ШПУНТОВАЯ СТЕНКА
SHEET PILE WALL

Заявленное изобретение может широко применяться в гидротехническом строительстве. Известна шпунтовая стенка (патент 2368723, опубл. 27.09.2009, Е02В 3/06, E02D 5/08), выполненная из соединенных между собой в замок шпунтовых свай. Каждый замок включает боковые стенки и заднюю стенку, жестко прикрепленную к внутренним поверхностям боковых стенок замка с образованием полости, в которой размещен шпунтовый выступ смежной сваи. Упомянутая полость каждого замка снабжена простирающимся продольно относительно оси сваи металлическим уплотняющим элементом. Уплотняющий элемент жестко прикреплен к задней стенке шпунтового замка с возможностью частичного перекрывания упомянутой полости и, по меньшей мере, частичного сокращения зазора между задней стенкой шпунтового замка и шпунтовым выступом смежной сваи. Изобретение позволяет повысить качество сборки шпунтовой стенки, а также ее грунтонепроницаемость. К недостаткам известного изобретения следует отнести сложность устройства замка соединения.
Известна также шпунтовая свая, включающая корпус с боковыми кромками, охватывающий и охватываемый замковые элементы, прикрепленные к боковым кромкам корпуса. Корпус имеет форму секторной круглой тонкостенной оболочки с центральным углом не более 180°, вырезанной из круглой трубы. К средней части корпуса с внутренней или внешней стороны прикреплена перемычка, простирающаяся по длине корпуса и образующая с его поверхностью воздушную полость в виде линзы. Для повышения жесткости корпус снабжается фиксирующими элементами в виде пластин, распределенными по длине корпуса, а также продольными ребрами жесткости, примыкающими к боковым кромкам корпуса (патент РФ №2181813, E02D 5/02, опубл. 27.04.2002). Эти шпунтовые сваи изготавливаются по ТУ 5264-001-11150010-2002. Недостатками известной шпунтовой сваи являются: усложненная конструкция - «лишние детали», высокая трудоемкость изготовления, повышенная металлоемкость. Известна шпунтовая свая (патент 2181814, E02D 5/02, опубл. 27.04.2002), содержащая корпус и соединительные элементы, прикрепленные к боковым кромкам корпуса. Новым является то, что корпус выполнен, по меньшей мере, из двух цилиндрических секторов, вырезанных из труб, причем цилиндрические секторы жестко скреплены между собой своими боковыми кромками, при этом свая содержит усилительный элемент, установленный между цилиндрическими секторами или наложенный на их смежные кромки. Принимаем за прототип.
К недостаткам прототипа следует отнести сложность изготовления конструкции и сложность ее сооружения в грунте, связанная с бурением скважин большего диаметра по сравнению с диаметром корпуса сваи, за счет боковых жестких элементов.
Технический результат изобретения состоит в повышении противофильтрационной надежности, простоте изготовления и сооружения.
Поставленная задача решается тем, что в шпунтовой свае, содержащей корпус и соединительные элементы, прикрепленные к боковым кромкам корпуса, согласно изобретению: шпунтовая стенка содержит корпус в виде цилиндрических сегментов (далее - корпус) с направляющими и соединительные элементы, при этом направляющие элементы расположены на кромках корпуса с внутренней его стороны, а в качестве соединительного элемента используют трубу малого диаметра с продольной прорезью, шириной, равной сумме удвоенной толщины стенки корпуса и величины расстояния между смежными корпусами L, а внутреннее пространство скважин заполнено рабочей средой в виде бурового раствора (шлама) с набухающей и/или твердеющей присадками. Продольные направляющие, жестко закрепленные к внешним кромкам корпуса с его внутренней стороны из прутковых, трубчатых или уголковых материалов просты в изготовлении при помощи сварки (на чертеже не показано) и позволяют использовать бывшие в употреблении материалы. Соединительный элемент в виде трубы малого диаметра с продольной прорезью обладает простотой изготовления и позволяет использовать для своего изготовления бывшие ранее в употреблении материалы и подручный инструмент в виде «болгарки» и правила. Рабочая среда в скважинах из бурового раствора (шлама) с расширяющими и/или твердеющими присадками в количестве до 0,5 об.% обеспечивает повышенную противофильтрационную надежность. Данная конструкция изобретения превращается в противофильтрационный экран и обладает повышенной прочностью и не предъявляет жестких требований к деформациям соединительных элементов вдоль продольной оси шпунтовой стенки. Пример осуществления изобретения представлен на чертеже, где на фиг. изображен фрагмент конструктивного исполнения шпунтовой стенки в поперечном разрезе по горизонтальной плоскости.
Шпунтовая стенка содержит корпус 1 в виде цилиндрического сектора, направляющие элементы 2, прикрепленные к боковым кромкам корпуса 1 с его внутренней стороны, соединительный элемент 3 и скважину 4 с рабочей средой. При этом смежные цилиндрические секторы корпуса 1 обращены своими выпуклыми поверхностями в одну сторону.
Сооружение изобретения осуществляют следующим образом.
2
2
Для изготовления шпунтовой стенки сначала вырезают из готовой, бывшей в эксплуатации трубы, например диаметром 1100 мм, вдоль ее продольной оси цилиндрические секторы корпуса 1 с радиальным углом не более 180°. Направляющие 2, например из цилиндрического металлического прутка, жестко при помощи сварки (на чертеже не показано) кренят к кромкам корпуса 1 с его внутренней стороны. Из трубы малого диаметра в полевых условиях изготавливают соединительный элемент 3 путем разреза ее вдоль продольной оси, например, при помощи «болгарки» с последующей развальцовкой ее металлическим правилом (на чертеже не показано) таким образом, чтобы продольная прорезь имела ширину, равную сумме расстояния L между смежными корпусами 1 и удвоенной толщины стенки корпуса 1. Далее в грунте бурится буровая скважина 4 диаметром не менее диаметра корпуса 1, например 1100 мм. Затем в пробуренную скважину 4 с буровым раствором (шламом) добавляют расширяющую и/или твердеющую добавку, тщательно их перемешивая буровым снарядом до однородной массы (на чертеже не показано), формируют, таким образом, рабочую среду. При использовании в качестве добавки хлористого кальция могут образовываться соединения типа цемента Сорреля: nCaO·CaCl·6НО. Введение солей натрия также увеличивает прочность известкованных грунтов. В качестве добавок, ускоряющих схватывание и твердение вяжущих, обычно применяют: хлористый кальций, обезвоженный и плавленый; хлористый натрий в виде поваренной (пищевой) или технической соли и водные растворы соляной кислоты и ее растворы. Гидравлические добавки (церезит, гидрозит, церолит) придают растворам гидроизоляционные свойства. Наиболее распространенной из них является церезит, который представляет собой сметанообразную жидкость, состоящую из смеси извести, аммиака и некоторых других веществ. Церезит перед употреблением разводят водой в отношении 1:10. На полученном водном растворе затворяют цемент.
После чего при помощи буровой установки или подъемного крана (на чертеже не показано) в приготовленную скважину 4 по вышеописанной технологии опускают корпус 1. Затем сооружают следующую скважину 4, впритык, к ранее пройденной, с подготовкой рабочей среды по выше описанной технологии, в которую опускают следующий корпус 1. Далее устанавливают соединительный элемент 3, устанавливая его прорезью в сторону вогнутых частей корпуса 1, направляющие 2 которых заключают во внутреннее пространство соединительного элемента 3. Фрагмент шпунтовой стенки сооружен. Последующие фрагменты шпунтовой стенки сооружают аналогичным образом. При этом плановое положение продольной оси шпунтовой стенки может быть как линейным, так и криволинейным. Верхняя часть шпунтовой стенки может быть при необходимости жестко скреплена с оголовком (на чертеже не показано), изготовленным из бывших в употреблении металлических железнодорожных рельсов. Оголовок (на чертеже не показано) можно использовать для заякоривания шпунтовой стенки, например к береговым якорным устоям (на чертеже не показано).
Шпунтовая стенка готова к работе.
Готовая шпунтовая стенка является противофильтрационным экраном за счет конструктивных элементов и заполнения внутрискважинного пространства рабочей средой в виде бурового раствора (шлама) с добавлением расширяющей и/или твердеющих присадок в количестве до 0,5 об.%. Предлагаемая шпунтовая стенка не предъявляет строгих требований к линейным ее деформациям за счет возможности частичного разгибания соединительных элементов 3. Внедрение предлагаемого изобретения позволит предотвратить фильтрацию загрязненных грунтовых и сточных вод через тело и основание ограждающих дамб (плотин) на шламонакопителях, хвостохранилищах, золоотвалах и других гидротехнических сооружениях.