ЗАЩИТНАЯ СТЕНКА ИЗ ШПУНТОВЫХ СВАЙ

Полезная модель относится к разновидностям гидротехнических сооружений, таких как причалы, волноломы, откосы, дамбы, берегоукрепления, защитные гидротехнические сооружения в виде стен и пр., которые имеют высокую несущую способность, и может быть использована, в частности, для защиты от ветровых волн и льда акватории порта и рейдовых причалов, подходов к каналам и шлюза порта, береговых участков моря, при строительстве причалов в морских и речных портах, возведении подпорных стенок различного назначения (при возведении котлованов, для укрепления откосов и т.п.).
Известно из патента РФ №123421, класс Е02В 3/06, опубликован 27.12.2012, устройство, относящееся к гидротехническому сооружению, представляющему собой вертикальную стенку контрфорсного типа, сформированную из ряда сопрягаемых между собой несущих частей с надстройкой, образующих свайный ряд, при этом несущая часть выполнена в виде стальной сваи, заполненной твердым компонентом в виде грунтоцементного ядра, причем размещаемая на свае надстройка выполнена в виде бетонного блока, армированного базальтовым волокном, при этом, грунтоцементное ядро дополнено армирующими компонентами в виде трубчатого элемента и базальтового волокна.
Данное техническое решение обладает повышенными прочностными характеристиками, а также высокой несущей способностью готового изделия воспринимать активное боковое и фронтальное давления динамически изменяемой силовой (волновой, ледовой) нагрузки. При этом, указанные высокие механические характеристики обеспечиваются высокой материалоемкостью и многоэлементностью, что делает как саму конструкцию, так и способ ее изготовления достаточно сложными и материалозатратными.
Упрощает подобного рода технические решения и технологию их изготовления применение в качестве несущих частей так называемых шпунтовых анкерных свай, посредством которых формируют готовые изделия в виде шпунтовых стен.
Из технических условий ТУ 14-102-8-2003, введенных в действие с 15.01.2003, известна защитная стенка из шпунтовых свай типа Л5-УМ, имеющих корытообразный профиль и изготовленных горячекатаным методом. Сваи соединяются между собой замковым соединением, которое может быть любой известной конструкции (из уголков, ГОСТ 85409-93, и двутавра, ГОСТ 26020-93).
Недостатком указанной известной стенки из шпунтовых свай является ограниченный сортамент профилей с несущей способностью по изгибающему моменту (400-900) кНм/м, что ограничивает их применение для незаанкеренных шпунтовых стен высотой более 10 м.
В соответствии с СТО-ГК «Трансстрой 010-2007» (Стандарт организации. Шпунт трубчатый сварной. Правила работ по строительству шпунтованных стен) такого рода защитные стены формируются из трубчатых свай, образующих составные элементы формируемой шпунтовой стенки, при этом, указанные элементы соединяются между собой замком, обеспечивающим их жесткое соединение. Данная стенка обладает высокой несущей способностью благодаря жесткости трубчатых свай, но очень материалоемка, поскольку не позволяет увеличить межцентровое расстояние свай.
Недостатком данной известной стенки, принятой в качестве ближайшего аналога, является также значительное отклонение верха свай на восприятие эксплуатационных нагрузок и давления грунта. Для уменьшения податливости стенки, при условии обеспечения высокой несущей способности ее сечения, приходится уменьшать межцентровое расстояние свай и, следовательно, увеличивать материалоемкость стенки. Кроме того, данное техническое решение обладает избыточной жесткостью конструкции, приводящей к разрушению замкового соединения даже при незначительном отклонении оси свай от вертикали, что не позволяет обеспечить сплошность завершенной строительством шпунтовой стенки.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание технологичной конструкции шпунтовой стенки, обладающей достаточной жесткостью, высокой несущей способностью и, в тоже время, относительной податливостью замковых соединений, исключающих нарушение сплошности (разрывы) шпунтовой стенки при незначительном отклонении оси свай от вертикали при их погружении.
Техническим результатом, для получения которого предназначена заявленная полезная модель, является повышение надежности работы замковых соединений и в целом, повышение защитных свойств шпунтовой стенки.
Указанный технический результат достигается тем, что защитная шпунтовая стенка содержит шпунтовые сваи трубчатого профиля, связанные между собой замковым соединением, при этом замковое соединение представляет собой дугообразный элемент в виде арки, краевые участки которого размещаются в опорах, выполненных в виде цилиндрических направляющих, жестко и попарно закрепленных на поверхности каждой шпунтовой сваи, при этом цилиндрическая направляющая снабжена прорезью вдоль всей ее длины, а краевой участок дугообразного элемента имеет цилиндрическую форму.
На фигуре 1 представлен фрагмент (вид сверху) предлагаемой защитной стенки из шпунтовых трубчатых свай.
Сформированная стенка состоит из связанных между собой замковым соединением свай 1 трубчатого профиля. Замковое соединение представляет собой дугообразный элемент в виде арки 2, изготовленного из стального (композиционного, полимерного) листа, краевые участки которого 3 размещаются в опорах 4, выполненных в виде цилиндрических направляющих, попарно и жестко закрепленных на поверхности каждой трубчатой сваи. Форма оси арки подбирается из следующих условий: арка должна быть пологой и изгибающие моменты от действия бокового активного давления грунта должны быть минимальными. Наиболее рациональное очертание оси арки параболическое: изгибающие моменты во всех сечениях арки при этом равны нулю, и в каждом сечении арки действует только продольное сжимающее усилие.
Краевые участки 3 арок могут быть выполнены из стержней диаметром 20-40 мм (ГОСТ 2590-88) или из труб диаметром 60,0-160,0 мм (ГОСТ Ρ 54157-2010), и имеют соответственно цилиндрическую форму. При формировании защитной стенки упомянутые краевые участки 3 размещают в цилиндрических направляющих 4, изготовленных из труб диаметром 80,0-180,0 мм (ГОСТ Ρ 54157-2010), причем в каждой такой направляющей выполнена прорезь 5 по всей ее длине. Направляющие 4 с помощью сварки жестко соединены с трубчатыми сваями по образующим цилиндрическую поверхность линиям таким образом, чтобы угол, образованный радиусом-вектором, проведенным в поперечном сечении трубчатой сваи к оси направляющей, был близок (равен) 45°. Стрела подъема арки  принимается , где  - пролет арки. При таком соотношении геометрических размеров арки и положения опор на образующей трубчатой сваи равнодействующая реактивного усилия в опоре арки также направлена под углом 45° от оси шпунтовой стенки, т.е. по нормали к поверхности трубчатой сваи (в этом случае отсутствуют сдвигающие усилия на сварные швы крепления цилиндрических направляющих к трубчатой свае).
Предложенная шпунтовая стенка технологична как при изготовлении ее элементов (свай и замков), так и при возведении, обладает высокой надежностью соединений, сохраняя целостность шпунтовой стенки без нарушения сплошности, обеспечивает более высокую производительность выполнения работ.