Устройство шпунтовой стенки с большим моментом сопротивления на основе шпунтовых свай из сваренных зеркально-симметричных холодногнутых стальных листов

Полезная модель относится к гидротехнике и 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, осыпей; противооползневых мероприятиях.

Техническим результатом настоящей полезной модели является устройство шпунтовой стенки на основе холодногнутого сварного шпунта с большим моментом сопротивления со сравнимыми или превосходящими показателями относительно горячекатаных аналогов, но значительно меньшей по весу, более дешевой и простой в производстве и установке.

Указаный технический результат достигается за счет того, что устройство шпунтовой стенки выполнено на основе шпунтовых свай, имеющих многогранный профиль, состоящих из зеркально-симметричных холодногнутых листов (панелей) с максимальным углом изгиба не более 90 градусов, отличающееся тем, что 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 внутреннею, 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).

Полезная модель относится к гидротехнике и 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, осыпей; противооползневых мероприятиях.

Известны горячекатаные шпунтовые сваи, панели типа «мультизамок» [1] (например двойные коробчатые сваи, в которых большая часть стоимости горячекатаного шпунта сосредоточена в замке, а там избыточное количество замков и, следовательно, избыточная стоимость), во внутренние полости которых помещают грунт (или бетонируемый армокаркас) [2]. Они значительно усиливают удерживающую силу (максимальный момент сопротивления сечения) шпунтовой стены, но при этом и очень дорогие, поскольку литье и прокат таких цельных форм чрезвычайно затратный и трудоемкий процесс, не говоря о громадном весе квадратного метра стены из шпунтовых свай такой многогранной формы.

В строительстве шпунтовой стенки применять такие сваи очень сложно - их установка очень долгий и трудоемкий процесс.

Известна шпунтовая стенка на основе шпунтовых свай из холодногнутого сварного шпунта ESC [3], шпунт которой обычно производится из предварительно согнутого листа стали, к которому дополнительно приваривается своей узкой частью металлическая пластина, образующая часть шпунтового замка. Причем плечо между двумя швами сварки характеризуется толщиной пластины, что снижает воспринимаемую нагрузку. Из-за ограниченного объема внутри полости замка, изготовление сварного шва внутри затруднено.

Во многих странах производится холодногнутый шпунт (шпунтовая свая), способ производства которого, предполагает, что и замок, и тело сваи изгибаются из одного листа и имеют толщину равную толщине используемого листа с учетом деформаций, возникши при изгибе. В зоне замка изгиб листа превышает 180 градусов, что приводит к возникновению большого числа микротрещин, а это, в свою очередь, уменьшает воспринимаемую нагрузку, сокращает срок службы сваи и область ее применения.

В отличии от шпунтов горячего проката холодногнутый шпунт значительно дешевле в производстве и легче по весу, благодаря чему может найти массовое применение в строительстве.

Его основным недостатком является малая толщина листовой стали из-за развития трещин в толстом листе стали при загибе более чем на 180 градусов и, следовательно, несравнимо малые (в сравнении с горячекатаным шпунтом) возможности по восприятию нагрузки и сроку службы.

Техническим результатом настоящей полезной модели является устройство шпунтовой стенки на основе холодногнутого сварного шпунта с большим моментом сопротивления со сравнимыми или превосходящими показателями относительно горячекатаных аналогов, но значительно меньшей по весу, более дешевой и простой в производстве и установке.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство шпунтовой стенки выполнено на основе шпунтовых свай, имеющих многогранный профиль, состоящих из зеркально-симметричных холодногнутых листов (панелей) с максимальным углом изгиба не более 90 градусов, отличающееся тем, что 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 внутреннею, 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).

Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображены:

на Фиг.1 - конструктивное устройство шпунтовой стенки в профиле и принцип соединения ее узлов, где 1 - зеркально-симметричные холодногнутые листы (панели), 2 - однотипные зеркально-симметричные части холодногнутых листов вблизи концов, 3 - плоскость соединения зеркально-симметричных холодногнутых листов (панелей), 4, 5 - сопрягаемые части шпунтового замка (соединения) типа бокс, 6 - зона сварного соединения внутри полости - 8, образованной от соединения двух зеркально-симметричных холодногнутых листов, 7 - зона сварного соединения с наружной стороны сваи (со стороны замка), 9, 10 - соответственно внутренняя и внешняя части замкового соединения типа бокс, а совместно - замок типа бокс.

на Фиг.2 показаны примеры конструктивной сборки шпунтовой стены из свай холодногнутого сварного шпунта.

Полезная модель может быть осуществлена следующим образом.

Берутся зеркально-симметричные панели холодногнутого листа, у которых вблизи концов панелей имеются параллельные друг другу и плоскости (3) части (2) профиля и совмещают их симметрично, накладывая участками (2) друг к другу и сваривая в местах с внешней стороны (со стороны замка) (7), так и в зоне (6) с внутренней стороны полости (8), образованной от от соединения двух зеркально-симметричных холодногнутых листов.

Сваренные таким образом панели (1) из холодногнутого листа на своих концах (4, 5) образуют внутреннею и внешнюю части замкового соединения типа бокс (9, 10), соответственно.

Зона сварки (6) внутри полости (8), в том числе, препятствует разрыву соединения шпунтов при продольных нагрузках на шпунтовую стенку, а зона сварки (7) в зоне замкового соединения препятствует разрыву соединения при поперечных нагрузках (сжатие) и нагрузках на части замка типа бокс (9, 10). Без выполнения данных сварных соединений, например, простое болтовое соединение холодногнутых шпунтов не позволит обеспечить, во-первых, водонепроницаемость, во-вторых, надежность соединения и его надлежащую металлоемкость, т.к. отверстия под болты ослабят конструкцию без использования стальных полос-накладок, а с использованием стальных полос-накладок - резко увеличивает вес, что резко повысит вес конструкции без сопоставимого увеличения воспринимаемой нагрузки (накладки находятся близко к нейтральной оси и их вклад в упругий момент сопротивления сечения незначителен).

В целом, благодаря симметричной (компенсирующие моменты и перераспределение нагрузок) и цельнозамкнутой форме профиля шпунтовой сваи и замку типа бокс, образованному соответственно внутренней и внешней частями замкового (9, 10), который, в свою очередь, за счет своей симметрии и нахождению на нейтральной оси шпунтовой стены (минимальная нагрузка) надежен, прост в изготовлении, удобен в использовании, а также благодаря использованию холодногнутого листа, имеющего малый вес и стоимость, удается получить шпунтовую стенку с моментом сопротивления близким или превосходящим значения момента для горячекатаных шпунтов, но значительно меньшую по весу, более дешевую и простую в установке. Простота установки обеспечивается благодаря малому весу листов холодногнутого шпунта, жесткости конструкции сваи, пониженной энергии погружения, снижению «закусывания» сопрягаемых частей замка за счет упругости стенок замка. Большой момент сопротивления достигается благодаря замкнутой форме профиля шпунтовой стенки близкой к цилиндрической (математически наиболее оптимальная форма: максимальный момент на единицу массы сваи), внутренняя полость (8) которой может быть заполнена грунтом или для повышения прочности, забетонированным армокаркасом, что и так часто делают при формировании аналогичных по форме шпунтовых стенок из трубошпунта [1 (стр.36-37)], когда стена состоит только из туб и коннектов для увеличения воспринимаемой нагрузки. Для значительного уменьшения фильтрации жидкости через замок типа бокс, его внутренняя полость также может быть забетонирована, что, к тому же, усилит дополнительные ребра жесткости, образованные замками шпунтовой сваи. Кроме того, изменяя расстояние между наиболее удаленными от оси смыкания (3) частями сваи, варьируя толщину панели холодногнутого листа и марку используемой стали можно легко масштабировать механические характеристики свай из сваренных зеркально-симметричных холодногнутых стальных листов. Дополнительное увеличение механических характеристик свай возможно за счет наварки стальных пластин нужной толщины на внешние части сваи наиболее удаленные от оси смыкания (3).

Источники информации:

1. http://www.arcelormittal.com/sheetpiling/uploads/files/AMCRPS_Gen_Cat_RU_2009-2.pdf стр.26

2. http://www.miniape.co.uk/PlasticPiling/TheAdvancedPlasticSheetPiling/MultiLockPlasti cSheetPiling/MultiLockPlasticPilingGalleryl/tabid/147/Default.aspx

3. http://www.aed.lv/rus/produkcia/spunt/holodnognutii_svarnoi/

Устройство шпунтовой стенки, выполненное на основе шпунтовых свай, имеющих многогранный профиль, состоящих из зеркально-симметричных холодногнутых листов (панелей) с максимальным углом изгиба не более 90º, отличающееся тем, что 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).