Шпунт с шестигранным профилем

Полезная модель относится к строительству, а именно к металлическим шпунтам, предназначенным для применения в гидротехническом, транспортном, промышленном и гражданском строительстве в конструкциях шпунтовых стен капитальных и временных сооружений. В частности полезная модель 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.
Из уровня техники известна шпунтовая свая замкнутого трубчатого сечения, содержащая открытые U-образные профили, сваренные между собой, и крючкообразные замковые элементы для соединения свай в шпунтовую стенку, при этом свая изготовлена из двух одинаковых открытых U-образных профилей, у каждого из которых на конце одной из двух боковых полок выполнен крючкообразный замковый элемент таким образом, что в профилях, сваренных между собой, крючкообразные элементы направлены в разные стороны: у одного профиля - крючком вверх, а у другого - крючком вниз, при этом боковые полки профилей без замковых элементов сварены с боковыми полками, имеющими замковые элементы (Патент РФ №2702959, E02D5/02, опубл.15.10.2019).
Также из уровня техники известна шпунтовая свая, имеющая многогранный профиль, состоящая из зеркально-симметричных холодногнутых листов (панелей) с максимальным углом изгиба не более 90 градусов, однотипные зеркально-симметричные части холодногнутых листов вблизи их концов соединены друг с другом сварным соединением таким образом, что области вблизи их концов образуют сопрягаемые части шпунтового замка (соединения) типа бокс - с одной стороны внутреннюю, с другой - внешнюю, причем зона сварного соединения составных частей шпунтовой сваи выполнена как с наружной стороны сваи (со стороны замка), так и с внутренней стороны полости сваи, образованной от соединения двух зеркально-симметричных холодногнутых листов (панелей) (Патент РФ №108049, E02B3/06, опубл.10.09.2011).
Известные шпунтовые сваи не обладают необходимой надежностью, т.к. выполнены из холодногнутых шпунтовых панелей. Холодногнутые шпунтовые панели не рекомендованы для использования в гидротехническом строительстве.  Ограждения с их использованием имеют недостаточную несущую способность и недолговечны.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является разработка шпунта, лишенного недостатков известных аналогов, а также расширение арсенала  технических средств указанного назначения.
Технический результат полезной модели заключается в повышении несущей способности и повышении надежности шпунта при одновременном сохранении малого веса (металлоемкости), простоты в производстве и установке.
Технический результат достигается тем, что шпунт выполнен с шестигранным профилем и снабжен замковыми элементами, при этом шестигранный профиль образован из полос конструкционной стали продольно соединенных между собой сваркой, а на наружной поверхности шестигранного профиля закреплены посредством сварки замковые элементы.
Целесообразно, чтобы шестигранный профиль был образован из соединенных между собой сваркой двух зеркально симметричных сварных шпунтов, каждый из которых имеет корытообразный профиль и содержит выполненные из полос конструкционной стали полку и две расположенные под тупым углом к полке и приваренные к ней наклонные стенки.
Целесообразно, чтобы угол между наклонной стенкой и полкой составлял от 91° до 150°.
Целесообразно, чтобы замковые элементы были расположены на наружной поверхности с двух сторон шестигранного профиля симметрично относительно центральной оси поперечного сечения шпунта.
Целесообразно, чтобы по меньшей мере один замковый элемент был выполнен в виде обоймы, образованной угловым профилем, приваренным кромкой одной из полок к стенке шестигранного профиля.
Целесообразно, чтобы по меньшей мере один замковый элемент был выполнен в виде полосовой части, оснащенной на свободном конце кулачком, образованным круглым профилем, приваренным к поверхности полосовой части, и/или обоймой, образованной угловым профилем, приваренным кромкой одной из полок к поверхности полосовой части.
Целесообразно, чтобы торец полосовой части по меньшей мере одного замкового элемента был соединен посредством сварки с шестигранным профилем по линиям сварного соединения между собой двух стенок шестигранного профиля или со стенкой  или с полкой шестигранного профиля.
Целесообразно, чтобы  шпунт был выполнен из полос конструкционной стали, содержащей углерод в диапазоне от 0,1 до 0,2%, кремний в диапазоне от 0,4 до 1,1%, марганец в диапазоне от 0,4 до 1,7%, никель в диапазоне от 0,1 до 0,8%, хром в диапазоне от 0,1 до 0,9%, ванадий в диапазоне от 0,1 до 0,15%, медь в диапазоне от 0,2 до 0,6%, с пределом текучести в диапазоне от 265 до 400 МПа.
Целесообразно, чтобы шпунт был выполнен с защитным лакокрасочным покрытием.
Целесообразно, чтобы к поверхности по меньшей мере одной полки шестигранного профиля были приварены П-образные в поперечном сечении элементы.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 - первый вариант исполнения шпунта (поперечное сечение).
На фиг. 2 - фрагмент шпунтовой стены, выполненной с применением шпунтов по первому варианту исполнения (поперечное сечение).
На фиг. 3 - замковое соединение шпунтов по первому варианту исполнения с  соседним шпунтом (поперечное сечение).
На фиг. 4 - фрагмент шпунтовой стены, выполненной с применением шпунтов по первому варианту исполнения (общий вид).
На фиг. 5 - второй вариант исполнения шпунта (поперечное сечение).
На фиг. 6 - третий вариант исполнения шпунта (поперечное сечение).
На фиг. 7 - четвертый вариант исполнения шпунта (поперечное сечение).
На фиг. 8 - фрагмент шпунтовой стены, выполненной из шпунтов по четвертому варианту исполнения (поперечное сечение).
На фиг. 9 - замковое соединение шпунтов по четвертому варианту исполнения (поперечное сечение).
На фиг. 10 - фрагмент шпунтовой стены, выполненной из шпунтов по четвертому варианту исполнения (общий вид).
На фиг. 11 - вариант исполнения шпунта с двойным замком (поперечное сечение).
На фиг. 12, 13 - варианты исполнения шпунта с другими известными замковыми элементами (поперечное сечение).
На фиг. 14, 15 - варианты исполнения углового шпунта (поперечное сечение).
На фиг. 16 - вариант исполнения распределительного шпунта с четырьмя замковыми элементами (поперечное сечение).
Шпунт выполнен с шестигранным профилем 1 и снабжен замковыми элементами 2, при этом шестигранный профиль 1 образован из полос конструкционной стали продольно соединенных между собой сваркой, а на наружной поверхности шестигранного профиля закреплены посредством сварки замковые элементы 2.
В предпочтительном варианте исполнения шпунт коробчатый образован из скрепленных между собой сварным соединением 3 двух зеркально симметричных сварных шпунтов, каждый из которых имеет корытообразный профиль и содержит выполненные из полос конструкционной стали полку 4 и две расположенные под тупым углом к полке и приваренные к ней наклонные стенки 5.
В первом варианте исполнения шпунта замковые элементы могут быть расположены на наружной поверхности шестигранного профиля 1 с двух сторон шестигранного профиля 1 симметрично относительно центральной оси 6 поперечного сечения шпунта на двух наклонных стенках 5 шестигранного профиля 1. В этом случае каждый замковый элемент выполнен в виде обоймы 7, образованной угловым профилем, приваренным кромкой одной из полок к стенке 5 шестигранного профиля 1 (фиг. 1-4).
Во втором и третьем вариантах исполнения шпунта замковый элемент 2 может быть выполнен в виде полосовой части 8, оснащенной на свободном конце кулачком 9, образованным круглым профилем, приваренным к поверхности полосовой части 8, или обоймой 10,  образованной угловым профилем, приваренным кромкой одной из полок к поверхности полосовой части 8 (фиг. 5, 6). Замковые элементы 2 расположены на наружной поверхности шестигранного профиля 1 с двух сторон по линиям сварного соединения 3 между собой наклонных стенок 5 шестигранного профиля 1, при этом полосовые части 8 замковых элементов 2 находятся  в одной плоскости.
В четвертом варианте исполнения один замковый элемент 2 представляет собой полосовую часть 8, оснащенную на свободном конце кулачком 9, а другой замковый элемент представляет собой полосовую часть 8, оснащенную на свободном конце обоймой 10 (фиг.7-10).
Обойма 10 и/или кулачок 9 расположены на внутренней поверхности полосовых частей 8 замковых элементов 2 так, чтобы они не касались внешней агрессивной среды (воды).
Также шпунт может быть выполнен с двойным замком (согласно полезной модели по патенту РФ №181356) для усиления замкового соединения. В этом случае полосовая часть 8 каждого замкового элемента 2 оснащена на свободном конце и кулачком 9, и обоймой 10.
В пятом варианте исполнения шпунта на свободном конце полосовой части 8 каждого замкового элемента 2 на внешней поверхности расположен кулачок 9, а на внутренней - обойма 10, в шестом варианте исполнения на свободном конце полосовой части 8 каждого замкового элемента 2 на внешней поверхности расположена обойма 10, а на внутренней - кулачок 9. В седьмом варианте исполнения шпунта на свободном конце полосовой части 8  одного замкового элемента 2 на внешней поверхности расположен кулачок 9, а на внутренней - обойма 10, а на свободном конце полосовой части 8 другого замкового элемента 2 на внешней поверхности расположена обойма 10, а на внутренней - кулачок 9 (фиг.11).
За счет использования в качестве обоймы 10 и кулачка 9 распространенных универсальных профилей стального проката (уголок и круг) обеспечивается упрощение конструкции замковых элементов 2. А расположение кулачка 9 и обоймы 10 впритык кромкам полосовых частей 8 замковых элементов 2 увеличивает водонепроницаемость замкового соединения.
Замковые элементы также могут представлять собой и любые другие известные замковые элементы для металлических шпунтов иностранных или российских производителей (фиг.12-13).
Замковые элементы 2 могут быть расположены с двух и более сторон на наружной поверхности шестигранного профиля 1 и находиться в одной или более плоскостях. В предпочтительном варианте исполнения замковые элементы 2 закреплены с двух сторон шестигранного профиля 1 по линиям сварного соединения 3 между собой наклонных стенок 5 шестигранного профиля 1, при этом полосовые части 8 замковых элементов 2 находятся  в одной плоскости. Также допускаются варианты исполнения, когда по меньшей мере один из замковых элементов 2 расположен на наружной поверхности шестигранного профиля 1 и соединен торцом полосовой части 8 посредством сварки с полкой 4 или наклонной стенкой 5 (фиг.14-16). Так, например, угловой шпунт может быть выполнен таким образом, что замковые элементы 2 расположены с наружной поверхности шестигранного профиля 1, а их полосовые части 8 находятся в двух плоскостях, угол между которыми может составлятьот 90° до 135°, при этом торец полосовой части 8 одного замкового элемента 2 присоединен посредством сварки к профилю по линии сварного соединения 3 между собой наклонных стенок 5 шестигранного профиля 1, а торец полосовой части 8 второго замкового элемента 2  присоединен посредством сварки к наружной поверхности одной из наклонных стенок 5 или одной из полок 4 шестигранного профиля 1 (фиг. 14,15).
Полки 4 и наклонные стенки 5 шестигранного профиля 1, а также полосовые части 8 замковых элементов 2 выполнены из горячекатаных полос конструкционной стали, содержащей углерод в диапазоне от 0,1 до 0,2%, кремний в диапазоне от 0,4 до 1,1%, марганец в диапазоне от 0,4 до 1,7%, никель в диапазоне от 0,1 до 0,8%, хром в диапазоне от 0,1 до 0,9%, ванадий в диапазоне от 0,1 до 0,15%, медь в диапазоне от 0,2 до 0,6%, с пределом текучести в диапазоне от 265 до 400 МПа.
Предпочтительно для полок 4 и наклонных стенок 5 шестигранного профиля 1, а также для полосовой части 8 замковых элементов 2 используют коррозионностойкую  сталь марки 09Г2С с пределом текучести 265, 295, 315, 325, 345, 355, 375 МПа, сталь марки 15ХСНД с пределом текучести 325, 345 МПа, сталь марки 10ХСНД с пределом текучести 345, 375, 390 МПа, сталь марки 17Г1С с пределом текучести 315, 325, 345, 355, 375 МПа или С390 с пределом текучести 390 МПа.
Для уменьшения металлоемкости и веса шпунта полки 4, наклонные стенки 5 и полосовые части 8 замковых элементов 2 могут быть выполнены из горячекатаных полос конструкционной стали, в которой углерод не превышает 0,12%, кремний не превышает 0,5%, марганец не превышает 1,9%, фосфор не превышает 0,025%, сера не превышает 0,015%, алюминий не превышает 0,015%, ниобий не превышает 0,09%, ванадий не превышает 0,2%, титан не превышает 0,22%, при этом сумма ниобия, ванадия и титана не должна превышать 0,22%, с пределом текучести в диапазоне от 420 до 600 МПа.
Например, может быть использована сталь марок S420MC, S460MC, S500MC, S550MC, S600MC с пределом текучести от 420 и до 600 МПа. При использовании стали марок S420MC, S460MC, S500MC, S550MC, S600MC, лучше сопротивляющихся коррозии, и с пределом текучести в диапазоне от 420 до 600 МПа,  при всех равных условиях можно делать шпунт еще тоньше, т.е. уменьшать общий объем металла, требуемый для возведения шпунтовых стен.
Так как полки 4 и наклонные стенки 5 шестигранного профиля 1 выполнены из листовой или полосовой стали (листового проката) и соединены путем сварки, это уменьшает трудоемкость изготовления, так как для получения заданного профиля нет необходимости использовать прокатный стан или иные технологии формирования профиля. Полосы стали соединяются в шестигранный профиль путем сварки.
Полосы конструкционной стали, из которой собирается шестигранный профиль 1, могут быть цельными с одинаковой толщиной по всей длине или составными, т.е. соединенными поперек сварными швами. При использовании составных полос  верхняя и/или нижняя части полосы могут быть выполнены большей толщины или из другой более износостойкой стали. Это позволяет усилить верхнюю часть и/или основание шпунта и тем самым дополнительно повысить прочностные характеристики шпунта при погружении, сильно не увеличивая его вес.
Также для лучшего вхождения шпунта в грунт образующие шестигранный профиль 1 полки 4 и стенки 5 в основании могут быть выполнены с односторонними или двухсторонними фасками на кромках.
Шпунт может быть выполнен длиной от 2 м до 30 м, толщина полок 4 находится в диапазоне от 10 до 30 мм, толщина наклонных стенок 5 находится в диапазоне от 10 до 20 мм, угол между полками 4 и наклонными стенками 5 в диапазоне от 91° до 150°, предпочтительно составляет 110°.
Шпунт может иметь на поверхности полное или частичное защитное лакокрасочное покрытие, которое может быть нанесено как по всей длине, так и только в месте (участке длины), где шпунт, согласно плану, будет выступать из воды (земли) и на стыке вода-воздух, так как под водой и в грунте коррозия идет менее интенсивно.
Защитное покрытие (антикоррозийное, антифрикционное) может быть выполнено на основе полимерного материала или полиуретановой полимерной краской по пескоструйной обработке.
Для удобства хранения и транспортировки шпунт может быть снабжен дополнительными П-образными в поперечном сечении опорными элементами (не показаны), которые приваривают к одной или двум полкам 4. На каждой полке 4 может быть два и более П-образных элементов в зависимости от длины и веса изделия. Эти элементы также могут быть использованы для захвата и переноса шпунта. Выполнение на полках 4 П-образных элементов позволяет фиксировать строповочные тросы и облегчает транспортировку, монтаж и складирование шпунтов.
Шпунтовые стены образуются поочередным погружением в грунт шпунтов с совместимыми замковыми элементами 2. Перед погружением П-образные опорные элементы могут быть срезаны для уменьшения сопротивления.  Погружение может быть осуществлено путем ударной забивки, вибропогружения и статического вдавливания.
При возведении шпунтовой стены с применением шпунтов с шестигранным профилем и с замковыми элементами 2 в виде обоймы 7, симметрично расположенных на наклонных стенках 5 (фиг. 1-4), в качестве смежных шпунтов могут быть использованы шпунты с корытообразным профилем, оснащенные на наклонных стенках замковыми элементами - кулачками 11.  Сначала погружают в грунт шпунт с шестигранными профилем, оснащенный замковыми элементами в виде угловых профилей (обойм) 7, а затем в зацепление с ним вводят и погружают шпунт, оснащенный на наклонных стенках замковыми элементами в виде круглых профилей (кулачков) 11, так что при соединении замковых элементов образуется замковое соединение.
При возведении шпунтовой стены с применением шпунтов с шестигранным профилем и с замковыми элементами 2 в виде полосовой части 8, оснащенной на свободном конце кулачком 9 и/или обоймой 10, смежные шпунты с шестигранным 1 или иным профилем подбираются с учетом совместимости замковых элементов 2 и возможности образования замкового соединения «кулачок-обойма» (фиг. 8-10).
Предложенная конструкция шпунта с шестигранным профилем не только обладает улучшенными техническими характеристиками, но и позволяет эффективно использовать его при возведении различных комбинированных шпунтовых стен.