ШПУНТОВАЯ СВАЯ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к шпунтовым сваям, используемым при сооружении шпунтовых и подпорных стенок для укрепления стен котлована и грунтов.
В настоящее время известны различные виды шпунтовых свай и способы их соединения.
Так, из описания к заявке США № 2002102131 известенсоединитель, который содержит центральный перемычковый элемент, являющийся частью, по меньшей мере, одной частью элемента С-образного поперечного сечения, выступы, направленные в противоположных направлениях, при этом на одном из продольных краев центрального перемычкового элемента предусмотрен замковый блок, который имеет шейную секцию и головку.
Недостатками известного решения являются его высокая материалоемкость и сложность изготовления.
Также из описания к патенту РФ № 161409 (опубликован 20.04.2016) известнашпунтовая стенка, включающая сваи и шпунтовые соединения, каждое из которых состоит из пары привариваемых профилей, при этом один из профилей представляет собой шпунтовый выступ, состоящий из приваренной одной кромкой к свае полосовой стойки и гребня, закрепленного на ее свободной боковой кромке, а второй привариваемый профиль выполнен в виде шпунтового захвата, имеющего замковую полость, в которой размещен гребень шпунтового выступа, причем замковая полость образована двумя зеркально симметричными элементами в виде крюков, одними концами соединенных между собой, а своими свободными концами ограничивающих зев замковой полости, согласно полезной модели гребень шпунтового выступа выполнен в поперечном сечении в форме полукруга и плавно сопряжен своей плоской стороной с упомянутой стойкой с образованием в зоне сопряжения двух симметричных относительно оси указанного шпунтового выступа заплечиков, при этом крайние участки свободных концов упомянутых крюков шпунтового захвата загнуты, по меньшей мере приблизительно, под прямым углом внутрь к оси профиля с образованием внутри замковой полости в зоне зева упорных участков для взаимодействия с упомянутыми заплечиками гребня шпунтового выступа при действии растягивающих усилий на шпунтовое соединение.
В качестве наиболее близкого аналога к патентуемому решению принята шпунтовая свая, которая состоит 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. При этом охватывающая полость шпунтового захвата и шпунтовый выступ в поперечном сечении имеют форму ромба с усеченной вершиной (или полукруглой), при этом шпунтовый выступ сопрягается с боковой кромкой сваи на участке усечения вершины ромба, а свободные концы шпунтового захвата выполнены плоскими (или полукруглыми) на участке охвата ими боковой кромки шпунтового выступа соседней сваи (патент РФ №171114, опубликован 22.05.2017).
Недостатком известного решения является заклинивание замкового соединения и приварка частей замков друг к другу ввиду отсутствия достаточного зазора между гребнем и замковой полостью и плотного их вхождения, что может приводить к деформациям или даже повреждению соединения при погружении свай.
Технической проблемой предложенного решения является устранение указанных недостатков.
Техническим результатом патентуемой полезной модели является повышение прочности и надежности соединения свай при действии на них сейсмических и водных нагрузок за счет исключения заклинивания замковых соединений при погружении свай, а также упрощение монтажа свай.
Заявленный технический результат достигается конструкцией шпунтовой сваи, состоящей из корпуса и оппозитно расположенных на корпусе замковых элементов,  один из которых выполнен в виде шпунтового выступа и состоит из приваренной одной кромкой к корпусу полосовой стойки с гребнем, другой замковый элемент представляет собой шпунтовый захват, выполненный в виде приваренной одной кромкой к корпусу полосовой стойки с открытой охватывающей полостью, имеющей возможностью размещения в ней гребня шпунтового выступа соединяемой сваи. Согласно патентуемому решению, охватывающая полость шпунтового захвата в поперечном сечении выполнена прямоугольной формы, а гребень в поперечном сечении имеет форму, приближенную к форме равнобедренного треугольника, при этом основание шпунтового выступа выполнено с возможностью сопряжения с основанием захвата со стороны приваренной полосовой стойки соседней сваи.
Шпунтовые сваи могут быть использованы с любой конфигурацией корпуса: Ζ/S/Ω/-образного, плоского, корытообразного, трубчатого и др. профилями.
За счет изготовления из марок сталей, имеющих углеродный эквивалент 0,43-0,46 (в частности, могут применяться конструкционные низколегированные стали марок 09Г2С, 17Г1С (17Г1СУ), 09ГСФЮ по ГОСТ 19281, класса прочности К52 (С-345); 10Г2ФБЮ класса прочности К60 (С-540) по ГОСТ 19281), предложенное замковое соединение обеспечивает гарантию свариваемости со сталями классов прочности от К50 до К60 (не ограничиваясь этими классами прочностями).
Длина стоек замковых элементов должна быть достаточной, чтобы удобно расположить сварочную горелку при приварке замкового соединения к трубе. В большинстве случаев, межтрубное расстояние составляет 180 мм. С учетом этого расстояния наиболее оптимальным является выбор длины стойки шпунтового захвата - 119 мм, а длины стойки с гребнем - 29 мм. Это позволит с легкостью присоединить разработанное замковое соединение к трубе путем ручной дуговой, полуавтоматической в среде защитных газов и автоматической сварке под слоем флюса, образуя шпунтовое соединение.
Усилие на разрыв разработанного замкового соединения более 2550 кН/пог.м (260 тс/пог.м) достигается за счёт оригинальной формы гребня в виде равнобедренного треугольника в сечении и охватывающей полости прямоугольной формы в сечении, которая не позволяет свободно раскрываться захвату при приложении нагрузок и одновременно обеспечивает подвижность соединения. Данная особенность позволяет обеспечивать надежность и долговечность шпунтовых свай. Так, форма захвата (участок 6) по патенту РФ №171114, принятого в качестве наиболее близкого аналога, располагается по отношению к гребню под углом, отличным от прямого, что приводит к появлению тангенциальных усилий, способствующих раскрытию захвата. В предлагаемом же решении угол всегда прямой.
Также форма профиля замкового соединения гребня в виде равнобедренного треугольника в сечении и охватывающей полости прямоугольной формы позволяет данному замковому соединению обладать повышенным запасом свободного хода, которые, в свою очередь, обеспечивают погружение сваи без заклиниваний, но в то же время позволяет выдерживать серьезные водные и сейсмические нагрузки.
Кроме этого, выполнение гребня сечением в форме приближенной к равнобедренному треугольнику, а не ромба как в наиболее близком аналоге, позволяет существенно снизить металлоемкость и, соответственно, вес конструкции в сборе, что, в свою очередь, позволяет удешевить данную конструкцию и увеличить целесообразность её производства. Незначительный вес разрабатываемого замкового соединения существенно упрощает монтаж шпунтовых свай в месте эксплуатация ввиду того, что длина одной сваи составляет от 6 000 мм до 67 000 мм. Такой вес замка позволяет не привлекать дополнительных ресурсов для манипуляции конструкции повышенного веса.
Разработанное замковое соединение имеет возможность производиться на предприятиях РФ методом горячей прокатки на сортовых станах с использованием валков с калибрами.
Далее сущность полезной модели поясняется ссылкой на фигуры, на которых изображено следующее:
- на фиг. 1 – общий вид сваи с замковыми элементами;
- на фиг. 2 – соединение двух свай;
- фиг.3 - узел замкового соединения.
Свая содержит корпус 1, в частности, трубчатой формы, к внешней боковой поверхности которого приварены замковые элементы, один из которых выполнен в виде шпунтового выступа 2 и состоит из приваренной одной кромкой к корпусу полосовой стойки 3 и гребня 4. Напротив шпунтового выступа 2 к корпусу 1 приварен шпунтовый захват 5, выполненный в виде приваренной одной кромкой к корпусу полосовой стойки 6 и открытой охватывающей полостью 7 с возможностью размещения в ней гребня 4 шпунтового выступа соединяемой сваи. При этом охватывающая полость 7 шпунтового захвата в поперечном сечении выполнена прямоугольной формы со скругленными углами, а гребень 4 в поперечном сечении имеет форму равнобедренного треугольника.
Выступ 1 и захват 5 соседних свай образуют замковое соединение (фиг. 2).
Замковые элементы изготавливаются методом горячей прокатки на сортовых станах с использованием валков с калибрами, что даёт возможность прокатки профиля требуемой длины (обычно 12000 мм) с требуемой точностью изготовления в отличие от других методов, например, экструдирования. Метод экструдирования даёт возможность изготовить замковые профили длиной 3000 – 6000 мм максимум.
При изготовлении свайной стенки шпунтовые сваи погружаются с заведением гребня в захват (или наоборот) в соответствии с разработанными чертежами. Оригинальная форма профиля замка позволяет данному замковому соединению обладать повышенном числом степеней свободы, которые, в свою очередь, обеспечивают погружение сваи без заклиниваний. После погружения свай и проведения отсыпки под действием сгибающих (разгибающих) напряжений оригинальная форма гребня, приближенная к равнобедренному треугольнику и прямоугольная форма захвата, обеспечивают плотный контакт прилегающих граней замкового соединения и тем самым образуют сплошную герметичную стенку. Прочность на разрыв обеспечивается применением материалов, равнопрочных основному металлу, а также оригинальной формой замкового соединения, не позволяющей захвату свободно раскрываться при приложении нагрузки.