = N2



15

Najbardziej popularny jest wariant I posadowienia ścian oporowych na palach (rys. 5.16).

W przypadku znacznych obciążeń poziomych i dużych sił w palach wycią ganych (pale (3)), można

zastosować wariant II posadowienia (rys. 5.17), w którym poprzez zastosowanie wszystkich pali

ukośnych uzyskuje się redukcję sił wycią gają cych w palach. W wariantach I i II obliczenia sił

w palach można wykonać metodą sztywnego oczepu (graficzną Culmanna lub analityczną ),

wykorzystują c równania równowagi uk ładu sił niezbieżnych (3 równania – 3 niewiadome).

W przypadku niedużej miąższości warstw gruntów słabych i zalegania ich nie bezpośrednio pod

fundamentem ściany możliwy jest do zastosowania wariant III na dwóch rzędach pali ukośnych

(rys. 5.18). W takim rozwią zaniu konieczne jest zastosowaniu metody numerycznej obliczeń,

w której pale modeluje się jako pr ęty współ pracują ce ze spr ężystym (spr ężysto-plastycznym)

ośrodkiem gruntowym. W wynikach otrzymuje się siły i momenty w palach oraz przemieszczenia

uk ładu. Jeżeli przemieszczenia przekraczają wartości dopuszczalne, to należy zastosować wariant I

lub wariant II.

Dla otrzymanych sił w palach dobiera się średnice i długości pali na podstawie obliczeń nośności

pali w gruncie (patrz rozdział 6).

Odwodnienie i izolacja ścian oporowych

Ściany oporowe wymagają odwodnienia, którego celem jest odprowadzenie wody opadowej lub

napływają cej ze zbocza, i nie dopuszczenie do napełnienia się zasypu wodą . Wypełnienie to

mogłoby doprowadzić do znacznego wzrostu obciążeń poziomych ściany (doszłoby parcie wody)

i jej awarii.

Odwodnienie wykonuje się w postaci drenażu, umieszczonego za ścianą oporową (rys. 5.19).

Ważnym elementem drenażu jest tzw. filtr odwrotny (rys. 5.20), który ma zabezpieczyć przed

wypłukiwaniem drobnych frakcji z zasypu i przed zakolmatowaniem się drenu. Drenaż odprowadza

wodę do studzienek kanalizacji burzowej lub do studni chłonnych.

Rys. 5.19. Odwodnienie i izolacja ścian oporowych.

drenaż „A”

zasyp z gruntuprzepuszczalnego

2 x emulsjaasfaltowa


drenaż „A”

zasyp z gruntu

słabo przepusz-czalnego

warstwa filtracyjna


a) b)



16

Rys. 5.19 c.d. Odwodnienie ściany płytowo-k ą towej. Rys. 5.20. Szczegół filtra odwrotnego.

Izolacja ścian oporowych polega głównie na pokryciu powierzchni ściany stykają cych się z gruntem 2 warstwami emulsji asfaltowej. Zastosowanie emulsji pozwala na pokrywanie ściany

bez konieczności jej wysuszenia, gdyż emulsja, jak wiadomo, jest roztworem wodnym asfaltu.

W przypadku intensywnego napływu wód lub wód agresywnych może zaistnieć konieczność

zastosowania cięższej formy izolacji, np. oklejenie papą termozgrzewalną (1 lub 2 warstwy).

Zbrojenie ścian oporowych

Ściany oporowe masywne generalnie projektuje się tak, żeby nie wymagały zbrojenia. Wyją tek może stanowić zbrojenie płyty fundamentowej, w której może zaistnieć konieczność zbrojenia przy

znacznej jej szerokości i k ą cie α > 45°(rys. 5.21).

Rys. 5.21. Zbrojenie ścian masywnych: a) bez zbrojenia, b) ze zbrojeniem płyty fundamentowej.

W ścianach z elementami odciążają cymi zbrojenia wymagają głównie owe elementy odciążają ce

(rys. 5.22), względnie płyta fundamentowa, podobnie jak w ścianach masywnych.

otworyprzelotowe

zasyp z gruntuprzepuszczalnego

filtr odwrotny

drenaż


wąż drenarski

φ100 ÷ 150mmpodkład z chud.betonu

geowłóknina

żwirek 2/8mm

żwir 4/16mm

żwir 8/32mm

Szczegół „A”

filtr odwrotny

α>45°

c)

a) b)

α<45°

zbrojenie głównezbrojeniepomocnicze



17

Rys. 5.22. Zbrojenie ścian oporowych z elementami odciążają cymi.

Ściany lekkie są z definicji żelbetowe i wymagają zbrojenia w całym swoim korpusie (rys. 5.23).

Rys. 5.23. Zbrojenie ścian oporowych lekkich – płytowo-k ą towej i płytowo-żebrowej.

Opracowanie:

dr in ż . Adam Krasiń ski

(Katedra Geotechniki, Geologii i Bud. Morskiego PG)

α>45°

zbrojenie głównezbrojeniepomocnicze

α>45°

zbrojenie główne

zbrojeniepomocnicze

zbrojenie główne

zbrojeniepomocnicze

zbrojenie główne

zbrojeniepomocnicze

zbrojeniegłówne

A A

A – A



18

Załącznik Zalecenia dotyczą ce przyjmowania wstępnego wymiarów ścian oporowych

1. Minimalna głębokość posadowienia ścian oporowych

D ≥ 0.5 m – grunty niewysadzinowe (grunty niespoiste)

D ≥ hz – grunty wysadzinowe (grunty spoiste)

hz – głębokość przemarzania gruntu (wg PN-81/B-03020)

2. Ściany masywne 3. Ściany półmasywne ze wspornikiem

4. Ściany półmasywne z płytą odciążają cą 5. Ściany lekkie płytowo-k ą towe

5. Ściany lekkie płytowo-żebrowe

B=(0.5÷0.7)H

h≥0.25B

H n

≤ 4

m

a ≥ 0.3m (beton)

a ≥ 0.5m (mur)

D

H

α α

α ≥ 45° (beton)

α ≥ 60° (mur)B=(0.5÷0.6)H

H n

≤ 6

m

D

H

h≥0.2B

lw=0.8÷1.2m

≥0.3lw

≥5% ∼1/3H

a ≥ 0.25m

b≥1/3B

B=∼0.5H

H H n

≤ 6

m

ψ≤0.8φ

D

≥5%

lp=2.5÷3.5m

gp=(0.1÷0.15)lp

h≥0.25Bαα

α ≥ 45°

a ≥ 0.3m

∼ 1 / 3 H

B=0.6÷0.7H

H H n

≤ 4

m

D

∼1/4B ∼3/4B

a≥0.15m

b≥0.12Hs

Hs

h≥b

≥5%

B=0.6÷0.7H

H H n

≤ 8

m

D

∼1/4B ∼3/4B

a≥0.20mHs

h≥0.12B

≥5%

żebra gr. 0.3÷0.4m

co 2.0÷3.0 m

Documents

Sc-oporowe