ШПУНТОВАЯ СТЕНКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВДАВЛИВАНИЯ СВАЙ
PILING WALL AND DEVICE FOR PILE PRESSING

Изобретение относится к области строительства, преимущественно к гидротехническим сооружениям, и может быть использовано при возведении причальных и подпорных стенок на грунтах, допускающих забивку шпунтов и свай, а также подпорных стенок в промышленном и гражданском строительстве.
Известна шпунтовая стенка, включающая трубы, которые снабжены элементами шпунтового соединения охватывающего и охватываемого типов, представляющими собой продольный шпунтовой замок и выступ (см. ГОСТ Р 52664-2006. Шпунт трубчатый сварной).
Недостатками известного устройства являются значительная трудоемкость изготовления в связи со значительным объемом сварочных работ, недостаточная прочность и жесткость стенки в районе замков.
Известна шпунтовая стенка, включающая трубы, снабженные приваренными снаружи к боковым стенкам труб универсальными плоскими замками с шарнирным зацеплением между собой (см. ТУ 5264-002-13512256-2008. Шпунт трубчатый сварной).
Недостатками известного устройства являются трудоемкость изготовления замковых элементов, монтажа, а также недостаточная жесткость и прочность стенки в районе замкового соединения.
Известно устройство вдавливания строительных конструкций, например, шпунтовых стенок, включающее как минимум две опоры, соединенные между собой горизонтальной балкой, в которой установлено вдавливающее устройство. В опорах и балке установлены устройства для перемещения, фиксации и направления усилия устройства вдавливания (см. патент РФ №2159829. Устройство для вдавливания свай и/или других строительных конструкций и способ вдавливания с использованием этого устройства).
Недостатками устройства являются невозможность точной установки и перемещения вдавливаемого свая относительно установленных свай.
Известен способ вдавливания свай, при котором вдавливаемое устройство установлено в балке с опорами, а подведение вдавливаемого устройства осуществляют его перемещением по балке и/или перемещением балки между опорами (см. патент РФ №2159829. Устройство для вдавливания свай и/или других строительных конструкций и способ вдавливания с использованием этого устройства).
Недостатками известного способа являются невозможность точного подведения и перемещения вдавливаемого свая относительно смонтированных свай.
Целью предлагаемого технического решения является снижение трудоемкости изготовления и монтажа трубчатой шпунтовой стенки, повышение точности монтажа, прочности и жесткости конструкции.
Технический результат достигается тем, что в шпунтовой стенке, состоящей из трубчатых свай с продольными замками между сваями, продольный замок выполнен в виде соединенных между собой пар разрезных секторов труб с образованием х-образного профиля с возможностью взаимодействия наружных поверхностей свай и секторов, при этом расстояние между сваями L определяется из соотношения
,
0
1
где D и D - соответственно наружные диаметры трубчатой сваи и трубного сектора.
Трубные секторы замков стенки соединены между собой болтами, расположенными по линии их касания между собой.
Отверстия под болты в замках стенки выполнены больше диаметра болтов.
Между болтом и трубным сектором в замке шпунтовой стенки установлен предварительно поджатый упругий элемент.
Трубчатые сваи стенки в зоне касания с трубными секторами смежных замков по обе стороны от стенки снабжены двумя уголками с возможностью взаимодействия с периферийной частью трубных секторов.
Трубчатые сваи в зоне взаимодействия с трубными секторами снабжены уголками с возможностью взаимодействия с периферийной частью трубных секторов.
Трубчатая свая стенки в верхней части, симметрично плоскости, проходящей через оси свай и соосно им с образованием сквозного замкнутого проема, снабжена профилем (уголок, швеллер, труба) с установленным ответно проемам П-образным замковым элементом.
В установке для направления и вдавливания трубчатой сваи, содержащей как минимум две опоры с подвижными упорными элементами, соединенные с балкой с установленным на последней устройства для направления и вдавливания сваи, расстояние между опорами равно шагу расположения трубчатых свай, а упоры выполнены ответно внутреннему диаметру сваи, в балке, на расстоянии шага сваи, выполнено ответно вдавливаемой сваи вертикальное отверстие, ось которого проходит в плоскости, проходящей через оси вдавленных свай.
В установке смежная с вдавливаемой сваей опора в верхней части снабжена имитатором сваи с верхним замковым элементом и штангой, пропущенной через проемы верхнего замка имитатора и вдавленной трубы, при этом вдавливаемая свая посредством шарнира (проушины) соединена со штангой.
Конструкция предлагаемого устройства и способа поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена схема шпунтовой стенки.
На фиг.2-5 - вид в плане схемы вариантов исполнения шпунтовой стенки.
На фиг.6 - детальное изображение поперечного сечения шпунтовой стенки на фиг.4 (фрагмент стенки).
0
1
0
1
На фиг.7 и 8 - схема шпунтовой стенки с указанием размеров элементов при D>D и D<D.
На фиг.9 - сечение А-А на фиг.1 (схема верхнего замкового соединения шпунтовой стенки).
На фиг.10-13 - узел Б на фиг.3 (крепление замкового узла стенки).
На фиг.14 - монтажное устройство для установки, фиксации и направления шпунтовой стены.
На фиг.15 - сечение В-В на фиг.14 (сечение проема балки для размещения вдавливаемой сваи).
На фиг.16 - сечение Г-Г на фиг.14 (сечение упора и разрезных клиньев).
На фиг.17 - сечение Д-Д на фиг.14 (сечение монтажного замка устройства).
Шпунтовая стенка содержит трубчатые сваи 1 (фиг.1), расположенные с шагом «L», между которыми установлены продольные шпунтовые замки 2, выполненные в виде соединенных между собой пар разрезных секторов 3 и 4 (фиг.2 и 3) труб с образованием x-образных профилей с возможностью взаимодействия наружных поверхностей свай 1 и периферийных зон секторов 3 и 4. Сектора 3 и 4 могут быть соединены неразъемным соединением, например, угловыми сварными швами (на фиг.2 не указаны), или разъемным соединением, например, болтами 5 (фиг.3), расположенным по линии касания секторов 3 и 4.
В верхней части свай 1, параллельно последней в плоскости, проходящей через оси свай 1, могут быть установлены, с образованием сквозного замкнутого проема (на фиг. не указан), профили 6 (уголок, швеллер, труба) (фиг.1-3), а в проемы установлены ответные П-образные замковые элементы 7 с образованием верхнего замка.
В зоне взаимодействия с секторами 3 и 4 трубные сваи 1 шпунтовой стенки, в которой сектора 3 и 4 соединены между собой сварными швами (фиг.2), могут быть снабжены двумя уголками 8 и 9 (фиг.4 и 6) с возможностью взаимодействия торцов секторов 3 и 4 со свободными гранями уголков 8 и 9.
Трубные сваи 1 могут быть снабжены уголками 8, 9, 10 и 11 (фиг.5) с возможностью взаимодействия торцов секторов 3 и 4 со свободными гранями уголков 8-11.
1
Шаг L установки свай 1 (фиг.7) может быть определен из треугольника OOC
,
0
1
где D, D - соответственно диаметры трубы сваи 1 и трубных секторов 3 и 4.
1
0
1
Из фиг.7 видно, что при D<D угол α, образованный между радиусами OO, проходящими через точки касания свай 1 и секторов 3-4, больше 120° и меньше 180°.
1
0
При D>D (фиг.8) угол α составит менее 120°. При этом, исходя из реального расстояния между сваями 1, угол α выбирается больше 50°, т.е. замки 2 образуются 1/6, 1/5, 1/4 или 1/3 частями трубных секторов 3 и 4.
Ответные сквозным проемам (фиг.3), образованным трубами 6 (фиг.3), П-образные замковые элементы 7 могут быть установлены с небольшим зазором.
Болты 5 (фиг.5), соединяющие сектора 3 и 4, могут быть установлены с небольшим зазором (фиг.10), или отверстия 12 (фиг.11) под болты могут быть выполнены больше диаметра болтов 5.
Между болтом 5 (фиг.12 и 13) и секторами 3 и 4 могут быть установлены предварительно поджатые упругие элементы 13 и 14, например тарельчатые пружины.
Установка для фиксации, направления и сдавливания свай 1 включает горизонтальную балку 15 (фиг.14), в которой с шагом L установлены опоры 16, 17, а в проем (на фиг. не указана), ответно выполненный в балке 15 сваю 1, - вдавливаемая свая 1 (фиг.15). Устройство для вдавливания свай (ударное, гидравлическое, на фиг. не показано) передает усилие на сваю 1. Упоры опор 16 и 17 выполнены, например, в виде конусов 18, 19 и ответно выполненным им разрезных клиньев 20 (фиг.16). Разрезные клинья 20 подвешены на балке 15, например, посредством стержней 21. Стержни 21, например, пропущены в сквозные отверстия (на фиг. не указаны), выполненные в балке 15 и клиньях 20. Поперечный размер (диаметр) отверстий в балке 15 и клиньях 20 больше размера сечения (диаметра) стержней 21. Стержни 21 снабжены верхними 22, средними 23 и нижними 24 упорами. Верхний упор 22, выполненный, например, в виде гаек, и который со стороны балки 15 подпружинен пружиной 25 через, например, кольцевую тарелку 26. Средний упор 23 выполнен с возможностью взаимодействия с торцом сваи 1, а нижний 24 упор установлен с возможностью взаимодействия с нижним торцом клиньев 20. Опоры 16 и 17 в нижней части конусов 18 и 19 снабжены упорами 27 и 28 с возможностью их взаимодействия с торцами разрезных клиньев 20. Балка 15 в верхней части, соосно упору 17 и конусу 19, снабжена имитатором 29 сваи, при этом через проемы верхнего замка последней вдавленной сваи 1 и имитатора 29 пропущена штанга 30. Симметрично плоскости, проходящей через ось имитатора 29 и штанги 30, в стенке имитатора 29 выполнен сквозной продольный паз 31. Верхний замок вдавливаемой сваи 1 посредством оси 32 снабжен проушиной 33, которая посредством ответно выполненной штанге 30 отверстия (на фиг. не указано) соединена со штангой 30, и пропущена в паз 31 имитатора 29. Проушина 33 снабжена упором 34, ответно выполненным внутренней поверхности имитатора 29 и с возможностью взаимодействия с ней.
Эксплуатация и монтаж предлагаемой шпунтовой стенки, работа устройства для фиксации и вдавливания свай осуществляется следующим образом.
0
1
Исходя от ожидаемого давления грунта на шпунтовую стену выбираются диаметры свай 1 (D) и сегментов 3, 4 (D).
1
0
При малом давлении грунта шаг L установки свай увеличивается путем увеличения диаметра D сегментов 3, 4 при одновременном уменьшении диаметра D сваи 1 (фиг.1, 7 и 8). При этом сегменты 3, 4 замка 2 могут составлять от 1/6 до 1/3 части трубы. При увеличении шага L установки сваи 1, при одновременном уменьшении диаметра сваи 1, также снижается жесткость замка 2, т.е. происходит снижение жесткости и прочности шпунтовой стенки по всему сечению равномерно.
1
При значительном давлении грунта увеличивается диаметр сваи 1, и при этом увеличивается центральный угол α секторов 3 и 4. При уменьшении шага L установки свай 1 происходит одновременное снижение диаметра D секторов 3 и 4, что приводит к увеличению прочности и жесткости замка 2.
С целью обеспечения высокой жесткости и прочности, секторы 3 и 4 замка соединяются между собой двумя продольными угловыми швами. При сложности обеспечения достаточно точного шага установки по всей длине свай 1 секторы 3 и 4 могут быть соединены между собой болтом 5 (фиг.3) с небольшим зазором (фиг.10) или со значительным гарантированным зазором между болтом 5 и отверстием под болт (фиг.11). С целью обеспечения контакта свай 1 с секторами 3 и 4 замка 2 при значительном изменении шага L, между болтами 5 и секторами 3 и 4 может быть установлен предварительно поджатый упругий элемент, например, тарельчатая пружина 13.
Шпунтовая стенка в основном воспринимает нормальное давление грунта. Учитывая значительную жесткость трубных секторов 3 и 4, их взаимодействие между собой и со сваями 1, шпунтовая стенка внешнюю нагрузку воспринимает как единая конструкция. При необходимости, с целью гарантированного обеспечения взаимодействия элементов стенки (свая 1 и замка 2) в продольном направлении, смежные сваи 1 могут быть снабжены уголками 8 и 9, имеющими возможность взаимодействия с периферийной частью секторов 3 и 4 (фиг.4). Возможно снабжение каждой сваи 1 четырьмя уголками 8-11 (фиг.5). При этом уголки 8, 9 или 8-11 со сваями 1 образуют дополнительные замки, исключающие взаимное перемещение свай 1 и замка 2 в плоскости стенки.
Установка для фиксации, направления и вдавливания свай работает следующим образом.
Перед установкой конусов 18 и 19 во вдавленные сваи 1 нижний упор 24 под действием пружины 25 прижат к нижнему торцу клиньев 20. При опускании опор 16 и 17 с разрезными клиньями 20 в проемы трубчатых свай 1 средний упор 23 взаимодействует с торцом сваи 1 и стрежни 21, а с ними и разрезные клинья 20 останавливаются. При дальнейшем движении конусов 18 и 19 вниз клинья 20 раскрываются до взаимодействия с внутренней боковой поверхностью свай 1. Далее конуса 18 и 19 сажаются на клинья 20 и останавливаются под действием силы трения между клиньями 20 и внутренней поверхностью свай 1. В вертикальный проем (не фиг. не указан) устанавливается вдавливаемая свая 1, которая посредством проушины (шарнира) 31 с осью 32 соединяется со штангой 30, пропущенной в сквозные проемы (на фиг. не указаны), образованные профилем 6 и сваей 1 и имитатором 29. При такой установке вдавливаемой сваи 1 обеспечивается шаг L расположения сваи 1, вертикальное ее расположение и обеспечение монтажа шпунтовой стенки по одной плоскости. При вдавливании сваи 1 проушина 31 также перемещается вниз вдоль штанги 30.
После полного вдавливания сваи 1 снимается проушина 31. Балка 15 поднимается вверх. Конусы 18 и 19 отрываются от клиньев 20, и при дальнейшем движении опор 16 и 17 нижние упоры 27 и 28 взаимодействуют с клиньями 20. В дальнейшем перемещении балки 15 вверх опоры 16 и 17 с клиньями 20 вытаскиваются из свай 1.