ШПУНТ СВАРНОЙ КОРЫТНЫЙ

Полезная модель относится к строительству, а именно к металлическим шпунтам, предназначенным для применения в гидротехническом, транспортном, промышленном и гражданском строительстве в конструкциях шпунтовых стен капитальных и временных сооружений. В частности полезная модель 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.
Погружение шпунта в грунтовый массив обычно осуществляется одним из трех способов: вибропогружением, вдавливанием или забивкой. Вдавливание применяется там, где нельзя допустить вибрирования грунта. Забивку молотом применяют для прохождения тяжелых грунтов и для добивания. При этом оба эти способа довольно дорогостоящие. Наиболее распространенным способом погружения является вибропогружение. При погружении вибропогружателем шпунт зацепляется при помощи специальных губок, зажимающих полку шпунта с двух сторон.
При погружении верхняя часть шпунта испытывает повышенную нагрузку (ударную от молота, сдавливающую и на изгиб от вибропогружателя). Также в основании шпунта идет повышенная нагрузка и износ от соприкосновения основания шпунта с грунтом, пробивкой грунта при погружении. Основанием шпунта приходится раздвигать в земле камни, перерубать корни деревьев и т.д. В связи с этим, как правило, после первого погружения и выемки шпунта его торцевые части (верхняя и основание) значительно деформированы. Бывает и так, что в случае сильной деформации в основании шпунта приходится заменять шпунт на новый.
Из уровня техники известен шпунт, имеющий корытообразный профиль и содержащий выполненные из полос конструкционной стали полку и две расположенные под тупым углом к полке и приваренные к ней наклонные стенки, снабженные на свободных концах замковыми элементами (Сварные шпунтовые профили для гидротехнического строительства, Журнал «Гидротехника» №3(52)/2018, стр.84). Известно, что в данной конструкции используется сталь марок 09Г2С, 17Г1С, С345, которые имеют предел текучести от 265 до 400 МПа.
Количество металла, необходимого на один погонный метр длины шпунта, для обеспечения необходимого момента сопротивления при одной и той же форме профиля поперечного сечения, тем больше, чем меньше предел текучести металла. Поэтому для предотвращения деформации торцевых частей данного шпунта при погружении  требуется  выполнение полок и стенок большей толщины, что увеличивает металлоемкость и вес шпунта.
Из уровня техники также известен шпунт, имеющий корытообразный профиль и содержащий выполненные из полос конструкционной стали полку и две расположенные под тупым углом к полке и приваренные к ней наклонные стенки, снабженные на свободных концах замковыми элементами (Патент РФ №199197, опубл.21.08.2020). Известно, что для его изготовления используют конструкционную сталь марок S420MC, S460MC S500MC S550MC S600MC с пределом текучести в диапазоне от 420 до 600 МПа.
Использование специальной стали с пределом текучести в диапазоне от 420 до 600 МПа позволяет при всех равных условиях делать панели тоньше, т.е. общий объем металла (металлоемкость), требуемый для возведения шпунтовых стен, уменьшается. При этом шпунт способен сопротивляться нагрузкам такой же величины. Однако изготовление всего профиля из стали с пределом прочности в диапазоне от 420 до 600 МПа значительно удорожает стоимость изделия.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является разработка шпунта, лишенного недостатков известных аналогов, а также расширение арсенала технических средств указанного назначения.
Технический результат полезной модели заключается в более эффективном использовании стали при изготовлении шпунта при одновременном обеспечении его высокой надежности и низкой металлоемкости.
Технический результат достигается тем, что шпунт содержит выполненные из полос конструкционной стали полку и две расположенные под тупым углом к полке и приваренные к ней наклонные стенки, снабженные на свободных концах замковыми элементами, при этом основная часть полки и основная часть наклонных стенок выполнены из полос конструкционной стали, содержащей углерод в диапазоне от 0,1 до 0,2%, кремний в диапазоне от 0,4 до 1,1%, марганец в диапазоне от 0,4 до 1,7%, никель в диапазоне от 0,1 до 0,8%, хром в диапазоне от 0,1 до 0,9%, ванадий в диапазоне от 0,1 до 0,15%, медь в диапазоне от 0,2 до 0,6%, с пределом текучести в диапазоне от 265 до 400 МПа, а по меньшей мере одна торцевая часть полки выполнена из усиленной полосы конструкционной стали, поперечно соединенной сваркой с основной частью полки.
Целесообразно, чтобы торцевые части стенок были выполнены из усиленных полос конструкционной стали, поперечно соединенных сваркой с основными частями стенок.
Целесообразно, чтобы по меньшей мере одна торцевая часть полки была выполнена из полосы конструкционной стали большей толщины, чем в основной части полки.
Целесообразно, чтобы отношение толщины торцевой части полки к толщине основной части полки находилось в пределах от 1,1 до 2.
Целесообразно, чтобы по меньшей мере одна торцевая часть полки и/или торцевые части стенки были выполнены из полос конструкционной стали с пределом текучести не менее 420 МПа.
Целесообразно, чтобы отношение длины торцевой части полки и/или стенки, выполненной из усиленной полосы конструкционной стали, к длине всего шпунта находилось в пределах от 0,01 до 0,25.
Целесообразно, чтобы шпунт имел защитное лакокрасочное покрытие.
Целесообразно, чтобы шпунт был снабжен П-образными в поперечном сечении элементами, приваренными к поверхности полки.
Целесообразно, чтобы по меньшей мере один замковый элемент был выполнен в виде кулачка, образованного круглым профилем, приваренным к поверхности наклонной стенки, или обоймы, образованной угловым профилем, приваренным кромкой одной из полок к поверхности наклонной стенки.
Целесообразно, чтобы шпунт был выполнен длиной от 2 до 30 м, с толщиной основной части полки от 8 до 30 мм, с толщиной основной части стенок от 8 до 20мм, с углом между полкой и наклонной стенкой от 91° до 150°.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 - первый вариант исполнения шпунта.
На фиг. 2 - первый вариант исполнения шпунта (общий вид).
На фиг. 3 - первый вариант исполнения шпунта (поперечное сечение).
На фиг. 4 - второй вариант исполнения шпунта.
На фиг. 5 - второй вариант исполнения шпунта (общий вид).
На фиг. 6 - второй вариант исполнения шпунта (поперечное сечение).
На фиг. 7 - третий вариант исполнения шпунта.
На фиг. 8 - третий вариант исполнения шпунта (общий вид).
На фиг. 9 - третий вариант исполнения шпунта (поперечное сечение).
На фиг. 10 - четвертый вариант исполнения шпунта.
На фиг. 11 - четвертый вариант исполнения шпунта (общий вид).
На фиг. 12 - четвертый вариант исполнения шпунта (поперечное сечение).
На фиг. 13 - пятый вариант исполнения шпунта.
На фиг. 14 - пятый вариант исполнения шпунта (общий вид).
На фиг. 15 - пятый вариант исполнения шпунта (поперечное сечение).
На фиг. 16 - шестой вариант исполнения шпунта.
На фиг. 17 - шестой вариант исполнения шпунта (общий вид).
На фиг. 18 - шестой вариант исполнения шпунта (поперечное сечение).
На фиг. 19 - седьмой вариант исполнения шпунта.
На фиг. 20 - седьмой вариант исполнения шпунта (общий вид).
На фиг. 21 - седьмой вариант исполнения шпунта (поперечное сечение).
Сварной шпунт содержит полку 1 и две наклонные стенки 2 и 3, расположенные под тупым углом к полке. На свободных концах наклонных стенок 2, 3 выполнены замковые элементы.
В предпочтительном варианте исполнения одна наклонная стенка 2 оснащена на свободном конце кулачком 5, расположенным на внутренней поверхности наклонной стенки 2, а вторая наклонная стенка 3 оснащена на свободном конце обоймой 4, расположенной на внешней поверхности наклонной стенки 3. В других вариантах исполнения на свободных концах наклонных стенок 2 и 3 могут быть выполнены замковые элементы одного типа (одинаковой формы). Обе наклонные стенки 2 и 3 могут быть оснащены на свободном конце обоймой 4 или кулачком 5. При ведении кулачка 5 в обойму 4 образуется замковое соединение.
Также шпунт может быть выполнен с двойным замком (согласно полезной модели по Патенту РФ №181356) для усиления замкового соединения. В этом случае каждая стенка 2 и 3 оснащена на свободном конце кулачком 5 и обоймой 4.
В предпочтительном варианте исполнения обойма 4 образована угловым профилем, приваренным кромкой к поверхности наклонной стенки 2, 3 шпунта. Кулачок 5 образован круглым профилем, приваренным к поверхности наклонной стенки 2, 3 шпунта. Упрощение конструкции замковых элементов обеспечивается за счет использования в качестве обоймы 4 и кулачка 5 распространенных универсальных профилей стального проката (уголок и круг). А расположение соединяемых замком элементов впритык кромкам наклонных стенок 2, 3 увеличивает водонепроницаемость замка, за счет увеличения маршрута движения воды в замке и плотного прилегания наклонных стенок в замке друг к другу.
Замковые элементы также могут представлять собой и любые другие известные замковые элементы для металлических шпунтов иностранных или российских производителей.
Полка 1 и наклонные стенки 2, 3 выполнены из полос конструкционной стали, соединенных сваркой.
Основная часть 6 полки 1 и основная часть 7 наклонных стенок 2, 3 выполнены из горячекатаных полос конструкционной стали, содержащей углерод в диапазоне от 0,1 до 0,2%, кремний в диапазоне от 0,4 до 1,1%, марганец в диапазоне от 0,4 до 1,7%, никель в диапазоне от 0,1 до 0,8%, хром в диапазоне от 0,1 до 0,9%, ванадий в диапазоне от 0,1 до 0,15%, медь в диапазоне от 0,2 до 0,6%, с пределом текучести в диапазоне от 265 до 400 МПа.
Предпочтительно для основной части 6 полки 1 и основной части 7 наклонных стенок 2, 3 используют коррозионностойкую сталь марки 09Г2С с пределом текучести 265, 295, 315, 325, 345, 355, 375 МПа, сталь марки 15ХСНД с пределом текучести 325, 345 МПа, сталь марки 10ХСНД с пределом текучести 345, 375, 390 МПа, сталь марки 17Г1С с пределом текучести 315, 325, 345, 355, 375 МПа или С390 с пределом текучести 390 МПа.
Для более рационального распределения металла в сечении профиля и обеспечения необходимых прочностных характеристик шпунта по меньшей мере с одной стороны, а предпочтительнее с двух сторон шпунта торцевые части 8 полки 1 выполнены из усиленных полос конструкционной стали, поперечно соединенных сваркой с основной частью 6 полки 1. Также могут быть выполнены по меньшей мере с одной стороны, а предпочтительнее с двух сторон шпунта торцевые части 9 наклонных стенок 2, 3 из усиленных полос конструкционной стали, поперечно соединенных сваркой с основными частями 7 стенок 2, 3.
1
Отношение длины L торцевой части 8 полки 1 и/или торцевой части 9 наклонной стенки 2,3, выполненной из усиленной полосы конструкционной стали, к длине L всего шпунта может находиться в пределах от 0,01 до 0,25.
Для усиления торцевых частей 8 полки 1 и торцевых частей 9 наклонных стенок 2, 3 могут использовать утолщенные полосы конструкционной стали, содержащей углерод в диапазоне от 0,1 до 0,2%, кремний в диапазоне от 0,4 до 1,1%, марганец в диапазоне от 0,4 до 1,7%, никель в диапазоне от 0,1 до 0,8%, хром в диапазоне от 0,1 до 0,9%, ванадий в диапазоне от 0,1 до 0,15%, медь в диапазоне от 0,2 до 0,6%, с пределом текучести в диапазоне от 265 до 400 МПа.
1
2
Отношение толщины t торцевой части 8 полки 1 к толщине t основной части 6 полки 1 может находиться в пределах от 1,1 до 2.
Для усиления торцевых частей 8 полки 1 и/или торцевых частей 9 наклонных стенок 2, 3 также могут использовать горячекатаные полосы конструкционной стали, в которой углерод не превышает 0,47%, кремний не превышает 0,7%, марганец не превышает 2,2 %, фосфор не превышает 0,025%, сера не превышает 0,015%, алюминий не превышает 0,015%, никель не превышает 2,5%, хром не превышает 1,5%, медь не превышает 0,5%, ниобий не превышает 0,12%, ванадий не превышает 0,2%, титан не превышает 0,22%, молибден не превышает 0,7%, бор не превышает 0,005% с пределом текучести в диапазоне не менее 420 МПа. В этом варианте исполнения торцевые части 8 полки 1 и/или торцевые части 9 наклонных стенок 2, 3 могут иметь ту же толщину, что и основная часть 6 полки 1 и/или основные части 7 наклонных стенок 2, 3.
Для изготовления торцевых частей полки и/или наклонных стенок может быть использована сталь марок S420MC, S460MC, S500MC, S550MC, S600MC, Hardox 400, Hardox 450, Hardox 500, Hardox 550, Hardox 600, сталь категорий Х70, Х80, Х90, Х100 и другие с пределом текучести от 420 МПа и более. При использовании этих марок стали, лучше сопротивляющихся коррозии и с пределом текучести в диапазоне от 420 МПа и более, можно не увеличивать толщину торцевых частей, обеспечивая необходимые прочностные характеристики.
Шпунт может быть выполнен длиной от 2 м до 30 м, толщина основной части 6 полки 1 может находиться находится в диапазоне от 8 до 30 мм, толщина основных частей 7 стенок 2,3 находится в диапазоне от 8 до 20 мм, высота не более 1,5 м, угол между полкой 1 и наклонными стенками 2,3 в диапазоне от 91 до 150°, предпочтительно составляет 110°. Ширина одиночного шпунта предпочтительно находится в диапазоне от 0,5 до 3,0 м.
Шпунт может иметь на поверхности полное или частичное защитное лакокрасочное покрытие, которое может быть нанесено как по всей длине, так и только в месте (участке длины), где шпунт, согласно плану, будет выступать из воды (земли) и на стыке вода-воздух, так как под водой и в грунте коррозия идет менее интенсивно.
Защитное покрытие (антикоррозийное, антифрикционное) может быть выполнено на основе полимерного материала или полиуретановой полимерной краской по пескоструйной обработке.
При использовании стали более устойчивой к коррозии в сочетании с лакокрасочным покрытием коррозионная стойкость возрастает в несколько раз, одновременно с этим при использовании полимерных покрытий уменьшается сопротивление при введении шпунта в грунт (так как обеспечивается меньший коэффициент трения).
Для удобства хранения и транспортировки шпунт может быть снабжен дополнительными П-образными в поперечном сечении опорными элементами (не показаны), которые приваривают к полке 1. На каждой полке 1 может быть от двух до шести П-образных элементов. Эти элементы также могут быть использованы для захвата и переноса шпунта. Выполнение на полке 1 П-образных элементов позволяет фиксировать строповочные тросы и облегчает транспортировку, монтаж и складирование шпунтов.
Шпунтовые стены образуются поочередным погружением в грунт шпунтов с совместимыми замковыми элементами. Перед погружением П-образные опорные элементы могут быть срезаны для уменьшения сопротивления. Погружение может быть осуществлено путем ударной забивки, вибропогружения и статического вдавливания. При соединении шпунтов в шпунтовую стену, кулачок 5 последующего шпунта вводится в зацепление с обоймой 4 ранее погруженного шпунта, образуя грунтонепроницаемое замковое соединение в шпунтовой стене, обладающее несущей способностью на разрыв и изгиб.
Предложенная конструкция шпунта с усиленными торцевыми частями позволяет повысить эффективность использования стали при изготовлении шпунта, обеспечить его высокие прочностные характеристики и, как следствие, возможность его многократного использования.