Шпунтовая свая
SHEET PILE

Изобретение относится к гидротехническому и общегражданскому строительству и может быть использовано в морском и речном строительстве портовых сооружений, строительстве набережных и причалов, подпорных стенок при берегоукрепительных работах, а, также при дорожном строительстве, сооружении тоннелей и фундаментов в стесненных условиях.
Известна шпунтовая свая, содержащая М-образное тело и замковые элементы, расположенные на концах боковых полок М-образного тела для соединения сваи с соседними сваями в шпунтовой стене (Патент на полезную модель РФ №93825, МПК E02D 5/12, опубл. 10.05.2010 г.). Стенки и полки в известном техническом решении выполнены плоскими. Свая выполнена сварной из отдельных листов и трудоемка в изготовлении.
Известна шпунтовая свая, содержащая гнутое U-образное тело, изготовленное из металлического листа, и замковые элементы, расположенные на концах боковых полок U-образного тела для соединения с соседними сваями в шпунтовой стене (Патент на полезную модель РФ №96583, МПК E02D 5/08, опубл. 10.08.2010 г.). Стенки и полки в известном техническом решении выполнены плоскими. Свая имеет низкую нагрузочную способность и жесткость.
Известна шпунтовая свая, содержащая гнутое U-образное тело, изготовленное из металлического листа, и замковые элементы, расположенные на концах боковых полок U-образного тела для соединения с соседними сваями в шпунтовой стене (Патент на полезную модель РФ №118648, МПК E02D 5/04, опубл. 27.07.2012 г.). Гнутое U-образное тело выполнено в виде части цилиндрической поверхности постоянной кривизны. Свая изготавливается из цилиндрической трубы, разрезаемой вдоль на две части. Свая трудоемка в изготовлении и имеет не рациональное распределение металла по сечению.
Известна шпунтовая свая, наиболее близкая к заявляемой, содержащая гнутое U или Ω или Z-образное тело, изготовленное из металлического листа, и замковые элементы для соединения сваи с соседними сваями в шпунтовой стене (ESC pile.. Общий каталог. Стр. 19-29 http://www.escpilehk.com/downloads/ESC_Russian_General_Catalogue_20162017_Revision)_1_Q42016.pdf). Стенки и полки в известном техническом решении выполнены плоскими. Свая имеет низкую нагрузочную способность и жесткость.
Задачей настоящего изобретения является повышение нагрузочной способности, жесткости устойчивости свай при их погружении в грунт методом вдавливания или забивания копром при сооружении шпунтовой стены, повышение надежности соединения свай в шпунтовой стене без раскрытия замковых соединений, а также обеспечение пакетирования изготовленных свай одна в одну без «залипания» их поверхностей при разборке пакетов на строительной площадке.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в шпунтовой свае, содержащей гнутое U или Ω или Z-образное тело, изготовленное из металлического листа, и замковые элементы, расположенные на концах боковых полок U-образного тела или на концах стенок Ω или Z-образного тела, для соединения сваи с соседними сваями в шпунтовой стенке, стенка и боковые полки тела сваи выполнены в виде части взаимно пересекающихся или сопрягающихся между собой круговых цилиндрических или круговых цилиндрических и плоских поверхностей, при этом центры круговых цилиндрических поверхностей боковых полок расположены ниже нижней поверхности сваи на величину, равную
Y≥R×S/Нз-0,5×Нз, где
R - внутренний радиус цилиндрических поверхностей боковых полок тела сваи, см.
S - толщина тела сваи, см.
Нз - высота замковых элементов сваи, см,
а центр круговой цилиндрической поверхности стенки расположен на равном удалении между центрами круговых цилиндрических поверхностей боковых стенок сваи.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:
Фиг. 1 - фрагмент шпунтовой стены из U-образных свай;
Фиг. 2 - фрагмент шпунтовой стены из Ω-образных свай;
Фиг. 3 - фрагмент шпунтовой стены из Z-образных свай;
Фиг. 4 - пакет из двух U-образных свай, вариант 1;
Фиг. 5 - пакет из двух U-образных свай, вариант 2.
з
Шпунтовая свая (Фиг. 1) 1 содержит гнутое U-образное тело 2, состоящее из двух боковых полок 3 и стенки 4, и изготовленное из металлического листа толщиной S, и крючкообразные замковые элементы 5, расположенные на концах боковых полок 3 для соединения сваи 1 с соседними сваями 1 в шпунтовой стене. Стенка 4 и боковые полки 3 выполнены в виде части взаимно пересекающихся (Фиг. 1,4) или сопрягающихся (Фиг. 5) между собой круговых цилиндрических поверхностей с кривизной радиусами R4, R3. Центры O3 круговых цилиндрических поверхностей боковых полок 3 расположены ниже нижней поверхности сваи 1 на величину равную Y≥R3×S/H-0,5×Нз, где R3 - внутренний радиус круговых цилиндрических поверхностей боковых полок 3, S - толщина тела 2 (металлического листа) сваи 1, Нз - высота замкового элемента 5. Центр O4 круговой цилиндрической поверхности стенки 4 находится на равном удалении между центрами круговых цилиндрических поверхностей боковых полок 3. При этом радиус R4 стенки 4 может быть, как равным радиусам R3 боковых полок 3, так и отличным от них.
з
Шпунтовая свая 6 (Фиг. 2) содержит Ω-образное тело 7, состоящее из двух боковых полок 8, лицевой стенки 9 и двух задних стенок 10 и 11 и изготовленное из металлического листа толщиной S, и крючкообразные замковые элементы 12 и 13 на концах задних стенок 10 и 11 для соединения сваи 6 с соседними сваями 6 в шпунтовой стене. Боковые полки 8, лицевая стенка 9 выполнены в виде части взаимно пересекающихся между собой круговых цилиндрических поверхностей с кривизной радиусами R8, R9. Задние стенки 10, 11 выполнены плоскими. Возможны разные комбинации сочетания плоских и круговых цилиндрических поверхностей боковых полок 8, лицевой 9 и задних стенок 10, 11 Ω-образного тела 7 сваи 6. Центры O8 круговых цилиндрических поверхностей боковых полок 8 расположены ниже нижней поверхности (задних стенок 10, 11) сваи 6 на величину, равную Y≥R8×S/H-0,5×Нз, где R8 - внутренний радиус круговых цилиндрических поверхностей боковых полок 8, S - толщина тела 7 (металлического листа) сваи 6, Нз - высота замкового элемента 13. Центр O9 круговой цилиндрической поверхности стенки 9 находится на равном удалении между центрами кривизны цилиндрических поверхностей боковых полок 8. При этом радиус R9 стенки 9 может быть, как равным радиусам R8 боковых полок 8, так и отличным от них.
з
Шпунтовая свая (Фиг. 3) 14 содержит Z-образное тело 15, состоящее из боковой полки 16, лицевой стенки 17 и задней стенки 18 и изготовленное из металлического листа толщиной S, и крючкообразные замковые элементы 19 и 20, расположенные на концах стенок 17 и 18 для соединения сваи 14 с соседними сваями 14 в шпунтовой стене (Фиг. 3). Боковая полка 16 одной шпунтовой сваи 14 выполнена в виде части круговой цилиндрической поверхности с кривизной радиусом R16, пересекающейся с круговой цилиндрической поверхностью боковой полки 16 соседней сваи 14, находящейся с ней в соединении посредством замковых элементов 19, 20. Лицевая 17 и задняя 18 стенки выполнены плоскими. Возможны разные комбинации сочетания плоских и круговых цилиндрических поверхностей боковой полки 16, лицевой 17 и задней 18 стенок Z-образного тела 15 сваи 14. Центр O16 круговой цилиндрической поверхности боковой полки 16 расположен ниже нижней поверхности (задней стенки 18) сваи 14 на величину, равную Y≥R16×S/H-0,5×Нз, где R16-внутренний радиус круговой цилиндрической поверхности боковой полки 16, S-толщина тела 15 (металлического листа) сваи 14, Нз-высота замкового элемента 20.
В таблицах 1 и 2 приведены результаты компьютерного моделирования по изменению моментов инерции, жесткости и эквивалентной (приведенной) толщины элементов гнутого тела сваи: стенок и боковых полок.
Обозначения в таблицах 1,2 и на Фиг. 1-5 означают:
R - радиус кривизны стенок и боковых полок, см;
S - толщина стенки металлического листа, из которого выполнена тело в виде трубы, см;
Δ - величина прогиба стенок и боковых полок, см;
В - ширина стенки, боковой полки, см;
4
Jx, - моменты инерции сечения цилиндрической стенки, боковой полки, см;
4
Jx0 - моменты инерции сечения плоской стенки, боковой полки, см;
Sэ - эквивалентная (приведенная) толщина плоской стенки, боковой полки, момент инерции которой равен по величине моменту инерции цилиндрической стенки, боковой полки, см;
Отношения R/S, Δ/S и B/S приведены в относительных величинах (долях);
Отношения Jx/JxO и Sэ/S приведены в процентах.
з
з
Анализ приведенных таблиц 1 и 2 показывает, что при увеличении стрелы прогиба стенки, боковой полки тела сваи увеличивается момент инерции сечения и, соответственно, увеличивается их жесткость и возрастает несущая способность шпунтовой стены, сооруженной из этих свай. Как видно из таблиц, при стреле прогиба стенок или боковых полок, соответствующей трем толщинам тела сваи, момент инерции и жесткость сечения стенок и боковых полок возрастает в 10 раз и в два с лишним раза увеличивается эквивалентная толщина стенки, то есть возможно применение в два раза более легких профилей при том же уровне нагрузок. Сваи с большей жесткостью стенок и полок при погружении под действием вертикальной нагрузки меньше подвержены деформации и отклонению от проектного положения. Следует отметить, что расположение центров радиусов цилиндрических поверхностей боковых полок шпунтовых свай ниже нижней ее поверхности на величину, равную Y≥R×S/H-0,5×H обеспечивает пакетирование изготовленных шпунтовых свай одна в одну без «залипания» при разборке пакетов на строительной площадке.