Шпунтовая свая
SHEET PILE

Изобретение относится к элементам шпунтовой стены, а именно шпунтовым сваям, предназначенным для применения в гидротехническом, дорожном, подземном, гражданском строительстве при необходимости создания временных и постоянных ограждающих конструкций (шпунтовых стенок), а именно: причальных сооружений в морских и речных портах; стен сухих доков и шлюзов; берегозащитных стен на реках и водоемах; ограждений искусственных островов при строительстве устоев мостов; стен тоннелей и других подземных сооружений, возводимых открытым способом; временных ограждений котлованов при строительстве фундаментов, для изготовления ограждений детских и спортивных площадок, бассейнов, пожарных водоемов и т.д.
Известна шпунтовая свая (патент RU № 115372, МПК E02D 5/02, опубл. 27.04.2012 г.), которая 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 такой сваи является грунто- и водопроницаемость соединения из-за отсутствия герметичности конструкции, вызванного наличием зазора между шпунтовым выступом и шпунтовым захватом. Также к недостаткам такой конструкции можно отнести то, что профиль собранной стенки разомкнутый и нет возможности армирования готовой стенки металлом и заливкой бетоном или другим строительным раствором для увеличения ее прочности.
Известны шпунтовые сваи, соединяемые в шпунтовую стенку с помощью замка с металлическим уплотняющим элементом (патент RU № 2368723, МПК Е02В 3/06, E02D 5/08. опубл. 27.09.2009 г.). Конструкция замка позволяет повысить качество сборки шпунтовой стенки, а также ее грунто- и водонепроницаемость.
Недостатком известного шпунтового соединения является сложность изготовления.
Известна подпорная стенка, герметизируемая строительным раствором на основе бетона, цемента или бетонита (заявка RU № 2001128073, МПК E02D 5/02, E02D 5/20, E02D 29/02, опубл. 20.09.2003 г.), однако, как конструкция такой снеки, так и способ ее сборки слишком сложные.
Известна шпунтовая трубчатая свая (патент RU № 55383, МПК E02D 5/08, опубл. 10.08.2006 г.), которая представляет собой ствол круглого поперечного сечения и замки в виде изогнутого углового профиля, содержащие две полки и две кромки, приваренные к стволу одной из своих кромок и образующие между полками зазор переменной ширины. В указанной шпунтовой трубчатой свае внутренняя поверхность замка выполнена со слоем противофильтрационного покрытия из материала, обладающего гидрофильными свойствами, причем эти гидрофильные свойства покрытия обеспечивают возможность слою противофильтрационного покрытия увеличиваться в объеме при взаимодействии с водой и заполнять внутреннее пространство зазора замкового соединения.
Однако использование дополнительных гидрофильных покрытий усложняет и удорожает конструкцию.
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 ряд свай, выполненных из металла. Недостатком таких конструкций является коррозия металла, которая приводит к уменьшению несущей способности шпунтовой стенки, снижение устойчивости к динамическим нагрузкам, потере архитектурной привлекательности. При сильной коррозии, особенно в условиях соленой воды, сильно окисленные металлические элементы слоями отходят от основного металла сваи и падают в водоем, что снижает уровень экологической безопасности водоема. Металлические сваи имеют не большой срок службы по сравнению с полимерными сваями. Устранить проблемы корродирования свай из металла может нанесение антикоррозионных покрытий на металл, однако это существенно увеличивает стоимость свай.
За ближайший аналог выбрано техническое решение элемента шпунтовой стены (RU № 114970, МПК E02D 5/02, опубл. 20.04.2012 г.), включающего по крайней мере одну шпунтовую сваю с полками и стенкой, а также с замковыми устройствами. Данная свая включает две полки, расположенные симметрично относительно прямой горизонтальной оси шпунтовой стены, которые соединены с помощью неразъемного соединения через стенку, которая размещена не по центру полок, при этом шпунтовая свая имеет четыре замковых устройства, присоединенных к шпунту с помощью неразъемного соединения, которые размещены в крайних областях шпунтовой сваи: сверху с левой и с правой стороны, снизу с левой pi с правой стороны.
Недостатком такой сваи является замок, который изготавливается отдельно от сваи и потом крепится к свае, кроме того он конструктивно выполнен вне самой сваи и нагрузка на сваи проходит через замок и пытается оторвать его от сваи. Таким образом, если залить внутрь сваи строительный раствор, то это никак не увеличит несущую способность замка, а замок является самым слабым элементом сваи. Описанная шпунтовая стена является неразборной, ее нельзя извлечь и применить сваи повторно. Кроме того, такая шпунтовая стена требует больших трудо- и энергозатрат для производства и сборки и не обеспечивает жесткость соединения в замках.
Изобретение решает задачу создания шпунтовой сван, позволяющей с уменьшением трудо- и энергозатрат, построить герметичную сборно/разборную шпунтовую стену с жестким соединением свай, за счет использования пластмассы ПВХ в качестве материала для изготовления шпунтовой сваи, изменения конструкции и расположения замковых устройств на шпунтовой свае и использования соединительной стенки с измененным профилем.
Для получения необходимого технического результата в шпунтовой свае, включающей две полки, расположенные симметрично относительно прямой горизонтальной оси шпунтовой стены, соединяющую полки стенку, размещенную в крайней части шпунтовой сваи, четыре замковых устройства, размещенных в крайних частях шпунтовой сваи снизу и сверху, предлагается для изготовления шпунтовой сваи использовать пластмассу ПВХ, а замковые устройства расположить во внутреннем объеме шпунтовой сваи, среднюю часть соединительной стенки предлагается выполнить с П-образным профилем в сечении, ориентированным открытой полостью к внутреннему объему сваи, П-образный охватывающий профиль замкового устройства предлагается образовать из боковой части стенки и загнутой вовнутрь объема сваи концевой части полки, при этом открытую полость профиля ориентировать к средней части стенки, а П-образный охватываемый профиль замкового устройства предлагается расположить с другой стороны шпунтовой сваи и образовать концевой частью полки, загнутой вовнутрь объема сваи, полость профиля предлагается открыть с внешней стороны сваи, для размещения охватывающего профиля присоединяемой сваи, размер П-образного охватываемого профиля предлагается выбрать так, что при соединении двух свай П-образный охватываемый профиль контактирует со средней частью соединительной стенки присоединяемой сваи, а полки двух свай расположены на одном уровне.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где:
на фиг. 1. - предлагаемая шпунтовая свая с элементами замкового соединения с соединительной стенкой;
на фиг. 2 - то же, с увеличенной средней частью соединительной стенки;
на фиг. 3 - соединение двух шпунтовых свай;
на фиг. 4 - то же, с увеличенной средней частью соединительной стенки;
на фиг. 5 - поворотный элемент шпунтовой стены;
на фиг. 6 - поворотный элемент шпунтовой стены с увеличенной средней частью соединительной стенки.
На графических материалах изображено:
1 - полка;
2 - часть средняя соединительной стенки;
3 - часть боковая соединительной стенки;
4 - профиль П-образный охватывающий;
5 - профиль П-образный охватываемый;
6 - линия контакта охватываемого профиля со средней частью соединительной стенки;
7 - линии контакта охватывающего и охватываемого профилей;
8 - замковое устройство.
Заявляемая шпунтовая свая состоит из полки 1 в количестве двух штук, расположенных симметрично относительно прямой горизонтальной оси шпунтовой стены, соединяющую полки стенку 2, размещенную в крайней части шпунтовой сваи, четыре замковых устройства 8, размещенных в крайних частях шпунтовой сваи снизу и сверху.
Замковые устройства 8 расположены во внутреннем объеме шпунтовой сваи, средняя часть соединительной стенки 2 выполнена с П-образным профилем в сечении, ориентированным открытой полостью к внутреннему объему сваи.
П-образный охватывающий профиль 4 замкового устройства 8 образован из боковой части стенки 3 и загнутой вовнутрь объема сваи концевой части полки, при этом, открытая полость профиля ориентирована к средней части стенки, а П-образный охватываемый профиль 5 замкового устройства 8 расположен с другой стороны шпунтовой сваи и образован концевой частью полки, загнутой вовнутрь объема сваи, причем, полость профиля открыта с внешней стороны сваи, для размещения охватывающего профиля 4 присоединяемой сваи, при этом, размер П-образного охватываемого профиля 5 выбран так, что при соединении двух свай П-образный охватываемый 5 профиль контактирует со средней частью соединительной стенки 2 присоединяемой сваи, а полки двух свай расположены на одном уровне.
Контакт профиля 4 П-образного охватывающего и профиля 5 П-образного охватываемого происходит по линии 7 контакта охватывающего и охватываемого профилей.
Полка 1 в количестве 2 шт., часть 2 средняя соединительной стенки, часть 3 боковая соединительной стенки, профили 4 П-образные охватывающие и профили 5 П-образные охватываемые выполнены заодно и не требуют какого-либо соединения между собой, сварки или склеивания.
Конструкция замковых устройств 8 обеспечивает перенос нагрузки с профиля 4 П-образного охватывающего и профиля 5 П-образного охватываемого через линию 6 контакта охватываемого профиля со средней частью соединительной стенки на часть 2 среднюю соединительную, что обеспечивает шпунтовой стенке увеличенную жесткость, т.к. нагрузка, прилагаемая к замковому устройству 8 сваи, полностью передается в тело сваи, а свая может нести многократно большую нагрузку, чем замковое устройство.
Конструкция замковых устройств 8 обеспечивает полную герметичность стенки без применения дополнительной гидроизоляции при этом использование ПВХ материала обеспечивает низкое трение в замке, а, следовательно, простоту, быстроту, низкие трудо- и энергозатраты при изготовлении и сборки стенки из отдельных свай, а при необходимости имеется возможность быстрого демонтажа свайной стенки и ее повторное использование.
ПВХ материал не ржавеет, следовательно, конструкция свайной стенки будет долговечной при этом ПВХ стенка будет надежно защищать сталь и строительный раствор, например, бетон внутри, обеспечивая долговременную работу свайной стенки, особенно при использовании в соленой воде.
Собранная шпунтовая стенка предложенной конструкции визуально представляет собой гладкую плоскую поверхность, что обеспечивает ее архитектурную привлекательность.
ПВХ свая стойка к агрессивным средам и конкретно к продуктам нефтепереработки.
Сваи легкие, и их можно переносить на строительную площадку вручную. ПВХ легко режется: при необходимости сваю легко разрезать на строительной площадке, что обеспечивает простоту монтажа и не требует сложного и дорогостоящего оборудования.
Свайная стенка может устанавливаться как новая стена или можно дополнить старую стену, установив перед ней новую.
Сборка свайной стенки осуществляется поэлементно путем поочередного погружения свай в грунт или погружение свай происходит группами (щитами) соединенными между собой по две штуки и более.
После установки шпунтовых свай, для увеличения несущей способности стены, из свай удаляют почвенную пробку, образовавшуюся внутри формы и/или остатки воды, затем внутрь каждой формы помещают стальную арматуру и заливают строительным раствором, например, бетоном.
Предложенная конструкция сваи позволяет изготовить шпунтовую стену с различной прочностью стальной арматуры и различной прочностью бетона или другого строительного раствора в зависимости от требований к нагрузке и условий почвы. Это так же позволяет использовать данный тип ПВХ свай па каменистых почвах т.к. стенка будет жестко закреплена и зафиксирована стальной арматурой, которая в свою очередь будет выполнять роль якоря.
Предложенная конструкция позволяет легко строить углы и изгибы шпунтовой стенки. При этом имеется возможность формирования больших углов. Углы и изгибы могут быть получены с помощью поворотных элементов (радиальных частей с различными заданными углами) или с помощью ограниченной гибкости двойных замков на всех частях ПВХ шпунтовых свай.
При необходимости в условиях, когда необходима повышенная жесткость конструкции, в профиль сваи могут быть добавлены дополнительные элементы: ребра жесткости и дистантеры между горизонтальными или вертикальными полками сваи. Данные элементы могут выполняться заодно с конструкцией сваи, а могут быть отдельными элементами конструкции, которые вставляются в тело сваи до или после монтажа свайной стенки.