ЗАМОК ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ СВАЙ В ШПУНТОВЫХ СТЕНКАХ

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано при строительстве причалов в морских и речных портах, а также при возведении подпорных стенок различного назначения.
Известен замок для соединения свай в шпунтовых стенках по патенту №2081238, кл. Е 02 В 3/06, 1997 г., образованный закрепленными на сваях и соединительных элементах охватывающими и охватываемыми элементами, снабженными укрепленными с возможностью взаимодействия друг с другом выступами. Охватывающий элемент образован двумя неравнополочными уголковыми профилями, короткие полки которых обращены навстречу друг другу с образованием между ними зазора и которые являются его выступами. Длинные полки уголковых профилей прикреплены к сваям и между собой скреплены ребром жесткости. Охватываемый элемент образован Т-образным в поперечном сечении элементом, плечи которого располагаются в коробчатой полости, образованной уголковыми профилями, с возможностью взаимодействия с их короткими полками при последовательной забивке свай и соединительных элементов. Основание Т-образного элемента приваривается к соединительному элементу по боковой его поверхности.
Недостаток известного замка состоит в ограниченности его использования - он пригоден только для трубных свай, и в нетехнологичности его изготовления, так как уголковые профили, образующие охватывающий элемент, не представляют единую конструкцию и для образования шпунтового паза замкового соединения необходимо выполнить много установочных, сварочных и контрольных работ. Крепление к трубной свае путем сварки Т-образного выступа также сопряжено с трудностями при установке и сварке, на трубе его
положение неустойчиво. Неизбежны увод уголковых профилей и Т-образного выступа при сварке и правка их для придания им параллельности относительно друг друга. Приварка ребра жесткости к длинным полкам также представляет задачу, приваривать его после закрепления на свае уголковых профилей - нет доступа в полость шпунтового паза; значит приваривать его надо к уголковым профилям до приварки последних к свае. А это опять выполнение операций, связанных с установкой ребра жесткости относительно уголковых профилей и деформация последних при сварке. При этом надо иметь ввиду, что все эти работы связаны с длинномерными и тяжеловесными элементами. Необходимо указать еще на один недостаток известного технического решения. Чтобы исключить раскрытие замкового соединения, толщина полок уголковых профилей должна быть достаточной, а ребро жесткости необходимо располагать ближе к коротким полкам. Но если ребро жесткости расположить ближе к коротким полкам, то шпунтовый паз становится тесным для размещения плеч Т-образного выступа и при забивке свай возможно заклинивание и раскрытие замка. Увеличение толщины полок возможно при увеличении номера профиля, увеличиваются и габариты Т-образного выступа - все это увеличивает металлоемкость конструкции.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является замок для соединения свай в шпунтовых стенках по патенту на полезную модель №37112 кл. Е 02 В 3/06, образованный закрепленными на сваях охватывающим элементом из профиля швеллерного типа с обращенными наружу полками и охватываемым элементом из профиля также швеллерного типа с обращенными к свае полками, причем на внутренних поверхностях полок швеллера охватывающего элемента и на наружных поверхностях полок швеллера охватываемого элемента укреплены выступы с возможностью взаимодействия друг с другом при образовании шпунтового замкового соединения, когда происходит забивка свай.
Недостаток замка по прототипу состоит в ограниченности его использования и в конструктивных недостатках, связанных с малым объемом шпунтового паза замкового соединения. Данный замок прекрасно вписывается в конструкцию сваи прямоугольного или таврового поперечных сечений; к охватывающему и охватываемому элементам замка в виде швеллеров привариваются закладные детали, они свариваются с арматурой сваи и они становятся одними из составных частей арматуры сваи. В трубной же свае, при установке швеллера охватывающего элемента на трубу между поверхностью трубы и поверхностью вертикальной стенки, соединяющей полки, образуется зазор, швеллер занимает на трубе неустойчивое положение и для создания устойчивости и выравнивания положения швеллера относительно поверхности трубы и уменьшения провариваемого зазора в него приходиться вставлять клинья. Второй указанный недостаток связан с малым объемом шпунтового паза и объясняется следующим образом. Чтобы обеспечить надежность замкового соединения обе пары выступов в виде прутков в зазоре между внутренней поверхностью полок швеллера охватывающего элемента и наружной поверхностью полок швеллера охватываемого элемента необходимо выполнить как можно большего диаметра и потому приходится их размещать как можно ближе к краям полок. Но это (увеличить диаметр прутков) нельзя сделать по следующим причинам. Во-первых, для обеспечения надежности работы сварного соединения необходимо иметь так называемый «катет» сварки, значит надо отступить от края полки, чтобы этот «катет» обеспечить, во-вторых, как показали испытания, размещение выступа ближе к краю полки швеллера охватывающего элемента увеличивает разгибающий момент, прилагаемый к полке и при нагружении свай происходит раскрытие замка; значит выступы и охватывающие элементы приходится сдвигать дальше вглубь от края полки. Места для размещения выступов большего диаметра в зазоре становится мало и при погружении свай между выступами происходит заклинивание. А при выступах малого диаметра замковое соединение становится ненадежным, при погружении сваи выступы выходят из
зацепления. Также необходимо отметить, что указанные выше обстоятельства не позволяли использовать в качестве охватывающего и охватываемого элементов замка двутавровые профили, у которых размер половины полки, участвующей в создании замка, меньше размера полки швеллера примерно в 1,5 раза. Задачей настоящего изобретения является создание конструкции шпунтового замка, не имеющего указанных недостатков, то есть, простого и технологичного как в изготовлении, так и при возведении шпунтовой стенки, обладающего высокой несущей способностью и необходимой грунтонепроницаемостью и приемлемого при возведении шпунтовых стенок из любых свай.
Технический результат, ожидаемый от использования предложенного технического решения, - увеличение надежности работы замкового соединения и расширение диапозона его применения.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном замке для соединения свай в шпунтовых стенах, образованном закрепленными на сваях охватывающими и охватываемыми элементами в поперечном сечении корытообразного типа, полки которых обращены соответственно наружу и к свае, снабженными укрепленными с возможностью взаимодействия друг с другом выступами, выступы охватываемого элемента образованы вылетами пластины, установленной вдоль его вертикальной стенки и скрепленной с ним. Дополнительно предлагается охватываемый элемент выполнить из двутаврового профиля, полки которого с одной стороны скреплены со сваей, а с другой стороны - с пластиной. Дополнительно предлагается охватывающий элемент выполнить из двутаврового профиля, полки которого с одной стороны скреплены со сваей, а к полкам с другой стороны - прикреплены выступы.
Также дополнительно предлагается на полках охватывающего элемента вплотную к первым выступам со стороны, обращенной наружу, укрепить вторые выступы.
Также дополнительно предлагается вторые выступы выполнить меньшего размера по отношению к первым.
Благодаря тому, что выступы охватываемого элемента образованы вылетами пластины, установленной вдоль его вертикальной стенки и скрепленной с ним (с охватываемым элементом), появляются положительные эффекты, позволяющие исключить недостатки замка по прототипу. Во-первых, освобождается место в зазоре между внутренней поверхностью полки швеллера охватывающего элемента и наружной поверхностью полки швеллера охватываемого элемента, так как теперь в этом зазоре размещается только один выступ. Это позволяет увеличить диаметр выступа на внутренней поверхности полки швеллера охватывающего элемента и подвинуть выступ вглубь-полки. Увеличение диаметра выступа увеличивает надежность зацепления замкового соединения, а размещение его подальше от края полки уменьшает разгибающий момент, действующий на полку при нагружении сваи, что увеличивает надежность работы замкового соединения. Наличие достаточного зазора между выступами на полках швеллера охватывающего элемента и выступами на охватываемом элементе, образованными вылетами пластины, установленной вдоль вертикальной стенки охватываемого элемента и скрепленной жестко с ним, исключает заклинивание в замке при забивке свай. По крайней мере, появляется запас по выбору величины указанного зазора, чтобы заклинивание при забивке свай исключить. Образование выступов на охватываемом элементе вылетами пластины, скрепленной с ним, позволяет теперь использовать в качестве охватывающего элемента двутавровый профиль, так как в зазоре между внутренней поверхностью полки швеллера охватывающего элемента и наружной поверхностью полки швеллера охватывающего элемента размещается только один выступ и несмотря на то, что половина размера полки двутавра меньше размера полки швеллера, места для одного выступа в этом зазоре достаточно, чтобы обеспечить надежность замкового соединения и исключить заклинивание. Это сразу дает возможность расширить область применения
предложенного замка. Он может использоваться как в железобетонных сваях прямоугольного или таврового поперечных сечений, так и в трубных сваях и в сваях из профилей, например, швеллеров или двутавров, к полкам которых с наружной стороны привариваются указанные выше охватываемый и охватывающий элементы. При изготовлении трубной сваи на боковую поверхность трубы накладывается двутавр одними сторонами полок и проваривается по этим сторонам полок с трубой, соединение с трубой получается надежным, установка двутавра на трубе не вызывает трудностей, двутавр устойчиво и ровно ложится на боковую поверхность трубы.
Надо отметить, что использование для создания выступов охватываемого элемента пластины, скрепленной с ним, и в качестве охватывающего и охватываемого элементов двутавра увеличивает межцентровое расстояние между сваями и в результате уменьшает металлоемкость стенки.
Укрепление на полках охватывающего элемента вплотную к первым выступам со стороны, обращенной наружу, вторых выступов позволяет исключить или, по крайней мере, значительно уменьшить вырыв или сдвиг и поворот первых выступов, так как теперь против сдвигающего и крутящего усилий со стороны выступов (вылетов пластины) охватываемого элемента при нагружении свай работают два последовательно расположенных выступа. Второй выступ работает как подпорка первому, его поэтому можно располагать и ближе к краю полки, но вплотную к первому. Он укрепляет положение первого выступа, на величину разгибающего момента, действующего на полку второй выступ не влияет, величина разгибающего момента определяется положением на полке первого выступа. Если второй выступ выполнить меньшего диаметра, то он дополнительно будет являться подпоркой первому, препятствуя его повороту относительно оси сварного шва. Сущность изобретения поясняется прилагаемыми чертежами, где:
на фиг.1 изображен общий вид шпунтовой стенки, поперечный разрез;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 замкового соединения между двумя сваями прямоугольного или таврового поперечного сечения, когда охватываемый и охватывающий элементы выполнены из швеллеров;
на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1 замкового соединения между двумя сваями, когда охватываемый элемент выполнен из двутавра, а охватывающий из швеллера;
на фиг.4 - разрез А-А на фиг.1 замкового соединения между двумя трубными сваями, когда охватываемый элемент выполнен из швеллера, а охватывающий - из двутавра;
на фиг.5 - разрез А-А на фиг.1 замкового соединения между двумя трубными сваями, когда охватывающий и охватываемый элемент выполнены из двутавра, а вплотную к первым выступам со стороны, обращенной наружу, укреплены вторые выступы.
Замок для соединения свай 1 состоит из закрепленных на них охватывающих элементов 2 в виде швеллеров (фиг.2, 3) или двутавров (фиг.4, 5) с обращенными наружу полками 3 и охватываемых элементов 4 в виде швеллеров (фиг.2, 4) или двутавров (фиг.3, 5) с обращенными к свае полками 5. На внутренних поверхностях полок 3 охватывающих элементов 2 укреплены выступы 6, а выступы охватываемого элемента 4 образованы вылетами 7 пластины 8, установленной вдоль его вертикальной стенки 9. У охватываемых элементов 4 в виде швеллеров пластина 8 крепится непосредственно на вертикальной стенке 9, а у охватываемых элементов 4 в виде двутавров пластина 8 приваривается к полкам 10, На полках 3 охватывающих элементов 2 вплотную к выступам 6 со стороны, обращенной наружу, приварены выступы 11 (фиг.5). Выступы 11 могут быть выполнены одного диаметра с выступами 6, если хватает места для их расположения и приварки, но могут быть выполнены и меньшего диаметра - все равно укрепляющий фактор их для выступов 6 сохраняется. На прилагаемых чертежах вторые выступы 11 показаны на фиг.5, но они могут. быть использованы при необходимости во всех вариантах выполнения замка, представленных на фиг.2, 3, 4. Выступы 6 и 11 могут быть выполнены из прутков круглого, прямоугольного или квадратного сечений. Если в
реально производственных условиях для выполнения охватываемых элементов 4 не окажется на данный момент швеллеров, а имеются уголковые профили равно или неравнополочные соответствующих размеров, то они могут быть использованы вместо швеллеров - в этом случае торцами одних полок они скрепляются со сваей, а к наружным поверхностям других полок, обращенных друг к другу, приваривается пластина 8. Размеры и номера используемых в замке профилей (швеллеров, двутавров, уголков, прутков, пластины 8) определяются нагрузкми, действующими на сваи, а в итоге, размерами свай. Как указывалось выше, в качестве свай с предлагаемым замком могут быть использованы, например при возведении подпорных стенок, известные профили из прокатной стали - швеллеры, двутавры больших номеров, в этом случае охватывающие и охватываемые элементы предлагаемого замка привариваются к внешним поверхностям полок этих профилей.
Изготовление замка начинается с приварки выступов на внутренней поверхности полок 3 охватывающего элемента 2 и пластины 8 к охватываемому элементу 4. Проверяют местную кривизну охватывающего и охватываемого элементов замка. Прямолинейность охватывающего и охватываемого элементов замка проверяют протяжкой по ним контрольных шаблонов с одновременным измерением тягового усилия динамометром. В местах, где тяговое усилие превысит допустимое, следует осуществить правку неровностей охватывающего и охватываемого элементов. Охватывающие элементы 2 в виде швеллеров и двутавров и охватываемые 4 в виде швеллеров, двутавров или и уголковых профилей для железобетонных свай на специальном стенде свариваются с закладными деталями, они затем свариваются с арматурой сваи и после этого весь металлический остов сваи заливают бетоном.
Возведение шпунтовой стенки осуществляют путем последовательной забивки свай 1 с помощью сваебойного оборудования и (или) подмыва, в зависимости от типа грунта. Шпунтовый замок обеспечивает соединение свай между собой.
Предложенный замок для соединения свай в шпунтовых стенках отличается простотой и технологичностью при изготовлении и обеспечивает беспрепятственное погружение свай различного назначения и конструкций при возведении шпунтовой стенки. Имеет высокие несущую способность и грунтонепроницаемость.