ШПУНТОВАЯ СТЕНКА

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 T-образными шпунтовыми выступами, размещенными во внутренних полостях шпунтовых замков смежных сваи, отличающаяся тем, что каждый упомянутый T-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 C1, 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 572981)), 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.
Данное решение выбрано за прототип.
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 громоздкость стенок, с использованием целых труб, 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.
При отсутствии необходимости иметь высокую техническую нагрузку шпунтовой стенки использование целых труб становится излишним.
Более эффективным оказалось бы использование половины трубы, разрезанной в диаметральной плоскости. Однако, свободные (незамкнутые) концы трубы вдоль разреза резко ослабляют жесткость конструкции и усложняют процесс погружения из-за деформации профиля сваи.
Задачей заявленной полезной модели является устранение недостатков прототипа и иных известных решений.
Технический результат полезной модели состоит в возможности 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.
Указанный технический результат достигается за счет того, что шпунтовая стенка, 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.
Полезная модель поясняется чертежами.
На Фиг. 1 показано конструктивное устройство элементов шпунтовой стенки.
На Фиг. 2 показан пример построения шпунтовой стенки.
Шпунтовая стенка (см. Фиг. 1) состоит из половины трубы (1), которая получается посредством разрезания в диаметральной плоскости целой трубы. Затем к свободным стенкам полутрубы приваривают плоский шпунтовый профиль (3) холодного (горячего) проката со шпунтовыми замками (2) на концах. Сварной стык (4) находится в зоне сочленения с наружной стороны трубы (1) и профилем (3).
Получившаяся свая имеет замкнутое сечение, что резко повышает жесткость конструкции. В результате повышается прочность и надежность всей конструкции. Меняя полярность чередования свай при производстве и забивке можно без дополнительных затрат проектировать стены как с односторонним следованием свай (схема z-профиля), так и с чередующимся следованием свай (схема u-профиля). Дополнительная экономия может быть получена за счет неполного (если позволяют условия) покрытия полутрубы холоднокатаным или горячекатаным шпунтом.
Особенности производства холоднокатаных шпунтов, позволяет производить шпунтовые стены на основе полутрубных свай в широком диапазоне технические характеристик, что позволяет менять механических характеристики шпунтовых стен в широком диапазоне значений и получать более выгодные соотношения механических и весовых характеристик, что позволяет оптимизировать стоимость шпунтовой стены. Кроме того, в процессе производства холоднокатаного шпунта возможно варьировать плотность замкового соединения, что оказывает влияние как на угол поворота в замковом соединении, так и на легкость при погружении.
Как видно из Фиг. 2 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 горячепрессованых 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 полутрубы, что позволяет дополнительно оптимизировать вес. Свая проста в производстве и может быть сварена непосредственно на месте употребления, что снижает затраты на перевозку по сравнению со сваями из целой трубы.
Учитывая тот факт, что трубошпунты изготовленные из новой трубы экономически нецелесообразны, ввиду наличия более дешевых альтернативных балочных шпунтовых решений выполненных из нового материала, трубошпунты в РФ обычно производятся из труб бывших в употреблении, что несет в себе дополнительные риски при эксплуатации и затраты на восстановление труб.
Учитывая вышеизложенное, дополнительно предлагается вместо полутрубы использовать незамкнутые многогранные (3, 5, 6 и более граней) холоднокатаные или холодногнутые профили из нового материала свободные грани которых перпендикулярны плоскому шпунтовому профилю холодного проката с замками на концах, которые значительно дешевле в производстве, чем трубы и не требуют дополнительной порезки.