Шпунтовая стенка
BRACE SHEET 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, содержащая сваи с замковыми элементами для соединения свай между собой, выполненными в виде уголков, связанных между собой полкой и приваренных с одной стороны сваи (охватывающий замковый элемент), и тавра, приваренного с другой стороны сваи (охватываемый замковый элемент). Между замковыми элементами в шпунтовой стенке установлен металлический уплотняющий элемент, частично перекрывающий внутренние полости в замковом соединении (Патент РФ №2368723, МПК Е02В 3/06, E02D 5/08, опубл. 27.09.2009 г.). Известное техническое решение не обеспечивает надежную гидроизоляцию шпунтовой стенки.
Известна шпунтовая стенка, содержащая сваи с замковыми элементами для соединения свай между собой (Полезная модель РФ №123020, МПК Е02В, опубл. 20.12.2012 г.). Замковое соединение между сваями выполнено в виде, приваренных к свае кулачков и обоймы.
Известное техническое решение не обеспечивает надежную гидроизоляцию шпунтовой стенки.
Известна шпунтовая стенка, содержащая U-образные сваи с замковыми элементами для соединения свай между собой (Патент РФ №2250303, МПК E02D 5/08, E02D 5/14, опубл. 20.04.2005 г.). Полости в замковых соединениях заполняют специальным связующим веществом. Известное техническое решение сложно в исполнении по исключению попадания грунта в замковое соединение и не гарантирует герметичность шпунтовой стенки.
Известна шпунтовая стенка, наиболее близкая к заявляемой, содержащая холоднокатаные U или Z или Ω образные сваи с замковыми элементами для соединения свай между собой, выполненные в виде сочетания цилиндрических и плоских поверхностей и образующие крючкообразные элементы с краев свай, взаимно охватывающие друг друга с обеспечением возможности ограниченного поворота свай относительно друг друга в шпунтовой стенке (ESC pile.. Общий каталог. Стр. 19-29. http://www.escpilehk.com/downloads/ESC_Russian_General_Catalogue_20162017_Revision_1_Q42016.pdf). Замковые соединения шпунтовых свай выполнены с зазором между собой для обеспечения ограниченного поворота (до 15°) свай между собой в соответствии с профилем шпунтовой стенки. Для обеспечения гидроизоляции шпунтовой стенки полости в замковых соединениях обычно заполняют гидроизоляционными материалами (полимерными мастиками, битумами, цементами), что весьма сложно обеспечить на всем протяжении замковых соединений свай и увеличивает затраты на сооружение шпунтовой стенки.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение надежной гидроизоляции шпунтовой стенки в замковых соединениях шпунтовых свай между собой при повороте свай относительно друг друга на угол до 45°, а также снижение затрат при сооружении шпунтовой стенки.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в шпунтовой стенке, содержащей холоднокатаные U или Ω или Z-образные сваи с крючкообразными замковыми элементами, расположенными с противоположных краев каждой из свай и соединяющими их в шпунтовую стенку, каждая свая шпунтовой стенки снабжена разными по типу первым и вторым крючкообразными замковыми элементами таким образом, что первый замковый элемент последующей сваи в стенке находится в зацеплении со вторым замковым элементом предыдущей сваи, а концевая часть и внутренние поверхности корневой части первого крючкообразного замкового элемента образуют щель кольцеобразного сечения, соответствующую по размерам цилиндрической части второго крючкообразного замкового элемента толщиной S и наружным диаметром D2, составляющим 1,05-1,30 от наружного диаметра D1 цилиндрической части первого замкового элемента, при этом расстояние между центрами радиусов кривизны цилиндрических частей замковых элементов, находящихся в зацеплении, составляет:
W=(0,45÷0,55)×(D1-S), см, где
D1 - наружный диаметр цилиндрической части первого замкового элемента, см;
S - толщина тела сваи, см,
а между наружной поверхностью цилиндрической части первого замкового элемента и внутренними поверхностями корневой части второго замкового элемента, а также между концом цилиндрической части второго замкового элемента и внутренней поверхностью цилиндрической части первого замкового элемента выполнены зазоры, обеспечивающие возможность заданного поворота свай в шпунтовой стенке относительно друг друга. Коэффициенты (0,45÷0,55) получены расчетным путем при моделировании конструкции шпунтовой стенки из свай различного профиля.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:
Фиг. 1 - поперечный разрез шпунтовой стенки, установленной в грунт;
Фиг. 2 - разрез А-А, фрагмент шпунтовой стенки в плане из U-образных свай;
Фиг. 3 - разрез А-А, фрагмент шпунтовой стенки в плане из Ω-образных свай;
Фиг. 4 - разрез А-А, фрагмент шпунтовой стенки в плане из Z-образных свай;
Фиг. 5 - узел Б, фрагмент замкового соединения U-образных шпунтовых свай;
Фиг. 6 - узел В, фрагмент замкового соединения Ω-образных шпунтовых свай;
Фиг. 7 - узел Г, фрагмент замкового соединения Z-образных шпунтовых свай;
Фиг. 8 - фрагмент угловой шпунтовой стенки из Ω-образных шпунтовых свай.
Шпунтовая стенка 1 содержит холоднокатаные U-образные сваи 2 с первым крючкообразным замковым элементом 3 и вторым крючкообразным замковым элементом 4, расположенными с противоположных краев 5 и 6 свай 2, и соединяющих их в шпунтовую стенку 1 таким образом, что первый замковый элемент 3 последующей сваи в стенке находится в зацеплении со вторым замковым элементом 4 предыдущей сваи (Фиг. 2). Концевая часть 7 и внутренние поверхности корневой части 8 первого крючкообразного замкового элемента 3 предыдущей сваи 2 шпунтовой стенки 1 образуют кольцевую щель 9, соответствующую по размерам цилиндрической части 10 второго крючкообразного замкового элемента 4 последующей сваи 2 толщиной S и наружным диаметром D2, составляющим 1,05-1,30 от наружного диаметра D1 цилиндрической части 11 первого замкового элемента 3 предыдущей сваи 2. Расстояние между центрами радиусов кривизны цилиндрических частей 10, 11 замковых элементов 3, 4, находящихся в зацеплении, составляет: W=(0,45÷0,55)x(D1-S), а между наружной поверхностью цилиндрической части 11 первого замкового элемента 3 предыдущей сваи 2 и внутренними поверхностями корневой части 12 второго замкового элемента 4 последующей сваи 2, а также между концом 13 цилиндрической части 10 второго замкового элемента последующей сваи 2 и внутренней поверхностью цилиндрической части 11 первого замкового элемента 3 предыдущей сваи 2 выполнены зазоры Δу, Δх и Δβ, обеспечивающие возможность заданного поворота свай 2 в шпунтовой стенке 1 относительно друг друга.
Шпунтовая стенка 1 содержит холоднокатаные Ω-образные сваи 14 с первым крючкообразным замковым элементом 15 и вторым крючкообразным замковым элементом 16, расположенными с противоположных краев 17 и 18 свай 14, и соединяющих их в шпунтовую стенку 1 таким образом, что первый замковый элемент 15 последующей сваи в стенке находится в зацеплении со вторым замковым элементом 16 предыдущей сваи (Фиг. 3). Концевая часть 19 и внутренние поверхности корневой части 20 первого крючкообразного замкового элемента 15 предыдущей сваи 14 шпунтовой стенки 1 образуют кольцевую щель 21, соответствующую по размерам цилиндрической части 22 второго крючкообразного замкового элемента 16 последующей сваи 14 толщиной S и наружным диаметром D2, составляющим 1,05-1,30 от наружного диаметра D1 цилиндрической части 23 первого замкового элемента 15 предыдущей сваи 14. Расстояние между центрами радиусов кривизны цилиндрических частей 22, 23 замковых элементов 15, 16, находящихся в зацеплении, составляет: W=(0,45÷0,55)×(D1-S), а между наружной поверхностью цилиндрической части 23 первого замкового элемента 15 предыдущей сваи 14 и внутренними поверхностями корневой части 24 второго замкового элемента 16 последующей сваи 14, а также между концом 25 цилиндрической части 22 второго замкового элемента 16 последующей сваи 14 и внутренней поверхностью цилиндрической части 23 первого замкового элемента 15 предыдущей сваи 14 выполнены зазоры Δу и Δβ, обеспечивающие возможность заданного поворота свай 14 в шпунтовой стенке 1 относительно друг друга.
Шпунтовая стенка 1 содержит холоднокатаные Z-образные сваи 26 с первым крючкообразным замковым элементом 27 и вторым крючкообразным замковым элементом 28, расположенными с противоположных краев 29 и 30 свай 26, и соединяющих их в шпунтовую стенку 1 таким образом, что первый замковый элемент 27 последующей сваи в стенке находится в зацеплении со вторым замковым элементом 28 предыдущей сваи (Фиг. 4). Концевая часть 31 и внутренние поверхности корневой части 32 первого крючкообразного замкового элемента 27 предыдущей сваи 26 шпунтовой стенки 1 образуют кольцевую щель 33, соответствующую по размерам цилиндрической части 34 второго крючкообразного замкового элемента 28 последующей сваи 26 толщиной S и наружным диаметром D2, составляющим 1,05-1,30 от наружного диаметра D1 цилиндрической части 35 первого замкового элемента 27 предыдущей сваи 26. Расстояние между центрами радиусов кривизны цилиндрических частей 34, 35 замковых элементов 27, 28, находящихся в зацеплении, составляет: W=(0,45÷0,55)×(D1-S), а между наружной поверхностью цилиндрической части 35 первого замкового элемента 27 предыдущей сваи 26 и внутренними поверхностями корневой части 36 второго замкового элемента 28 последующей сваи 26, а также между концом 37 цилиндрической части 34 второго замкового элемента 28 последующей сваи 26 и внутренней поверхностью цилиндрической части 35 первого замкового элемента 27 предыдущей сваи 26 выполнены зазоры Δу и Δβ, обеспечивающие возможность заданного поворота свай 26 в шпунтовой стенке 1 относительно друг друга.
В таблицах 1-6 приведены результаты расчета геометрических размеров крючкообразных замковых элементов в безразмерных единицах по изобретению применительно к конструкции шпунтовой стенки с Ω-образными сваями при разных величинах угла а между линией, соединяющей центры цилиндрических частей замковых элементов и осью X, расстояния W между центрами радиусов цилиндрических частей замковых элементов и внутреннего радиуса гибки цилиндрической части замковых элементов. Обозначения в таблицах 1-6 и на Фиг. 1-8 означают:
α - угол между линией, соединяющей центры цилиндрических частей замковых элементов и осью X, град;
S - толщина тела сваи (замкового элемента), см;
r1 - радиус внутренний цилиндрической части первого замкового элемента, см;
R1 - радиус наружный цилиндрической части первого замкового элемента, см;
D1 - диаметр наружный цилиндрической части первого замкового элемента, см;
г2 - радиус внутренний цилиндрической части второго замкового элемента, см;
r2 - радиус наружный цилиндрической части второго замкового элемента, см;
W - расстояние между центрами радиусов цилиндрических частей первого и второго замковых элементов, см;
Δу - зазор по оси Y между наружной поверхностью цилиндрической части первого замкового элемента и внутренней поверхностью корневой части второго замкового элемента, см;
β - максимальный угол поворота одной сваи относительно другой в шпунтовой стенке (до контакта наружной поверхности цилиндрической части первого замкового элемента с внутренней поверхностью корневой части второго замкового элемента), град.
Отношения r1/S, R1/S, W/S/, r2/S, R2/S и Δу/S приведены в безразмерных единицах измерения (долях).
Анализ приведенных таблиц и графических материалов показывает, что при соотношении α=60°, W=0,5×(D1-S) и r1/S=1,3; 1,5 (Таблица 2) обеспечивается заданный ограниченный поворот свай относительно друг друга в шпунтовой стенке на величину β≥45°. Дальнейшее увеличение угла поворота свыше 45° свай относительно друг друга в шпунтовой стенке не целесообразно, так как при угле поворота шпунтовой стенки на 90° требуется всего одна свая для формирования угла, что позволяет обеспечить ограждение зоны строительства (котлованы, опоры мостов и пр.) без дополнительных соединительных элементов и возможно обеспечить сооружение шпунтовой стенки практически любой конфигурации.
С увеличением внутреннего радиуса r1 цилиндрической части крючкообразного замкового элемента какое-то слово пропущено возможность увеличения угла поворота β свай в шпунтовой стенке. Увеличение r1/S свыше 1,5 не целесообразно, так как это приводит к увеличению расхода металла на замковые элементы и к снижению его несущей способности (усилия разрушения замковых элементов). Изменение расстояния между центрами радиусов цилиндрических частей замковых элементов W свыше 0,55(D1-S) и менее 0,45(D1-S) не целесообразно, так как не приводит к улучшению технических параметров замковых элементов (увеличению угла поворота свай относительно друг друга в шпунтовой стенке).
Изменение угла α между линией, соединяющей центры цилиндрических частей замковых элементов и осью X менее 45° и более 60° не целесообразно, так как это не приводит к увеличению угла поворота свай относительно друг друга в шпунтовой стенке.
Следует отметить, что поворот свай относительно друг друга по часовой стрелке и против часовой стрелки в шпунтовой стенке обеспечивается в диапазоне до 45° без нарушения плотности замкового соединения при любом угловом положении свай между собой.
Предлагаемая конструкция шпунтовой стенки позволит широко применять ее при сооружении гидротехнических сооружений без дополнительного заполнения замковых соединений асфальтовыми битумами и снизить себестоимость возведения сооружений у клиентов, а также повысить эффективность продаж у производителя шпунтовых свай. Шпунтовая стенка, содержащая холоднокатаные сваи с замковыми соединениями по предлагаемому техническому решению, позволит их успешно использовать для гидротехнических сооружений и заменить дорогостоящие трубные шпунты с приварными замковыми соединениями и исключить операцию по заполнению замковых соединений асфальтовыми битумами у клиента и, следовательно, повысить эффективность продаж у производителя холоднокатаных шпунтов.