Шпунтовая стенка
Владельцы патента RU 2752974:
Публичное акционерное общество «Северсталь» (ПАО «Северсталь») (RU)
Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано при строительстве причалов, шлюзов, плотин, доковых сооружений, швартовых палов, опор мостов; возведении подпорных стен; берегоукреплении, водоприемных и водоотводящих сооружений; очистных сооружений, коллекторов, тоннелей, подземных сооружений, кольцевых замкнутых и незамкнутых структур, ограждений; при обустройстве котлованов, откосов, фундаментов, стен траншей. Шпунтовая стенка состоит из несущих шпунтовых свай U-образной формы c крючкообразными замковыми элементами на концах с шахматным расположением свай в стенке. Между сваями в стенке, направленными в разные стороны, дополнительно установлены Z-образные или S-образные сваи, на концах которых выполнены направленные в разные стороны крючкообразные замковые элементы, одни из которых находятся в зацеплении с крючкообразными замковыми элементами U-образных свай верхнего ряда, а другие находятся в зацеплении с крючкообразными замковыми элементами U-образных свай нижнего ряда. Технический результат состоит в повышении несущей способности шпунтовой стенки, снижении ее материалоемкости, снижении трудоемкости и затрат на изготовление и монтаж. 2 ил., 5 табл.
Изобретение 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 (патент RU 106364 U1, МПК E02D 5/00, опубл. 2011.07.10.) из стальных трубчатых свай, включающая совокупность свай, к каждой из которых приварена пара шпунтовых замков, и совокупность чередующихся с ними замыкающих свай, к каждой из которых приварена пара шпунтовых выступов, размещенных во внутренних полостях замков смежных свай. Шпунтовые замки и шпунтовые выступы выполнены из прокатных элементов фасонного поперечного сечения, снабженных пятой под приварку, при этом каждый шпунтовый выступ выполнен с гребнем круглого или овального поперечного сечения, а каждый замок выполнен в виде обоймы с зевом, повторяющим форму гребня шпунтового выступа и охватывающим его с возможностью частичного относительного поворота. Шпунтовая стенка по известному решению трудоемка в изготовлении, требует изготовления дополнительных соединительных элементов (коннекторов), привариваемых к наружной поверхности труб, и обладает высокой стоимостью изготовления и монтажа.
Известна шпунтовая стенка ( https://www.escglobalgroup.com/esc-group-product-catalogues?lang=pt, каталог фирмы ESC, с.23 ), состоящая из корытообразных шпунтовых свай с крючкообразными коннекторами на концевых участках. Сваи, составляющие шпунтовую стенку, расположены в шахматном порядке по отношению друг к другу. Шпунтовая стенка такого исполнения обладает не высокой несущей способностью для строительства гидротехнических сооружений и обычно применяется для ограждения котлованов при сооружении фундаментов под здания и оборудование.
Известна шпунтовая стенка стенка ( https://www.escglobalgroup.com/esc-group-product-catalogues?lang=pt, каталог фирмы ESC, с.59 ), состоящая из свай двутаврового профиля и Z-образных шпунтовых профилей с крючкообразными коннекторами на концевых участках, соединенных с крючкообразными элементами, приваренными к полкам свай двутаврового профиля. Шпунтовая стенка трудоемка в изготовлении, требуется выполнение гидроплотных сварных швов большой длины для приварки крючкообразных элементов с полками свай двутаврового сечения. Несущая способность стенки ограничена упругим моментом свай двутаврового сечения.
Известна наиболее близкая к заявляемой (прототип) шпунтовая стенка (патент RU 151646 U1, МПК E 02D 29/02, опубл. 2015.04.10.), состоящая из несущих шпунтовых свай, имеющая несущие сваи из профиля, корытообразного или плоского шпунта. 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.
Недостатком известного технического решения, как и предыдущих, является высокая трудоемкость изготовления из-за большого количества сварных швов, высокая металлоемкость и сложность монтажа.
Задачей настоящего технического решения является повышение несущей способности шпунтовой стенки, снижение ее металлоемкости, снижение трудоемкости и затрат на изготовление и монтаж.
Поставленная задача достигается тем, что между несущими шпунтовыми сваями U-образной формы c крючкообразными замковыми элементами на концах и шахматным расположением в шпунтовой стенке дополнительно установлены Z-образные или S-образные сваи, на концах которых выполнены направленные в разные стороны крючкообразные замковые элементы, одни из которых находятся в зацеплении с крючкообразными замковыми элементами U-образных свай верхнего ряда, а другие находятся в зацеплении с крючкообразными замковыми элементами U-образных свай нижнего ряда,
Изобретение поясняется чертежами, где изображено:
Фиг. 1 – шпунтовая стенка из U-образных профилей и промежуточных S-образных профилей;
Фиг. 2 – шпунтовая стенка из U-образных профилей и промежуточных Z-образных профилей.
Шпунтовая стенка высотой Н состоит из несущих шпунтовых свай 1 U-образной формы высотой Н1 c крючкообразными замковыми элементами 2 на концах и шахматным расположением свай 1 и шагом Т в стенке. Между сваями 1 , направленными в разные стороны, дополнительно установлены S-образные сваи 3 высотой Н2 с крючкообразными элементами 5, направленными в разные стороны, одни из которых находятся в зацеплении с крючкообразными замковыми элементами 2 U-образных свай 1 верхнего ряда, а другие находятся в зацеплении с крючкообразными замковыми элементами 2 U-образных свай 1 нижнего ряда (фиг. 1). . Между сваями 1 , направленными в разные стороны, дополнительно установлены Z-образные сваи 4 высотой Н2 с крючкообразными элементами 6, направленными в разные стороны, одни из которых находятся в зацеплении с крючкообразными замковыми элементами 2 U-образных свай 1 верхнего ряда, а другие находятся в зацеплении с крючкообразными замковыми элементами 2 U-образных свай 1 нижнего ряда (фиг. 2). На фиг. 2 показан вариант установки шпунтовых свай 1 с шагом Т в стенке, при котором тыльные части соседних Z-образных свай 4 соприкасаются между собой.
При сооружении шпунтовой стенки несущие шпунтовые U-образные сваи и промежуточные S- и Z-образные сваи погружаются в грунт последовательно друг за другом. При этом следует отметить, что сооружение шпунтовых по заявленному техническому решению осуществляется без применения сварки. При этом резко снижаются затраты на монтаж стенки.
Ниже в таблицах 1-5 приведены расчетные сравнительные данные по несущей способности и металлоемкости шпунтовых стенок, изготавливаемых из труб большого диаметра (таблица 1). В таблице приведены типовые размеры труб, применяемых для сооружения шпунтовых стенок при гидротехническом строительстве. В таблице 2 приведены геометрические параметры U-образных шпунтов и анкерных свай на основе S-образных профилей по заявляемому техническому решению В таблице 3 приведены расчетные параметры шпунтовой стенки с установкой анкерных свай с одной стороны стенки. В таблице 4 приведены расчетные параметры шпунтовой стенки с установкой анкерных свай с обеих сторон стенки Для сравнения технических параметров шпунтовых стенок используются расчетные характеристики: по несущей способности - величина упругого момента стенки, по металлоемкости - величина коэффициента использования металла (отношение величины упругого момента сечения погонного метра стенки к массе квадратного метра стенки)/
ТАБЛИЦА 1.
| Шаг свай | Диаметр трубы | Толщина стенки трубы | Масса сваи | Момент инерции стенки | Момент упругий стенки | Коэффициент использования металла |
| мм | мм | мм | Кг/м | См4/м | См3/м | См3/кг |
| 1150,8 | 1066,8 | 15,9 | 431,9 | 629860 | 11810 | 27,3 |
| 1150,8 | 1066,8 | 19,1 | 513,9 | 749810 | 14060 | 27,4 |
| 1302,2 | 1219,2 | 15,5 | 479,9 | 814720 | 13360 | 27,8 |
| 1303,2 | 1219,2 | 19,1 | 585,1 | 995050 | 16320 | 27,9 |
| 1455,6 | 1371,6 | 19,1 | 655,9 | 1275120 | 18590 | 28,3 |
| 1455,8 | 1371,6 | 22,2 | 758,6 | 1472010 | 22460 | 29,6 |
| 1608,0 | 1524,0 | 22,2 | 842,0 | 1836760 | 24100 | 28,6 |
| 1760,4 | 1676,4 | 22,2 | 925,5 | 2242040 | 26750 | 28,9 |
| 1912,8 | 1828,8 | 25,4 | 1149,5 | 3059050 | 33450 | 29,1 |
ТАБЛИЦА 2.
| Ширина шпунта * | Высота шпунта⁰ | Толщина шпунта | Площадь шпунта | Ширина S-сваи ** | Высота S-сваи*** | Толщина S-сваи | Площадь S-сваи |
| мм | мм | мм | См2 | мм | мм | мм | См2 |
| 600 (655) | 250(277,5) | 10 | 119,8 | 75 (130) | 500 (555) | 10 | 75,64 |
| 600 (655) | 250(277,5) | 10 | 119,8 | 75 (130) | 600 (655) | 10 | 67,23 |
| 750 (816) | 300 (333) | 12 | 176,1 | 90 (156) | 600 (666) | 12 | 103,16 |
| 750 (816) | 300 (333) | 12 | 176,1 | 90 (156) | 800 (866) | 12 | 115,16 |
ТАБЛИЦА 3.
| Шаг свай | Высота стенки | Площадь сечения стенки | Масса стенки | Момент инерции стенки | Момент сопротивления стенки | Коэффициент использования металла |
| мм | мм | См2/м2 | Кг/м2 | См4/м2 | См3/м2 | См3/кг |
| 1350 | 1000 | 289,2 | 227,0 | 312916,9 | 6258,3 | 27,5 |
| 1350 | 1100 | 304,4 | 238,9 | 406292,7 | 7387,1 | 30,9 |
| 1680 | 1200 | 332,5 | 261,0 | 533189,6 | 9694,4 | 34,1 |
| 1680 | 1300 | 346,7 | 272,2 | 667655,6 | 10271,6 | 37,7 |
ТАБЛИЦА 4.
| Ширина шпунта * | Высота шпунта ⁰ | Толщина шпунта | Площадь шпунта | Ширина Z-сваи ** | Высота Z-сваи*** | Толщина Z-сваи | Площадь Z-сваи |
| мм | мм | мм | См2 | мм | мм | мм | См2 |
| 600 (655) | 250(277,5) | 10 | 119,8 | 257,5(342,5) | 500 (555) | 10 | 82,82 |
| 600 (655) | 250(277,5) | 10 | 119,8 | 257,5(342,5) | 600 (655) | 10 | 94,93 |
| 750 (816) | 300 (333) | 12 | 176,1 | 699 (426) | 600 (666) | 12 | 125,82 |
| 750 (816) | 300 (333) | 12 | 176,1 | 699 (426) | 800 (866) | 12 | 135,61 |
ТАБЛИЦА 5.
| Шаг свай | Высота стенки | Площадь сечения стенки | Масса стенки | Момент инерции стенки | Момент сопротивления стенки | Коэффициент использования металла |
| мм | мм | См2/м2 | Кг/м2 | См4/м2 | См3/м2 | См3/кг |
| 685 | 1000 | 603,3 | 473,6 | 622198,5 | 12444,0 | 26,3 |
| 685 | 1100 | 626,9 | 492,2 | 779644,4 | 14175,4 | 28,8 |
| 852 | 1200 | 708,? | 556,4 | 1060676,6 | 17677,9 | 31,8 |
| 852 | 1300 | 731,7 | 574,4 | 1336596,0 | 20563,0 | 35,8 |
Обозначения в таблицах 2, 4.
*- ширина шпунта в стенке по осям, в скобках полная ширина шпунта
**- ширина сваи в стенке по осям, в скобках полная ширина сваи
***- высота сваи в стенке по осям, в скобках полная высота сваи
⁰- высота шпунта в стенке по осям, в скобках полная высота шпунта
На основе приведенных таблиц можно сделать вывод, что шпунтовая стенка по заявленному техническому решению при сравнимых параметрах по несущей способности со шпунтовой стенкой, изготавливаемой из труб большого диаметра имеет существенно меньшую металлоемкость, Снижение металлоемкости может составить 10 – 20 % в зависимости от исполнения (установка анкерных свай с одной или обеих сторон шпунтовой стенки.
Предлагаемая шпунтовая стенка обладает высокой нагрузочной способностью и низкой себестоимостью изготовления по сравнению с известными техническими решениями, позволяет производить изготовление шпунтовой стенки из готовых гнутых профилей с исключением сварочных работ при монтаже шпунтовой стенки. Шпунтовая стенка по предлагаемому техническому решению обладает меньшей металлоемкостью на 10-20% по сравнению с известными при той же нагрузочной способности. При этом у клиента снижаются затраты на приобретение и монтаж профилей для сооружение шпунтовых стенок. При этом следует отметить, что сооружение шпунтовых по заявленному техническому решению осуществляется без применения сварки. При этом резко снижаются затраты на монтаж стенки. Проведенный анализ показывает, что предлагаемая шпунтовая стенка, изготовленная на основе готовых к монтажу гнутых профилей может быть применена для гидротехнических сооружений с высоким уровнем нагрузки.
Шпунтовая стенка, состоящая из несущих шпунтовых свай U-образной формы c крючкообразными замковыми элементами на концах с шахматным расположением свай в стенке, отличающаяся тем, что между сваями в стенке, направленными в разные стороны, дополнительно установлены Z-образные или S-образные сваи, на концах которых выполнены направленные в разные стороны крючкообразные замковые элементы, одни из которых находятся в зацеплении с крючкообразными замковыми элементами U-образных свай верхнего ряда, а другие находятся в зацеплении с крючкообразными замковыми элементами U-образных свай нижнего ряда.
