ШПУНТОВЫЙ ЗАМОК
SHEET PILE CUTOFF

Изобретение относится к области строительства гидротехнических сооружений с использованием металлических шпунтовых свай или панелей, объединяемых в сплошную забиваемую в грунт шпунтовую стенку при помощи специальных замков.
Предназначением шпунтовых свай или панелей любого конструктивного исполнения является создание на строительном объекте шпунтовой стенки, объединяющей ряд последовательно забитых в грунт шпунтовых свай или панелей. Шпунтовые стенки используются при строительстве гидросооружений разнообразного назначения. Для создания шпунтовых стенок сваи или панели должны иметь замки, обеспечивающие их прочное, плотное и надежное соединение. Конфигурация шпунтовой стенки может быть разнообразной, и конструкция замков должна удовлетворять указанным требованиям.
Известен сварной замок (патент RU 2103442 С1, МПК Е02D 5/08, опубл. 27.01.98) для объединения шпунтовых панелей, включающий обойму, образованную угловым профилем, приваренным к шпунтовой панели кромкой одной из полок под острым углом с наклоном в сторону свободной кромки консоли и заведенный в полость обоймы соединительный кулачок, приваренный к другой шпунтовой панели.
Данный замок обеспечивает прочное и плотное соединение, применяется для объединения шпунтовых панелей незамкнутого профиля. Применить его для объединения шпунтовых свай замкнутого профиля не представляется возможным. Кроме того, конструкция замка не позволяет относительного углового перемещения соседних шпунтовых панелей, поэтому для изменения конфигурации шпунтовой стенки в плане, когда в отличие от прямолинейного направления требуется отклонение соседних панелей на некоторый угол относительно друг друга, возникает необходимость применения специальных шпунтовых панелей.
Наиболее близким по конструктивному исполнению является сварной шпунтовый замок (полезная модель RU 82461 U1, E02D 5/08, опубл. 27.04.2009 г.), 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, шпунтовая свая выполнена в виде сваи замкнутого профиля, 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, при этом один стандартный профиль крепят на шпунтовой свае под определенным углом 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.
Данная конструкция замка в применении для объединения шпунтовых свай, габариты которых не позволяют значительного углового относительного перемещения, обеспечивает их полное и плотное соединение, контактирующие полки сопрягаемых угловых элементов замка параллельны друг другу. Отклонения от прямолинейности конфигурации шпунтовой стенки в плане достигаются применением специальных шпунтовых свай с соответствующим расположением замковых элементов по образующей поверхности сваи. Если конструкция соседних свай, и тем более панелей незамкнутого профиля, позволяет относительное угловое перемещение их в замковой части, то прочность и плотность соединения шпунтовых свай с увеличением угла разворота будет уменьшаться вплоть до нарушения соединения и потому применение замков такой конструкции в описанном случае невозможно. Отсутствие возможности создания шпунтовой стенки различной конфигурации в плане из-за конструктивных особенностей рассмотренных вариантов замков приводит к необходимости индивидуального изготовления большого количества типоразмеров шпунтовых панелей или свай на любом криволинейном участке шпунтовой стенки и даже на прямолинейных - для компенсации неизбежных технологических отклонений от линии забивки шпунта.
Целью изобретения является создание конструкции шпунтового замка, который, будучи прикрепленным к шпунтовой свае или панели, обеспечивает плотное и прочное соединение их при создании шпунтовой стенки как прямолинейной, так и любой другой конфигурации в плане, что является необходимым при создании гидросооружений, ограниченных замкнутой по контуру шпунтовой стенкой; создании стенки, копирующей рельеф береговой линии, а также в других ситуациях, требующих создания криволинейных шпунтовых стенок. При этом конструктивное исполнение каждой отдельной шпунтовой сваи или панели остается постоянным для всех описанных случаев.
Цель достигается тем, что угловой неравнополочный профиль приварен к продольной поверхности шпунтовой сваи или панели кромкой наибольшей полки под острым углом с наклоном в сторону кромки свободной полки, при этом выдерживается размер между внутренней поверхностью при вершине угла углового неравнополочного профиля и поверхностью шпунтовой сваи или панели, равный ширине малой полки углового неравнополочного профиля с добавлением минимального зазора для взаимного прохождения угловых неравнополочных профилей в шпунтовом замке, причем угловой неравнополочный профиль с внешней стороны малой полки от вершины угла снабжен упором, который может быть выполнен сплошным на всю длину углового неравнополочного профиля, а также прерывистым с определенным шагом, и контактирующая поверхность упора с поверхностью соседней шпунтовой сваи или панели выполнена (в разрезе) в виде формы, вписанной в контур, образованный окружностями, проведенными радиусами из двух центров вращения углового неравнополочного профиля относительно второго углового неравнополочного профиля в шпунтовом замке, при этом величины радиусов равны расстояниям от центров вращения углового неравнополочного профиля до поверхности соседней шпунтовой сваи или панели за вычетом минимального зазора для взаимного прохождения угловых неравнополочных профилей в шпунтовом замке при разных углах разворота соседних шпунтовых свай или панелей.
На Фиг.1 изображен шпунтовый замок, объединяющий соседние шпунтовые панели или сваи в прямолинейную шпунтовую стенку;
на Фиг.2 изображен шпунтовый замок, объединяющий соседние шпунтовые сваи или панели, оси которых в плане расположены под углом -α, это предельный относительный разворот соседних шпунтовых свай или панелей;
на Фиг.3 изображен шпунтовый замок, объединяющий соседние шпунтовые сваи или панели, оси которых в плане расположены под углом α, это предельный относительный разворот соседних шпунтовых свай или панелей в противоположном направлении по отношению к изображенному на Фиг.2;
на Фиг.4 представлен пример конструкции шпунтовой стенки, смонтированной из шпунтовых панелей;
на Фиг.5 представлен пример конструкции шпунтовой стенки, смонтированной из шпунтовых свай прямоугольного сечения;
на Фиг.6 изображен вид I на Фиг.4;
на Фиг.7 изображен вид II на Фиг.4;
На Фиг.8 изображен Вид III на Фиг.5;
На Фиг.9 изображен Вид IV на Фиг.5.
а
1
Шпунтовый замок состоит из двух одинаковых элементов в виде угловых неравнополочных профилей 1, 2, закрепленных на соседних шпунтовых сваях или панелях 3, 4 параллельно продольной оси шпунтовой сваи или панели, при этом угловой неравнополочный профиль приварен к продольной поверхности шпунтовой сваи или панели под острым углом α с наклоном в сторону кромки свободной полки, при этом угловой неравнополочный профиль 1 приварен к продольной поверхности шпунтовой сваи или панели 3 кромкой наибольшей полки шириной  под острым углом α с наклоном в сторону кромки свободной полки шириной b, при этом выдерживается размер h между внутренней поверхностью d при вершине угла углового неравнополочного профиля 1 и поверхностью шпунтовой сваи или панели f, равный малой ширине полки b углового неравнополочного профиля с добавлением минимального зазора Δ, т.е. h=b+Δ, для обеспечения взаимного прохождения в продольном направлении угловых неравнополочных профилей в шпунтовом замке.
Угловой неравнополочный профиль 1 с внешней стороны малой полки от вершины угла снабжен упором 5, и угловой неравнополочный профиль 2 с внешней стороны малой полки от вершины угла снабжен упором 6. Упоры 5 и 6 могут быть выполнены сплошными или прерывистыми с определенным шагом на всю длину угловых неравнополочных профилей 1, 2. Конструкции угловых неравнополочных профилей 1 и 2 в сборе с упорами 5 и 6 соответственно идентичны.
1
2
2
1
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
1
2
2
Контактирующая поверхность k упора 5 с поверхностью соседней шпунтовой сваи или панели f и соответственно контактирующая поверхность k упора 6 с поверхностью шпунтовой сваи или панели f выполнены (в разрезе) в виде формы, вписанной в контур, образованный окружностями, проведенными радиусами r и r из двух центров C и С вращения углового неравнополочного профиля 1 относительно второго углового неравнополочного профиля 2 в шпунтовом замке, при этом величины радиусов равны расстояниям n и n от центров С и С вращения углового неравнополочного профиля до поверхностей f и f соседних шпунтовых свай или панелей за вычетом минимального зазора Δ для обеспечения взаимного прохождения угловых неравнополочных профилей в шпунтовом замке при разных углах разворота соседних шпунтовых свай или панелей, т.е. r=n-Δ; r=n-Δ.
Объединение замком соседних шпунтовых свай или панелей при их забивке в грунт в стенку, осевая линия которой представляет собой прямую, обеспечивает их плотное неразъемное соединение (Фиг.1).
Отличительной особенностью конструкции замка является сохранение плотности и прочности объединения соседних шпунтовых свай или панелей при их относительном угловом перемещении благодаря наличию упоров специальной конфигурации, расположенных с внешней стороны малых полок от вершин углов угловых неравнополочных профилей.
1
2
1
2
1
2
Отклонение оси шпунтовой стенки в плане от прямой линии может быть достигнуто угловым разворотом соседних шпунтовых свай или панелей относительно друг друга. Конструктивное исполнение замка позволяет без нарушения плотности и прочности соединения замка осуществлять относительное угловое перемещение шпунтовых свай или панелей от среднего положения, изображенного на Фиг.1, до крайнего положения, изображенного на Фиг.2, как поворот по часовой стрелки панели 8 относительно панели 7 вокруг центра С, на угол -α, и, соответственно, относительное угловое перемещение шпунтовых свай или панелей от среднего положения, изображенного на Фиг.1, до крайнего положения, изображенного на Фиг.3, как поворот против часовой стрелки панели 8 относительно панели 7 вокруг центра С, на угол α. Поскольку контактирующие поверхности упоров k и k угловых неравнополочных профилей конструктивно выполнены вписанными в контур, образованный окружностями, проведенными радиусами из двух центров вращения C и С углового неравнополочного профиля относительно второго углового неравнополочного профиля в шпунтовом замке и с учетом минимального зазора Δ будет возможным свободное относительное перемещение их от крайнего положения, изображенного на Фиг.2, до второго крайнего положения, изображенного на Фиг.3; суммарный угол разворота составляет величину, равную 2α.
Представленное конструктивное решение шпунтового замка позволяет производить объединение шпунтовых свай или панелей любой конфигурации по сечению и разворачивать их по необходимости относительно друг друга перед погружением в грунт на угол от 0 до ±α. Это в свою очередь дает возможность возводить шпунтовые сооружения (стенки) строго следуя расчетной траектории без использования дополнительных специальных шпунтовых свай или панелей на участках разворота. Следует отметить, что это возможно при условии, что конструкция шпунтовых свай или панелей позволяет осуществить такой разворот.
На Фиг.4, Фиг.5 представлены примеры создания шпунтовых стенок, состоящих из последовательно забитых в грунт шпунтовых панелей и свай, соответственно, осевая линия которой в узлах I и III представляет собой прямую линию, а в узлах II и IV имеет излом - отклонение от первоначального положения на угол, величина которого может быть задана в пределах от -α до +α. Тем самым проиллюстрирована возможность погружения в грунт шпунтовых стенок различной конфигурации в плане с использованием шпунтовых свай или панелей единой конструкции. На Фиг.6 и Фиг.8, Фиг.7 и Фиг.9 изображено взаимное расположение угловых неравнополочных профилей с упорами как элементов замка, соответственно: при прямолинейном расположении соседних шпунтовых свай или панелей и изломе - отклонении от прямолинейного положения на некоторый угол.