RU180610U1 - Элемент шпунтовой стенки - Google Patents

Abstract

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.Технический результат заявленной полезной модели состоит в уменьшении площади шпунтовой стенки; отсутствии любых промежуточных коннекторов.Указанный технический результат достигается за счет того, что элемент шпунтовой стенки, имеющий в составе несущую шпунтовую сваю, выполненный из профиля корытообразного шпунта, при этом несущая свая представляет собой профиль, который закреплен к полке корытообразного шпунта, причем корытообразный шпунт на концах содержит замки, а полка несущей сваи закреплена к балке, отличающийся тем, что профиль несущей сваи закреплен через полку несущей сваи к фланцам внутренней части полки корытообразного шпунта, причем ширина полки несущей сваи в поперечном сечении больше, чем ширина полки корытообразного шпунта в поперечном сечении.

Description

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.

Известны системы стальных двутавровых стен, производства компании Arcelor [http://www.tpk-stroy.spb.ru/shupnt_arcelor#10, http://ovacia-shpunt.ru/uploads/docs/shpunt-arcelormittal.pdf; опубл. 2012], в которых используют специальные двутавровые и Z-образные шпунты для формирования жесткой стенки, которая необходима для удерживания большой нагрузки.

Известна шпунтовая стенка производства компании Arcelor [http://www.tpk-stroy.ru/shpunt_4_10.html; опубл. 2007], состоящая из двутавровых профилей с замками, между которыми установлены шпунтовые профили с замковыми соединениями, отличающийся тем, что несущая свая выполнена в виде сварного или горячекатаного Т-образного профиля (тавра), на свободном конце которого закреплен сварным соединением плоский или U-образный шпунтовый профиль холодного или горячего проката с замками на концах.

Эта и вышеуказанные шпунтовые стенки имеют ограничения по размерам форм привязанных к прокатным типоразмерам. Имеет много специальных горячепрессованных замков-коннекторов, что делает ее изготовление более сложным и дорогим процессом. Каждый коннектор имеет две замковые части, что ухудшает противофильтрационный свойства шпунтовой стены. Имеет одинаковую толщину полок, что приводит к утяжелению веса конструкции и увеличению расхода материала. Специальная несущая балка ограниченных типоразмеров имеет специальные выступы или выемки, что резко увеличивает ее стоимость.

Наиболее близким аналогом является шпунтовая стенка (патент RU 151646 U, опубл.: 10.04.2015), состоящая из несущих шпунтовых свай, имеющая несущие сваи из профиля, корытообразного или плоского шпунта, отличающийся тем, что каждая несущая свая представляет собой профиль, имеющий площадки на концах, который приварен этими площадками вдоль внешней части полки корытного или плоского шпунта, причем корытообразный или плоский шпунт на концах содержат замки, а шпунтовая стенка выстроена таким образом, что положение каждой из соседних несущих свай с профилями, имеющими площадки на концах, относительно другой соседней выполнено либо навстречу, либо в шахматном порядке, либо параллельно с использованием промежуточных шпунтовых свай между несущими сваями или без такового.

Решение обеспечивает отсутствие: любых промежуточных коннекторов, что резко снижает себестоимость 1 м² стены, удешевляет работы по забивке, уменьшает фильтрацию; относительно простом сварочном производстве; давальческое сырье для шпунтовой стенки есть всегда; в возможности замены многих комбинированных систем; удобстве бетонирования или засыпания пространства от нейтральной оси стены до передней линии анкерных полок; идеальности при использовании шпунтовой стенки в случае сползания склона, или вязкой болотистой подосновы; шпунтовая стенка обладает высоким коэффициентом полезности, превосходящим аналогичный показатель для трубошпунтовых стен; возможность комбинировать бесчисленное количество свай со всем рядом классических корытных шпунтов, существующих в мире; балочную сваю всегда можно изготовить нужной длины, не состыковывая ее, как трубный шпунт.

Технической проблемой прототипа является большая площадь шпунтовой стенки, обусловленная потребностью выстраивания положения каждой из соседних несущих свай с профилями, имеющими площадки на концах, относительно другой соседней либо навстречу, либо в шахматном порядке, либо параллельно с использованием промежуточных шпунтовых свай между несущими сваями или без такового.

Задачей заявленной полезной модели является устранение недостатков прототипа, уменьшение площади шпунтовой стенки с сохранением тех же преимуществ.

Технический результат заявленной полезной модели состоит в уменьшении площади шпунтовой стенки; отсутствие любых промежуточных коннекторов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен элемент шпунтовой стенки, имеющий в составе несущую шпунтовую сваю, выполненный из профиля корытообразного шпунта, при этом несущая свая представляет собой профиль, который закреплен к полке корытообразного шпунта, причем корытообразный шпунт на концах содержит замки, а полка несущей сваи закреплена к балке, отличающийся тем, что профиль несущей сваи закреплен через полку несущей сваи к фланцам внутренней части полки корытообразного шпунта, причем ширина полки несущей сваи в поперечном сечении больше, чем ширина полки корытообразного шпунта в поперечном сечении.

В частности, балка выполнена в виде тавра.

В частности, профиль несущей сваи закреплен через полку несущей сваи к фланцам внутренней части полки корытообразного шпунта посредством сварки.

В частности, профиль несущей сваи закреплен через полку несущей сваи к фланцам внутренней части полки корытообразного шпунта посредством болтового соединения.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 показано устройство профиля элемента шпунтовой стенки и принцип закрепления полки несущей сваи к фланцам внутренней части корытного шпунта.

На Фиг. 2 показан пример выполнения шпунтовой стенки в виде двусторонней шпунтовой стенки г/к с корытными шпунтами: г/к балка, г/к корытный шпунт.

На Фиг. 3 показан пример выполнения шпунтовой стенки в виде двусторонней шпунтовой стенки г/к с корытными шпунтами: г/к балка тавр, г/к корытный шпунт.

На Фиг. 4 показан пример выполнения шпунтовой стенки в виде двусторонней шпунтовой стенки г/к с корытными шпунтами: г/к балка, г/к корытный шпунт с промежуточными вставками двух пар корытных шпунтов в качестве промежуточной шпунтовой сваи.

На чертежах: 1 - свая, 2 - полка сваи, 3 - место сварного соединения, 4 - замок, 5 - полка корытного шпунта, 6 - фланец корытного шпунта, 7 - корытный шпунт, 8 - промежуточная шпунтовая свая.

Осуществление полезной модели

Заявленные элементы шпунтовых стен являются балочными без цельнокатаных промежуточных замков. Т.е. используются балочные шпунты без применения цельнокатаных (вне зависимости от способа производства) промежуточных замков, которые обычно применяются как в балочных шпунтах, так и в трубошпунтах.

Заявленные элементы шпунтовых стен базируются на одном и том же принципе: конструктивные опоры состоят из главных свайных профилей: балки или тавра (горячекатаных или сварных). К верхней полке балки или свободному концу тавра приварен внутренними частями фланцев корытный шпунт. Получается некоторое подобие «гриба». Два таких гриба выставляются навстречу друг другу: либо навстречу, либо в шахматном порядке, либо параллельно с использованием промежуточных шпунтовых свай между несущими сваями или без такового. «Грибы» выставляются со сдвигом вдоль нейтральной оси вращения таким образом, что правый замок левого шпунта замыкается с левым замком правого перевернутого шпунта.

В таком случае роль противофильтрационной защиты играют пары обычных, классических, горячекатаных (г/к) или холоднокатаных (х/к) шпунтов, являющиеся промежуточными шпунтовыми сваями.

Профиль-это профиль (тавр, балка и пр.) сварной, гнутый, х/к, г/к приваривается вдоль внутренней части полки корытного (или плоского) шпунта (г/к, х/к).

Все предлагаемые ниже балочные схемы базируются на одном и том же принципе, что и любые ранее существующие: конструктивные опоры состоят из главных свайных профилей (несущие сваи): балки или тавра. Главные свайные профили выполняют роль подпорных элементов. Они сопротивляются горизонтальным нагрузкам от грунтового и гидростатического давлений. Несущие сваи также передают и вертикальные нагрузки на грунт.

Промежуточные сваи, в виде одной или нескольких пар классических шпунтов (г/к, х/к) кроме противофильтрационной и противосуффозионной защиты выполняют роль восприятия распора грунта и передачи нагрузок. Они могут быть короче, чем главные свайные профили (несущие сваи).

Положение «грибов» навстречу друг другу, вкупе со сдвигом, при прочих равных условиях, генерирует аналогичный момент инерции как в прототипе, и больший момент инерции и меньший вес на 1 м² системы одновременно, чем аналогичные по параметрам, такие же системы, но выставленная без описанного выше сдвига.

Так, поставив «грибные» сваи навстречу друг другу, но без сдвига, мы получим момент инерции в два раза выше запланированного, а упругий момент такой же, как в нашей системе и системе со сдвигом, но и вес на 1 м² существенно выше. Например, в случае использования известных шпунтов Л5Д, Л5УМ вес будет больше. При этом надо проводить дополнительные сварочные работы, что бы получить шестигранник.

Поставив «грибные» системы рядом друг с другом, «грибами» вверх по одной горизонтали, мы получим момент инерции существенно меньше, а вес квадратного метра такой же, как и в системе с «правильным» сдвигом.

Кроме того, в данном случае нам потребуется корытный шпунт с несимметричными замками. Подобные шпунты с несимметричными замками на данный период производится только в Японии, их транспортировка дорога, длительна и стоимость высокая. Заявленная полезная модель имеет цель заменить подобные шпунты с несимметричными замками альтернативной конструкцией шпунтовой стенки.

Если в заявленной нами шпунтовой стенке будем увеличивать сдвиг «грибов», например, на одну пару корыт, то момент инерции явно уменьшится. На примере (Л5Д, Л5УМ): момент уменьшится чуть меньше, чем в два раза, если мы увеличиваем систему на пару корыт. Вес на 1 м² уменьшится, но нужного момента мы не достигнем.

Текущая экономическая ситуация предполагает быстрый поиск технологических решений, позволяющих снизить стоимость шпунтовых стен, в том числе, и для вновь возводимых глубоководных портов на юге и севере страны, минимизировать зависимость от импортных комплектующих.

На Фиг. 2-Фиг. 4 показаны безконнекторные односторонние и двусторонние балочные шпунтовые стены с внутренним анкером и промежуточной шпунтовой сваями (юбкой) из корытных шпунтов, или иначе - «грибные» шпунтовые стены.

Для глубоководных портов нужны мощные и длинные несущие шпунтовые сваи. Как правило, такие сваи могут быть либо круглого сечения, либо балочного. Оба варианта требуют сварки - присоединения шпунтового замка и стыковки частей сваи. Новая труба большого диаметра - это дорого и долго. Плюс к ней нужен еще более дорогой замок-коннектор, плюс дорогая логистика. Крупных балок при нынешнем технологическом укладе не выпускают. Значит, балку нужно сварить. А еще лучше вместо балки применить тавр - он меньше весит и необходимые моменты сечения ему легко подобрать. Современные сварные технологии позволяют получить прочность сварного соединения на уровне не хуже, чем прочность основного металла. Эти факты и послужили отправной точкой для выработки нижеописанного технического решения.

Сущность заявленной полезной модели выражена в следующей конструкции (см. Фиг. 1). Полезная модель представляет собой шпунтовую стенку, имеющую несущие и промежуточные шпунтовые сваи.

Шпунтовая стенка имеет в составе несущие шпунтовые сваи, выполненные из профиля корытообразного шпунта 7, при этом каждая несущая свая представляет собой профиль, который закреплен к фланцам 6 корытообразного шпунта 7 краями полки 2 сваи 1, причем корытообразный шпунт 7 на концах фланцев 6 содержит замки 4. При этом полка 2 сваи в поперечном сечении шире, чем полка 5 корытного шпунта 7.

Балка 1 может быть выполнена в виде тавра. Балка 1 и тавра - это несущие сваи, которые являются сварными, гнутыми, х/к, г/к, и которые закреплены вдоль внутренней части полки 5 к корытному шпунту (г/к, х/к) 7.

Закрепление к фланцам 6 корытообразного шпунта 7 краями полки 2 сваи 1 может быть выполнено, например, посредством сварки 3 или посредством болтового соединения (на чертежах не показано).

Шпунтовая стенка может содержать промежуточные шпунтовые сваи 8, которые выполнены с сопрягаемыми к шпунту несущей сваи замками (см. Фиг. 4).

Промежуточные шпунтовые сваи 8 (см. Фиг. 4), если они присутствуют в шпунтовой стенке, выполнены с сопрягаемыми к шпунту несущей сваи замками 4. Корытообразный шпунт на концах профиля также содержит замки 4.

Замки г/к шпунтов находятся на нейтральной оси, поэтому они в большей степени защищены от так называемых горизонтальных нагрузок (например, торошения льда, ледяных полей, цунами, сильных течений и т.д.), а кроме того, замки специально могут еще быть закрыты анкерной полкой тавра или балки.

Т.к. соединительные коннекторы для профиля не требуются, то выбор видов основных свай не лимитируется. В этом случае не нужны дорогостоящие специальные г/к шпунтовые балочные сваи с выемками. Выбор свай определяется только нагрузками, что предопределяет громадную инвариантность свай, и что в свою очередь, влияет на удешевление шпунтовой стены, и возможность выбора таких свай, которые будут выдерживать громадные изгибающее моменты.

Благодаря тому, что профиль несущей сваи закреплен полкой к фланцам внутренней части корытообразного шпунта, а ширина в поперечном сечении полки сваи больше, чем ширина в поперечном сечении полки корытного шпунта, формируется прочное трапециевидное соединение, по прочности не уступающее шпунтовой стенке в прототипе, но имеющее меньшую площадь.

Площадь шпунтовой стенки уменьшается потому, что длина комбинации свая с полкой и корытообразный шпунт, меньше чем у прототипа, за счет соединения корытообразного шпунта в его внутренней части фланцами и полкой сваи, т.е. замена «рюмки» в прототипе на «гриб». Тем самым, удается уменьшить площади шпунтовой стенки, обеспечить отсутствие любых промежуточных коннекторов и все преимущества шпунтовой стенки как в прототипе.

Claims (4)

1. Элемент шпунтовой стенки, имеющий в составе несущую шпунтовую сваю, выполненный из профиля корытообразного шпунта, при этом несущая свая представляет собой профиль, который закреплен к полке корытообразного шпунта, причем корытообразный шпунт на концах содержит замки, а полка несущей сваи закреплена к балке, отличающийся тем, что профиль несущей сваи закреплен через полку несущей сваи к фланцам внутренней части полки корытообразного шпунта, причем ширина полки несущей сваи в поперечном сечении больше, чем ширина полки корытообразного шпунта в поперечном сечении.

2. Элемент шпунтовой стенки по п. 1, отличающийся тем, что балка выполнена в виде тавра.

3. Элемент шпунтовой стенки по п. 1, отличающийся тем, что профиль несущей сваи закреплен через полку несущей сваи к фланцам внутренней части полки корытообразного шпунта посредством сварки.

4. Элемент шпунтовой стенки по п. 1, отличающийся тем, что профиль несущей сваи закреплен через полку несущей сваи к фланцам внутренней части полки корытообразного шпунта посредством болтового соединения.

Images