ШПУНТОВЫЙ ЗАМОК

Полезная модель относится к области строительства сооружений с использованием металлического шпунта, в частности, к конструкциям шпунтовых замков для шпунтовых свай при строительстве гидротехнических сооружений. В частности, полезная модель относится к строительству гидротехнических сооружений со шпунтовыми сваями замкнутого профиля в тяжелых грунтах.
Известен сварной замок для соединения шпунтовых элементов (JP, патент JР11223003, опубл.1999-08-17, МПК Е04В 1/64; Е04В 1/70; включающий обойму, образованную угловым профилем, приваренным к шпунтовому элементу кромкой одной из полок, причем вторая полка этого углового профиля выполнена с уширением и является одновременно соединительным кулачком, заводимым во вторую обойму, образованную таким же угловым профилем, приваренным к другому шпунтовому элементу, причем свободная полка второго углового профиля тоже выполнена с уширением и является одновременно соединительным кулачком, заводимым соответственно в обойму первого шпунтового элемента.
В данном случае осуществляется двойное зацепление кулачков, что увеличивает его металлоемкость, а применение специального фасонного профиля, предназначенного только для целей производства сварного шпунта значительно повышает его стоимость монтажа и усложняет работы по монтажу.
Известен шпунтовый замок (патент RU2232847, опубл. 2004.07.20, МПК E02D 5/08, G06K 19/02), который обеспечивает заданную конструктивно свободу угловых деформаций и унификацию типоразмеров шпунтовых элементов. Изобретение содержит конструкцию, в которой на противоположной грани кромки шпунтового элемента напротив приваренной кромки полки углового профиля под углом, близким к прямому относительно грани кромки шпунтового элемента, приварена полоса шириной не менее удвоенной толщины полки углового профиля, а соединительный кулачек круглого профиля приварен к кромке другого шпунтового элемента с эксцентриситетом своей оси относительно срединной плоскости кромки шпунтового элемента. Однако в представленном шпунтовом замке многоэлементная сварная конструкция замка является ненадежной и не может работать в области упруго пластических деформаций, что приводит к поломке шпунтового замка при монтаже шпунтовых свай и перекосу поверхностей шпунтового замка при монтаже.
Наиболее близким изобретением к предлагаемому техническому решению является замок (RU, патент 2103442 С1, МПК Е02D 5/08, опубл. 27.01.98) для соединения шпунтовых элементов, включающий обойму, образованную угловым профилем, приваренным к шпунтовому элементу кромкой одной из полок под острым углом с наклоном в сторону свободной кромки консоли и заведенный в полость обоймы соединительный кулачек, приваренный к другому шпунтовому элементу.
Недостаток данного замка заключается в излишней жесткости из-за совместного изгиба соединенных шпунтовых элементов, поскольку под воздействием момента изгибающих сил, один из них может свободно деформироваться и перемещаться в обойме относительно другого шпунта только до тех пор, пока кромка шпунтового элемента не
упрется в приваренную кромку углового профиля, а кулачком в свободную полку этого профиля, после чего момент сил воспринимается замком. На практике это приводит к необходимости индивидуального изготовления большого количества типоразмеров шпунтин на любом криволинейном участке шпунтовой стенки и даже на прямолинейных - для компенсации неизбежных технологических отклонений от линии забивки шпунта. Кроме того, расположение каждого кулачка в обойме между консолями соединенных шпунтовых элементов приводит к раздвижке элементов по фронту шпунтовой стены на ширину кулачка, вследствие чего удельная несущая способность стены снижается.
Наиболее рационально применять в конструкциях шпунтовых замков распространенные угловые профили универсального назначения.
Однако при строительстве шпунтовых стен из шпунтовых свай, например, свай Ларсена - с открытым профилем, прочности сваи в тяжелых грунтах недостаточно, поэтому требуется применять шпунтовые сваи замкнутого профиля, например, круглые или квадратные трубы, трубы сваренные из стандартного проката - уголков, швеллеров, тавров, свай Ларсена.
При соединении шпунтовых свай замкнутого профиля необходимо обеспечить надежную сборку шпунтового замка в процессе вдавливания сваи в грунт. При вдавливании сваи возникают повышенные поперечные нагрузки на сваю, что приводит к перекосу элементов замка друг относительно друга и, соответственно, схватывание элементов шпунтового замка. Кроме того, при поперечных нагрузках на сваю существенно уменьшается расчетный зазор между крайней точкой элемента шпунтового замка и, в следствие этого, существенное увеличение усилия как в самом замке, так и на сваю, что приводит либо к поломке шпунтового замка, либо к
увеличению усилия при монтаже сваи, вплоть до невозможности дальнейшего продвижения сваи в грунте.
Технический результат предложенной полезной модели состоит в упрощении конструкции шпунтового замка, упрощении монтажа шпунтовой стенки из шпунтовых свай при их вдавливании в грунт, устранении перекоса поверхностей шпунтового замка при монтаже.
Данный технический результат достигается следующим образом.
Шпунтовый замок, образованный из двух элементов, один из которых выполнен в виде углового профиля, закрепленного к образующей шпунтовой сваи продольной кромкой одной из полок, при этом угловой профиль приварен к продольной поверхности шпунтовой сваи под острым углом с наклоном в сторону кромки свободной полки, отличается тем, что шпунтовая свая выполнена в виде сваи замкнутого профиля из твердосплавной марки стали, поверхностная твердость которой больше, чем у элементов шпунтового замка. Шпунтовый замок, состоит из двух одинаковых элементов в виде стандартных угловых профилей, которые закреплены на двух соседних шпунтовых сваях параллельно продольной оси шпунтовой сваи с обеспечением зазора между внешним углом сопряжения полок стандартного уголкового профиля и наружной поверхностью соседней шпунтовой сваи, каждый шпунтовый элемент шпунтового замка выполнен из мягкой стали. При этом один стандартный профиль крепят на шпунтовой свае под углом а между линией, проходящей через внешний угол сопряжения полок стандартного уголкового профиля к точке сопряжения касательной, проведенной к внешней поверхности шпунтовой сваи в ее поперечном сечении, а второй стандартный уголковый профиль крепят на соседней шпунтовой свае зеркально к первому и под тем же углом α между
линией, проходящей через внешний угол сопряжения полок стандартного уголкового профиля к точке сопряжения касательной, проведенной к внешней поверхности соседней шпунтовой сваи в ее поперечном сечении и зазор h между наружной стенкой первой шпунтовой сваи и наружным углом свободной полки стандартного уголкового профиля, закрепленного на соседней шпунтовой свае рассчитывают по формуле:
h=nδ,
где δ - толщина полки углового профиля,
n - коэффициент проходимости.
Шпунтовая свая может быть выполнена в виде трубы круглого сечения либо в виде трубы квадратного сечения. Для каждого элемента шпунтового замка угол α между линией, проходящей через внешний угол сопряжения полок стандартного уголкового профиля к любой точке касательной, проведенной к внешней поверхности шпунтовой сваи в ее поперечном сечении может составлять для, например, труб квадратного сечения - 90 градусов. Образующая первой шпунтовой сваи, которой закреплен угловой профиль первого элемента шпунтового замка, может быть сдвинута на величину L относительно образующей второй шпунтовой сваи, к которой закреплен угловой профиль второго элемента шпунтового замка. При соединении в замок внутренняя поверхность полки одного стандартного углового профиля, прикрепленного к первой шпунтовой свае, может входить в зацепление с внутренней поверхностью полки второго стандартного углового профиля соседней шпунтовой сваи как с зазором, так и без зазора. Линия, проходящая через внешний угол сопряжения полок углового профиля может являться ограничителем для соседней шпунтовой сваи вдоль ее продольной образующей в случае отсутствия или ничтожно малого зазора между ними
на участках соприкосновения сваи и элемента замка. Шпунтовая свая может быть выполнена составной из элементов Ларсена или составной из стандартных профилей типа швеллеры, тавры, уголки. Крепление стандартных уголковых профилей к шпунтовой свае может быть осуществлено путем сварки. В качестве стандартного уголкового профиля могут использовать как уголки с полками равной величины, так и уголки с полками разной величины. Коэффициент проходимости n может быть принят, например, от 2 до 3.
Представленное техническое решение иллюстрируется и поясняется, но исчерпывается представленными чертежами.
На Фиг.1 - показан шпунтовый замок в поперчном сечения; а) - шпунтовый замок на шпунтовых сваях типа круглой трубы; б) - шпунтовый замок на шпунтовых сваях типа квадратной трубы;
На Фиг.2 - показана круглая труба в поперечном сечении с приваренными с двух сторон вдоль ее образующих элементами шпунтового замка;
На Фиг.3 - показана в поперечном сечении шпунтовая стенка из шпунтовых свай, соединенная шпунтовыми замками.
Первый элемент (1) шпунтового замка (2) приварен вдоль образующей первой шпунтовой сваи (3) таким образом, что угол α1 образован линиями Х-Х, проходящей через точку А и точку Б, и образующую У-У. Зазор h=3/2δ, где δ - толщина полки углового профиля. К соседней шпунтовой свае (4) приварен второй элемент (5) шпунтового замка (2). Второй элемент (5) приварен ко второй шпунтовой свае (4) зеркально к первому элементу (1) с соблюдением угла α2, равного углу α1 первого
шпунтового элемента (1). При этом второй элемент (5) входит свободной полкой в зазор h между наружной стенкой первой шпунтовой сваи (3) и наружным углом свободной полки стандартного уголкового профиля (1). При этом между точкой сопряжения полок второго элемента (5) и поверхностью первой шпунтовой сваи (3) обеспечен зазор Δ, благодаря чему осуществляется свободное продвижение одной шпунтовой сваи (3) относительной второй шпунтовой сваи (4). Вследствие того, что материал шпунтовых свай (3, 4) имеет поверхностную твердость больше поверхностной твердости элементов шпунтового замка (1, 5), при монтаже шпунтовой стенки, в случае уменьшения зазора Δ и/или соприкосновения наружных стенок первой и/или второй шпунтовой сваи (3, 4) и наружным углом свободной полки стандартного уголкового профиля (1, 5), возникающий перекос и его негативное воздействие на шпунтовые сваи и шпунтовый замок нивелируются за счет истирания поверхности элементов шпунтового замка (2). В результате такого истирания не возникает увеличения усилия при монтаже сваи, а также не возникает ситуации невозможности дальнейшего продвижения сваи в грунте. В случае истирания элементов шпунтового замка на их поверхности наблюдают в местах соприкосновения элементов со сваей эффект наклепа, что положительно сказывается на прочности элементов шпунтового замка, а также обеспечивает подгонку размеров элемента шпунтового замка по месту в сложных местах при вдавливании свай в грунт. Таким образом, элементы шпунтового замка за счет упруго-пластической деформации обеспечивают упрощение монтажа шпунтовой стенки из шпунтовых свай при их вдавливании в грунт и устранение перекоса поверхностей шпунтового замка при монтаже. Устранению перекоса способствует также то, что внутренние поверхности свободных полок элементов шпунтового замка перемещаются друг относительно друга и работают как направляющие. В случае, если в качестве шпунтовой сваи используют квадратные трубы, то угол α равен 90 градусов.
В поперечном сечении (Фиг.2) элементы шпунтовых замков могут быть приварены вдоль образующих сваи как с противоположных сторон в диаметральной плоскости, так и с обеспечением сдвига на величину L, которая обеспечит построение шпунтовой стенки либо вдоль прямой линии (Фиг.3), либо вдоль линии сложной конфигурации.
Предложенный шпунтовый замок работает следующим образом. На шпунтовую сваю вдоль ее образующей, параллельно оси шпунтовой сваи приваривают угловой стандартный профиль. На каждую сваю могут приварить от одного до нескольких угловых профилей. Сдвиг профилей на величину L рассчитывают в зависимости от требуемой шпунтовой стенки. В случае необходимости осуществить стыки нескольких стенок, используют три и более угловых профиля на одной свае. Перед вдавливанием первой сваи в грунт, ее выставляют строго вертикально, после чего осуществляют вдавливание. Перед монтажом второй шпунтовой сваи - ее выставляют относительно первой сваи с обеспечением зазоров Δ и осуществляют вдавливание второй сваи с обеспечением параллельного перемещения к первой свае с помощью элементов шпунтового замка, которые выполняют функцию направляющих, компенсаторов и замкового устройства.
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает простоту конструкции шпунтового замка, упрощение монтажа свай и устранение перекоса свай при монтаже.