Opěrné zdi: jejich typy a provedení, výpočty
Opěrné zdi jsou inženýrské stavby určené k zadržování zeminy nebo volných pevných látek před zhroucením. Opěrné stěny se podle svého provedení obvykle dělí na tři hlavní typy: plné, tenkostěnné (rohové) a štětovnice. Masivní opěrné zdi jsou ploty s příčnými rozměry přibližně stejnými na šířku a výšku (obr. 3.10.1, A), které jsou postaveny z monolitického betonu, cihel, kamene atd. Stabilita masivních opěrných zdí je zajištěna především vlastní hmotností. Tenkostěnné opěrné stěny jsou vyrobeny ze železobetonu. Skládají se ze dvou vzájemně propojených desek – svislé (ohraničující) a vodorovné (základ) (obr. 3.10.1, b). Stabilita tohoto typu stěny je zajištěna především tíhou zeminy umístěné na základové desce. Opěrné stěny štětovnic se staví zaražením souvislé řady dřevěných, železobetonových nebo kovových pilot do země (obr. 3.10.1, Obr. in). Stabilita štětovnicových stěn je zajištěna sevřením pilot u paty. Ke snížení hloubky zarážení pilot do země a zvýšení jejich tuhosti se používají kotvy. Mezi opěrné zdi patří také obvodové zdi suterénů budov, říční hráze, břehové opěry mostů, silniční svodidla ve výkopech, hráze apod. Tato kapitola pojednává o návrhu masivních opěrných zdí.
Zatížení opěrné zdi je tlak zemní hmoty, který je držen stěnou před zhroucením. Přírodní půdy se vyznačují širokou škálou fyzikálních a mechanických vlastností, které je poměrně obtížné určit. Mezi obtížně určitelné a proměnlivé charakteristiky patří síly adheze a tření mezi částicemi zeminy, proto je v praktických výpočtech prostředí půdy nahrazeno prostředím idealizovaným, které se nazývá ideálně zrnité těleso. Ideální zrnité těleso se skládá z pevných homogenních částic, mezi kterými nepůsobí adhezní síly. Zrnité těleso ve svých fyzikálních vlastnostech zaujímá mezilehlou polohu mezi pevnou látkou a kapalinou. Od pevného tělesa se liší tím, že není schopno odolat vzájemnému oddělení částic, a od kapaliny tím, že mezi jeho částicemi existují třecí síly. Takové těleso, umístěné v nádobě, vyvíjí tlak na své svislé stěny, menší než hydrostatický tlak, v důsledku přítomnosti třecích sil mezi částicemi. Volnému tělesu jsou přiřazeny následující základní fyzikální a mechanické vlastnosti půdy:
pórovitost je poměr objemu dutin (pórů) v jednotkovém objemu půdy k celému objemu. Pórovitost se vyjadřuje v abstraktních číslech nebo procentech;
měrná hmotnost zeminy y – hmotnost jednotky zeminy, N/m 3 nebo kN/m 3. Měrná hmotnost půdy závisí na hustotě částic, pórovitosti a stupni jejího naplnění vodou;
měrná hmotnost půdy ve voděvzvz, N/m3 nebo kN/m3. Když je půda ponořena do vody, suspenduje a ztrácí váhu v množství rovném hmotnosti objemu vody vytlačené pevnými částicemi půdy. Měrná hmotnost půdy v suspenziSE = yф – ув (1 – to), kde yв — měrná hmotnost vody;
sypný úhel p je největší úhel, který svírá povrch volně nasypané zeminy s vodorovnou rovinou (obr. 3.10.2). Úhel p charakterizuje tření mezi částicemi půdy na jejím povrchu. Koeficient tření je roven tangenci sypného úhlu, tj./= tan p;
úhel vnitřního tření (p) je úhel tření mezi částicemi uvnitř hmoty půdy Vzhledem k obtížnosti určení tohoto úhlu se obvykle bere rovný sypnému úhlu: cp ~ p Tento předpoklad platí pouze pro non -soudržné zeminy, jako jsou písčité půdy, u kterých lze adhezní síly zanedbat;
úhel zemního tření ap mezi částicemi zeminy a povrchem opěrné stěny je vždy menší než úhel vnitřního tření. Jeho hodnota závisí na drsnosti povrchu opěrné zdi, její vlhkosti a vlastnostech půdy. Podle úhlu SNiP (r bráno jako polovina úhlu vnitřního tření: (str = 0,5(r. Pokud existuje zvláštní odůvodnění, je povoleno přijmout: pro stěny s hrubým drsným povrchem srov. = f a pro jemnozrnné písky nasycené vodou nebo při pokrytí povrchu opěrné zdi bitumenovou hydroizolací f = 0. Charakteristiky hlavních zemin zásypových opěrných zdí jsou uvedeny v tabulce. 3.10.1.
Hlavním účelem opěrné zdi je udržet půdu ve svahu. Ale to je obecný účel, existuje několik znaků, které jsou základem klasifikace typů této struktury.
Typy opěrných zdí
V průmyslové výstavbě a zemědělství je opěrná zeď uvažována jako inženýrská stavba v krajině příměstské oblasti, plní i estetickou funkci. Klasifikace typů stěn se provádí podle několika kritérií.
Do cíle
V závislosti na účelu se rozlišují následující tři typy:
- pro zpevnění svahů v oblastech průmyslové a obytné zástavby, komunikací a inženýrských staveb;
pro terasování zemědělské půdy;
pro dekorativní účely, jako prvek zónování místa na svazích s mírným sklonem.
Zvláštností soukromého domu s pozemkem ve svahu je, že opěrná zeď často plní všechny funkce současně. Proto je materiál pro konstrukci vybrán na základě zatížení, provozních podmínek a dekorativních vlastností. Ale v tomto případě vzniká určitý rozpor.
Na základě materiálů
V jednom provedení je zpravidla obtížné skloubit vysokou nosnost a estetický vzhled. Zvlášť když slouží jako jeden z ústředních prvků krajiny. Je třeba najít kompromis, a když je vypočítaná výška stěny poměrně vysoká, je lepší vytvořit kaskádu několika nízkých teras s opěrnými stěnami z materiálu, který více odpovídá stylu krajinářského designu.
Existují následující typy materiálů:
- Monolitický železobeton. Nejvyšší nosnost, podmíněná pevným základem.
Životnost konstrukce se odhaduje na 50 a více let. Nevýhody: vysoká pracnost, velké materiálové a časové náklady na stavbu, je vyžadována dekorativní úprava.
Betonové prefabrikáty. O něco menší odolnost proti smykovému zatížení, ale vyšší rychlost výstavby než u monolitických konstrukcí. Ve většině případů je také nutná dekorativní úprava.
Přírodní kámen. Trvanlivost je dána typem kamene, ze kterého je stěna vyrobena, životnost může být i více než 50 let. Pro pokládku každé řady je vyžadován pevný základ a pečlivý výběr materiálu ve tvaru a velikosti.
Výhodou jsou vysoké estetické vlastnosti. Nevýhodou je dlouhá doba trvání práce.
Gabiony. Střední nosnost – vhodné pro relativně nízké stěny. Nevyžadují silný základ – díky pružnosti pletiva struktura docela dobře snáší malé pohyby a poklesy půdy. Konstrukce stěny má dobrou propustnost vody, takže drenáž není nutná.
Je možné zasypání půdy a klíčení rostlin. Trvanlivost je dána kvalitou pletiva a může být minimálně 50 let. Výhodou je rychlá montáž bez použití speciálního vybavení. Nevýhodou je, že se jedná o specifický typ gabionu, který nevyhovuje mnoha typům historických a etnických krajinářských stylů.
Stavební bloky. Relativně nízká pevnost vůči bočnímu smykovému zatížení.
Je nutná stavba základů. Použití vápenopískových cihel se nedoporučuje a u stěn z keramických cihel je nutná vybudovaná hydroizolace na straně terénu. Výhodou je vysoká rychlost instalace.
Strom. Obvykle se používají kulatiny, bloky, pražce nebo trámy ošetřené antiseptikem. Existují příklady použití desek s tlustými hranami, které vydrží návrhové zatížení.
Výhody: možnost použití pilotového základu, snadná instalace, vysoké dekorativní vlastnosti (v závislosti na dřevostavbách na místě). Nevýhody: malá nosnost a malá životnost.
Profesionální list. Relativně nový materiál pro stavbu opěrných zdí.
Podle typu konstrukce
Rozlišují se následující možnosti návrhu opěrných zdí:
- Na výšku: nízká – do 1 m, střední – 1-2 m, vysoká – 2 m a více.
- Podle velikosti podzemní části: hluboká (hloubka základny je více než jeden a půlkrát větší než tloušťka stěny), mělká.
Prostřednictvím zajištění udržitelnosti
Opěrná zeď se skládá z podzemní části (základ) a nadzemní části. Působí na něj následující síly:
- vlastní hmotnost;
- hmotnost půdy nalité na římsu (konzolu) základny;
- adhezní síly mezi základnou a zemí;
- boční tlak zeminy na zeď.
První tři síly zajišťují stabilitu konstrukce, poslední má tendenci stěnu posouvat a převracet.
Podle způsobu dosažení stability se rozlišují následující možnosti návrhu:
- Smyková stabilita je dosažena prostřednictvím hmoty stěny.
- Stabilita je dosažena díky hmotnosti stěny a hmotnosti zeminy ležící na základové konzole.
- Stabilita je dosažena spolehlivým sevřením základny ve skalním podloží.
- Stabilita je dosažena hmotností zeminy ležící na základové konzole, hmota stěny je nevýznamná.
Obecná doporučení pro svépomocné stavby
Stavba svépomocí má své opodstatnění u konstrukcí nízké a střední výšky. Doporučená výška opěrných zdí pro osobní pozemky je v dosahu 0.3-1.4 m. Za určitých podmínek lze konstrukce postavit bez předběžných výpočtů:
- Půdy by měly být stabilní – hrubozrnné, hlinité a hlinité, hlinitopísčité.
- Horní hladina podzemní vody (nad vodou) by neměla ležet blíže než 1.5 m k povrchu.
- Hloubka mrazu by měla být alespoň 1.5 m.
- U zdi z betonu, kamene nebo cihel musí být zajištěn pásový základ. Hloubka základu by měla být do 50 % výšky zemní části.
K ochraně proti zvedání sil je třeba provést speciální opatření: drenážní zařízení a pískový a štěrkový zásyp o tloušťce 40-60 cm, odříznutí kapilárního vzlínání vlhkosti z půdy.
Při pokládce stěny z tvárnic nebo cihel je vhodné provést profil konstrukce s prodloužením směrem ke dnu. Minimální tloušťka v úzké části by měla být: 60 cm u kamenného zdiva, 50 cm u cihelného zdiva, 40 cm u betonových tvárnic.
Pro prodloužení životnosti montovaných stěn z kamene, cihel, tvárnic a dřeva je nutná vrstva vybudované hydroizolace na straně terénu. U monolitických železobetonových konstrukcí je povrch upraven bitumenovými tmely.
Je třeba vzít v úvahu, že stěny se zakřivenou nebo lomenou konfigurací vydrží větší zatížení než konstrukce s rovnými obrysy.
Stavba opěrné zdi
Níže je uveden obecný algoritmus pro stavbu stěn z různých materiálů.
Vyrobeno z monolitického železobetonu
Algoritmus konstrukce krok za krokem vypadá takto:
- Vykopávají příkop s přihlédnutím k tloušťce stěny a bednění. Minimální tloušťka monolitické stěny při vyztužení dvěma výztužnými pásy se dvěma podélnými pruty je 15-20 cm (v závislosti na tloušťce výztuže). Přibližně stejné množství je potřeba na bednění. Hloubka příkopu se volí na základě velikosti podzemní části a tloušťky pískového a štěrkového polštáře.
Na dně příkopu na straně svahu vyhloubí vybrání pro drenážní potrubí. Tam se nalije vrstva jemného drceného kamene. Položte drenážní trubku obalenou propustnou geotextilií. Umístěte trubku do nejbližší drenážní studny nebo dešťové kanalizace. Zakryjte potrubí drceným kamenem.
Položili obrněný pás. 
Beton se nalije. Po vyzrání betonu se odstraní bednění a do drážek rýhy a za stěnu se na straně svahu zasype zemina. Kromě tradiční technologie je možné vyplnit tenkou stěnu podélnou výztuží jednou tyčí a vertikálními táhly. V tomto případě může být tloušťka stěny 10 cm, ale zemina na svahu je pokryta vrstvami a každá vrstva je navíc vyztužena geomříží (geomříží) se zakřiveným okrajem. 
Betonové prefabrikáty
Technologie výstavby závisí na typu betonových tvárnic. Pokud jsou použity základové bloky, pokládají se na připravený podklad ve formě pískového a štěrkového polštáře. 
Bloky řady FBS se spojují zdící maltou a bloky řady BPS se montují nasucho. 
Kromě základových bloků existují i další materiály, které umožňují rychle a bez „mokrých“ procesů postavit opěrnou zeď z prefabrikovaného betonu. Společnost nabízí velmi zajímavý produkt Geoblok и tenax. Vyvinuli systém blokových opěrných zdí vyztužených geomříží. Zahrnuje: 
- Betonové bloky T-blok (Geoblok) pro přilnutí ke geomříži (první řada a zbytek podle schématu výztuže) – s drážkou v základně a nahoře;
- T-blok (Geoblok) obyčejné betonové bloky – s drážkou v základně a žebrem nahoře;
- betonové tvárnice T-blok (Geoblok) s průchozím otvorem – pro vyústění potrubí příčného odvodňovacího systému;
- geomříž TT SAMP (Tenax);
- mechanický T-Clip konektor (Tenax) pro vzájemné spojení mřížky a blokové drážky.
Technologie výroby opěrné stěny vypadá takto:
- Výkop se provádí ve svahu tak, aby při zásypu bylo možné položit výztužnou geomříž požadované šířky přibližně ve výšce první řady tvárnic.
- Pod základem vykopou příkop.
- Připravte základ. Může to být monolitický nebo prefabrikovaný pásový základ a pro nízké stěny – zhutněná vrstva drceného kamene.
- První řada bloků se položí na základnu. Na patě této řady jsou položeny podélné drenážní trubky, které jsou pokryty vrstvou drceného kamene.
- Položte geomříž na zem ze strany svahu. Měl by zapadnout za drážku bloků s okrajem.
- Mřížka je připevněna k zemi pomocí kotev a v horních drážkách bloků první řady – pomocí konektorů.
- Obyčejné bloky se pokládají s bandážováním švů systémem drážka-žebro. Zdění se provádí do výšky další úrovně výztuže geomříže. V této řadě jsou bloky položeny s drážkami dole a nahoře.
- Nasypte vrstvu zeminy a u zdi ponechte prostor pro zásyp drenážního materiálu (drcený kámen, klastická zemina).
- Zhutněte půdu a drenážní vrstvu.
- Geomříž je položena, upevněna k zemi a v drážkách tvárnic.
- V tomto algoritmu je stěna postavena do konstrukční výšky.
Bloky jsou vyráběny natřené ve velkém, ale na přání je lze obložit jakoukoliv dlažbou pro venkovní použití – hrubý povrch přední části zajišťuje dobrou přilnavost k lepidlům. Systém vyztužených penetrovaných blokových opěrných zdí je podle společnosti dimenzován na 120 let provozu.
Z kamene a stavebních bloků
Navzdory rozmanitosti typů stavebních bloků a velikostí kamene má stavební technologie v každém případě podobný sled prací:
- Provádějí se výkopové práce pro odtěžení zeminy v základové ploše a části svahu.
- Pokládají jeden z typů pásových základů (monolitický – z betonu nebo suti betonu, prefabrikovaný – z FBS, suťový kámen, pevné stavební bloky).
Z dřeva
Uspořádání opěrné zdi ze dřeva poněkud připomíná plot (zeď) z kulatiny nebo velkoprofilového řeziva. Může to být: 
- palisáda, jejíž každý prvek je „zaseknutý“ v zemi;
horizontální pole dřeva, kulatiny nebo pražce ležící na pásovém základu, připevněné k němu kotvami a spojující prvky dohromady pomocí konzol nebo hmoždinek; 
horizontální pole ze silných prken, blokové domy nebo imitace dřeva podepřené na srubových pilířích. Na závěr. Konstrukce opěrné zdi z gabionů se neliší od jiných terénních úprav a zpevňování konstrukcí pomocí drátěného pletiva a zásypu úlomky skalní zeminy, velké drti nebo oblázků. Opěrná zeď z vlnitého plechu se řídí stejným algoritmem jako stavba plotu (s přihlédnutím k zatížení nosných pilířů nebo šroubových pilot).