Ячеистая шпунтовая стена

Техническое решение относится к области строительства подпорных стен из стального шпунта, преимущественно - к строительству гидротехнических сооружений: причальных, оградительных, судоподъемных, берегозащитных, а также опор мостов.

Технической задачей является выполнение шпунтовой стены с повышенной по отношению к известным решениям несущей способностью (изгибной жесткостью), обеспечивающейся параметрами показателей жесткости полки () и стенки (), чем также достигается снижение металлоемкости.

Решается это тем, что в шпунтовой стене, образованной из металлических элементов двутавровой формы поперечного сечения, каждый из них имеет две полки, расположенные симметрично относительно оси стены и параллельно ей и в центре жестко соединенные между собой стенкой, располагаемой к полкам под прямым углом, а на продольных краях каждой полки выполнены объемлющие - в виде обоймы или объемлемые - в виде кулачков, замковые элементы, соединением которых посредством заведения кулачков в обоймы осуществлено объединение смежных металлических элементов в шпунтовую стенку с образованием в ней замкнутых в плане ячеек-полостей. На одной из полок каждого металлического элемента выполнены две обоймы, а на противолежащей ей полке - два кулачка, причем центры кулачков расположены на линиях, параллельных оси металлического элемента и проходящих через обоймы в сечениях с максимальной высотой полости, и все замковые элементы расположены на внутренних, обращенных к оси шпунтовой стены поверхностях полок, при этом жесткость полки (v) и жесткость стенки () выбраны в следующих интервалах:

- от 0,019 до 0,032; - от 0,0114 до 0,0138. По крайней мере, часть ячеек и/или полостей, в которых расположены замковые элементы, может быть заполнена твердеющим, предпочтительно гидроизоляционным, материалом.

Техническое решение относится к области строительства подпорных стен из стального шпунта, преимущественно - к строительству гидротехнических сооружений: причальных, оградительных, судоподъемных, берегозащитных, а также опор мостов.

Сооружения с несущими стальными шпунтовыми стенками получили широкое распространение вследствие высокой эффективности при строительстве на воде в широком диапазоне грунтовых условий, экономичности по затратам ресурсов, меньшей чувствительности к перегрузкам по сравнению с другими известными конструкциями (Смирнов Г.Н. и др., Порты и портовые сооружения, Москва, Стройиздат, 1993, с.371-374).

Известна шпунтовая стенка, возводимая из волнообразных в плане стальных шпунтовых элементов, каждый из которых имеет полки, расположенные по разные стороны от оси стены параллельно ей со смещением вдоль этой оси относительно смежных полок и соединенные между собой поперечными стенками. Стенки располагаются под тупым углом к полкам с образованием в каждом шпунтовым элементе крайних полустенок, имеющих на своих свободных краях соответственно кулачок и обойму, образующие замковые соединения шпунтовых элементов в стене, причем каждая обойма расположена на внешней, а каждый кулачок - на внутренней поверхности соответствующих полу стенок (RU 2151236 С1, E02D 5/08, 20.06.2000).

Данная конструкция может быть реализована в области значений момента сопротивления сечения стены до 8-10×10³ см ³/м. Для более мощных стен волнообразная форма сечения становится технологически недостижимой вследствие необходимости существенно увеличивать высоту сечения, длину этой волны, толщину стенки и полок. В стенках с моментом сопротивления свыше 10×10 ³ см³/м эффективным решением являются ячеистые конструкции, возводимые из двутавровых шпунтовых элементов.

Известна шпунтовая стенка, возводимая из двутавровых элементов, каждый из которых имеет две полки, расположенные симметрично относительно оси стены и в центре жестко соединенные между собой стенкой, располагаемой к полкам под прямым углом, причем на продольных краях полок с их внешней стороны выполнены треугольной формы выступы, предназначенные для соединения с надеваемыми на края полок замковыми элементами-стержнями, в которых выполнены полости для заводки выступов полок и объединения тем самым смежных двутавровых элементов между собой (US 2018625, кл. 405-277, 22.10.1935).

Недостатком данной конструкции шпунтовой стенки является расположение замковых соединений двутавровых элементов за внешней лицевой гранью стены, т.е. в зоне, где они подвергаются наиболее интенсивному воздействию волн, потоков, наносов, что негативно влияет на их долговечность, не исключая возможности повреждения, как при возведении стенки, так и при ее эксплуатации, также и в следствие расположения ответственных замковых соединений в зоне сечения с большим моментом инерции.

Наиболее близким по своей технической сущности аналогом предлагаемого изобретения является шпунтовая стена, образованная из металлических элементов двутавровой формы поперечного сечения, каждый из которых имеет две полки, расположенные симметрично относительно оси стены и параллельно ей и в центре жестко соединенные между собой стенкой, располагаемой к полкам под прямым углом, а на продольных краях каждой полки выполнены объемлющие - в виде обоймы или объемлемые - в виде кулачков, замковые элементы, соединением которых посредством заведения кулачков в обоймы осуществлено объединение смежных металлических элементов в шпунтовую стенку с образованием в ней замкнутых в плане ячеек-полостей, причем на одной из полок каждого металлического элемента выполнены две обоймы, а на противолежащей ей полке - два кулачка, причем центры кулачков расположены на линиях, параллельных оси металлического элемента и проходящих через обоймы в сечениях с максимальной высотой полости, и все замковые элементы расположены на внутренних, обращенных к оси шпунтовой стены поверхностях полок, при этом отношение ширины полки к ширине стенки металлического элемента выдержано в пределах от 0,6 до 0,8 у металлического элемента с отношением толщины полки к ее ширине в пределах от 0,020 до 0,0225 и от 0,55 до 0,7 у металлического элемента с отношением толщины полки к ее ширине в пределах от 0,0225 до 0,025 (RU 2385992 C1, E02D 5/04, 2010).

Предлагаемое техническое решение создает преимущества перед известными в части обеспечения заданной жесткости при снижении металлоемкости.

Таким образом, технической задачей настоящей полезной модели является выполнение шпунтовой стены с повышенной по отношению к известным решениям несущей способностью (изгибной жесткостью), обеспечивающейся параметрами показателей жесткости полки () и стенки (), чем также достигается снижение металлоемкости.

Эта задача решается тем, что в ячеистой шпунтовой стене, образованной из металлических элементов двутавровой формы поперечного сечения, каждый из них имеет две полки, расположенные симметрично относительно оси стены и параллельно ей и в центре жестко соединенные между собой стенкой, располагаемой к полкам под прямым углом, а на продольных краях каждой полки выполнены объемлющие - в виде обоймы или объемлемые - в виде кулачков, замковые элементы, соединением которых посредством заведения кулачков в обоймы осуществлено объединение смежных металлических элементов в шпунтовую стенку с образованием в ней замкнутых в плане ячеек-полостей. На одной из полок каждого металлического элемента выполнены две обоймы, а на противолежащей ей полке - два кулачка, причем центры кулачков расположены на линиях, параллельных оси металлического элемента и проходящих через обоймы в сечениях с максимальной высотой полости. Все замковые элементы расположены на внутренних, обращенных к оси шпунтовой стены поверхностях полок. Жесткость полки () и жесткость стенки () выбраны в следующих интервалах:

- от 0,019 до 0,032;

- от 0,0114 до 0,0138.

При этом, по крайней мере, часть ячеек и/или полостей, в которых расположены замковые элементы, может быть заполнена твердеющим, предпочтительно гидроизоляционным, материалом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан участок ячеистой шпунтовой стены (вид сверху), расположенной по оси 1 и собранной из двутавровых элементов 2;

Располагаемые по оси 1 двутавровые элементы 2 шпунтовой стены имеют полки 3а и 3б расположенные симметрично относительно оси стены и параллельно ей, и стенки 4, расположенные под прямым углом к полкам и жестко соединенные с ними в точках по центру полок. По продольным краям полок 3б выполнены замковые элементы - обоймы 5, а полок 3а - замковые элементы - кулачки 6. Заведением кулачков в обоймы в процессе сборки шпунтовой стены осуществляют объединение двутавровых элементов в единую конструкцию стены, при этом в ней образуются ячейки 7 повышенной изгибной жесткости, а замковые элементы 5 и 6 описанным выше образом располагаются в этих ячейках. При необходимости для достижения водонепроницаемости стены и защиты замковых соединений ячейки 7 и/или полости замковых соединений могут быть заполнены бетоном или иным гидроизоляционным материалом.

Ячеистая шпунтовая стена изготавливается из двутавровых элементов (профилей). Удельная металлоемкость такой стены, обладающей требуемой несущей способностью при работе на изгиб, зависит от параметров, определяющих пропорции сечений двутавровых элементов. Прежде всего, это отношение толщины полки двутаврового элемента к ее ширине ( -показатель жесткости полки) и отношение ширины полки к ширине стенки (показатель ).

Для решения указанной выше задачи было выполнено опытное конструирование двутавровых профилей для стен с удельным моментом сопротивления 60 и 430 см³/см, на основе которого были определены пропорции сечений двутавров, области значений параметров их формы (отношение ширины полки к ширине стенки) и (отношение толщины полки к толщине стенки), позволяющие достигать эффективных показателей удельной металлоемкости шпунтовых стен требуемой несущей способности.

Было установлено, что рассматриваемые эффективные показатели шпунтовой стены достигаются в случаях, когда параметры и выдержаны в пределах, определяемых по таблице 1.

Таблица 1
Показатели жесткости элементов сечения	Соответственная область значений параметров * и *
0,0114	0,019-0,032	0,60-0,77	1,17-1,78
0,0138	0,019-0,032	0,66-1,05	0,72-1,43
* - Указаны граничные значения параметров, соответствующие граничным значениям и . Для промежуточных значений показателей и значения параметров и определяют линейной интерполяцией.

1. Ячеистая шпунтовая стена, образованная из металлических элементов двутавровой формы поперечного сечения, каждый из которых имеет две полки, расположенные симметрично относительно оси стены и параллельно ей и в центре жестко соединенные между собой стенкой, располагаемой к полкам под прямым углом, а на продольных краях каждой полки выполнены объемлющие - в виде обоймы или объемлемые - в виде кулачков замковые элементы, соединением которых посредством заведения кулачков в обоймы осуществлено объединение смежных металлических элементов в шпунтовую стену с образованием в ней замкнутых в плане ячеек-полостей, отличающаяся тем, что на одной из полок каждого металлического элемента выполнены две обоймы, а на противолежащей ей полке - два кулачка, причем центры кулачков расположены на линиях, параллельных оси металлического элемента и проходящих через обоймы в сечениях с максимальной высотой полости, и все замковые элементы расположены на внутренних, обращенных к оси шпунтовой стены поверхностях полок, при этом жесткость полки () и жесткость стенки () выбраны в следующих интервалах:

- от 0,019 до 0,032;

- от 0,0114 до 0,0138.

2. Ячеистая шпунтовая стена по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, часть ячеек и/или полостей, в которых расположены замковые элементы, заполнены твердеющим, предпочтительно гидроизоляционным, материалом.