ШПУНТОВАЯ СВАЯ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к шпунтовым сваям, используемым при сооружении шпунтовых стенок морских и речных причалов, а также подпорных стенок, сооружаемых в водонасыщенных грунтах.
Одной из главных задач, решаемых при строительстве объектов указанного назначения, является высокая противофильтрационная надежность сооружений, которую обеспечивает герметичность соединений шпунтовых свай. В строительной практике эта задача решается путем заполнения зазоров в шпунтовых соединениях герметизирующим составом, сваркой элементов замкового соединения, соединением их клеем, засыпкой зазоров грунтом и т.д.
Известны, например: подпорная стенка, герметизируемая строительным раствором на основе бетона или бетонита (заявка RU №2001128073); стенка, выполненная способом, при котором замки шпунтовых свай сваривают между собой с помощью сварочного электрода (заявка RU №2002127801) и др. Указанные сооружения герметичны и грунтонепроницаемы, однако при возведении требуют больших трудозатрат и материальных расходов.
Одним из менее дорогостоящих направлений по обеспечению грунто- и водонепроницаемости шпунтовых стенок является создание конструкций, в которых герметичность обеспечивается за счет конструктивных элементов замкового соединения шпунтовых свай.
Известны шпунтовые сваи, соединяемые в шпунтовую стенку с помощью замка с металлическим уплотняющим элементом (патент RU №2368723). Конструкция замка позволяет повысить качество сборки шпунтовой стенки, а также ее грунто- и водонепроницаемость. Недостатком известного шпунтового соединения является сложность изготовления.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения по технической сущности и назначению является шпунтовая свая по пат. РФ №115372, МПК E02D 5/08, опубл. 27.04.2012. Устройство-прототип представляет собой пластиковую шпунтовую сваю, состоящую из корпуса с боковыми кромками, одна из которых выполнена в виде охватывающего замкового элемента U-образной формы (шпунтового захвата), а вторая - в виде охватываемого замкового элемента Т-образной формы (шпунтового выступа). Боковые кромки с охватываемой и с охватывающей формой обеспечивают соединение с соответствующей боковой кромкой с охватывающей и охватываемой формой аналогичной шпунтовой сваи. Сплошная стенка из указанных шпунтовых свай образует шпунтовое ограждение. Недостатком прототипа является грунто- и водопроницаемость соединения из-за отсутствия герметичности конструкции, вызванного наличием зазора между шпунтовым выступом и шпунтовым захватом.
С точки зрения обеспечения грунто- и водонепроницаемости было бы целесообразно уменьшить размер полости захвата, в которой размещен выступ смежной сваи, чтобы минимизировать зазоры. Однако это ухудшило бы условия сборки.
Техническая проблема, решаемая настоящей полезной моделью, заключается в сохранении условий беспрепятственной сборки шпунтовых свай и их надежного соединения при одновременном обеспечении герметичности соединения.
Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в шпунтовой свае, состоящей, также как и прототип, из корпуса и боковых кромок, одна из которых дополнена шпунтовым захватом с открытой охватывающей полостью, а другая - шпунтовым выступом с охватываемой поверхностью, выполненных с возможностью замкового соединения соответственно с шпунтовым выступом и шпунтовым захватом соседних свай, в отличие от прототипа охватывающая полость шпунтового захвата и шпунтовый выступ в поперечном сечении имеют форму ромба с усеченной вершиной, при этом шпунтовый выступ сопрягается с боковой кромкой сваи на участке усечения вершины ромба, а свободные концы шпунтового захвата выполнены плоскими на участке охвата ими боковой кромки шпунтового выступа соседней сваи.
В заявляемой конструкции между взаимодействующими поверхностями элементов, обеспечивающих замковое соединение соседних свай, для беспрепятственного погружения свай создается зазор, который перекрывается при сборке и нагружении свай, испытывающих под нагрузкой действие сгибающих (разгибающих) или сжимающих (разжимающих) усилий. В результате действия указанных усилий шпунтовый выступ сваи двумя прилежащими гранями войдет в контакт с двумя гранями внутренней поверхности шпунтового захвата соседней сваи. Сваи сомкнутся боковыми кромками и за счет плотного линейного прилегания контактирующих поверхностей образуют сплошную герметичную стенку, обеспечивающую водо- и грунтонепроницаемость соединения. При этом в целом, как указывалось выше, размер зазора в замковом соединении не уменьшится. В свою очередь взаимодействие опорных участков шпунтового выступа в зоне «ромб-кромка» с упорными участками охватывающей поверхности шпунтового захвата, обеспечат надежное удержание выступа в захвате, препятствующее выскальзыванию выступа из зацепления с захватом.
Для обеспечения более равномерного распределения нагрузки в соединении «выступ - захват», углы ромба между прилежащими сторонами выполняют равными 90°
Для обеспечения более равномерного распределения напряжения в соединении «выступ - захват» вершины ромба выполняют в форме полукруга.
Заявляемая конструкция позволяет производить соединение шпунтовых свай с любой конфигурацией корпуса: Z/S/Ω/-образного, плоского, корытообразного, трубчатого и др. профилями.
Особенно хороший результат предлагаемое техническое решение дает при использовании в изделиях из ПВХ (поливинилхлорида) и композитных материалов, но оно может также использоваться и в стальных шпунтах.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что решение проблемы обеспечения беспрепятственной сборки шпунтовых свай и их надежного соединения при одновременном обеспечении герметичности соединения решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1. представлена свая Z-образной формы с элементами замкового соединения;
на фиг. 2. - узел замкового соединения с прямыми углами ромба;
на фиг. 3. - узел замкового соединения с полукруглыми вершинами ромба.
Шпунтовая свая, изображенная на фиг. 1, имеет корпус Z-образной формы, но, как указывалось выше, корпус может иметь Z/S/Ω/-образный, плоский, корытообразный, трубчатый и др. профиль. На правой боковой кромке сваи выполнен захват 1, на левой кромке - выступ 2. Выступ 2 имеет в поперечном сечении форму ромба с вершиной, усеченной в зоне 3 сопряжения выступа с кромкой. Полость захвата 1 ограничена охватывающей поверхностью и в поперечном сечении также имеет форму ромба с усеченной вершиной. Выступ и захват соседних свай образуют замковое соединение (фиг. 2, 3). При изготовлении свай между замковыми элементами предусмотрен зазор, который компенсируется при нагрузке свайного сооружения. Герметичность соединения обеспечивается за счет того, что при действии сгибающих (разгибающих) усилий на стенку сооружения выступ сваи двумя прилежащими гранями войдет в контакт с двумя гранями шпунтового захвата соседней сваи. Как видно из фиг. 2, элементы сомкнутся по линии 5 и тем самым образуют сплошную герметичную стенку. Надежность удержания элементов при сжимающих (разжимающих) усилиях обеспечивается за счет взаимодействия опорных участков шпунтового выступа в зоне «ромб-кромка» с упорными участками охватывающей поверхности шпунтового захвата. В указанном взаимодействии также участвуют по 2 грани каждого элемента, что увеличивает площадь контактирующих поверхностей и тем самым исключает возможность выскальзывания выступа из зацепления с захватом. Этому также способствует достаточно плотный захват выступа плоскими свободными концами элемента 1 соединения.
Предлагаемое устройство обладает простотой и технологичностью при изготовлении, создает условия беспрепятственной сборки шпунтовых свай за счет исключения заклинивания в замковом соединении. Имеет высокие водо- и грунтонепроницаемость и надежность соединения.
Устройство разработано специалистами ФГБОУ ВО ГУМРФ и ООО «Родные Берега» в составе научно-исследовательской группы. Были произведены расчеты, показавшие возможность использования устройства для соединения шпунтовых свай с любой конфигурацией корпуса: Z/S/Ω/-образного, плоского, корытообразного, трубчатого и др. профилями.
Выше изложенное положение позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «промышленная применимость».