ШПУНТОВАЯ СВАЯ (ВАРИАНТЫ) И СТЕНКА ИЗ ШПУНТОВЫХ СВАЙ

Группа полезных моделей относится к шпунтовым металлическим сваям и выполненным из них шпунтовым стенкам и может быть использована в гидротехнике при сооружении морских и речных причалов, а также в строительстве при возведении в грунте подпорных стенок различного назначения.
Заявляются три объекта - шпунтовая свая (два варианта - сваи первого типа и сваи второго типа), и шпунтовая стенка, выполненная из свай обоих типов при соединении их с чередованием между собой.
Известны металлические шпунтовые сваи различной конфигурации [с информацией можно ознакомиться в сети Интернет ], в том числе из катанного Z-образного профиля, профиля коробчатого типа и пр. Примером сваи коробчатого типа может служить горячекатаная шпунтовая свая, описанная в АС СССР 1731905, опубл. 07.05.1992 г. Основным недостатком свай подобного типа является сложность их изготовления с применением специального прокатного стана.
Более технологичными являются трубчатые сваи, снабженные замковыми элементам. Одна из таких конструкций описана в патенте на полезную модель RU №59083 опубл. 10.12.2006. Свая состоит из стальной трубы, к наружной поверхности которой приварены два уголковых профиля. Свободные полки уголковых профилей обращены в противоположные стороны друг от друга. Уголковые профили совместно образуют Т-образный в поперечном сечении шпунтовый выступ, который размещается во внутренней полости замка смежной сваи. Недостатком подобных трубчатых свай являются их неоправданно высокие (по отношению к прочностным свойствам) массо-габаритные показатели.
Указанный недостаток устраняется в конструкциях сваи, изготовленных из продольных сегментов труб.
В качестве прототипа двух первых объектов (вариантов свай) выбрана свая, описанная в патенте на полезную модель RU №19542, опубл. 10.09.2001. Корпус сваи имеет форму цилиндрического сегмента с центральным углом не более 180°, вырезанного из круглой трубы по линиям, параллельным ее оси, то есть полученного продольным разрезом. К одной из ее боковых кромок прикреплен охватывающий замковый элемент, к другой - охватываемый замковый элемент. Изготовление свай такой конструкции, в которой на одну кромку нужно приварить охватываемый замковый элемент - стержень, а на другую охватывающий элемент - трубу с продольной прорезью, ориентированной строго определенным образом, сопряжено с определенными технологическими трудностями. Это вызвано тем, что для формирования каждой из продольных кромок одной сваи нужна своя оснастка. Наличие «разноименных» замковых элементов на одной свае усложняет автоматизацию процесса.
Известна шпунтовая стенка, описанная в упомянутом выше патенте на полезную модель RU №59083, содержащая шпунтовые сваи из труб с приваренными к ним шпунтовыми замками и Т-образными шпунтовыми выступами.
В качестве прототипа для шпунтовой стенки, выбрана стенка, описанная в упомянутом выше патенте на полезную модель RU №19542. Стенка собрана из одинаковых шпунтовых свай, выполненных из сегментов труб, при этом на одной боковой кромке этой сваи имеются охватываемые элементы, а на другой кромке - охватывающие элементы.
Специалисту понятно, что для повышения прочностных характеристик шпунтовой стенки требуется максимально увеличить площадь опоры. Это можно достигнуть только при формировании волнистой поверхности стенки, то есть при установке свай из цилиндрических сегментов при обращении гребней смежных свай в противоположные стороны, когда стенка в сечении имеет синусообразную форму (а не зубчатую, однонаправленную). В этом случае, для введения охватываемого элемента одной сваи в охватывающий элемент другой (смежной) сваи, каждую вторую сваю, доставаемую из общего штабеля одинаковых свай, нужно переворачивать не только ориентируя гребень, но и разворачивать по длине, то есть опускать другим торцом. Для свай длиной до 6-и и более метров это вызывает при монтаже существенные трудности, а при ограниченных площадках для монтажа, вообще может быть исключено. Таким образом, проблемы с технологичностью монтажа свайной стенки вытекают из конструкции применяемых свай.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение арсенала средств и создание свай и, соответственно, стенок из этих свай, новой, по отношению к прототипу, конструкции. Достигаемый технический результат - повышение технологичности изготовления и сборки за счет унификации формы кромок свай и разделение их на два типа конструкции.
Поставленная задача решается следующим образом.
Согласно первому варианту полезной модели (первый тип сваи) шпунтовая свая имеет корпус, представляющий собой сегмент цилиндрической металлической трубы, полученный ее продольным разрезом, на боковых кромках корпуса закреплены идентичные продольные охватывающие элементы замкового соединения.
Согласно второму варианту полезной модели (второй тип сваи) шпунтовая свая также имеет корпус, представляющий собой сегмент цилиндрической металлической трубы, полученный ее продольным разрезом. В отличие от первого варианта на ее боковых кромках корпуса закреплены идентичные продольные охватываемые элементы замкового соединения.
В обоих вариантах наилучший результат достигается, когда корпус сваи выполнен из продольной трети цилиндрической трубы, а именно сегмент имеет центральный угол (угол между плоскостями, проходящими через ось симметрии цилиндра и кромки сегмента) 120°.
Третий объект полезной модели - шпунтовая стенка - характеризуется тем, что выполнена из описанных выше шпунтовых сваи первого и второго типа при их соединении между собой и чередовании друг с другом. При этом гребни упомянутых сегментов смежных свай ориентированы в противоположные стороны.
Для того, чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности полезной модели, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан предпочтительный вариант реализации. Пример иллюстрируется Фигурой чертежа, на которой представлено поперечное сечение шпунтовой стенки.
Шпунтовая стенка состоит из шпунтовых свай двух типов: 1 - сваи первого типа, 2 - сваи второго типа. Сваи 1, 2 имеют корпус 3, представляющий собой сегмент цилиндрической металлической трубы, полученный ее продольным разрезом. Предпочтительно, когда труба разрезана на три равные продольные части, в этом случае центральный угол составляет 120°, и при монтаже шпунтовой стенки длина фрагмента, полученного из одной трубы составляет примерно 5,2 (проверьте, пожалуйста цифру) ее радиусов, в то время как у полуцилиндра (угол 180°) длина составляет 4 радиуса, а из целой трубы - 2 радиуса.
Эксперименты показали, что угол 120° является оптимальным для соотношения прочности к длине стенки, получаемой из одной трубы.
К обеим продольным кромкам свай первого типа 1 приварены продольные охватывающие элементы 4 замкового соединения. Это могут быть, как показано на Фигуре, трубы с продольным разрезом, ориентированным определенным образом. В качестве охватывающих элементов могут использоваться другие незамкнутые профили, используемые для этих целей, например, те, которые описаны в прототипе и других источниках.
К обеим продольным кромкам свай второго типа 2 приварены продольные охватываемые элементы 5 замкового соединения. Это могут быть, как показано на Фигуре, круглые стержни. При использовании в качестве охватывающих элементов фигурных незамкнутых профилей с гранями охватываемые элементы могут иметь соответствующую форму граненых стержней.
Элементы замкового соединения могут быть приварены к кромкам непосредственно или через промежуточные (фиксирующие) элементы, например, металлические полки, уголки и пр. (на Фигуре не показаны). Кроме того конструкция может предусматривать наличие дополнительных фиксаторов, ребер жесткости, например, только на сваях одного типа.
Процесс изготовления свай, на обеих кромках которых имеются только «одноименные», одинаковые замковые элементы (только охватываемые или только охватывающие) проще автоматизировать, разделив производство на два участка - участок для свай первого типа и участок для свай второго типа. На этих участках могут одновременно параллельно формироваться замковые элементы на обеих кромках корпуса.
Шпунтовая стенка монтируется из шпунтовых свай первого и второго типа (1, 2), которые соединяются замковыми соединениями и при этом чередуются между собой. При монтаже стенки фиксируемый элемент следующей сваи вводится в фиксирующий элемент предыдущей, а поскольку на свае одинаковые фиксируемые элементы находятся по обеим кромкам, сваю не нужно переворачивать по длине, она может погружаться любым торцом. При монтаже осуществляют поворот каждой второй сваи только вокруг продольной оси так, чтобы гребни сегментов смежных свай были ориентированы в противоположные стороны и формировалась стенка, симметричная относительно продольной плоскости симметрии (в сечении - синусоида).
Дополнительным преимуществом является то, что каждая свая симметрична относительно продольной оси и в этом случае не возникает дополнительный поперечный крутящего момент при ее подъеме на стропах.
Кроме того, разделение свай на два типа позволяет приваривать дополнительные фиксаторы (или стяжки или ребра жесткости) только на сваях одного типа (на одном участке). В случае установки фиксаторов во внутреннем объеме корпуса только свай одного типа можно формировать стенку повышенной прочности без фиксаторов на ее лицевой поверхности, как это показано на фигуре.