Шпунтовая стенка

 

Полезная модель относится в основном 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, стволов шахт. Технический результат: обеспечивается возможность формирования больших углов (более 5 градусов) поворота шпунтовой стенки (криволинейность) при меньших материальных и трудозатратах на изготовление элементов стенки; также обеспечивается возможность повторного использования извлекаемых частей ограждения. Заявленный технический результат достигается за счет того, что шпунтовая стенка, содержащая сварные сваи и/или ограждающие панели и приваренные к каждой из них к их наружной поверхности пары фасонных элементов со шпунтовыми замками на свободных неприваренных кромках, отличающаяся тем, что в качестве фасонных элементов применены коннекторы, приваренные к сваям или ограждающим панелям и прошедшие антикоррозийную обработку в заводских условиях, и представляющие собой стальные соединительные элементы, выполненные с возможностью сопряжения друг с другом или с иными сваями или ограждающими панелями посредством замка, причем замки коннекторов устроены таким образом, что допускают поворот коннекторов относительно друг друга в состоянии замка, в ненагруженном состоянии обеспечивает свободное движение частей друг относительно друга (для снижения сопротивления при погружении), а при подаче растягивающей нагрузки вдоль оси коннекторов, сопрягающиеся части коннекторов смыкаются и препятствуют фильтрации влаги и грунта через замковое соединение. Размер каждого коннектора от замка до уширенной пяты составляет не более 1,5 размеров уширенной пяты.

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.

Известна шпунтовая стенка, содержащая сваи, каждая из которых включает трубу и приваренные к ее наружной поверхности элементы замкового соединения - шпунтовый замок, выполненный из трубы существенно меньшего, чем свая, диаметра с продольной прорезью, и шпунтовый Т-образный в поперечном сечении выступ, полка которого размещена во внутренней полости шпунтового замка смежной сваи шпунтовой стенки. Т-образный шпунтовый выступ трубчатой сваи в этой известной шпунтовой стенке выполнен из тавра, преимущественно, прокатного (Профиль шпунтовый трубчатый сварной. Технические условия ТУ 0925-007-01393674-03. Научно-исследовательский институт транспортного строительства, 2003 г., рис 1).

Недостатком указанной шпунтовой стенки является то, что при забивке соединенных в замок свай возможна деформация замка более жестким шпунтовым выступом - тавром, что затрудняет процесс строительства и может привести в дальнейшем к снижению герметичности замкового соединения и размыву грунта застенного пространства.

Другим недостатком указанной известной шпунтовой стенки является трудоемкость изготовления свай, т.к. к каждой трубе необходимо приварить два различных вида прокатного профиля - трубу малого диаметра и тавр, для чего требуется два разных сварочных стенда.

Известна шпунтовая стенка, содержащая стальные трубчатые сваи с приваренными к ним шпунтовыми Т-образными выступами, и чередующиеся с ними трубчатые сваи с приваренными к ним шпунтовыми замками, во внутренних полостях которых размещены полки Т-образных шпунтовых выступов смежных свай (RU 2081238 C1, 10.06.97).

Каждый шпунтовый замок в указанной шпунтовой стенке выполнен из двух уголковых профилей, одни полки которых приварены к трубе сваи, а другие - обращены навстречу друг другу с образованием зазора между ними, а шпунтовые Т-образные выступы выполнены из тавра.

Указанная известная шпунтовая стенка более технологична при изготовлении свай, чем предыдущая, поскольку к каждой трубе приваривается два одинаковых элемента - или два замка из уголковых профилей, или два тавра.

Однако и эта шпунтовая стенка не устраняет недостатка, связанного с возможностью деформации и разрушения шпунтового замка шпунтовым выступом, который, как и в предыдущей стенке, выполнен из прокатного тавра, жесткость которого не позволяет компенсировать возможные отклонения от проектного положения свай при забивке.

В этой известной шпунтовой стенке между сваями с закрепленными на них шпунтовыми выступами размещены сваи, на каждой из которых приварены по два шпунтовых замка для шпунтовых выступов двух смежных с ней свай. Каждый шпунтовый замок также, как и в предыдущей известной шпунтовой стенке, выполнен из двух уголковых профилей, одни стенки которых приварены к свае, а другие обращены навстречу друг другу и расположены с образованием зазора между ними. Однако в данном случае шпунтовые замки имеют ребра жесткости, которые приварены к профильным элементам, т.е. уголковым профилям, и соединяют их. При забивке свай с закрепленными на них двумя шпунтовыми замками ребра жесткости придают замкам дополнительную жесткость и не допускают раскрытия замков. Чередование в стенке свай со шпунтовыми выступами и свай со шпунтовыми замками в значительной мере по сравнению с предыдущей шпунтовой стенкой уменьшает ее недостатки, связанные с длительностью, трудоемкостью и высокой стоимостью работ по привариванию шпунтовых замков к тяжелым сваям, однако полностью не устраняет их.

Известна шпунтовая стенка (RU 59083 U), содержащая шпунтовые сваи из труб с приваренными к ним шпунтовыми замками и Т-образными шпунтовыми выступами, размещенными во внутренних полостях шпунтовых замков смежных сваи, отличающаяся тем, что каждый упомянутый Т-образный выступ выполнен из двух уголковых профилей, приваренных одними полками к трубе, а другими полками обращенных в противоположные стороны, при этом между приваренными полками уголковых профилей образован зазор, размер которого выбран из условия обеспечения возможности изгиба приваренных полок под воздействием внешних сил в пределах упругой деформации и составляет не менее 10% от высоты приваренной полки.

Известна шпунтовая стенка, состоящая из забитых в грунт трубчатых свай и замыкающих соединительных элементов, размещенных между сваями. На наружной поверхности каждой сваи приварены по два элемента шпунтового соединения охватывающего типа, т.е. по два замка. Каждый замок выполнен из двух уголковых профилей, одни стенки которых приварены к свае, а другие обращены навстречу друг другу и расположены с образованием зазора между ними. Внутренние полости между уголковыми профилями являются шпунтовыми пазами замкового соединения. Замыкающие соединительные элементы выполнены в виде двутавров в поперечном сечении. Полки каждого из двутавров выполняют роль охватываемых элементов шпунтового соединения, т.е. шпунтовых выступов, и размещены в шпунтовых пазах двух смежных свай, благодаря чему соединительные элементы и сваи соединены между собой в замок (JP 52-49887 A, 20.12.77).

Недостатком вышеописанной известной шпунтовой стенки является то, что при забивке свай возможно раскрытие замков, имеющих относительно слабое сечение по сравнению с жесткой трубчатой сваей, что приведет в дальнейшем к снижению грунтонепроницаемости стенки и размыву грунта застенного пространства. Кроме того, приваривание шпунтовых замков к трубчатой свае, наиболее материалоемкой и тяжелой части шпунтовой стенки, процесс достаточно трудоемкий и требующий использования кранов большой грузоподъемности, что приводит к удорожанию сооружения.

Еще один недостаток данной известной шпунтовой стенки заключается в относительно невысокой жесткости замыкающих соединительных элементов, вследствие чего для увеличения несущей способности шпунтовой стенки необходимо уменьшать расстояние между центрами свай в стенке, что неизбежно ведет к повышению металлоемкости шпунтовой стенки.

Известна шпунтовая стенка их сварных шпунтовых свай, в которой каждая свая состоит из трубы и приваренных к ее наружной поверхности элементов плоского стального шпунта с замками на свободных неприваренных кромках, причем элементы плоского шпунта каждой сваи размещены в диаметральной плоскости трубы (RU 37113, 30.12.2003 г.).

Указанная известная шпунтовая стенка обладает низкой несущей способностью из-за большого межцентрового расстояния между сваями, а элементы плоского шпунта не способны воспринимать значительное усилие от давления грунта.

Кроме того, сваи этой шпунтовой стенки трудоемки в изготовлении, т.к. элементы плоского шпунта изготавливают путем продольного разреза стандартной плоской шпунтины и перед приваркой к трубе выполняют разделку их кромок под сварные швы.

Известна шпунтовая стенка, преимущественно причала или набережной, включающая шпунтовые сваи, причем каждая свая состоит из трубы и жестко закрепленной на ее наружной поверхности пары фасонных элементов стального шпунта со шпунтовыми замками на свободных неприваренных кромках; посредством замков смежные сваи соединены между собой. Фасонные элементы стального шпунта имеют Г-образную форму в поперечном сечении, т.е. на виде в плане, и расположены кососимметрично относительно оси шпунтовой стенки, проходящей через оси трубчатых свай (RU 2010085 C1, 30.03.94 г.).

В качестве фасонных Г-образных элементов в известной шпунтовой стенке используют элементы разрезанного вдоль, преимущественно пополам, стандартного прокатного шпунта, имеющего корытообразный профиль в поперечном сечении, т.е. шпунта типа Ларсен.

В этой известной шпунтовой стенке замки всех фасонных элементов, т.е. Г-образных элементов стального шпунта, расположены на нейтральной оси шпунтовой стенки в плане, а сами Г-образные элементы стального шпунта размещены со смещением поочередно в противоположные стороны относительно упомянутой нейтральной продольной оси шпунтовой стенки, благодаря чему шпунтовая стенка имеет зигзагообразный профиль в плане. Зигзагообразный в плане профиль шпунтовой стенки обеспечивает ей высокую несущую способность.

К недостаткам указанной известной шпунтовой стенки относится трудоемкость изготовления свай, связанная с необходимостью изготовления фасонных элементов из прокатного шпунта путем его продольного разрезания с последующей подготовкой кромок под сварной шов, а также необходимостью при приварке фасонных элементов стального шпунта к каждой трубе обеспечивать заданную ориентацию Г-образных элементов в противоположные стороны кососимметрично относительно друг друга со смещением сварных швов относительно диаметральной плоскости трубы, что усложняет конструкцию стенда, на котором осуществляют монтаж трубы с элементами стального шпунта.

Кроме того, в случае необходимости уменьшения межцентрового расстояния для увеличения несущей способности шпунтовой стенки, корытообразный шпунт приходится разрезать не пополам, а на меньшие участки, с размером от замка до привариваемой кромки, значительно меньше половины расстояния между замками целого корытообразного шпунта. Это увеличивает трудоемкость изготовления фасонных элементов и их приварки к трубам, часть разрезаемого корытообразного шпунта идет в отходы.

Известна шпунтовая стенка (RU 2185476), преимущественно причала или набережной, содержащая сваи с жестко закрепленными на их наружных поверхностях шпунтовыми выступами и сварные шпунтовые замки, каждый из которых выполнен из двух профильных элементов, расположенных с зазором между ними и соединенных один с другим ребром жесткости с образованием шпунтового паза для размещения в нем шпунтового выступа сваи, отличающаяся тем, что шпунтовые замки попарно объединены в замыкающие стержнеобразные элементы, имеющие по два продольных шпунтовых паза, которые установлены в стенке между сваями, причем каждый замыкающий стержнеобразный элемент имеет площадь поперечного сечения, существенно меньшую площади поперечного сечения сваи, и выполнен сварным из двух швеллеров, полки которых обращены навстречу друг другу и расположены с образованием зазоров между ними, и по меньшей мере одного ребра жесткости, размещенного между швеллерами.

Стенка содержит дополнительный элемент - половину швеллеров, который существенно делает конструкцию соединения более дорогой, нежели простое замковое соединение двух шпунтов.

Известна шпунтовая стенка (RU 57298 U), преимущественно причала или набережной, содержащая сварные шпунтовые сваи, каждая из которых включает трубу и приваренную к ее наружной поверхности пару фасонных элементов со шпунтовыми замками на свободных неприваренных кромках, отличающаяся тем, что в качестве фасонных элементов применены стандартные, предназначенные для угловых соединений корытообразного шпунта типа Ларсен прокатные элементы, каждый из которых выполнен с отбортовкой в виде уширенной пяты на примыкающей к трубе кромке, которой он приварен к трубе, а размер каждого фасонного элемента от замка до уширенной пяты составляет менее половины расстояния между шпунтовыми замками упомянутого корытообразного шпунта.

Данное решение выбрано за прототип.

Стенка обеспечивает снижение трудозатрат при изготовлении элементов стенки, т.е. свай в виде труб с закрепленными на них фасонными элементами стального шпунта.

Но недостатком данного решения является то, что соединение фасонных элементов не позволяет формировать поворот стены. Формируемый замок соединений допускает лишь незначительный (менее 5 градусов) угол поворота при формировании стенки. Чтобы сформировать поворот необходимо производить сварку фасонных элементов на одной из свай под нужным углом. При этом из-за малого хода элементов замка относительно друг друга, очень сложным является процесс соединения таких элементов друг с другом, в особенности при погружении на больших глубины.

Задачей заявленной полезной модели является устранение недостатков прототипа и иных известных решений.

Технический результат: обеспечивается возможность формирования больших углов (до 15 градусов) поворота шпунтовой стенки (криволинейность) при меньших материальных трудозатратах на изготовление элементов стенки; облегчается погружение и извлечение, что также обеспечивается возможность повторного использования извлекаемых частей ограждения.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что шпунтовая стенка, содержащая сварные сваи и/или ограждающие панели и приваренные к каждой из них к их наружной поверхности пары фасонных элементов со шпунтовыми замками на свободных неприваренных кромках, отличающаяся тем, что в качестве фасонных элементов применены коннекторы, приваренные к сваям или ограждающим панелям и прошедшие антикоррозийную обработку в заводских условиях, и представляющие собой стальные соединительные элементы, выполненные с возможностью сопряжения друг с другом или с иными сваями или ограждающими панелями посредством замка, причем замки коннекторов выполнены с возможностью поворота коннекторов относительно друг друга на угол до 15 градусов в состоянии замка, а также выполнены с возможностью в ненагруженном состоянии обеспечивать свободное движение частей друг относительно друга (для снижения сопротивления при погружении), а при подаче растягивающей нагрузки вдоль оси коннекторов, сопрягающиеся части коннекторов смыкаются и препятствуют фильтрации влаги и грунта через замковое соединение. Кроме того, размер каждого коннектора от замка до уширенной пяты составляет не более 1,5 размеров уширенной пяты. При этом, линейные размеры коннектора значительно (в 4 и более раз) меньше размеров других элементов шпунтовой стены.

Пример конструктивного исполнения коннекторов и возможный угол поворота между ними в замке показан на Фиг.1(a). Возможные варианты стыковки коннекторов со сваей и ограждающими панелями показаны на Фиг.1(б, в, г, д).

С помощью пары стальных соединительных элементов (коннекторов) для возведения вертикальных ограждающих конструкций можно формировать шпунтовую стенку из различной последовательности соединения элементов, например:

- свая, пара коннекторов (соединительных элементов), свая (Фиг.2(a));

- ограждающая панель, коннектор, коннектор, одна и более шпунтовой ограждающей панели (сваи) корытного (U) типа, коннектор, коннектор, ограждающая панель (Фиг.2(в));

- ограждающая панель (сваи) Z-тила, коннектор, коннектор, ограждающая панель (сваи) Z-типа (Фиг.2(г));

- свая, коннектор, коннектор, одна и более шпунтовой плоской ограждающей панели (сваи), коннектор, коннектор, свая (Фиг.2(б));

- и иные комбинации.

На Фиг.3 показан пример возведения шпунтовой стенки с использованием коннекторов (вид сверху в объеме), где 1 - коннектор, 2 - ограждающая панель, 3 - свая, 4 - производственная насыпь, 5 - внешняя среда (водоем).

Свая (3) - металлическая (трубчатая, многогранная с различной формой сечения; балочная) или железобетонная конструкция, армированная композитными материалами, с выходящими на поверхность металлическими закладными элементами или композитными замками. Элемент конструкции сваи воспринимает основную нагрузку.

Коннекторы (1) (соединительные элементы) сопрягаемые друг с другом или со шпунтовыми ограждающими панелями (сваями) посредством замка. Замки коннекторов устроены таким образом, что в ненагруженном состоянии обеспечивает свободное движение частей друг относительно друга (для снижения сопротивления при погружении), а при подаче растягивающей нагрузки вдоль оси коннекторов, сопрягающиеся части коннекторов смыкаются и препятствуют фильтрации влаги и грунта через замковое соединение. Это свойство замков коннекторов позволяет их использовать для возведения различных гидротехнических сооружений как совместно со шпунтовыми панелями (сваями) различного сечения, так к без оных. Каждый из пары коннекторов имеет площадку (пяту) для соединения путем сварки коннектора и сваи, а с другой - замок.

Из-за небольшого собственного сечения коннектора, по сравнению с поперечным сечением несущей сваи, коннекторы мало влияют на механические характеристики ограждающей конструкции - моменты инерции и упругий момент сопротивления сечения, но позволяют, при этом, распределять нагрузку между соседними сваями и препятствуют проникновению вещества с одной стороны вертикальной ограждающей конструкции на другую ее сторону.

В зависимости от типа замка, коннекторы в паре могут быть одинаковыми (универсальными) или нет. Для сопряжения с выпускаемыми типами шпунтовых ограждающих панелей (свай) замки коннекторов должны иметь соответствующую форму сопрягаемых элементов.

Коннектор сопрягается со сваей и нешпунтовой ограждающей панелью посредством сварки. Коннекторы (соединительные элементы) сопрягаются с друг другом и со шпунтовой ограждающей поверхностью посредством замка.

В зависимости от целей и задач ограждающая конструкция может иметь линейную и нелинейную геометрическую форму. Для придания ограждающей конструкции линейной формы коннекторы привариваются к свае в диаметральной плоскости. Для изменения направления линейной ограждающей конструкции в точке поворота более чем на 15 градусов один из коннекторов на одной из свай, приваривается под нужным углом.

Для придания ограждающей конструкции криволинейной формы - используется конструктивная возможность поворота коннекторов в замке относительно друг друга (т.н. угол поворота в замках) на угол до 15 градусов.

Данной возможностью не обладает ни одна из известных конструкций.

Данная возможность позволяет формировать стенку с изгибом без потребности сварки фасонных элементов (кронштейнов) на одной из свай под нужным углом и процесс соединения кронштейнов друг с другом значительно упрощается.

Упрощается и возведение вертикальных ограждений. Связано с тем, что за счет проведения в заводских условиях соединения коннекторов (1) и свай (3) или коннекторов (1) и ограждающих панелей (2), а также нанесение в заводских условиях на готовое изделие антикоррозионного покрытия, устраняют потребности в проведении данных работ на месте (что значительно сложнее, затратнее и менее качественно).

Использование коннекторов за счет выбора различных по мощности несущих свай и ограждающих панелей позволяет существенно расширить возможности для проектирования (масштабирование); сократить сроки возведения ограждающих стен за счет унификации и модульности системы; снизить стоимость ограждения.

Использование коннекторов позволяет также получить дополнительную экономию за счет неполного покрытия несущей сваи коннектором и ограждающей панелью; за счет возможности повторного использования извлекаемых частей ограждения. Последнее становится возможным благодаря малым размерам коннекторов. Если шпунты с замком ларссена после возведения стенки уже практически невозможно разъединить без резки на металлолом, то малые формы коннекторов и их возможность легко манипулировать поворотом в замке позволяют достаточно несложно производить демонтаж частей ограждения без их ломки и резки.

Малость коннектора выражается в том, что линейные размеры коннектора значительно меньше (в 4 и более раз) размеров других элементов шпунтовой стены, а от замка до уширенной пяты его длина составляет не более 1,5 размеров уширенной пяты. Это оптимальное расстояние, которое требуется для придания плечу замка коннектора требуемой прочности и при этом по минимуму расходуется металл для коннектора.

1. Шпунтовая стенка, содержащая сварные сваи и/или ограждающие панели и приваренные к каждой из них к их наружной поверхности пары фасонных элементов со шпунтовыми замками на свободных неприваренных кромках, отличающаяся тем, что в качестве фасонных элементов применены коннекторы, приваренные к сваям или ограждающим панелям и прошедшие антикоррозийную обработку в заводских условиях, и представляющие собой стальные соединительные элементы, выполненные с возможностью сопряжения друг с другом или с иными сваями или ограждающими панелями посредством замка, причем замки коннекторов выполнены с возможностью поворота коннекторов относительно друг друга на угол до 15° в состоянии замка, а также выполнены с возможностью в ненагруженном состоянии обеспечивать свободное движение частей друг относительно друга (для снижения сопротивления при погружении), а при подаче растягивающей нагрузки вдоль оси коннекторов сопрягающиеся части коннекторов смыкаются и препятствуют фильтрации влаги и грунта через замковое соединение.

2. Шпунтовая стенка по п.1, отличающаяся тем, что размер каждого коннектора от замка до уширенной пяты составляет не более 1,5 размеров уширенной пяты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительных металлоконструкций и может быть использовано в конструкциях подпорных стен инженерных сооружений различного назначения, в том числе портовых и гидротехнических сооружениях, опор, мостов и ограждениях котлованов зданий и сооружений

Техническим результатом данного решения является повышение надежности стояночного тормоза с устройством сигнализации о его работе, что выражается в более надежной работе устройства сигнализации
Наверх