ЭЛЕМЕНТ ШПУНТОВОЙ СТЕНКИ

Полезная модель относится к гидротехнике и 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.
Известна шпунтовая стенка (RU 59083 U), содержащая шпунтовые сваи из труб с приваренными к ним шпунтовыми замками и Т-образными шпунтовыми выступами, размещенными во внутренних полостях шпунтовых замков смежных сваи, отличающаяся тем, что каждый упомянутый Т-образный выступ выполнен из двух уголковых профилей, приваренных одними полками к трубе, а другими полками обращенных в противоположные стороны, при этом между приваренными полками уголковых профилей образован зазор, размер которого выбран из условия обеспечения возможности изгиба приваренных полок под воздействием внешних сил в пределах упругой деформации и составляет не менее 10% от высоты приваренной полки.
Недостатком вышеописанной известной шпунтовой стенки является то, что при забивке свай возможно раскрытие замков, имеющих относительно слабое сечение по сравнению с жесткой трубчатой сваей, что приведет в дальнейшем к снижению грунтонепроницаемости стенки и размыву грунта застенного пространства. Кроме того, приваривание шпунтовых замков к трубчатой свае, наиболее материалоемкой и тяжелой части шпунтовой стенки, процесс достаточно трудоемкий и требующий использования кранов большой грузоподъемности, высокой точности, что приводит к удорожанию сооружения. Еще один недостаток данной известной шпунтовой стенки заключается в относительно невысокой жесткости замыкающих соединительных элементов, вследствие чего для увеличения несущей способности шпунтовой стенки необходимо уменьшать расстояние между центрами свай в стенке, что неизбежно ведет к повышению металлоемкости шпунтовой стенки и повышению требований к точности погружения свай.
Известна шпунтовая стенка их сварных шпунтовых свай, в которой каждая свая состоит из трубы и приваренных к ее наружной поверхности элементов плоского стального шпунта с замками на свободных неприваренных кромках, причем элементы плоского шпунта каждой сваи размещены в диаметральной плоскости трубы (RU 37113, 30.12.2003 г.).
Указанная известная шпунтовая стенка обладает высокой металлоемкостью и, соответственно, стоимостью. Кроме того, сваи этой шпунтовой стенки трудоемки в изготовлении, т.к. элементы плоского шпунта изготавливают путем продольного разреза стандартной плоской шпунтины и перед приваркой к трубе выполняют разделку их кромок под сварные швы, а замковые соединения должны находиться строго в диаметральной плоскости труб большого диаметра, что серьезно удорожает конструкцию.
Известна шпунтовая стенка, преимущественно причала или набережной, включающая шпунтовые сваи, причем каждая свая состоит из трубы и жестко закрепленной на ее наружной поверхности пары фасонных элементов стального шпунта со шпунтовыми замками на свободных неприваренных кромках; посредством замков смежные сваи соединены между собой. Фасонные элементы стального шпунта имеют Г-образную форму в поперечном сечении, т.е. на виде в плане, и расположены кососимметрично относительно оси шпунтовой стенки, проходящей через оси трубчатых свай (RU 2010085 С1, 30.03.94 г.). В качестве фасонных Г-образных элементов в известной шпунтовой стенке используют элементы разрезанного вдоль, преимущественно пополам, стандартного прокатного шпунта, имеющего корытообразный профиль в поперечном сечении, например, шпунта типа Ларсен.
В этой известной шпунтовой стенке замки всех фасонных элементов, т.е. Г-образных элементов стального шпунта, расположены на нейтральной оси шпунтовой стенки в плане, а сами Г-образные элементы стального шпунта размещены со смещением поочередно в противоположные стороны относительно упомянутой нейтральной продольной оси шпунтовой стенки, благодаря чему шпунтовая стенка имеет зигзагообразный профиль в плане.
К недостаткам указанной известной шпунтовой стенки относится высокая металлоемкость, трудоемкость изготовления свай, связанная с необходимостью изготовления фасонных элементов из прокатного шпунта путем его продольного разрезания с последующей подготовкой кромок под сварной шов, а также необходимостью при приварке фасонных элементов стального шпунта к каждой трубе обеспечивать заданную ориентацию Г-образных элементов в противоположные стороны кососимметрично относительно друг друга со смещением сварных швов относительно диаметральной плоскости трубы, что усложняет конструкцию стенда, на котором осуществляют монтаж трубы с элементами стального шпунта.
Кроме того, в случае необходимости уменьшения межцентрового расстояния для увеличения несущей способности шпунтовой стенки, корытообразный шпунт приходится разрезать не пополам, а на меньшие участки, с размером от замка до привариваемой кромки, значительно меньше половины расстояния между замками целого корытообразного шпунта. Это увеличивает трудоемкость изготовления фасонных элементов и их приварки к трубам, часть разрезаемого корытообразного шпунта идет в отходы.
Известна шпунтовая стенка (RU 57298 U), преимущественно причала или набережной, содержащая сварные шпунтовые сваи, каждая из которых включает трубу и приваренную к ее наружной поверхности пару фасонных элементов со шпунтовыми замками на свободных неприваренных кромках, отличающаяся тем, что в качестве фасонных элементов применены стандартные, предназначенные для угловых соединений корытообразного шпунта типа Ларсен прокатные элементы, каждый из которых выполнен с отбортовкой в виде уширенной пяты на примыкающей к трубе кромке, которой он приварен к трубе, а размер каждого фасонного элемента от замка до уширенной пяты составляет менее половины расстояния между шпунтовыми замками упомянутого корытообразного шпунта. Недостатком данного решения является то, что соединение фасонных элементов не позволяет формировать стенку с изгибом. Формируемый замок соединений допускает лишь незначительный угол поворота (менее 5 градусов) при формировании стенки. Чтобы сформировать изгиб необходимо производить сварку фасонных элементов на одной из свай под нужным углом. При этом очень сложным является процессе соединения таких элементов с трубой.
К общим недостаткам всех решений также следует отнести потребность в использовании замков, изготовленных горячим прокатом. Для всех вышеперечисленных решений характерны высокие требования к геометрии трубы (овальности) и, кроме того, к нахождению в диаметральной плоскости одновременно обоих замковых соединений. В противном случае, замковое соединение при погружении свай будет либо закусывать, либо разрывать замок шпунтовой стены.
Известна шпунтовая стенка (патент RU 142649U; опубл.: 27.06.2014), содержащая сварные шпунтовые сваи, состоящие из элементов трубы и соединенные друг с другом посредством шпунтовых замковых элементов, отличающаяся тем, что сварные шпунтовые сваи выполнены состоящими из половины трубы, разрезанной в диаметральной плоскости, к стенкам которой в зоне среза закреплен сварным соединением плоский шпунтовый профиль холодного или горячего для труб до 430 мм проката с замками на концах так, что замковая часть плоского шпунтового профиля выступает за внешний габарит полутрубы.
Данная стенка позволяет формировать достаточно надежную стенку с изгибом, уменьшается вес конструкции, упрощается процесс установки шпунтовой стенки и соединения ее замковых элементов, уменьшается потребность в использовании горячепрессованых коннекторов, резаных горячекатаных шпунтов, сварных фасонных изделий.
Технической проблемой аналога является возможность использования только плоского шпунтового профиля, привариваемого к полутрубе. Применение корытообразного шпунта не представляется возможным по причине того, что полутруба для корытообразного шпунта не обеспечивает достаточной прочности как упорный элемент типа тавровой сваи.
Наиболее близким аналогом является элемент шпунтовой стенки (патент RU 179178U, опубл.: 03.05.2018.) выполненный из шпунтовой сваи, состоящей из части трубы, к стенкам которой в зоне среза закреплен шпунтовый профиль с замками на концах, отличающийся тем, что шпунтовая свая состоит из большей части трубы, имеющей С-образный профиль в поперечном сечении, а в качестве шпунтового профиля использован корытообразный шпунт, причем последний закреплен к стенкам трубы в зоне среза внешней стороной фланцев. В частности, корытообразный шпунт закреплен к стенкам трубы в зоне среза внешней стороной фланцев посредством сварки.
Технической проблемой прототипа является потребность в разрезании трубы продольно, чтобы затем к срезанным концам приварить корытообразный шпунт. Неровности в процессе разрезания трубы приводят к потребности в увеличении сварных соединений в зоне неровных стыков с фланцами корытообразного шпунта.
Задачей заявленной полезной модели является устранение недостатков прототипа, возможность использования корытообразного шпунта с сохранением тех же преимуществ и упрощением процесса крепления корытообразного шпунта к трубе.
Технический результат заявленной полезной модели состоит в возможности использования корытообразного шпунта без использования тавровой балки; позволяет формировать достаточно надежную стенку с изгибом; исключается потребность в разрезании трубы; упрощается процесс крепления корытообразного шпунта к трубе.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен элемент шпунтовой стенки, выполненный из шпунтовой сваи, состоящей из трубы, к стенкам которой закреплен корытообразный шпунт с замками на концах, отличающийся тем, что труба имеет продольную сплющенность в виде полки, к которой корытообразный шпунт закреплен своей внешней частью полки к трубе в зонах отрыва прямого контакта полки шпунта от полки трубы.
В частности, корытообразный шпунт закреплен к трубе в зонах отрыва прямого контакта полки шпунта от полки трубы сварным соединением.
В частности, корытообразный шпунт закреплен к трубе в зонах стыка полки трубы и полки шпунта путем болтового соединения.
В частности, корытообразный шпунт закреплен к трубе в зонах отрыва прямого контакта полки шпунта от полки трубы болтовым соединением.
В частности, полка корытообразного шпунта может быть выполнена больше, чем полка, образуемая сплющенностью трубы.
В частности, полка корытообразного шпунта может быть выполнена меньше, чем полка, образуемая сплющенностью трубы.
В частности, полка корытообразного шпунта может быть по размерам соответствовать размеру полки, образуемой сплющенностью трубы.
Допустимо, что в трубе выполнены монтажные и водосливные отверстия.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показано устройство полезной модели (вид в объеме и с торца), когда полка корытообразного шпунта по размерам соответствует размеру полки, образуемой сплющенностью трубы.
На Фиг. 2 показано устройство полезной модели (вид в объеме и с торца), когда полка корытообразного шпунта по размерам больше размера полки, образуемой сплющенностью трубы.
На Фиг. 3 показано устройство полезной модели (вид в объеме и с торца), когда полка корытообразного шпунта по размерам меньше размера полки, образуемой сплющенностью трубы.
На Фиг. 4 показаны примеры формирования шпунтовых стен при изменении расстояния между трубами в зависимости от изменения длины полки, образуемой сплющенностью трубы.
На Фиг. 5 показан пример формирования шпунтовой стенки с изгибом.
На чертежах: 1 - труба, 2 - полка трубы (зона сплющенности), 3 - полка шпунта, 4 - фланец шпунта, 5 - замок шпунта, 6 - зона сварного соединения.
Осуществление полезной модели
Элемент шпунтовой стенки из шпунтовой сваи, состоящей из трубы, к стенкам которой закреплен корытообразный шпунте замками на концах.
Новым является то, что труба 1 (см. Фиг. 1) имеет продольную сплющенность в виде полки 2, к которой корытообразный шпунт закреплен своей внешней частью полки 3 и приварен сваркой 6 к трубе 1 в зонах отрыва прямого контакта полки шпунта 3 от полки 2 трубы 1.
Размеры полки 3 корытообразного шпунта могут отличаться от размеров полки 2, образуемой сплющенностью трубы 1 в зависимости от целей и задач.
Например, полка 3 корытообразного шпунта может быть по размерам соответствовать размеру полки 2, образуемой сплющенностью трубы 1 (см. Фиг. 1).
Также полка 3 корытообразного шпунта может быть выполнена больше, чем полка 2, образуемая сплющенностью трубы 1 (см. Фиг. 2).
Или полка 3 корытообразного шпунта может быть выполнена меньше, чем полка 2, образуемая сплющенностью трубы 1 (см. Фиг. 3).
Закрепление осуществляется путем сварного соединения 6, либо путем болтового соединения между полками 2 и 3 через специально выполненные сквозные отверстия (на чертежах данное соединение не показано).
Сварной стык 6 находится в зоне отрыва прямого контакта полки шпунта 3 от полки 2 трубы 1, то есть в месте, где поверхность трубы 1 и внешняя поверхность шпунта в части полки 3 или фланцев 4 образуют между собой в поперечном сечении острый угол.
Получившаяся свая имеет, как и прототип замкнутое сечение, что резко повышает жесткость конструкции. В результате повышается прочность и надежность всей конструкции в сравнении с тем, как если бы корытообразный шпунт крепился полкой к тавровой свае, но в отличии от прототипа в данной полезной модели трубу не требуется разрезать.
Для формирования полки 2 трубы 1 последнюю сплющивают прогибочным оборудованием. Например, внутрь трубы помещают клиновой стол с основанием пресса и с помощью подвижного штока перемещают его вдоль трубы после каждого уплотнения (прогиба) трубы посредством надавливания верхней частью пресса.
При этом, формой клинового стола формируют прогиб трубы на требуемую длину хорды (полки 2 трубы 1). Для чего форма клинового стола в ее верхней части до половины - это форма поперечного сечения трубы 1 с уже образованной полкой 2.
Шпунты своими замками 5 можно совмещать только, меняя полярность. Поэтому, располагая при производстве и забивке элементы шпунтовой стенки данной полезной модели в шахматном порядке можно без дополнительных затрат проектировать шпунтовые стены с нужным изгибом (см. Фиг. 5).
При необходимости, в трубе могут быть выполнены монтажные и водосливные отверстия (на чертежах не показаны).
Причем, варьируя длину полки 2 сплющенности трубы 1 можно регулировать расстояние между соседними трубами - от максимального, когда соседние трубы почти смыкаются друг с другом, до минимального - когда длина полки 2 трубы 1 минимальна. Последний случай используют при минимальной нагрузке на шпунтовую стенку, а первый вариант - при максимальной нагрузке. Пример изменения расстояния между трубами от изменения длины полки 2 можно видеть на Фиг. 4(а, б, в), где Фиг. 4(a) - выбирают в случае больших моментов инерции для сдерживания склонов или берегов от сползания, когда точное направление сползания известно.
Вариант Фиг. 4(б) выбирают при минимальных нагрузках на шпунтовую стенку, чтобы сэкономить ресурсы, затрачиваемые на прогиб трубы.
Вариант Фиг. 4(в) выбирают при максимальных нагрузках на шпунтовую стенку - это самый прочный вариант крепления полки 2 трубы 1 с полкой 3 шпунта. Его выбирают в случае больших моментов инерции для сдерживания склонов или берегов от сползания, причем в тех случаях, когда точное направление сползания трудно предугадать. Но при этом усложнен процесс сплющивания трубы.
Как видно из Фиг. 5 шпунтовую стенку можно успешно формировать с большим изгибом. Благодаря использованию профиля холодного проката с замками на концах уменьшается вес конструкции, исключается потребность в использовании дорогостоящих горячепрессованных коннекторов, резаных горячекатаных шпунтов, сварных фасонных изделий. А замкнутый профиль сечения сваи облегчает ее погружение и повышает жесткость. Толщина холоднокатаного профиля может варьироваться применительно к условиям погружения и толщине стенки у трубы, что позволяет дополнительно оптимизировать вес. Свая проста в производстве и может быть сварена непосредственно на месте употребления из трубы.
Таким образом, полезная модель обеспечивает возможность использования корытообразного шпунта без использования тавровой балки, позволяет формировать достаточно надежную стенку с изгибом, исключает потребность в разрезании трубы и обеспечивает упрощение процесса крепления корытообразного шпунта к трубе.