РАЗДЕЛИТЕЛЬНАЯ ШПУНТОВАЯ СТЕНКА Российский патент 1995 года по МПК E02D5/30 E02D35/00 

Изобретение относится к строительству, в частности к устройству примыканий вновь возводимых зданий к существующим, чтобы исключить влияние осадки основания вновь возводимого здания на деформации существующего, в месте примыкания между ними в основании устраивают разделительную шпунтовую стенку.

Известна конструкция разделительной шпунтовой стенки, возводимой способом стена в грунте. Разделительная шпунтовая стенка представляет бетонную стену, прорезающую основание от подошвы фундаментов до несущего слоя грунта и заделываему в него на глубину, достаточную для восприятия сил отрицательного трения, возникающих от оседающего грунта основания возводимого здания. Недостатки устройства значительный расход бетона, большая трудоемкость и высокая стоимость [1]
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является разделительная шпунтовая стенка, выполненная из металлического шпунта, имеет длину, равную глубине сжимаемой толщи, мощности слабых грунтов и глубине заделки в несущий слой, достаточной для восприятия отрицательного трения. Ширина шпунтовой стенки равна ширине возводимого здания в месте пристройки к существующему и снабжена у углов здания перпендикулярно расположенными выступами [2] Существенными недостатками указанного устройства являются высокий расход стали и высокая стоимость.

Задачей изобретения является снижение расхода металла трудоемкости и повышение экономичности изготовления разделительной шпунтовой стенки.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в известной разделительной шпунтовой стенке, включающей сплошное ограждение из металлического шпунта, закрепленное в несущем слое грунта и размещенное между фундаментами существующего и возводимого зданий с охватом в углах фундамента последнего, высоту шпунтин стенки принимают равной активной мощности сжимаемого слоя грунта основания возводимого здания, отдельные шпунтовые сваи погружают в несущий слой грунта с шагом, достаточным для восприятия сил отрицательного трения грунта по шпунтовой стенке, отдельные шпунтины стенки в верхней части жестко соединяют между собой и шпунтовыми сваями сварными швами, причем шпунтовые сваи жестко соединяют с соседними шпунтинами на 1/3 шага шпунтовых свай горизонтальными тяжами.

Отличительные признаки предлагаемого технического решения заключаются в следующем.

Первый отличительный признак состоит в том, что в предлагаемом техническом решении высота шпунтин по длине стенки переменная, а именно, между отдельными шпунтовыми сваями, погруженными в несущий слой грунта, высота шпунтин стенки равна мощности сжимаемого слоя основания возводимого здания. В известном техническом решении высота шпунтин стенки одинакова по ее длине и равна мощности слабых слоев грунта, расположенных ниже подошвы фундамента, и величине заделки шпунта в несущий слой грунта. В результате в предлагаемом решении роль несущих элементов играют отдельные шпунтовые сваи, а шпунтины стенки между сваями имеют ограниченную высоту. В известном техническом решении каждая шпунтина играет роль несущего элемента и при этом прорезает всю толщу слабого грунта, где шпунт практически не работает.

Увеличение несущей способности шпунтовой сваи за счет ее значительного погружения в несущий слой грунта, согласно предлагаемого решения, позволяет существенно уменьшить высоту шпунтовой стенки в пролете между шпунтовыми сваями, что ведет к снижению металлоемкости шпунта и общей трудоемкости его погружения, а также повышению экономичности.

Второй отличительный признак заключается в том, что шпунтины в верхней части соединяются между собой с помощью сварных швов. В известном техническом решении они не соединены жестко между собой, так как каждая шпунтина работает как свая. В предлагаемом решении шпунтовая стенка работает как многопролетная балка-стенка, опирающаяся на шпунтовые сваи, которая должна воспринимать перерезывающие и изгибающие усилия, возникающие от действия сил отрицательного трения грунта по шпунтовой стенке. Таким образом, второй отличительный признак направлен на решение общей задачи, а именно включение в работу части шпунтовой стенки, как балки, что позволяет уменьшить высоту шпунтовой стенки в пролете между шпунтовыми сваями.

Третий отличительный признак связан с тем, что шпунтовая свая жестко соединена со шпунтинами стенки на 1/3 шага шпунтовых свай металлическими тяжами сварными швами. В известном техническом решении такие тяжи отсутствуют. Как отмечалось раньше, в предлагаемом техническом решении шпунтовая стенка работает как многопролетная балка. В середине пролета между шпунтовыми сваями возникают сжимающие напряжения, а над опорами (шпунтовыми сваями) растягивающие. Сжимающие напряжения, как показывают расчеты, полностью воспринимаются грунтом. Для восприятия растягивающих напряжений предусмотрено жесткое соединение шпунтин в верхней части над шпунтовыми сваями металлическими тяжами. Третий отличительный признак направлен на решение общей задачи включение в работу части шпунтовой стенки как балки, что позволяет уменьшить высоту шпунтовой стенки в пролете между шпунтовыми сваями и ведет к решению поставленной задачи.

Автору не известны технические решения, в которых в качестве разделительной шпунтовой стенки используют металлический шпунт, погруженный на глубину сжимаемой толщи грунта, а в качестве несущего элемента, воспринимающего вертикальные нагрузки от шпунта, отдельные шпунтовые сваи, погружаемые в несущий слой грунта, причем шпунтины стенки сварными швами и металлическими тяжами объединены в балку-стенку, поэтому отличительные признаки являются существенными.

На фиг. 1 показан общий вид разделительной шпунтовой стенки; на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1.

Разделительная шпунтовая стенка, устраиваемая между фундаментом 1 существующего здания и фундаментом 2 возводимого, включает металлические шпунтины стенки 3, отдельные элементы которой жестко соединены между собой, заглубленную от подошвы фундамента существующего здания на глубину сжимаемой толщи основания Н_с возводимого здания и расположенную на всю ширину возводимого здания в месте пристройки с охватом фундамента возводимого здания, шпунтовые сваи 4, прорезающие слабый грунт 5 и заделываемые в несущий слой грунта 6 на глубину h_з и расположенные с шагом l_i по длине шпунтовой стенки, определяемым из условия равенства сил отрицательного трения грунта по шпунтовой стенке и несущей способности шпунтовых свай 4, отдельные шпунтины стенки 3 между собой и со шпунтовыми сваями 4 жестко соединены в верхней части сварными швами на длине l_ш, достаточной для восприятия перерезывающего усилия, и на 1/3 шага между шпунтовыми сваями в каждую сторону от них горизонтально расположенными тяжами 7.

Разделительная шпунтовая стенка работает следующим образом. При передаче нагрузки от возводимого сооружения на фундамент 2 отрицательное трение оседающего грунта в пределах сжимаемого грунта Н_с воспринимается шпунтинами стенки 3 и передается на шпунтовые сваи, прорезающие слабые грунты 5 и заделываемые в несущий слой грунта 6. Шаг шпунтовых свай l_i при глубине их заделки h_з в несущий слой грунта 6 обеспечивает неподвижность шпунтин стенки 3. Сварные швы между шпунтинами на длине l_ш и тяжи 7 обеспечивают работу шпунтовой стенки, как балки-стенки, и позволяют воспринимать перерезывающие усилия и растягивающие напряжения в балке-стенке.

Произведем экономическое сравнение предлагаемого и известного технических решений на примере реального объекта. Для жилого дома, возводимого по ул. Можайская 24-25 в Санкт-Петербурге и пристраиваемого к существующим жилым домам, "Фундаментпроектом" разработан проект разделительной шпунтовой стенки, аналогичный известному техническому решению. Для разделительной шпунтовой стенки использован шпунт Ларсен V длиной 14 м, погружаемый от подошвы фундаментов, прорезающий 12 метровую толщу слабых грунтов и заделываемый в несущий слой грунта (моренный суглинок) на глубину 2 м. Сила отрицательного трения грунта по шпунтовой стенке составляет N_т=103 кН. Заглубление шпунта на 2 м достаточно для восприятия этой силы.

Оценим стоимость разделительной шпунтовой стенки согласно изобретению. Высоту шпунтин стенки принимаем равной активной мощности сжимаемого слоя основания возводимого здания, а именно 6 м. С шагом l_i отдельные шпунтовые сваи погружаем в несущий слой грунта на 6 м. Таким образом, общая длина шпунтовой сваи составит 18 м. Определяем шаг l_i.

l_i= 3,1 м где F_d несущая способность шпунтовой сваи; γ_к коэффициент надежности (см. СНиП 2.02.03).

Несущая способность шпунтовой сваи найдена расчетным методом, как для забивной железобетонной сваи, причем учитывалось только сопротивление моренного суглинка полутвердой консистенции
F_d= γ_c[γ_cRRA+UΣγ_cff_ih_i]
1 x [1 x 5350 x 0,01+1,24 x x(97,6+102+107)]432,7 кН, где γ_с=1;γ_cR=1;γ_cf=1 коэффициенты условий работы;
R=5350 кПа;
А=0,01 м² площадь поперечного сечения шпунтины;
U=1,24 м периметр поперечного сечения шпунтины.

Также значительно сокращается и трудоемкость погружения шпунтовой стенки за счет значительного уменьшения общей длины погружения шпунта.

Таким образом, пример конкретного исполнения убедительно свидетельствует о том, что разделительная шпунтовая стенка имеет меньшую трудоемкость изготовления, в 2 раза меньший расход стали и в 2 раза дешевле, чем шпунтовая стенка известной конструкции. Экономические показатели предмета изобретения возрастают с увеличением мощности слабого слоя грунта.

Дополнительно следует отметить, что в Строительном тресте N 20 г. Санкт-Петербурга изготовлена и эксплуатируется установка на гусенечном ходу по вдавливанию свай, в том числе и металлического шпунта с усилием вдавливания 960 кН, которая позволяет безопасно выполнять работы вблизи существующих зданий по устройству разделительных шпунтовых стенок предлагаемой конструкции.

Использование: в строительстве. Сущность изобретения: разделительная шпунтовая стенка включает сплошное ограждение из металлического шпунта, закрепленное в несущем слое грунта. Стенка размещена между фундаментами существующего и возводимого зданий с охватом в углах фундамента последнего. Стенка снабжена погруженными в несущий слой грунта шпунтовыми сваями, расположенными вдоль стенки с шагом. Шпунтины стенки в верхней части соединены между собой и шпунтовыми сваями сваркой и горизонтальными тяжами, расположенными симметрично осям свай на 1/3 шага последних, а высота стенки равна мощности сжигаемого слоя грунта. 3 ил.

РАЗДЕЛИТЕЛЬНАЯ ШПУНТОВАЯ СТЕНКА, включающая сплошное ограждение из металлического шпунта, закрепленное в несущем слое грунта и размещенное между фундаментами существующего и возводимого зданий с охватом в углах фундамента последнего, отличающаяся тем, что для закрепления ограждения она снабжена погруженными в несущий слой грунта шпунтовыми сваями, расположенными вдоль стенки с шагом, шпунтины стенки в верхней части соединены между собой и шпунтовыми сваями сваркой и горизонтальными тяжами, расположенными симметрично осям свай на 1/3 шага последних, а высота стенки равна мощности сжимаемого слоя грунта.