ШПУНТОВАЯ СТЕНКА

Полезная модель относится к шпунтовым стенкам и может быть использована в гидротехнике при строительстве морских и речных причалов, а также в гражданском и промышленном строительстве.
Известна система профилей для создания шпунтового соединения свай шпунтовой стенки, содержащая два профиля, каждый из которых состоит из полосовой части и боковой кромки. Первый профиль выполнен с боковой кромкой U-образного поперечного сечения, концевые участки которой загнуты внутрь с образованием полости для размещения в ней боковой кромки второго профиля, а второй профиль выполнен Т-образным в поперечном сечении, его боковая кромка выполнена в виде полки с симметрично загнутыми к оси профиля краями под углом α менее 90° градусов, а угол загиба концевых участков U-образного профиля равен α+90° (полезная модель RU №93092, 2010 г.).
Недостатком шпунтовой стенки с таким шпунтовым соединением является наличие концентраторов напряжения в элементах шпунтового соединения, а именно, в местах загиба указанных концевых участков, что может привести к перегреву и разрушению элементов шпунтового соединения, вызывая ухудшение условий забивки свай, потерю прочности и герметичности шпунтовой стенки. Наличие указанных загибов в элементах замкового соединения затрудняет процесс сборки и забивки свай шпунтовой стенки из-за высокого трения в шпунтовом соединении. Следует также отметить недостаточную несущую способность шпунтовой стенки, т.к. при больших растягивающих нагрузках полки Т-образного профиля могут деформироваться.
Известна шпунтовая стенка в системе из нескольких компонентов шпунтовой стенки, в которой смежные сваи соединены одна с другой с помощью шпунтового соединения, содержащего пару привариваемых соединительных профилей, причем первый соединительный профиль, являющийся шпунтовым выступом, включает полосовую стойку, одной кромкой привариваемую к свае, а на другой ее кромке выполнена головка, т.е. гребень овальной или круглой формы в поперечном сечении. При этом второй соединительный профиль, являющийся шпунтовым захватом, имеет замковую полость, в которой размещен гребень шпунтового выступа смежной сваи. Замковая полость образована двумя зеркально симметричными элементами в виде крюков, соединенных одними концами между собой, а их свободные концы ограничивают зев замковой полости (евразийский патент №014860, 2011 г., прототип).
Недостатком указанного технического решения является высокая вероятность «выскальзывания» т.е. выхода гребня, имеющего овальную или круглую форму поперечного сечения, из замковой полости при деформациях профилей, которые могут возникнуть при забивке шпунтовых свай на участках с неоднородным грунтом, например, при попадании сваи на крупный валун, на участках остаточной «вечной мерзлоты» и т.п.
Технической задачей настоящей полезной модели является создание шпунтовой стенки, не имеющей недостатков известных шпунтовых стенок из уровня техники.
Технический результат - повышение прочности и герметичности шпунтовой стенки за счет уменьшения вероятности выхода гребня из замковой полости при возведении стенки в тяжелых грунтовых условиях и одновременно улучшение условий сборки и забивки свай.
Указанный технический результат полезной модели достигается тем, что в шпунтовой стенке, включающей 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.
Размеры упомянутых стойки шпунтового выступа, замковой полости и зева шпунтового захвата выполнены обеспечивающими взаимный поворот шпунтового выступа относительно шпунтового захвата и, следовательно, каждой пары соединенных в замок смежных свай шпунтовой стенки на угол в диапазоне плюс-минус 15° и их относительное продольное перемещение без их разъединения.
Шпунтовый захват в шпунтовой стенке согласно настоящей полезной модели также может быть снабжен стойкой из полосы, одной кромкой приваренной к свае, при этом крюки, образующие замковую полость, выполнены на другой ее кромке.
Шпунтовая стенка согласно настоящей полезной модели характеризуется тем, что сваи могут быть выполнены из труб. Сваи также могут быть выполнены в виде двутавров в поперечном сечении, при этом упомянутые профили шпунтовых соединений приварены к свободным кромкам полок двутавров.
Шпунтовая стенка по настоящей полезной модели имеет следующие преимущества перед известными конструкциями.
В шпунтовом соединении шпунтовой стенки по настоящей полезной модели заплечики гребня, выполненного в форме полукруга в поперечном сечении, взаимодействуя с упорными участками замковой полости шпунтового захвата, обеспечивают надежное удержание гребня в замковой полости при случайных, иногда весьма значительных деформациях профилей, в отличие от прототипа, где гребень имеет в поперечном сечении овальную или круглую форму, не препятствующую его выскальзыванию из замковой полости в аналогичных условиях.
Конструкция всех элементов шпунтового соединения шпунтовой стенки по настоящей полезной модели имеет плавные скругленные очертания без концентраторов напряжения, что снижает трение в замке, исключает перегрев и деформирование профилей, а также облегчает сборку шпунтовых свай одна с другой.
Кроме того, гребень шпунтового соединения предлагаемой шпунтовой стенки имеет высокую прочность на изгиб благодаря выпуклой полукруглой форме поперечного сечения, что обеспечивает прочность и надежность шпунтового соединения и, следовательно, прочность и герметичность шпунтовой стенки в целом.
Вследствие свойств грунта сваи подвержены скручиванию в их продольном направлении, особенно при наличии в грунтах крупных скальных или других твердых включений. В частности, трубчатые сваи имеют склонность при забивке в грунт в небольшой степени поворачиваться вокруг своей продольной оси. Для компенсации грунтовых воздействий элементы шпунтового соединения, находящиеся друг с другом в зацеплении, в заданных пределах обеспечивают относительную вращательную подвижность без их разъединения. Это достигается за счет выбора соответствующих размеров гребня и стойки шпунтового выступа, и замковой полости и зева шпунтового захвата.
В варианте выполнения свай предлагаемой шпунтовой стенки в виде двутавров в поперечном сечении, при соединении их между собой в замок с помощью описанных выше шпунтовых соединений, образуются жесткие коробчатые конструкции; стенка из таких конструкций обладает высокой несущей способностью.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - шпунтовая стенка из трубчатых свай, поперечное сечение;
на фиг. 2 - шпунтовая стенка из свай, выполненных в форме двутавра в поперечном сечении;
на фиг. 3 - шпунтовое соединение, поперечное сечение, увеличено;
на фиг. 4 - шпунтовый выступ;
на фиг. 5 - шпунтовый захват.
Шпунтовая стенка согласно настоящей полезной модели включает сваи 1 и шпунтовые соединения 2. Сваи 1 могут быть выполнены в виде труб (фиг. 1) или двутавров (фиг. 2), или могут иметь другую форму поперечного сечения.
Шпунтовое соединение 2 содержит пару соединительных профилей 3 и 4, имеющих постоянную по длине форму поперечного сечения и служащих для соединения друг с другом двух смежных свай шпунтовой стенки.
Профиль 3 представляет собой шпунтовый выступ и содержит стойку 5 выполненную из полосы, одна кромка которой приварена к свае, а на другой ее кромке выполнен гребень 6, имеющий приблизительно форму полукруга с радиусом R в поперечном сечении. Гребень 6 своей плоской стороной сопряжен со стойкой 5 по радиусу r, а радиус R также плавно сопряжен с плоской стороной гребня. За счет того, что радиус R гребня 6 превышает половину толщины h стойки 5, образованы два заплечика 7, т.е. два уступа, расположенные симметрично относительно оси шпунтового выступа 3 по обе стороны гребня 6, что придает шпунтовому выступу 3 в целом грибовидную форму в поперечном сечении.
Профиль 4, являющийся шпунтовым захватом, имеет замковую полость 8, в которой размещен гребень 6 шпунтового выступа 3. Замковая полость 8 образована двумя зеркально симметричными элементами в виде крюков 9, частично охватывающих гребень 6, и имеет форму, практически повторяющую форму гребня 6. Крайние участки 10 крюков 9 отогнуты внутрь приблизительно под прямым углом к оси профиля 4. Эти отогнутые участки 10 ограничивают зев 11 замковой полости 8, через который пропущена стойка 5 шпунтового выступа 3.
Со стороны замковой полости 8 отогнутые участки 10 крюков 9 имеют практически прямолинейные упорные участки 12, служащие для упирания в них заплечиков 7 гребня 6 при растягивающих и изгибающих усилиях на шпунтовом соединении.
Размеры стойки 5, замковой полости 8 и зева 11 обеспечивают возможность частичного взаимного поворота шпунтового выступа 3 относительно шпунтового захвата 4 на ограниченный, но достаточный при забивке свай угол, а также их свободное относительное продольное перемещение при нахождении их в зацеплении друг с другом, т.е. когда гребень 6 находится в замковой полости 8. Угол взаимного поворота свай 1, обеспечиваемый замковым соединением 2, может составлять до 15° в обе стороны относительно оси шпунтовой стенки.
Профиль 4, также как профиль 3, может содержать стойку 13 в виде полосы, при этом на одной кромке этой полосы выполнены крюки 9, образующие замковую полость 8, а другая кромка служит для приварки к свае непосредственно или через пяту 14. Стойка 5 первого профиля, т.е. шпунтового выступа 3, также может быть снабжена пятой под приварку (не показано).
Благодаря форме гребня 6, который имеет заплечики 7 в месте сопряжения со стойкой 5, и наличию упорных участков 12 на шпунтовом захвате 4, обеспечивается надежное удержание гребня 6 в замковой полости 8 даже при значительных деформациях, которые могут возникнуть при забивке шпунтовых свай на неоднородных грунтах, в том числе на грунтах с остаточной вечной мерзлотой, на грунтах, содержащих обломки скал, крупные валуны и т.п.
Таким образом, в шпунтовой стенке согласно настоящей полезной модели значительно снижена вероятность раскрытия замка, т.е. шпунтового соединения свай, при строительстве на неоднородных грунтах. Предложенная шпунтовая стенка имеет высокую несущую способность, прочность и герметичность.