Шпунтовая стенка
SHEET PILE WALL

Изобретение относится к гидротехническому и общегражданскому строительству и может быть использовано в морском и речном строительстве портовых сооружений, строительстве набережных и причалов, подпорных стенок при берегоукрепительных работах, а, также при дорожном строительстве, сооружении тоннелей и фундаментов в стесненных условиях.
Известна шпунтовая стенка для строительства причалов, набережных, каналов, подпорных стенок при берегоукрепительных работах и других гидротехнических сооружений, а, также объектов общегражданского строительства, содержащая сваи в виде металлических труб, полностью или частично погруженных в грунт, и замковых элементов, соединяющих их в единую стенку вдоль линии строительства. Центры свай в известном техническом решении находятся на нейтральной (продольной) линии шпунтовой стенки (Патент РФ №2185476, МПК Е02В 3/06, опубл. 20.07.2002 г.).
Недостатком известной шпунтовой стенки является то, что при возведении шпунтовых стенок с большим перепадом уровня грунта в зоне сооружения требуется применять дорогостоящие трубные сваи с большим диаметром и высоким моментом сопротивления сечения сваи на изгиб и/или применения дополнительных анкерных свай и тяг или грунтовых анкерных элементов для крепления стенки вдоль ее фронта от изгиба, что значительно удорожает строительство.
Известна шпунтовая стенка для строительства причалов, набережных, каналов, подпорных стенок при берегоукрепительных работах и других гидротехнических сооружений, а также объектов общегражданского строительства, содержащая сваи в виде металлических труб, полностью или частично погруженных в грунт, и замковых элементов, соединяющих их в единую стенку вдоль линии строительства. Как и в предыдущем техническом решении центры свай находятся на нейтральной (продольной) линии, делящей сечение шпунтовой стенки на две равновесные части (Патент РФ №2293158, МПК Е02В 3/06, E02D 5/08, E02D 5/12, опубл. 10.02.2007 г.).
Недостатком известной шпунтовой стенки, как и в предыдущем известном техническом решении, является то, что при возведении шпунтовых стенок с большим перепадом уровня грунта в зоне сооружения требуется применять дорогостоящие трубные сваи с большим диаметром и высоким моментом сопротивления сечения сваи на изгиб и/или дополнительные анкерные сваи и тяги, что удорожает строительство.
Известна шпунтовая стенка, наиболее близкая к заявляемому техническому решению, преимущественно причала либо набережной, содержащая сваи в виде металлических труб, полностью или частично погруженных в грунт, и замковые элементы, соединяющие их в единую стенку вдоль линии строительства. (Патент Ru 37113, МПК Е02В 3/06, опубл. 10.04.2004 г.). В известном техническом решении замковые элементы расположены в пересекающихся плоскостях с образованием совместно со сваей V-образного в поперечном сечении профиля, при этом сваи установлены в шахматном порядке и последовательно соединены между собой замковыми элементами с образованием зигзагообразного в плане профиля шпунтовой стенки.
Недостатком известной шпунтовой стенки, как и в предыдущих известных технических решениях, является то, что при возведении шпунтовых стенок с большим перепадом уровня грунта в зоне сооружения требуется применять трубные сваи с большим диаметром и высоким моментом сопротивления сечения сваи на изгиб и/или дополнительные анкерные сваи и тяги или грунтовые анкерные элементы для крепления стенки вдоль ее фронта от изгиба, что значительно удорожает строительство.
При проектировании шпунтовых подпорных стенок, временно и постоянно ограждающих место строительных работ и используемых при берегоукрепительных и дноуглубительных работах в морском и речном строительстве портовых сооружений, набережных и причалов, особое внимание обращают на способность стенки воспринимать изгибающую нагрузку от водонасыщенных и насыпных грунтов в зоне строительства, а также на стоимость возведения шпунтовой стенки, прямо зависящую от ее металлоемкости. Основными характеристиками консольной (без анкеров) шпунтовой стенки являются: момент сопротивления сечения изгибу погонного метра стенки и коэффициент полезного использования металла стенки, представляющий отношение момента сопротивления сечения изгибу погонного метра к массе квадратного метра стенки. Для гидротехнических сооружений часто применяют шпунтовые стенки, выполненные из цилиндрических труб большого диаметра с приварными замковыми соединениями, обладающими высокими характеристиками по моменту сопротивления и коэффициенту использования металла. При этом трубы устанавливают вдоль линии шпунтовой стенки и соединяют между собой замковыми элементами. В зависимости от перепада уровня и типа грунта, разделенного шпунтовой стенкой в зоне строительства применяют типовые электросварные трубы диаметром 426-1420 мм и более. При этом линии центров трубных свай находятся на нейтральной (продольной) линии шпунтовой стенки.
Задачей настоящего изобретения является увеличение нагрузочной способности шпунтовой стенки, возможность применить при ее сооружении более дешевые сварные трубы меньшего диаметра, полученные методом продольной прокатки из рулона и, тем самым, снижение себестоимости при строительстве.
Поставленная задача достигается тем, что шпунтовая стенка, преимущественно причалов, набережных, каналов, подпорных стенок при берегоукрепительных работах, гидротехнических сооружений, объектов общегражданского строительства, содержащая сваи в виде металлических труб, частично или полностью погруженных в грунт, и замковых элементов соединяющих их в единую стенку вдоль линии строительства, в плане имеет пилообразную форму с периодически повторяющимися зубцами, при этом боковые стенки зубцов образованы замковыми элементами, выступы и впадины образованы сваями и замковыми элементами, сваи и замковые элементы, соединяющие сваи на выступах и впадинах зубцов, расположены по разные стороны от нейтральной линии, делящей сечение стенки на две равновесные части.
Указанное техническое решение позволяет значительно увеличить нагрузочную способность шпунтовой стенки за счет смещения свай и замковых элементов относительно нейтральной (продольной) линии сечения стенки и увеличения, тем самым, момента сопротивления сечения стенки на изгиб. При этом появляется возможность применения более дешевых трубных свай меньшего диаметра.
Техническая сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
Фиг. 1 - поперечный разрез шпунтовой стенки, которая в плане имеет пилообразную форму с периодически повторяющимися зубцами, боковые стенки которых образованы замковыми элементами, а вершины и впадины образованы сваями и замковыми элементами;
Фиг. 2 - сечение А-А (Фиг. 1) - фрагмент шпунтовой стенки.
с
На фиг. 1 изображен поперечный разрез шпунтовой стенки 1, разделяющей зоны строительства с перепадом «Н» уровня грунта 2. На фиг. 2 изображено сечение А-А - фрагмент шпунтовой стенки 1 в плане вдоль линии строительства, содержащей сваи 3 в виде металлических труб 4, частично или полностью погруженных в грунт 2, и замковых элементов 5 и 6, приваренных к трубам 4 и соединяющих их вдоль линии строительства. Стенка 1 имеет пилообразную форму с периодически повторяющимися зубцами 7, при этом боковые стенки 8, 9 зубцов 7 образованы замковыми элементами 5 и 6, а выступы 10 и впадины 11 зубцов 7 образованы сваями 3 и замковыми элементами 5 и 6. При этом центры О свай 3 расположены со смещением «hm» относительно нейтральной (продольной) линии «m-m», делящей сечение стенки на две равновесные части.
При работе на шпунтовую стенку действует нагрузка от перепада «Н» уровней грунта в зоне строительства и от оборудования, транспорта и прочих нагрузок при эксплуатации. При этом на стенку воздействует изгибающий момент, воспринимаемый элементами шпунтовой стенки. При смещении свай в виде металлических труб относительно нейтральной (продольной) линии момент сопротивления сечения стенки изгибу увеличивается, увеличивается и несущая способность стенки.
В таблице приведены результаты компьютерного моделирования изменения момента сопротивления сечения цилиндрической трубы изгибу и ее несущей способности при установке трубы в шпунтовую стенку со смещением относительно нейтральной (продольной) линии, делящей сечение стенки на две равновесные части.
Результаты, указанные в таблице, подтверждают целесообразность выполнения шпунтовой стенки пилообразной формы для восприятия высоких нагрузок при строительстве и эксплуатации.
Выполнение шпунтовой стенки пилообразной формы с периодически повторяющимися зубцами, боковые стенки которых образованы замковыми элементами, а выступы и впадины образованы сваями и замковыми элементами позволяет увеличить несущую способность стенки за счет увеличения момента сопротивления сечения изгибу и снизить затраты на ее изготовление за счет применения более дешевых труб меньшего диаметра.