Шпунтовая свая

Полезная модель относится к сфере строительства в области инженерной защиты территории от опасных геологических процессов (оползней, обвалов и т.п.) и гидротехническому строительству сооружений с использованием металлического шпунта. Шпунтовые стены, образованные из металлических шпунтовых свай, могут быть использованы в качестве подпорных стен и инженерных сооружений различного назначения, в том числе при строительстве портовых и гидротехнических берегозащитных сооружений, опор мостов и ограждений котлованов.
Шпунтовые сваи предназначены для выполнения функции ограждений, обеспечивая предотвращение подвижки грунтовой массы, защиту котлованов и траншей от проникновения в них подземных вод. Шпунтовые сваи способны выдерживать значительные нагрузки и могут быть применены при строительстве гидротехнических сооружений.
Ограждения из шпунтовых свай могут быть применены в качестве противофильтрационной завесы для защиты от затопления грунтовыми водами; для предотвращения возникновения оползней во время проведения земляных работ или при эксплуатации разных строений, для предотвращения разрушения насыпей автомобильных дорог и железнодорожных путей, для обустройства причалов и пристаней в портах, для укрепления береговых линий; при строительстве мостов и рытье каналов.
Шпунтовые сваи устанавливают в виде сплошных стен, отдельные элементы которых вплотную стыкуются между собой. Для этого в конструкции шпунтовых свай предусмотрено наличие специальных коннекторов замковых соединений из фасонных профилей.
Наличие коннекторов замковых соединений позволяет комбинировать шпунтовые сваи с другими типами шпунтов, например, со шпунтом трубчатым сварным.
Из уровня техники известна шпунтовая свая корытного типа, конструкция которой включает желоб, замки и пазы. Материалом для изготовления элемента служит легированная сталь16ХГ (холодное штампование) или обычная сталь Ст3сп, Ст3кп горячей прокатки. Ширина шпунтовой сваи корытного типа находится в диапазоне 466 – 543 мм, а высота в диапазоне 196 – 237 мм (http://stroilkino.ru/articles/12_shpunt-larsena-l5-i-l5-um/).
Недостатком такой конструкции шпунтовой сваи является ограниченная ширина шпунтовой сваи, что приводит к использованию большего количества элементов шпунтового контура и стыковых соединений на погонный метр шпунтовой стенки, в результате чего увеличивается металлоемкость шпунтового контура, повышается трудоемкость строительных работ и увеличиваются сроки строительства.
Ближайшим аналогом заявленного устройства является сварная шпунтовая свая, форма которой выполнена в виде полукруга. Шпунтовая свая полукруглого типа содержит профили для создания замкового соединения, один из которых имеет круглую форму, а другой профиль выполнен в виде незамкнутого кольца (https://www.bkdelta.by/en/articles/sheet-pile-wall).
Способ изготовления шпунтовой сваи полукруглого типа включает прокатку листового проката через валки, обжатие полученной круглой конструкции и сварку для получения трубчатого замкнутого контура. Полученную трубу продольным резом разделяют на две равные части и приваривают замковые элементы. Ширина шпунтовой сваи полукруглого типа варьируется от 720 мм до 1420 мм, соответственно высота соответствует пределам от 360 мм до 710 мм (http://rosshpunt.ru/catalog.html).
Недостатком конструкции шпунтовой сваи полукруглого типа является трудоемкий неэффективный способ ее изготовления, который слишком  энергозатратен.
Другом недостатком шпунтовой сваи полукруглого типа является зависимость от сортамента трубы большого диаметра, что затрудняет подбор оптимального варианта при строительстве шпунтовой стены.
Заявленная полезная модель направлена на решение недостатков ближайшего аналога. Задача, на решение которой направлено создание полезной модели, заключается в создании конструкции шпунтовой сваи на базе шпунтовой сваи полукруглого типа, с повышенной прочностью шпунтовой сваи на изгиб и упрощением ее изготовления.
Технический результат полезной модели состоит в уменьшении металлоемкости шпунтовой сваи, повышении ее прочности, а также упрощении ее производства.
Указанный технический результат достигается тем, что шпунтовая свая для возведения шпунтовой стенки, конструкция которой расположена по линии полукруга и содержит присоединенные с боковых сторон профили для создания замкового соединения, согласно полезной модели выполнена из семи граней, расположенных по линии полукруга в виде хорд, соединяющих смежные участки под тупым углом, при этом пять внутренних граней, имеют ширину, находящуюся в диапазоне 0,95 – 1,05 от их наименьшей ширины, а две боковые грани расположены по краям и имеют ширину в 1,9 – 2,1 раза меньшую, чем наименьшая ширина одной из пяти внутренних граней, при этом к двум боковым граням присоединены профили для создания замкового соединения.
Первый профиль, присоединенный к одной из боковых граней, выполнен с боковой кромкой U-образного поперечного сечения, концевые участки которого загнуты вовнутрь и образуют открытую полость, а второй профиль, присоединенный к другой боковой грани, выполнен с боковой кромкой, имеющей Т-образное поперечное сечение.
Две боковые грани соединены между собой по меньшей мере двумя поперечными пластинами.
Способ изготовления заявленной шпунтовой сваи более простой, более технологичен (менее энергозатратен) и позволяет изготовить шпунтовую сваю более прочной конструкции с меньшей металлоемкостью. Способ включает изготовление заготовки, заключающейся в роспуске горячекатаного толстого листа заготовки на необходимую ширину, гибку или профилирование заготовки, присоединение к заготовке профилей замковых соединений.
Конструкция заявленной шпунтовой сваи поясняется фигурами 1-5.
На фиг. 1 проиллюстрирован общий вид заявленного устройства.
На фиг. 2 проиллюстрирован вид сверху заявленного устройства, где:
1 - конструкция шпунтовой сваи;
2 - профиль для создания замкового соединения, выполненный с боковой   кромкой U-образного поперечного сечения;
3 - профиль для создания замкового соединения Т-образного поперечного сечения;
4 - поперечная пластина (затяжка);
5 - ось удерживающего сооружения (шпунтовой стенки).
На фиг. 3 показано выполнение шпунтовой стенки по синусоидальной линии с использованием заявленной полезной модели, где:
6 - замковое соединение.
На фиг. 4 показано выполнение шпунтовой стенки арочного типа с использованием заявленной полезной модели.
На фиг. 5 показано выполнение шпунтовой стенки комбинированного типа с использованием заявленного устройства и дополнительно к нему круглой трубы (7).
Многогранная шпунтовая свая выполняется из горячекатаного листа стали заданной ширины. Полезной моделью предусматривается возможность использования высокопрочных марок стали для изготовления шпунтовой сваи.
За счет многогранности, где грани создают ребра жесткости по всей длине сваи, и возможности применения высокопрочных марок стали, прочность конструкции заявленной полезной модели повышается, по сравнению с прочностью конструкции из ближайшего аналога. В конструкции шпунтовой сваи предусматривается устройство поперечных пластин (затяжек), предназначенных для обеспечения транспортировки, хранения и обеспечивающих геометрическую неизменяемость в процессе погружения шпунтовых свай.
Грани заявленной шпунтовой сваи расположены по линии полукруга в виде хорд, соединяющих смежные участки полукруга под тупым углом, величина которого составляет 150°, но может варьироваться в диапазоне 140° - 160°. Ширина конструкции варьируется в диапазоне значений 985 - 1960 мм, а глубина варьируется в диапазоне значений  490 - 980 мм.
Использование многогранной шпунтовой сваи изготовленной методом гибки или профилирования позволяет подобрать оптимальное количество шпунтовых свай в расчете на погонный метр шпунтовой стенки. В результате этого снижается металлоемкость заявленной полезной модели по сравнению с ближайшим аналогом.
Снижение металлоемкости обусловлено тем, что применение заявленной модели позволяет подобрать оптимальную конструкцию сваи исходя из геометрических и механических характеристик, а также комбинировать с другими типами шпунта.
Заявленная конструкция шпунтовой сваи может быть применена для возведения шпунтовых стенок различного типа, с расположением синусоидально, арочно или в виде комбинированной системы, например, с использованием круглой трубы.
По сравнению с другими известными решениями при использовании заявленной конструкции снижается трудоемкость и сокращаются сроки возведения шпунтовой стенки, за счет этого также уменьшается количество стыковых соединений, приходящихся на погонный метр шпунтовой стенки, за счет увеличенных размеров, по отношению к другим типам шпунтовых свай, например, корытного типа.