ШПУНТОВАЯ СТЕНКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДВУТАВРОВЫХ И ТАВРОВЫХ ПРОФИЛЕЙ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к гидротехнике и может быть использована при строительстве причалов, шлюзов, плотин, доковых сооружений, швартовых палов, опор мостов; возведении подпорных стен; берегоукреплении, водоприемных и водоотводящих сооружениях; очистных сооружений, коллекторов, тоннелей, подземных сооружений, кольцевых замкнутых и незамкнутых структур, ограждений; при обустройстве котлованов, откосов, фундаментов, стен траншей.
Известны системы стальных двутавровых стен, производства компании Arcelor [1, 2], в которых используют специальные двутавровые и Z-образные шпунты для формирования жесткой стенки, которая необходима для удерживания большой нагрузки.
Известна шпунтовая стенка производства компании Arcelor [3], состоящая из двутавровых профилей с замками, между которыми установлены шпунтовые профили с замковыми соединениями, отличающаяся тем, что несущая свая выполнена в виде сварного или горячекатаного Т-образного профиля (тавра), на свободном конце которого закреплен сварным соединением плоский или U-образный шпунтовый профиль холодного или горячего проката с замками на концах. Решение выбрано за прототип.
Эта и вышеуказанные шпунтовые стенки имеют ограничения по размерам форм привязанных к прокатным типоразмерам. Имеет много специальных горячепрессованных замков - коннекторов, что делает ее изготовление более сложным и дорогим процессом. Каждый коннектор имеет две замковые части, что ухудшает противофильтрационный свойства шпунтовой стены. Имеет одинаковую толщину полок, что приводит к утяжелению веса конструкции и увеличению расхода материала. Специальная несущая балка ограниченных типоразмеров имеет специальные выступы или выемки, что резко увеличивает ее стоимость. Задачей заявленной полезной модели является устранение недостатков прототипа. Технический результат заявленной полезной модели состоит в облегчении веса конструкции, упрощения процесса стыковки одного шпунта к другому при забивке, уменьшению числа или исключению горячепрессованных замковых соединений, уменьшению используемого металла при возведении стенки с сохранением всех свойств ее прочности. Также обеспечивается возможность более широкого выбора вариантов конструкций шпунтовых стен, выбор толщин составных частей шпунта, длины, вида профиля (U-профиль, Z-профиль или плоский профиль). Кроме того, часть из предложенных решений принципиально не может быть получена горячекатаным способом при нынешнем технологическом укладе.
Далее, для удобства описания, условно разделим шпунтовую стену (в поперечном направлении) на две части - противофильтрационный экран (лицевая часть) и анкерную стену (силовая часть). Лицевая часть и силовая части соединены перемычкой (две перемычки для коробчатых свай). Противофильтрационная завеса предназначена для разделения сред (снижения фильтрации жидких фаз сред, суффозии грунтов) и снабжена шпунтовыми замками. Силовая часть удерживает шпунтовую стену в заданном положении (обеспечивает прочность и жесткость, поддерживает лицевую часть).
Шпунтовая стена состоит (вдоль стены) из чередующихся несущих шпунтовых свай и шпунтовых панелей различного сечения, соединяющихся между собой посредством шпунтовых замков. Некоторые шпунтовые стены могут состоять только из несущих шпунтовых свай, соединяющихся между собой посредством шпунтовых замков (без шпунтовых панелей). Несущую сваю, для удобства описания, разделим на лицевую полку, анкерную полку, перемычку (две перемычки для коробчатых свай), соединяющую анкерную и лицевую полки. Указанный технический результат реализуется следующими вариантами исполнения.
Шпунтовая стенка по первому варианту, состоящая из двутавровых профилей с замками, между которыми установлены шпунтовые профили с замковыми соединениями, отличающаяся тем, что несущая свая выполнена в виде сварного или горячекатаного двутавра (в т.ч. и разнотолщинного, и разнополочного), к лицевой полке которого закреплен сварным соединением плоский или U-образный шпунтовый профиль холодного или горячего проката с замками на концах.
Шпунтовая стенка по второму варианту, состоящая из двутавровых профилей, между которыми установлены шпунтовые профили с замковыми соединениями, отличающаяся тем, что несущая свая состоит из двух последовательно соединенных (сдвоенных) сварных (в т.ч. и разнотолщинного) или горячекатаных стандартных равнополочных (нестандартных неравнополочных и разнотолщинных) балок с закрепленным к ним сварным соединением плоским или U-образным шпунтовым профилем холодного или горячего проката с замками на концах.
Шпунтовая стенка по третьему варианту, состоящая из двутавровых коробчатых (две перемычки между анкерной и лицевой полками) профилей с замками, между которыми установлены шпунтовые профили с замковыми соединениями, отличающаяся тем, что несущая свая выполнена в виде двутаврового коробчатого профиля из сварного таврового короба (две перемычки между анкерной и лицевой полками), к которому закреплен сварным соединением U-образный или плоский шпунтовый профиль холодного или горячего проката с замками на концах, причем закрепление U-образного или плоского шпунтового профиля выполнено к свободным концам таврового короба.
Шпунтовая стенка по четвертому варианту, состоящая из двутавровых профилей, сформированных в двутавровый короб (две перемычки между анкерной и лицевой полками), со шпунтовыми замками, между которыми установлены шпунтовые профили, отличающаяся тем, что несущая свая двутаврового короба выполнена в виде двутаврового короба (в т.ч. и разнотолщинного, и равнополочного), к лицевой полке которого закреплен методом сварного соединения плоский или U-образный шпунтовый профиль холодного или горячего проката с замками на концах.
Могут быть использованы U-образные или Z-образные шпунтовые профили.
К внешней части анкерной полки может быть присоединен сварным способом плоский шпунт или его замковая часть, или горячепрессованый коннектор так, что замковое соединение одновременно осуществляется и на лицевой, и на анкерной части шпунтовой стены. К лицевой части несущей сваи может быть приварена только замковая часть плоского или U-образного шпунта заданной длины. Причем замковая часть плоского или U-образного шпунта заданной длины приварена так, что замковое соединение одновременно осуществляется и на лицевой, и на анкерной части шпунтовой стены.
К лицевой и/или анкерной части несущей сваи может быть приварена только замковая часть плоского или U-образного шпунта заданной длины, или горячепрессованого коннектора. Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показан пример возведения шпунтовой стенки с использованием двутавровых профилей; а - вид по первому варианту, б - вид по второму варианту.
На Фиг.2 показан пример возведения шпунтовой стенки с использованием двутавровых профилей и формированием двутаврового короба; а - вид по третьему варианту, б - вид по четвертому варианту.
Осуществление полезной модели.
Несущие сваи - единое целое (изготавливаются и собираются до забивки). При монтаже каждая последующая свая заводится в замок предыдущей. В комбинированых стенах сначала забивают несущие сваи, а потом между ними устанавливают шпунтовые панели (натягивают «юбку») - обычно пара Z-профилей или пара, или тройка U-профилей. Порядок погружения определяется проектировщиком.
Шпунтовая стенка по первому варианту состоит из двутавровых профилей с замками, между которыми установлены шпунтовые профили с замковыми соединениями, где несущая свая выполнена в виде сварного или горячекатаного Т-образного профиля (тавра) (1), на свободном конце которого закреплен сварным соединением плоский или U-образный шпунтовый профиль (2) холодного или горячего проката с замками (4) на концах.
Шпунтовая стенка по второму варианту несущая свая выполнена в виде сварного или горячекатаного двутавра (в т.ч. и разнотолщинного, и\или разнополочного), к лицевой полке которого закреплен сварным соединением плоский или U-образный шпунтовый профиль (2) холодного или горячего проката с замками (4) на концах.
Шпунтовая стенка по третьему варианту имеет несущую сваю, которая состоит из двух последовательно соединенных (сдвоенных) сварных (в т.ч. и разнотолщинных) или горячекатаных стандартных равнополочных (нестандартных неравнополочных и\или разнотолщинных) балок с закрепленным к ним сварным соединением плоским или U-образным шпунтовым профилем (2) холодного или горячего проката с замками (4) на концах.
Шпунтовая стенка по четвертому варианту имеет несущую сваю, которая выполнена в виде двутаврового коробчатого профиля из сварного таврового короба (две перемычки между анкерной и лицевой полками), к которому закреплен сварным соединением U-образный (2) или плоский шпунтовый профиль холодного или горячего проката с замками на концах, причем закрепление U-образного или плоского шпунтового профиля выполнено к свободным концам таврового короба.
Шпунтовая стенка по пятому варианту имеет несущую сваю двутаврового короба, которая выполнена в виде двутаврового короба (в т.ч. и разнотолщинного), к лицевой полке которого закреплен методом сварного соединения плоский или U-образный шпунтовый профиль (2) холодного или горячего проката с замками (4) на концах.
Могут быть использованы как U-образные (2), так и Z-образные (3) шпунтовые профили.
К внешней части анкерной полки может быть присоединен сварным способом плоский шпунт или его часть, или коннектор так, что замковое соединение одновременно осуществляется и на лицевой, и на анкерной части шпунтовой стены.
К лицевой части несущей сваи может быть приварена только замковая часть плоского или U-образного шпунта заданной длины. Причем замковая часть плоского или U-образного шпунта заданной длины приварена так, что замковое соединение одновременно осуществляется и на лицевой, и на анкерной части шпунтовой стены.
К лицевой и/или анкерной части несущей сваи может быть приварена только замковая часть плоского или U-образного шпунта заданной длины, или горячепрессованого коннектора.
Заявленный результат по уменьшению облегчению веса конструкции достигается посредством отнесения анкерной полки несущей сваи от лицевой части шпунтовой стены вкупе с утолщением сечения анкерной полки ведет к росту (пропорционально квадрату расстояния частей анкерной полки от оси вращения) упругого момента сопротивления сечения, а удлинение анкерной полки ведет к росту упругого момента сопротивления сечения (рост пропорционален удлинению). Что, в свою очередь, позволяет при сохранении прочностных характеристик шпунтовой стены уменьшить толщину перемычки (или сделать ее перфорированной) между анкерной и лицевой частями шпунтовой стены, уменьшить толщину лицевой части противофильтрационной завесы и, соответственно снизить вес шпунтовой стены.
Конструктив заявленного технического решения не предполагает (но и не исключает при необходимости) использование дорогостоящих горячепрессованных коннекторов, качественно повышает противофильтрационные свойства шпунтовой стены и упрощает процесс стыковки одного шпунта к другому при забивке, уменьшает количество используемого металла при возведении стенки с сохранением всех свойств ее прочности, сокращает стоимость.
Возможность более широкого выбора (подбора под заданные проектом прочностные характеристики) вариантов конструкций шпунтовых стен (значительная часть которых не может быть получена с использованием только горячекатаных деталей) обеспечивается возможность более широкого выбора вариантов конструкций, геометрических параметров, прочностных характеристик шпунтовых стен, вида профиля (U-профиль, Z-профиль, плоский профиль), достигается за счет применения в стенке шпунтов в т.ч. и холодного проката, обладающих меньшим весом, большими вариациями выбора видов профиля и геометрии замков. Кроме того, горячекатаные тавровые сваи всех необходимых размеров в настоящее время не выпускаются. Катать горячим способом коробчатую сваю подходящего размера при нынешнем технологическом укладе экономически невыгодно.
Источники информации:
1. http://www.tpk-stroy.spb.ru/shupnt_arcelor#10
2. http://ovacia-shpunt.ru/uploads/docs/shpunt-arcelormittal.pdf
3. http://www.tpk-stroy.ru/shpunt_4_10.html