В работе представлено сопоставление расчётных и экономических характеристик двух вариантов исполнения подпорной стенки: на основе традиционного железобетона и с использованием сталефибробетона (СФБ). В качестве исходной модели использована оптимизированная геометрическая форма, обеспечивающая рациональное распределение усилий. Рассчитаны напряжённо-деформированное состояние (НДС), масса и стоимость конструкции. Показано, что применение СФБ позволяет исключить конструктивную арматуру (за исключением контрфорса), при этом снизить массу арматуры на 79 % и общую стоимость конструкции на 21 % без ухудшения прочностных характеристик.

Ключевые слова: подпорная стенка, сталефибробетон, фибра, конструктивная арматура, оптимизация формы, технико-экономическая эффективность.

The paper presents a comparative assessment of structural and economic characteristics of two types of retaining wall construction: one using traditional reinforced concrete and another using steel fiber reinforced concrete (SFRC). The analysis is based on an optimized geometry model ensuring effective internal force distribution. Results include stress-strain behavior, material consumption, and construction cost. The study shows that SFRC allows for the exclusion of non-essential reinforcement (except in counterforts), reducing reinforcement mass by 79 % and total construction cost by 21 % without compromising structural performance.

Keywords: retaining wall, steel fiber concrete, fiber reinforcement, structural optimization, economic assessment.

1. Введение

Подпорные стенки широко применяются в транспортном и гидротехническом строительстве, где надёжность и долговечность конструкции имеют первостепенное значение. Одним из путей повышения эффективности таких конструкций является применение новых материалов — в частности, сталефибробетона. Ранее многочисленные исследования показали его высокую трещиностойкость и способность воспринимать растягивающие усилия без стержневой арматуры. Цель данной работы — определить возможность частичного или полного исключения конструктивной арматуры при использовании СФБ, а также оценить экономическую эффективность решения.

2. Методика исследования

В расчётах использована подпорная стенка оптимизированной формы (вариант Б1), геометрия которой разработана на основе вариативного моделирования с целью минимизации усилий и массы. Расчёты выполнены в программном комплексе SCAD. Сравнивались два варианта: — ЖБ (бетон B25, с арматурой ∅12 А500, шаг 200 мм, и ∅10 конструктивная), — СФБ (эквивалентные характеристики: E = 37 000 МПа, Rb = 20 МПа, Rbt = 4.5–5 МПа, плотность 2.55 т/м³). В этом варианте арматура сохранена только в контрфорсе. Выполнен расчёт НДС, определены массы и стоимости конструкций с учётом материала и монтажных трудозатрат.

3. Результаты и обсуждение

3.1 Напряжённо-деформированное состояние

Оба варианта показали сопоставимые значения напряжений и перемещений. Максимальные растягивающие усилия локализованы в контрфорсах, где и сохранено арматурное усиление. В остальных зонах, благодаря применению СФБ, напряжения не превышали предельно допустимых значений при отказе от арматуры.

3.2 Масса и трудозатраты

Масса арматуры уменьшена с 652.6 кг до 136.7 кг, при незначительном увеличении массы бетона. В результате общая масса конструкции осталась практически неизменной.

3.3 Экономическая эффективность

Суммарная стоимость ЖБ конструкции составила 130 430 ₽, в то время как СФБ — 102 356 ₽. Экономия составила 21.5 %, при этом технология упрощается за счёт отказа от сложного арматурного каркаса.

4. Выводы

1. Сталефибробетон обеспечивает необходимую прочность и жёсткость при отказе от конструктивной арматуры в теле подпорной стенки. 2. Частичное армирование необходимо лишь в зонах с пиковыми растягивающими усилиями (контрфорс). 3. Применение СФБ позволило снизить стоимость конструкции на 21 %, уменьшить трудоёмкость и упростить технологию изготовления. 4. Использование СФБ целесообразно в массе типовых и сборных конструкций, особенно в ограниченных строительных условиях.

Таблица 1

Сравнение параметров конструкций

Рис. 1. Сравнение массы арматуры в конструкции

Рис. 2. Сравнение общей стоимости конструкции

Литература:

1. Евдокимова Т. С. Исследование прочностных характеристик фибробетона при различном объёмном содержании металлической фибры // Вестник строительной науки. 2020. № 4. С. 45–50.
2. Воронцова Н. С. Влияние сталефибры на трещиностойкость и деформативность железобетонных конструкций // Современные строительные материалы. 2021. № 2. С. 30–35.
3. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Актуализированная редакция СНиП 52–01–2003.
4. СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01–83*.
5. ПК SCAD Office. Руководство пользователя. Версия 2023. ООО «НПК Скад Софт».