Шпунтовая стенка и устройство для вдавливания свай

Изобретение относится к области строительства, преимущественно к гидротехническим сооружениям, и может быть использовано при возведении причальных и подпорных стенок на грунтах, допускающих забивку шпунтов и свай, а также подпорных стенок в промышленном и гражданском строительстве. Шпунтовая стенка состоит из трубчатых свай с продольными замками между сваями. Продольный замок выполнен в виде соединенных между собой пар разрезных секторов труб с образованием х-образного профиля с возможностью взаимодействия наружных поверхностей свай и секторов, при этом расстояние между сваями L определяется из соотношения. Технический результат состоит в снижении трудоемкости изготовления и монтажа трубчатой шпунтовой стенки, повышении точности монтажа, прочности и жесткости конструкции. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 17 ил.

 

Изобретение относится к области строительства, преимущественно к гидротехническим сооружениям, и может быть использовано при возведении причальных и подпорных стенок на грунтах, допускающих забивку шпунтов и свай, а также подпорных стенок в промышленном и гражданском строительстве.

Известна шпунтовая стенка, включающая трубы, которые снабжены элементами шпунтового соединения охватывающего и охватываемого типов, представляющими собой продольный шпунтовой замок и выступ (см. ГОСТ Р 52664-2006. Шпунт трубчатый сварной).

Недостатками известного устройства являются значительная трудоемкость изготовления в связи со значительным объемом сварочных работ, недостаточная прочность и жесткость стенки в районе замков.

Известна шпунтовая стенка, включающая трубы, снабженные приваренными снаружи к боковым стенкам труб универсальными плоскими замками с шарнирным зацеплением между собой (см. ТУ 5264-002-13512256-2008. Шпунт трубчатый сварной).

Недостатками известного устройства являются трудоемкость изготовления замковых элементов, монтажа, а также недостаточная жесткость и прочность стенки в районе замкового соединения.

Известно устройство вдавливания строительных конструкций, например, шпунтовых стенок, включающее как минимум две опоры, соединенные между собой горизонтальной балкой, в которой установлено вдавливающее устройство. В опорах и балке установлены устройства для перемещения, фиксации и направления усилия устройства вдавливания (см. патент РФ №2159829. Устройство для вдавливания свай и/или других строительных конструкций и способ вдавливания с использованием этого устройства).

Недостатками устройства являются невозможность точной установки и перемещения вдавливаемого свая относительно установленных свай.

Известен способ вдавливания свай, при котором вдавливаемое устройство установлено в балке с опорами, а подведение вдавливаемого устройства осуществляют его перемещением по балке и/или перемещением балки между опорами (см. патент РФ №2159829. Устройство для вдавливания свай и/или других строительных конструкций и способ вдавливания с использованием этого устройства).

Недостатками известного способа являются невозможность точного подведения и перемещения вдавливаемого свая относительно смонтированных свай.

Целью предлагаемого технического решения является снижение трудоемкости изготовления и монтажа трубчатой шпунтовой стенки, повышение точности монтажа, прочности и жесткости конструкции.

Технический результат достигается тем, что в шпунтовой стенке, состоящей из трубчатых свай с продольными замками между сваями, продольный замок выполнен в виде соединенных между собой пар разрезных секторов труб с образованием х-образного профиля с возможностью взаимодействия наружных поверхностей свай и секторов, при этом расстояние между сваями L определяется из соотношения

,

где D₀ и D₁ - соответственно наружные диаметры трубчатой сваи и трубного сектора.

Трубные секторы замков стенки соединены между собой болтами, расположенными по линии их касания между собой.

Отверстия под болты в замках стенки выполнены больше диаметра болтов.

Между болтом и трубным сектором в замке шпунтовой стенки установлен предварительно поджатый упругий элемент.

Трубчатые сваи стенки в зоне касания с трубными секторами смежных замков по обе стороны от стенки снабжены двумя уголками с возможностью взаимодействия с периферийной частью трубных секторов.

Трубчатые сваи в зоне взаимодействия с трубными секторами снабжены уголками с возможностью взаимодействия с периферийной частью трубных секторов.

Трубчатая свая стенки в верхней части, симметрично плоскости, проходящей через оси свай и соосно им с образованием сквозного замкнутого проема, снабжена профилем (уголок, швеллер, труба) с установленным ответно проемам П-образным замковым элементом.

В установке для направления и вдавливания трубчатой сваи, содержащей как минимум две опоры с подвижными упорными элементами, соединенные с балкой с установленным на последней устройства для направления и вдавливания сваи, расстояние между опорами равно шагу расположения трубчатых свай, а упоры выполнены ответно внутреннему диаметру сваи, в балке, на расстоянии шага сваи, выполнено ответно вдавливаемой сваи вертикальное отверстие, ось которого проходит в плоскости, проходящей через оси вдавленных свай.

В установке смежная с вдавливаемой сваей опора в верхней части снабжена имитатором сваи с верхним замковым элементом и штангой, пропущенной через проемы верхнего замка имитатора и вдавленной трубы, при этом вдавливаемая свая посредством шарнира (проушины) соединена со штангой.

Конструкция предлагаемого устройства и способа поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема шпунтовой стенки.

На фиг.2-5 - вид в плане схемы вариантов исполнения шпунтовой стенки.

На фиг.6 - детальное изображение поперечного сечения шпунтовой стенки на фиг.4 (фрагмент стенки).

На фиг.7 и 8 - схема шпунтовой стенки с указанием размеров элементов при D₀>D₁ и D₀<D₁.

На фиг.9 - сечение А-А на фиг.1 (схема верхнего замкового соединения шпунтовой стенки).

На фиг.10-13 - узел Б на фиг.3 (крепление замкового узла стенки).

На фиг.14 - монтажное устройство для установки, фиксации и направления шпунтовой стены.

На фиг.15 - сечение В-В на фиг.14 (сечение проема балки для размещения вдавливаемой сваи).

На фиг.16 - сечение Г-Г на фиг.14 (сечение упора и разрезных клиньев).

На фиг.17 - сечение Д-Д на фиг.14 (сечение монтажного замка устройства).

Шпунтовая стенка содержит трубчатые сваи 1 (фиг.1), расположенные с шагом «L», между которыми установлены продольные шпунтовые замки 2, выполненные в виде соединенных между собой пар разрезных секторов 3 и 4 (фиг.2 и 3) труб с образованием x-образных профилей с возможностью взаимодействия наружных поверхностей свай 1 и периферийных зон секторов 3 и 4. Сектора 3 и 4 могут быть соединены неразъемным соединением, например, угловыми сварными швами (на фиг.2 не указаны), или разъемным соединением, например, болтами 5 (фиг.3), расположенным по линии касания секторов 3 и 4.

В верхней части свай 1, параллельно последней в плоскости, проходящей через оси свай 1, могут быть установлены, с образованием сквозного замкнутого проема (на фиг. не указан), профили 6 (уголок, швеллер, труба) (фиг.1-3), а в проемы установлены ответные П-образные замковые элементы 7 с образованием верхнего замка.

В зоне взаимодействия с секторами 3 и 4 трубные сваи 1 шпунтовой стенки, в которой сектора 3 и 4 соединены между собой сварными швами (фиг.2), могут быть снабжены двумя уголками 8 и 9 (фиг.4 и 6) с возможностью взаимодействия торцов секторов 3 и 4 со свободными гранями уголков 8 и 9.

Трубные сваи 1 могут быть снабжены уголками 8, 9, 10 и 11 (фиг.5) с возможностью взаимодействия торцов секторов 3 и 4 со свободными гранями уголков 8-11.

Шаг L установки свай 1 (фиг.7) может быть определен из треугольника OO₁C

,

где D₀, D₁ - соответственно диаметры трубы сваи 1 и трубных секторов 3 и 4.

Из фиг.7 видно, что при D₁<D₀ угол α, образованный между радиусами OO₁, проходящими через точки касания свай 1 и секторов 3-4, больше 120° и меньше 180°.

При D₁>D₀ (фиг.8) угол α составит менее 120°. При этом, исходя из реального расстояния между сваями 1, угол α выбирается больше 50°, т.е. замки 2 образуются 1/6, 1/5, 1/4 или 1/3 частями трубных секторов 3 и 4.

Ответные сквозным проемам (фиг.3), образованным трубами 6 (фиг.3), П-образные замковые элементы 7 могут быть установлены с небольшим зазором.

Болты 5 (фиг.5), соединяющие сектора 3 и 4, могут быть установлены с небольшим зазором (фиг.10), или отверстия 12 (фиг.11) под болты могут быть выполнены больше диаметра болтов 5.

Между болтом 5 (фиг.12 и 13) и секторами 3 и 4 могут быть установлены предварительно поджатые упругие элементы 13 и 14, например тарельчатые пружины.

Установка для фиксации, направления и сдавливания свай 1 включает горизонтальную балку 15 (фиг.14), в которой с шагом L установлены опоры 16, 17, а в проем (на фиг. не указана), ответно выполненный в балке 15 сваю 1, - вдавливаемая свая 1 (фиг.15). Устройство для вдавливания свай (ударное, гидравлическое, на фиг. не показано) передает усилие на сваю 1. Упоры опор 16 и 17 выполнены, например, в виде конусов 18, 19 и ответно выполненным им разрезных клиньев 20 (фиг.16). Разрезные клинья 20 подвешены на балке 15, например, посредством стержней 21. Стержни 21, например, пропущены в сквозные отверстия (на фиг. не указаны), выполненные в балке 15 и клиньях 20. Поперечный размер (диаметр) отверстий в балке 15 и клиньях 20 больше размера сечения (диаметра) стержней 21. Стержни 21 снабжены верхними 22, средними 23 и нижними 24 упорами. Верхний упор 22, выполненный, например, в виде гаек, и который со стороны балки 15 подпружинен пружиной 25 через, например, кольцевую тарелку 26. Средний упор 23 выполнен с возможностью взаимодействия с торцом сваи 1, а нижний 24 упор установлен с возможностью взаимодействия с нижним торцом клиньев 20. Опоры 16 и 17 в нижней части конусов 18 и 19 снабжены упорами 27 и 28 с возможностью их взаимодействия с торцами разрезных клиньев 20. Балка 15 в верхней части, соосно упору 17 и конусу 19, снабжена имитатором 29 сваи, при этом через проемы верхнего замка последней вдавленной сваи 1 и имитатора 29 пропущена штанга 30. Симметрично плоскости, проходящей через ось имитатора 29 и штанги 30, в стенке имитатора 29 выполнен сквозной продольный паз 31. Верхний замок вдавливаемой сваи 1 посредством оси 32 снабжен проушиной 33, которая посредством ответно выполненной штанге 30 отверстия (на фиг. не указано) соединена со штангой 30, и пропущена в паз 31 имитатора 29. Проушина 33 снабжена упором 34, ответно выполненным внутренней поверхности имитатора 29 и с возможностью взаимодействия с ней.

Эксплуатация и монтаж предлагаемой шпунтовой стенки, работа устройства для фиксации и вдавливания свай осуществляется следующим образом.

Исходя от ожидаемого давления грунта на шпунтовую стену выбираются диаметры свай 1 (D₀) и сегментов 3, 4 (D₁).

При малом давлении грунта шаг L установки свай увеличивается путем увеличения диаметра D₁ сегментов 3, 4 при одновременном уменьшении диаметра D₀ сваи 1 (фиг.1, 7 и 8). При этом сегменты 3, 4 замка 2 могут составлять от 1/6 до 1/3 части трубы. При увеличении шага L установки сваи 1, при одновременном уменьшении диаметра сваи 1, также снижается жесткость замка 2, т.е. происходит снижение жесткости и прочности шпунтовой стенки по всему сечению равномерно.

При значительном давлении грунта увеличивается диаметр сваи 1, и при этом увеличивается центральный угол α секторов 3 и 4. При уменьшении шага L установки свай 1 происходит одновременное снижение диаметра D₁ секторов 3 и 4, что приводит к увеличению прочности и жесткости замка 2.

С целью обеспечения высокой жесткости и прочности, секторы 3 и 4 замка соединяются между собой двумя продольными угловыми швами. При сложности обеспечения достаточно точного шага установки по всей длине свай 1 секторы 3 и 4 могут быть соединены между собой болтом 5 (фиг.3) с небольшим зазором (фиг.10) или со значительным гарантированным зазором между болтом 5 и отверстием под болт (фиг.11). С целью обеспечения контакта свай 1 с секторами 3 и 4 замка 2 при значительном изменении шага L, между болтами 5 и секторами 3 и 4 может быть установлен предварительно поджатый упругий элемент, например, тарельчатая пружина 13.

Шпунтовая стенка в основном воспринимает нормальное давление грунта. Учитывая значительную жесткость трубных секторов 3 и 4, их взаимодействие между собой и со сваями 1, шпунтовая стенка внешнюю нагрузку воспринимает как единая конструкция. При необходимости, с целью гарантированного обеспечения взаимодействия элементов стенки (свая 1 и замка 2) в продольном направлении, смежные сваи 1 могут быть снабжены уголками 8 и 9, имеющими возможность взаимодействия с периферийной частью секторов 3 и 4 (фиг.4). Возможно снабжение каждой сваи 1 четырьмя уголками 8-11 (фиг.5). При этом уголки 8, 9 или 8-11 со сваями 1 образуют дополнительные замки, исключающие взаимное перемещение свай 1 и замка 2 в плоскости стенки.

Установка для фиксации, направления и вдавливания свай работает следующим образом.

Перед установкой конусов 18 и 19 во вдавленные сваи 1 нижний упор 24 под действием пружины 25 прижат к нижнему торцу клиньев 20. При опускании опор 16 и 17 с разрезными клиньями 20 в проемы трубчатых свай 1 средний упор 23 взаимодействует с торцом сваи 1 и стрежни 21, а с ними и разрезные клинья 20 останавливаются. При дальнейшем движении конусов 18 и 19 вниз клинья 20 раскрываются до взаимодействия с внутренней боковой поверхностью свай 1. Далее конуса 18 и 19 сажаются на клинья 20 и останавливаются под действием силы трения между клиньями 20 и внутренней поверхностью свай 1. В вертикальный проем (не фиг. не указан) устанавливается вдавливаемая свая 1, которая посредством проушины (шарнира) 31 с осью 32 соединяется со штангой 30, пропущенной в сквозные проемы (на фиг. не указаны), образованные профилем 6 и сваей 1 и имитатором 29. При такой установке вдавливаемой сваи 1 обеспечивается шаг L расположения сваи 1, вертикальное ее расположение и обеспечение монтажа шпунтовой стенки по одной плоскости. При вдавливании сваи 1 проушина 31 также перемещается вниз вдоль штанги 30.

После полного вдавливания сваи 1 снимается проушина 31. Балка 15 поднимается вверх. Конусы 18 и 19 отрываются от клиньев 20, и при дальнейшем движении опор 16 и 17 нижние упоры 27 и 28 взаимодействуют с клиньями 20. В дальнейшем перемещении балки 15 вверх опоры 16 и 17 с клиньями 20 вытаскиваются из свай 1.

1. Шпунтовая стенка, состоящая из трубчатых свай с продольными замками между сваями, отличающаяся тем, что продольный замок выполнен в виде соединенных между собой пар разрезных секторов труб с образованием Х-образного профиля с возможностью взаимодействия наружных поверхностей свай и секторов, при этом расстояние между сваями L определяется из соотношения
,
где D₀ и D₁ - соответственно наружные диаметры трубчатой сваи и трубного сектора.

2. Шпунтовая стенка по п.1, отличающаяся тем, что трубные секторы соединены между собой болтами, расположенными по линии их касания между собой.

3. Шпунтовая стенка по п.2, отличающаяся тем, что отверстия под болты выполнены больше диаметра болтов.

4. Шпунтовая стенка по п.2 или 3, отличающаяся тем, что между болтом и трубным сектором установлен предварительно поджатый упругий элемент.

5. Шпунтовая стенка по пп.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что трубчатые сваи в зоне касания с трубными секторами смежных замков по обе стороны от стенки снабжены двумя уголками с возможностью взаимодействия с периферийной частью трубных секторов.

6. Шпунтовая стенка по пп.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что трубчатые сваи в зоне взаимодействия с трубными секторами снабжены уголками с возможностью взаимодействия с периферийной частью трубных секторов.

7. Шпунтовая стенка по пп.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что трубчатая свая в верхней части, симметрично плоскости, проходящей через оси свай и соосно им с образованием сквозного замкнутого проема, снабжена профилем (уголок, швеллер, труба) с установленным ответно проемам П-образным замковым элементом.

8. Установка для направления и вдавливания свай, содержащая как минимум две опоры с подвижными упорными элементами, соединенные с балкой с установленным на последней устройства для направления и вдавливания сваи, отличающаяся тем, что расстояние между опорами равно шагу расположения трубчатых свай, а упоры выполнены ответно внутреннему диаметру сваи, в балке, на расстоянии шага сваи выполнено ответно вдавливаемой свае вертикальное отверстие, ось которого проходит в плоскости, проходящей через оси вдавленных свай.

9. Установка по п.8, отличающаяся, тем, что смежная с вдавливаемой сваей опора в верхней части снабжена имитатором сваи с верхним замковым элементом и штангой, пропущенной через проемы верхнего замка имитатора и вдавленной трубы, при этом вдавливаемая свая посредством шарнира (проушины) соединена со штангой.