Шпунт сварной

Полезная модель относится к строительству, а именно к металлическим шпунтам, предназначенным для применения в гидротехническом, транспортном, промышленном и гражданском строительстве в конструкциях шпунтовых стен капитальных и временных сооружений. В частности полезная модель может быть использована при строительстве причалов, шлюзов, плотин, доковых сооружений, швартовых палов, опор мостов; возведении подпорных стен; берегоукреплении, водоприемных и водоотводящих сооружениях; очистных сооружений, коллекторов, тоннелей, подземных сооружений, кольцевых замкнутых и незамкнутых структур, ограждений; при обустройстве котлованов, откосов, фундаментов, стен траншей.
Из уровня техники известна панель шпунтовая сварная, выполненная в поперечном сечении волнообразного профиля, содержащая полки, параллельно расположенные по разные стороны от центральной оси поперечного сечения панели со смещением друг относительно друга, наклонные стенки, расположенные под тупым углом к полкам, соединяющие смежные концы полок, расположенных по разные стороны от центральной оси, две наклонные полустенки, расположенные на крайних полках под тупым углом к полкам и в направлении к центральной оси, одна наклонная полустенка оснащена на свободном конце кулачком, вторая наклонная полустенка оснащена на свободном конце обоймой, так что при введении кулачка в обойму образуется замковое соединение, обойма расположена на внешней, а кулачок - на внутренней поверхности соответствующих полустенок, при этом полки, наклонные стенки, полустенки выполнены из полос конструкционной стали, соединенных сваркой. Замковое соединение выполнено из универсального стального проката, кулачок имеет профиль «круг», обойма — профиль «уголок» (Патент РФ №2747184, E02D5/04, опубл.28.04.2021).
Недостатком известной шпунтовой панели является сложность конструкции с волнообразным профилем в поперечном сечении и большим количеством сварных соединений, что делает процесс её изготовления трудоёмким. Выполнение замковых элементов на наклонных стенках может приводить к «веерности», что негативно сказывается на производстве работ и надежности возводимого ограждения с её использованием. Известная шпунтовая панель обладает высокими значениями металлоемкости и веса. Кроме того, применение данной шпунтовой панели в комбинированных шпунтовых стенах с применением двутавровых или трубчатых шпунтов известных конструкций затруднительно без их серьезной доработки в заводских условиях.
Также из уровня техники известен холодногнутый шпунтовый профиль, содержащий полки, расположенные по разные стороны от центральной оси и параллельно этой оси со смещением относительно друг друга и соединенные между собой наклонными стенками, расположенными под тупым углом к полкам, при этом на свободных концах полок выполнены элементы соединения, образующие замковые соединения, тупой угол наклонных стенок к полкам выполнен с радиусом гибки не менее 20 мм, на свободном конце одной из полок приваривают металлическую трубу с прорезью, а на свободном конце другой полки приваривают элемент из квадратного стального профиля, которые соединяясь между собой, образуют шпунтовый замок (Патент РФ №2348755, E02D5/08, опубл.10.03.2009).
Известный шпунтовый профиль имеет меньший вес и металлоемкость, но не обладает необходимой надежностью. Холодногнутые шпунтовые профили не рекомендованы для использования в гидротехническом строительстве. Во-первых, они имеют недостаточную несущую способность, а, во-вторых, в месте сгиба в процессе производства возникают микротрещины, что приводит при соприкосновении с водой к очень быстрому разрушению холодногнутого шпунта по местам сгиба. Ограждение с его использованием имеет меньшую несущую способность в сравнении с ограждениями из сварных шпунтовых профилей и меньшую долговечность. При этом известный шпунтовый профиль оснащен замковыми элементами сложной конструкции.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является разработка шпунта, лишенного недостатков известных аналогов, а также расширение арсенала технических средств указанного назначения.
Технический результат полезной модели заключается в снижении металлоемкости при одновременном упрощении и повышении надежности конструкции шпунта, а также в обеспечении возможности использования его при возведении комбинированных шпунтовых стен с применением двутавровых шпунтов и трубошпунтов известных конструкций.
Технический результат достигается тем, что шпунт содержит полку и две полуполки, расположенные по разные стороны от центральной оси поперечного сечения шпунта и параллельно этой оси со смещением относительно друг друга и соединенные между собой наклонными стенками, расположенными под тупым углом к полке и двум полуполкам, при этом на свободных концах полуполок выполнены замковые элементы, а полка, полуполки и наклонные стенки выполнены из полос конструкционной стали, соединенных сваркой.
Целесообразно, чтобы каждая полуполка была оснащена на свободном конце кулачком и/или обоймой. Также одна полуполка может быть оснащена на свободном конце кулачком, а вторая полуполка может быть оснащена на свободном конце обоймой.
Целесообразно, чтобы обойма была образована угловым профилем, приваренным кромкой одной из полок к поверхности полуполки, а кулачок был образован круглым профилем, приваренным к поверхности полуполки.
Целесообразно, чтобы замковые элементы были расположены на внутренней поверхности полуполок. Также замковые элементы могут быть расположены на внешней или одновременно на внутренней и внешней поверхностях полуполки.
Целесообразно, чтобы угол между наклонной стенкой и полкой составлял от 91 до 150°, предпочтительно 110°.
Целесообразно, чтобы полки, наклонные стенки и полуполки были выполнены из полос конструкционной стали,  содержащей углерод в диапазоне от 0,1 до 0,2%, кремний в диапазоне от 0,4 до 1,1%, марганец в диапазоне от 0,4 до 1,7%, никель в диапазоне от 0,1 до 0,8%, хром в диапазоне от 0,1 до 0,9%, ванадий в диапазоне от 0,1 до 0,15%, медь в диапазоне от 0,2 до 0,6%, с пределом текучести в диапазоне от 265 до 400 МПа.
Целесообразно, чтобы шпунт был снабжен П-образными в поперечном сечении опорными элементами, приваренными к поверхности полки и/или полуполок.
Целесообразно, чтобы шпунт имел защитное лакокрасочное покрытие.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 - первый вариант исполнения шпунта (поперечное сечение).
На фиг. 2 - второй вариант исполнения шпунта (поперечное сечение).
На фиг. 3 - фрагмент шпунтовой стены, выполненной из шпунтов по первому и второму вариантам исполнения (поперечное сечение).
На фиг. 4 - замковое соединение шпунтов по первому и второму вариантам исполнения (поперечное сечение).
На фиг. 5 - фрагмент шпунтовой стены, выполненной из шпунтов по первому и второму вариантам исполнения (общий вид).
На фиг. 6 - фрагмент шпунтовой стены, выполненной из шпунтов по третьему варианту исполнения (поперечное сечение).
На фиг. 7 - замковое соединение шпунтов по третьему варианту исполнения (поперечное сечение).
На фиг. 8 - фрагмент шпунтовой стены, выполненной из шпунтов по третьему варианту исполнения (общий вид).
На фиг. 9 - фрагмент шпунтовой стены, выполненной из шпунтов по четвертому и пятому вариантам исполнения (поперечное сечение).
На фиг. 10 - замковое соединение шпунтов по четвертому и пятому вариантам исполнения (поперечное сечение).
На фиг. 11 - фрагмент шпунтовой стены, выполненной из шпунтов по четвертому и пятому вариантам исполнения (общий вид).
На фиг. 12 - фрагмент шпунтовой стены, выполненной из шпунтов по шестому варианту исполнения (поперечное сечение).
На фиг. 13 - замковое соединение шпунтов по шестому варианту исполнения (поперечное сечение).
На фиг. 14 - фрагмент шпунтовой стены, выполненной из шпунтов по шестому варианту исполнения (общий вид).
На фиг. 15 - фрагмент комбинированной шпунтовой стены, выполненной из шпунтов по первому варианту исполнения и шпунтов двутавровых (поперечное сечение).
На фиг. 16 - замковое соединение шпунта по первому варианту исполнения и шпунта двутаврового (поперечное сечение).
На фиг. 17 - фрагмент комбинированной шпунтовой стены, выполненной из шпунтов по первому варианту исполнения и шпунтов двутавровых (общий вид).
На фиг. 18 - фрагмент комбинированной шпунтовой стены, выполненной из шпунтов по первому варианту исполнения и трубошпунтов (поперечное сечение).
На фиг. 19 - замковое соединение шпунта по первому варианту исполнения и трубошпунта (поперечное сечение).
На фиг. 20 - фрагмент комбинированной шпунтовой стены, выполненной из шпунтов по первому варианту исполнения и трубошпунтов (общий вид).
Сварной шпунт содержит полку 1 и две полуполки 2, 3, расположенные по разные стороны от центральной оси 13 поперечного сечения шпунта и параллельно этой оси 13 со смещением относительно друг друга и соединенные между собой наклонными стенками 4,5, расположенными под тупым углом к полке и двум полуполкам 2, 3. На свободных концах боковых полуполок 2, 3 выполнены замковые элементы.
В предпочтительном варианте исполнения на свободных концах полуполок 2 и 3 выполнены замковые элементы одного типа (одинаковой формы). В первом  варианте исполнения шпунта обе полуполки 2 и 3 оснащены на свободном конце обоймой 7 (фиг. 1). Во втором варианте исполнения шпунта обе полуполки 2 и 3 оснащены на свободном конце кулачком 6 (фиг. 2). При ведении кулачка 6 шпунта по первому варианту исполнения в обойму 7 шпунта по второму варианту исполнения образуется замковое соединение (фиг. 3 -5).
В третьем варианте исполнения шпунт может быть выполнен таким образом, что одна полуполка 2 оснащена на свободном конце кулачком 6, а вторая полуполка 3 оснащена на свободном конце обоймой 7 (фиг. 6-8).
В предпочтительном варианте исполнения замковые элементы (обойма 7 и/или кулачок 6) расположены на внутренней поверхности соответствующих боковых полуполок 2 и 3 так, чтоб они не касались внешней агрессивной среды (воды). В этом случае замок будет более долговечен.
Также шпунт может быть выполнен с двойным замком (согласно полезной модели по Патенту РФ №181356) для усиления замкового соединения. В этом случае каждая полуполка 2 и 3 оснащена на свободном конце кулачком 6 и обоймой 7. В четвертом варианте исполнения шпунта на свободном конце каждой полуполки 2 и 3 на внешней поверхности расположен кулачок 6, а на внутренней - обойма 7, в пятом варианте исполнения  на свободном конце каждой полуполки 2 и 3 на внешней поверхности расположена обойма 7, а на внутренней - кулачок 6 (фиг.9-11). В шестом варианте исполнения шпунта на свободном конце одной полуполки 2 на внешней поверхности расположен кулачок 6, а на внутренней - обойма 7, а на свободном конце другой полуполки 3 на внешней поверхности расположена обойма 7, а на внутренней - кулачок 6 (фиг.12-14).
В предпочтительном варианте исполнения обойма 7 образована угловым профилем, приваренным кромкой к поверхности боковой полуполки 2, 3 шпунта. Кулачок 6 образован круглым профилем, приваренным к поверхности  боковой полуполки 2, 3 шпунта. Упрощение конструкции замковых элементов обеспечивается за счет использования в качестве обоймы 7 и кулачка 6 распространенных универсальных профилей стального проката (уголок и круг). А расположение соединяемых замком элементов впритык кромкам боковых полуполок 2, 3 увеличивает водонепроницаемость замка, за счет увеличения маршрута движения воды в замке и плотного прилегания полуполок в замке друг к другу.
Замковые элементы также могут представлять собой и любые другие известные замковые элементы для металлических шпунтов иностранных или российских производителей.
Полка 1, полуполки 2, 3 и наклонные стенки 4, 5 выполнены из полос конструкционной стали, соединенных сваркой.
Полка 1, полуполки 2, 3 и наклонные стенки 4, 5 выполнены из горячекатаных полос конструкционной стали, содержащей углерод в диапазоне от 0,1 до 0,2%, кремний в диапазоне от 0,4 до 1,1%, марганец в диапазоне от 0,4 до 1,7%, никель в диапазоне от 0,1 до 0,8%, хром в диапазоне от 0,1 до 0,9%, ванадий в диапазоне от 0,1 до 0,15%, медь в диапазоне от 0,2 до 0,6%, с пределом текучести в диапазоне от 265 до 400 МПа.
Предпочтительно для полки 1, наклонных стенок 4, 5 и полуполок 2,3 используют коррозионностойкую  сталь марки 09Г2С с пределом текучести 265, 295, 315, 325, 345, 355, 375 МПа, сталь марки 15ХСНД с пределом текучести 325, 345 МПа, сталь марки 10ХСНД с пределом текучести 345, 375, 390 МПа, сталь марки 17Г1С с пределом текучести 315, 325, 345, 355, 375 МПа или С390 с пределом текучести 390 МПа.
Для еще большего уменьшения металлоемкости и веса шпунта полка 1, полуполки 2, 3 и наклонные стенки 4, 5 могут быть выполнены из горячекатаных полос конструкционной стали, в которой углерод не превышает 0,12%, кремний не превышает 0,5%, марганец не превышает 1,9%, фосфор не превышает 0,025%, сера не превышает 0,015%, алюминий не превышает 0,015%, ниобий не превышает 0,09%, ванадий не превышает 0,2%, титан не превышает 0,22%, при этом сумма ниобия, ванадия и титана не должна превышать 0,22%, с пределом текучести в диапазоне от 420 до 600 МПа.
Например, может быть использована сталь марок S420MC, S460MC, S500MC, S550MC, S600MC с пределом текучести от 420 и до 600 МПа. При использовании стали марок S420MC, S460MC, S500MC, S550MC, S600MC, лучше сопротивляющихся коррозии, и с пределом текучести в диапазоне от 420 до 600 МПа,  при всех равных условиях можно делать шпунт еще тоньше, т.е. еще больше уменьшать общий объем металла, требуемый для возведения шпунтовых стен.
Так как полка 1, полуполки 2, 3 и наклонные стенки 4, 5 выполнены из листовой или полосовой стали (листового проката) и соединены путем сварки, это уменьшает трудоемкость изготовления, так как для получения заданного профиля нет необходимости использовать прокатный стан или иные технологии формирования профиля. Полосы стали соединяются в профиль путем сварки. А отказ от наклонных полустенок в конструкции также обеспечивает сокращение трудозатрат на изготовление шпунта и уменьшение веса, металлоемкости.
Шпунт может быть выполнен длиной от 2 м до 30 м, толщина полки 1 и полуполок 2,3 находится в диапазоне от 10 до 30 мм, толщина стенок находится в диапазоне от 10 до 20 мм, высота не более 1,5 м, угол между полками и наклонными стенками в диапазоне от 91 до 150°, предпочтительно составляет 110°. Ширина одиночного шпунта предпочтительно находится в диапазоне от 0,5 м до 3,0 м.
При толщине полуполок 2, 3 от 10 мм до 15 мм для замковых элементов 6, 7 может быть использован уголок размером 65,5 мм×37 мм×12 мм и круглый профиль диаметром 14 мм, при толщине полуполок 2, 3 от 16 мм до 19 мм может быть использован уголок размером 108 мм×44 мм×16 мм и круглый профиль диаметром 16 -18 мм, а при толщине полок 2, 3 от 20 мм до 30 мм может быть использован уголок размером 118 мм×50 мм×16 мм и круглый профиль диаметром 22 мм из проката стали 09Г2С и/или С-345.
Шпунт может иметь на поверхности полное или частичное защитное лакокрасочное покрытие, которое может быть нанесено как по всей длине, так и только в месте (участке длины), где шпунт, согласно плану, будет выступать из воды (земли) и на стыке вода-воздух, так как под водой и в грунте коррозия идет менее интенсивно.
Защитное покрытие (антикоррозийное, антифрикционное) может быть выполнено на основе полимерного материала или полиуретановой полимерной краской по пескоструйной обработке.
Для удобства хранения и транспортировки шпунт может быть снабжен дополнительными П-образными в поперечном сечении опорными элементами (не показаны), которые приваривают к полке 1 и/или полуполкам 2, 3. На каждой полке и/или полуполке может быть от двух до шести П-образных элементов. Эти элементы также могут быть использованы для захвата и переноса шпунта. Выполнение на полке 1 и/или полуполках 2, 3 П-образных элементов позволяет фиксировать строповочные тросы и облегчает транспортировку, монтаж и складирование шпунтов.
Шпунтовые стены образуются поочередным погружением в грунт шпунтов 8 с совместимыми замковыми элементами. Перед погружением П-образные опорные элементы могут быть срезаны для уменьшения сопротивления.  Погружение может быть осуществлено путем ударной забивки, вибропогружения и статического вдавливания. При соединении шпунтов 8 в шпунтовую стену, кулачок 6 последующего шпунта вводится в зацепление с обоймой 7 ранее погруженного шпунта, образуя грунтонепроницаемое замковое соединение в шпунтовой стене, обладающее несущей способностью на разрыв и изгиб.
Например, сначала погружают в грунт шпунт 8, оснащенный на внутренней поверхности свободных концов полуполок 2, 3 замковыми элементами в виде угловых профилей (обойм) 7, затем в зацепление с ним вводят и погружают шпунт 8, оснащенный на внутренней поверхности свободных концов полуполок 2, 3 замковыми элементами в виде круглых профилей (кулачков) 6, так что при соединении замковых элементов образуется замковое соединение, а полуполки 2, 3 смежных шпунтов образуют полноценную полку в шпунтовой стене. Затем погружают следующий шпунт 8 с угловыми профилями (обоймами) 7 на свободных концах полуполок 2, 3  и вводят в зацепление с круглым профилем (кулачком) 6 предыдущего шпунта образуя замковое соединение (фиг.3-5). Таким образом, для возведения шпунтовой стены чередуют шпунты 8, выполненные с кулачками 6 на свободных концах полуполок 2, 3 (фиг.2), и шпунты, выполненные с обоймами 7 на свободных концах полуполок 2, 3 (фиг.1). При другом исполнении замковых элементов на свободных концах полуполок 2,3 последующие шпунты также подбираются с учетом совместимости замковых элементов и возможности образования замкового соединения (фиг.6-14).
Предложенный шпунт 8 может быть использован при возведении комбинированных шпунтовых стен. В данном случае предложенный шпунт будет выполнять роль заполнения между опорными сваями 9, такими как сварной шпунт двутавровый, трубошпунт или коробчатый шпунт. В комбинированной шпунтовой стене предложенный шпунт несет нагрузку, которая сдерживает внутренний грунт от выпадения в акваторию, а опорные шпунтовые сваи 9, составляющие каркас шпунтовой стены, несут основную нагрузку со стороны акватории (навал судна, ледовая нагрузка, волна и т. д.).
Комбинированные шпунтовые стены образуются поочередным погружением в грунт разных типов шпунтов с совместимыми замковыми элементами. Например, сначала погружают опорный сварной шпунт двутавровый 9, оснащенный на внутренней поверхности свободных концов полок замковыми элементами в виде круглого профиля (кулачка) 10, затем в грунт погружают предложенный шпунт 8, оснащенный на внутренней поверхности свободных концов полуполок 2, 3 замковыми элементами в виде углового профиля (обоймы) 7, так что при соединении их замковых элементов образуется замковое соединение (фиг.16). Затем в грунт снова погружают сварной шпунт двутавровый 9, оснащенный на внутренней поверхности свободных концов каждой полки замковым элементом в виде круглого профиля (кулачка) 10, который входит в зацепление с угловым профилем (обоймой) 7, расположенным на свободном конце полуполки 3 предыдущего шпунта 8 и т. д (фиг.15 и фиг.17).
При возведении комбинированной шпунтовой стены сварной шпунт двутавровый может быть заменен на трубошпунт 11 (фиг.18-20) или коробчатый шпунт с совместимыми замковыми элементами 12 (кулачок-обойма), при этом между ними может быть установлен один, два и более сварных шпунтов 8 предложенной конструкции.
Предложенная конструкция сварного шпунта не только обладает улучшенными техническими характеристиками, но и позволяет эффективно использовать его при возведении различных комбинированных шпунтовых стен.