Шпунтовая стенка
Владельцы патента RU 2754744:
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, строительстве 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 замковыми элементами на концах, к внешней части которых прикреплены анкерные сваи. Каждая анкерная свая выполнена в виде двух одинаковых С-образных или ∑-образных профилей, соединенных между собой, например, с помощью сварки или болтовых соединений и образующих совместно сваю Н-образного или О-образного сечения, при этом профили своими полками прилегают к внешним частям шпунтовых свай и прикреплены к ним или неподвижно с помощью сварных швов, или с возможностью взаимного продольного перемещения в направляющих, закрепленных на внешних сторонах шпунтов с помощью сварных швов. Технический результат состоит в повышении несущей способности шпунтовой стенки, снижении ее металлоемкости, снижении трудоемкости и затрат на изготовление и монтаж. 2 з.п. ф-лы, 4 табл., 4 ил.
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 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 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. К внешним частям полок корытного или плоского шпунта приварены анкерные сваи в виде двутавра, 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 снижение ее металлоемкости, снижение трудоемкости и затрат на изготовление и монтаж при одновременном повышении несущей способности стенки.
Выполнение поставленной задачи достигается тем, что шпунтовая стенка, состоит из несущих шпунтовых свай U-образной формы c замковыми элементами на концах, расположенными в шахматном порядке и к внешней части которых прикреплены анкерные сваи. Каждая анкерная свая выполнена в виде двух одинаковых С-образных или ∑-образных профилей, соединенных между собой, например, с помощью сварных швов, и образующих совместно сваю Н-образного или О-образного сечения, при этом профили своими полками прилегают к внешним частям шпунтовых свай и прикреплены к ним или неподвижно с помощью сварных швов, или с возможностью взаимного продольного перемещения в направляющих, приваренных к внешним частям шпунтовых свай. При этом анкерные сваи могут располагаться, как с одной, так и с обеих сторон шпунтовой стенки.
Изобретение поясняется чертежами, где изображено:
Фиг. 1 – шпунтовая стенка с анкерными сваями О-образного сечения, расположенными с одной стороны;
Фиг. 2 – шпунтовая стенка с анкерными сваями О-образного сечения, расположенных с обеих сторон;
Фиг. 3 - шпунтовая стенка с анкерными сваями Н-образного сечения, расположенными с одной стороны;
Фиг. 4 - шпунтовая стенка с анкерными сваями Н-образного сечения, расположенных с обеих сторон.
Шпунтовая стенка (фиг. 1-4) высотой Н1 состоит из несущих шпунтовых свай 1 U-образной формы , установленные с шагом Т c замковыми элементами 2 на концах, расположенными в шахматном порядке. К внешним частям 3 шпунтовых свай 1 прикреплены анкерные сваи 4. При этом каждая анкерная свая 4 выполнена в виде двух одинаковых С-образных профилей 5 или ∑-образных профилей 6, соединенных между собой, например, с помощью сварочных швов 7 или болтовых соединений 8, и образующих совместно сваи Н-образного сечения 9 (фиг. 3, 4) или сваи О-образного сечения 10 (фиг. 1, 2), при этом профили 5 и 6 своими полками 11, 12 прилегают к внешним частям 3 шпунтовых свай 1 и прикреплены к ним или неподвижно с помощью сварочных швов 11, или с возможностью взаимного продольного перемещения в направляющих 12, приваренных к внешним частям шпунтовых свай. При этом анкерные сваи 4 могут располагаться, как с одной, так и с обеих стороны шпунтовой стенки.
В зависимости от состояния и подготовки площадки под строительство гидротехнических сооружений могут быть применены разные схемы исполнения и монтажа шпунтовых стенок: при предварительно выбранном грунте под монтаж шпунтовой стенки целесообразно применять схему погружения шпунтовых с приваренными к ним анкерными сваями, при монтаже шпунтовой стенки без предварительной выборки грунта целесообразно применять раздельное погружение шпунтовых и анкерных свай.
Ниже в таблицах 1-4 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 шпунтов и анкерных свай на основе ∑-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 шпунта | Толщина шпунта | Площадь шпунта | Ширина ∑-сваи | Высота ∑-сваи | Толщина ∑-сваи | Площадь ∑=сваи |
| мм | мм | мм | См2 | мм | мм | мм | См2 |
| 600 (655) | 250(277,5) | 10 | 119,8 | 200 | 700 | 10 | 115,16 |
| 600 (655) | 250(277,5) | 10 | 119,8 | 200 | 800 | 10 | 125,16 |
| 750 (816) | 300 (333) | 12 | 176,1 | 250 | 900 | 12 | 171,9 |
| 750 (816) | 300 (333) | 12 | 176,1 | 250 | 1000 | 12 | 183,9 |
ТАБЛИЦА 3.
| Шаг свай | Высота ∑-профиля | Толщина профилей | Высота стенки | Масса стенки | Момент инерции стенки | Момент упругий стенки, минимум | Коэффициент использования металла |
| мм | мм | мм | мм | кг/м2 | см4/м2 | см3/м2 | См3/кг |
| 1200 | 700 | 10 | 1200 | 308,0 | 546250,0 | 8290,2 | 26,9 |
| 1200 | 800 | 10 | 1300 | 320,5 | 674162,5 | 9390,8 | 29,3 |
| 1500 | 900 | 12 | 1500 | 364,3 | 1017185 | 12262,7 | 33,7 |
| 1500 | 1000 | 12 | 1600 | 376,8 | 1206976 | 13541,7 | 35,9 |
ТАБЛИЦА 4.
| Шаг свай | Высота ∑-профиля | Толщина профилей | Высота стенки | Масса стенки | Момент инерции стенки | Момент упругий стенки | Коэффициент использования металла |
| мм | мм | мм | мм | кг/м2 | см4/м2 | см3/м2 | См3/кг |
| 1200 | 700 | 10 | 1900 | 583 ,5 | 1701146 | 17906,8 | 39,1 |
| 1200 | 800 | 10 | 2100 | 616,9 | 2186649 | 20825,3 | 43,0 |
| 1500 | 900 | 12 | 2400 | 693,2 | 3200565 | 26671,3 | 49,0 |
| 1600 | 1000 | 12 | 2600 | 725,2 | 3909737 | 30074,9 | 52,8 |
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 14 – 50 % 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 уменьшением у клиента длины сварных швов при монтаже шпунтовой стенки. Шпунтовая стенка по предлагаемому техническому решению обладает меньшей металлоемкостью на 14-50% по сравнению с известными при той же нагрузочной способности. При этом у клиента снижаются затраты на приобретение и монтаж профилей для сооружение шпунтовых стенок. 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.
1. Шпунтовая стенка, состоящая из несущих шпунтовых свай U-образной формы c замковыми элементами на концах, к внешней части которых прикреплены анкерные сваи, отличающаяся тем, что каждая анкерная свая выполнена в виде двух одинаковых С-образных или ∑-образных профилей, соединенных между собой, например, с помощью сварки или болтовых соединений и образующих совместно сваю Н-образного или О-образного сечения, при этом профили своими полками прилегают к внешним частям шпунтовых свай и прикреплены к ним или неподвижно с помощью сварных швов, или с возможностью взаимного продольного перемещения в направляющих, закрепленных на внешних сторонах шпунтов с помощью сварных швов.
2. Шпунтовая стенка по п. 1, отличающаяся тем, что анкерные сваи располагаются с одной стороны стенки.
3. Шпунтовая стенка по п. 1, отличающаяся тем, что анкерные сваи располагаются с обеих сторон стенки.
