ШПУНТОВАЯ СТЕНКА ГОНЧАРОВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК E02D5/08 

Изобретение относится к шпунтовым стенкам из сварных трубчатых свай и может быть использовано в гидротехнике при сооружении морских и речных причалов, а также в строительстве при возведении подпорных стенок различного назначения.

Известна шпунтовая стенка, включающая сваи из труб с приваренными к их наружным поверхностям элементами шпунтового соединения охватывающего и охватываемого типов: шпунтовым замком (обойма замка) и шпунтовым Т-образным выступом (гребень замка) (см., например, «Профиль шпунтовый трубчатый сварной» ТУ 0925-007-01393674, Научно-исследовательский институт транспортного строительства, 2003 г., рис.1).

Шпунтовый замок в этой известной конструкции выполнен из профильного элемента - сегмента трубы существенно меньшего диаметра, чем труба сваи, и приварен к наружной поверхности трубчатой сваи с образованием полости, предназначенной для размещения полки Т-образного в поперечном сечении шпунтового выступа смежной сваи, при этом с противоположной стороны к трубе приварен Т-образный шпунтовый выступ.

Недостатком указанной шпунтовой стенки является недостаточная прочность сварного соединения замка со сваей, т.к. контакт трубы, из которой выполнен замок, с трубой сваи происходит практически по одной линии вдоль образующей трубы. Сварной шов в этой конструкции быстро разрушается при ударных нагрузках во время забивки свай, а также при их погрузке и транспортировке. Замки свай, расположенные на наружной поверхности трубы, подвержены воздействию внешних сил, которые могут их деформировать, что неизбежно ведет к нарушению прочности замкового соединения и в дальнейшем - к потере герметичности шпунтовой стенки.

Другим недостатком указанной шпунтовой стенки является ее относительно низкая несущая способность из-за достаточно большого межцентрового расстояния свай и слабой несущей способности замкового соединения.

Известна шпунтовая стенка, содержащая сваи со шпунтовыми замками и чередующиеся со сваями замыкающие элементы с Т-образными шпунтовыми выступами. Каждая свая в указанной известной шпунтовой стенке состоит из трубы и пары шпунтовых замков, выполненных из профильных элементов коробчатой формы и приваренных к наружной поверхности трубы с образованием полостей, в которых размещены полки Т-образных шпунтовых выступов смежных замыкающих элементов. Замыкающие элементы выполнены из труб того же диаметра, что и сваи со шпунтовыми замками, и фактически представляют собой сваи со шпунтовыми выступами. (DE 2755431, E02D 5\08, 1983 г.). В этой известной шпунтовой стенке каждый профильный элемент замка, благодаря коробчатой форме, прилегает к соответствующей трубе сваи по двум образующим и приварен в этих местах двумя сварными швами, которые удалены друг от друга на ширину профильного элемента. Сварное соединение в этом случае более прочное, чем в предыдущей шпунтовой стенке.

Однако и в этой шпунтовой стенке, как и в предыдущей, шпунтовые замки, находящиеся на наружных поверхностях трубчатых свай, также подвержены воздействию внешних сил при транспортировке и забивке свай в грунт, что не исключает возможности их деформирования. Деформация замков и возникающие в них внутренние напряжения негативно сказываются на прочности и герметичности замкового соединения, усложняют процесс сооружения шпунтовой стенки.

Кроме того, указанная известная конструкция, в которой замковые соединения находятся за пределами трубчатых свай, не позволяет полностью использовать возможность повышения несущей способности за счет уменьшения межцентрового расстояния свай.

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в создании конструкции шпунтовой стенки, лишенной указанных недостатков, т.е. шпунтовой стенки, обладающей высокой несущей способностью при высокой прочности и грунтонепроницаемости замковых соединений, высокотехнологичной как при сооружениии, так и при изготовлении составляющих ее элементов.

Технический результат, ожидаемый от использования предлагаемого изобретения, - практически полное исключение воздействия внешних сил на замки при погрузке и транспортировке свай за счет размещения их во внутренней полости трубчатой сваи.

Другой технический результат заключается в обеспечении максимальной несущей способности шпунтовой стенки, определяемой несущей способностью собственно труб, из которых выполнены сваи, за счет возможности выполнения минимального межцентрового расстояния между сваями.

Поставленная задача решается за счет того, что в шпунтовой стенке, содержащей стальные сваи, каждая из которых включает трубу, Т-образный в поперечном сечении шпунтовый выступ и профильный элемент, приваренный к трубе сваи с образованием полости, в которой размещена полка Т-образного шпунтового выступа смежной сваи, упомянутый профильный элемент размещен во внутренней полости трубы, при этом каждая свая снабжена дополнительной трубой, жестко соединенной с первой трубой с помощью соединительного элемента, а Т-образный шпунтовый выступ приварен к наружной поверхности дополнительной трубы, при этом в трубе выполнена сквозная продольная прорезь, через которую пропущена стенка Т-образного шпунтового выступа смежной сваи, причем ширина продольной прорези менее ширины полки упомянутого Т-образного шпунтового выступа.

Первая и дополнитльная трубы могут быть выполнены одинакового или разного диаметра.

Соединительный элемент может быть выполнен в поперечном сечении в виде двутавра, каждая полка которого приварена к обеим трубам сваи.

Профильный элемент шпунтового замка может быть выбран из группы, состоящей из уголка, швеллера, сегмента трубы круглого сечения, сегмента трубы прямоугольного сечения и т.п.

Т-образный шпунтовый выступ может быть выполнен из прокатного или сварного тавра, полособульба или двух уголков.

Поставленная техническая задача решается также за счет того, что в шпунтовой стенке, содержащей сваи и чередующиеся с ними замыкающие элементы с Т-образными в поперечном сечении шпунтовыми выступами, в которой каждая свая включает трубу и пару профильных элементов, приваренных к свае с образованием полостей, в которых размещены полки Т-образных шпунтовых выступов смежных замыкающих элементов, каждая свая снабжена дополнительной трубой, соединенной с первой трубой посредством сварки, причем профильные элементы шпунтовых замков размещены по одному во внутренней полости каждой из труб, а в каждой трубе выполнена сквозная продольная прорезь, через которую пропущена стенка Т-образного шпунтового выступа смежного замыкающего элемента, при этом ширина прорези менее ширины полки упомянутого Т-образного шпунтового выступа.

Дополнительная труба может быть соединена с первой трубой с помощью соединительного элемента, выполненного в поперечном сечении в виде двутавра, каждая полка которого приварена к обеим трубам.

Замыкающий элемент может быть выполнен в виде трубы с приваренными к ее наружной поверхности Т-образными шпунтовыми выступами, выполненными из тавра, полособульба или двух уголков, при этом диаметр трубы замыкающего элемента может быть равен диаметру трубы сваи.

Замыкающий элемент может быть выполнен в поперечном сечении в виде двутавра, полки которого являются Т-образными шпунтовыми выступами.

Благодаря тому, что профильный элемент размещен во внутренней полости трубы и приварен к ее внутренней поверхности, а в стенке трубы выполнена сквозная продольная прорезь, ширина которой менее ширины полки Т-образного шпунтового выступа, получена новая конструкция шпунтовой сваи с внутренним расположением шпунтового замка. Стенками этого замка, т.е. его корпусом, являются стенки профильного элемента и, частично, участки трубы, примыкающиее к продольной сквозной прорези. Таким образом, ни одного элемента замка не расположено за пределами трубы сваи. Стенки трубы защищают замок от любых внешних воздействий и возможной деформации. Т-образный шпунтовый выступ смежной сваи в этой конструкции шпунтовой стенки в сборе размещен также внутри трубы, поэтому не мешает максимальному сближению смежных свай, т.е. не препятствует уменьшению их межцентрового расстояния, что значительно повышает несущую способность шпунтовой стенки предлагаемой конструции.

В случае, когда каждая свая снабжена дополнительной трубой предпочтительно того же диаметра, что и первая труба, и трубы жестко соединены между собой с помощью соединительного элемента, выполненного в поперечном сечении в виде двутавра, каждая полка которого приварена к обеим трубам, а Т-образный шпунтовый выступ приварен к наружной поверхности дополнительной трубы, свая в целом становится блоком большой жесткости. За счет выбора высоты тавра соединительного элемента может быть получена конструкция сваи с максимально сближенными трубами, и, следовательно, шпунтовая стенка из таких шпунтовых свай будет обладать большой несущей способностью. При этом вдвое сокращается время, затрачиваемое на возведение такой шпунтовой стенки, стенка более технологична при возведении.

Другой вариант выполнения шпунтовой стенки, содержащей сваи и чередующиеся с ними замыкающие элементы с Т-образными шпунтовыми выступами, и в которой каждая свая содержит две трубы, соединенные между собой посредством сварки, и пару шпунтовых замков, выполненных из профильных элементов, размещенных по одному во внутренней полости каждой из труб и приваренных к их внутренним поверхностям, а в каждой трубе выполнена сквозная продольная прорезь для стенки Т-образного шпунтового выступа, наиболее технологичен. Конструкция шпунтовой стенки по этому варианту, как и в прототипе, позволяет значительно повысить производительность изготовления элементов шпунтовой стенки за счет организации двух потоков, двух сварочных стендов: для свай, которые содержат только шпунтовые замки, и для замыкающих элементов, содержащих только шпунтовые выступы. Но по сравнению с прототипом, благодаря выполнению шпунтовых замков во внутренних полостях труб и соответственно размещению шпунтовых выступов также внутри труб в возведенной шпунтовой стенке, обеспечено сокращение межцентрового расстояния свай и за счет этого повышена несущая способность шпунтовой стенки предлагаемой конструкции. В то же время, шпунтовые замки, выполненные во внутренних полостях труб, защищены от внешнего воздействия и деформации, что не только повышает качество и герметичность замкового соединения, но и облегчает процесс заведения свай «в замок». Это, наряду с возможностью погружения одновременно двух труб, из которых в этом варианте выполнены сваи, позволяет ускорить процесс сооружения шпунтовой стенки, что делает ее более технологичной также и при возведении.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - шпунтовая стенка, поперечное сечение;

на фиг.2 - шпунтовая стенка согласно первому варианту настоящего изобретения, вид сверху (без оголовка);

на фиг.3 - шпунтовая стенка по первому варианту изобретения, в которой свая выполнена из двух труб, вид сверху;

на фиг.4 - вид А на фиг.2 в увеличенном масштабе, показано выполнение замка из различных профильных элементов;

на фиг.5 - шпунтовая стенка согласно второму варианту настоящего изобретения, с замыкающим элементом в виде трубы, вид сверху;

на фиг.6 - то же, с замыкающим элементом, выполненным из двутавра.

Шпунтовая стенка по первому варианту предлагаемого изобретения состоит из сварных шпунтовых свай, соединенных между собой «в замок» (фиг.2). Каждая свая включает трубу 1, шпунтовый замок 2 и шпунтовый выступ 3, имеющий Т-образную форму в поперечном сечении. Шпунтовый замок 2 может быть выполнен из профильного элемента 4 одного из видов: уголка, швеллера или сегмента трубы круглого или прямоугольного сечения (фиг.4). Профильный элемент 4 размещен во внутренней полости трубы 1 и приварен к ее внутренней поверхности двумя сварными швами с образованием полости «Б». Между сварными швами в трубе 1 выполнена сквозная продольная прорезь 5. Прорезь 5 может быть выполнена на всю длину трубы, а может не доходить до конца трубы 1 в нижней забиваемой в грунт части. Через прорезь 5 пропущена стенка 6 шпунтового выступа 3, а полка 7 шпунтового выступа 3 размещена в полости «Б», образованной стенками профильного элемента 4 (уголка, швеллера и т.п.) и участками трубы 8 и 9. Стенки профильного элемента и участки трубы 8 и 9, прилегающие к сквозной прорези 5, образуют собственно шпунтовый замок 2, полностью размещенный внутри трубы 1. Ширина «а» прорези 5 меньше, чем ширина полки 7 шпунтового выступа 3, благодаря чему и обеспечено замковое соединение.

В изображенном на фиг.3 примере реализации изобретения по варианту 1 свая снабжена дополнительной трубой 10. Труба 1 и труба 10 соединены между собой в блок с помощью соединительного элемента 11 в виде двутавра, полки 12 и 13 которого приварены к обеим трубам 1 и 10. Шпунтовый выступ 3 приварен к дополнительной трубе 10.

Шпунтовая стенка по второму варианту предлагаемого изобретения (фиг.5) выполнена из сдвоенных свай 14 и замыкающих элементов 15. Свая 14 состоит из трубы 16, трубы 17 и соединительного элемента 18 и представляет собой жесткий блок, в котором соединительный элемент 18 выполнен из двутавра, каждая полка которого приварена к обеим трубам 16 и 17. Во внутренних полостях каждой из труб 16 и 17 к их внутренним поверхностям приварено по одному профильному элементу 19 и 20 соответственно. В стенке каждой из труб 16 и 17 между сварными швами, которыми приварены профильные элементы 19 и 20, выполнены сквозные продольные прорези 21 и 22 соответстенно. Технологически прорезь в трубе выполняется после приварки к ней профильного элемента, являющегося корпусом шпунтового замка и придающего трубе достаточную жесткость, чтобы не допустить ее деформации после выполнения прорези.

Замыкающий элемент 15 может быть выполнен из трубы 23, к которой приварены два шпунтовых выступа 24 и 25 (фиг.5), или представлять собой двутавр 26, полки 27 и 28 которого являются шпунтовыми выступами, размещенными во внутренних полостях замков смежных свай 14 (фиг.6).

Автором предложенного изобретения преодолено существовавшее мнение о том, что после выполнения прорези труба под действием внутренних напряжений, возникающих после сварки, может «раскрыться», и замки перестанут выполнять свою функцию. Однако следует отметить, что современные сварочные технологии позволяют с высоким качеством, без остаточных напряжений, выполнять сварные швы во внутренних полостях труб большого диаметра, которые применяются в конструкциях шпунтовых стенок с большой несущей способностью, как в предложенных вариантах по настоящему изобретению. Как показали испытания, после выполнения продольной прорези деформации трубы не происходит, труба в месте прорези усилена приваренным продольным элементом - уголком, швеллером и т.д.

Шпунтовый замок, выполненный во внутренней полости трубы, более герметичен, чем известные конструкции.

Соединенные «в замок» сваи в предложенных вариантах шпунтовой стенки примыкают одна к другой почти вплотную, поэтому несущая способность такой шпунтовой стенки определяется только прочностью собственно труб. Упрощается схема расчета, что позволяет не завышать коэффициент запаса и избежать излишней металлоемкости шпунтовой стенки.

Предложенные варианты конструций шпунтовых стенок высокотехнологичны как при стоительстве, так и при изготовлении элементов, из которых они состоят.

Изобретение относится к шпунтовым стенкам, применяемым в строительстве и гидротехнике при сооружении причалов с высокой нагрузкой. Технический результат - повышение несущей способности шпунтовой стенки, защита замков от внешних воздействий. Шпунтовая стенка, включающая стальные сваи, каждая из которых содержит трубу, Т-образный в поперечном сечении шпунтовый выступ и профильный элемент, приваренный к трубе с образованием полости, в которой размещена полка Т-образного шпунтового выступа смежной сваи. Профильный элемент размещен во внутренней полости трубы, при этом каждая свая снабжена дополнительной трубой, жестко соединенной с первой трубой с помощью соединительного элемента. Т-образный шпунтовый выступ приварен к наружной поверхности дополнительной трубы, при этом в первой трубе выполнена сквозная продольная прорезь, через которую пропущена стенка Т-образного шпунтового выступа смежной сваи. Ширина прорези менее ширины полки упомянутого шпунтового выступа. Шпунтовая стенка, содержащая сваи и чередующиеся со сваями замыкающие элементы с Т-образными в поперечном сечении шпунтовыми выступами, причем каждая свая включает трубу и пару профильных элементов, приваренных к свае с образованием полостей, в которых размещены полки Т-образных шпунтовых выступов смежных замыкающих элементов. Каждая свая снабжена дополнительной трубой, соединенной с первой трубой посредством сварки. Профильные элементы размещены по одному во внутренней полости каждой из труб, при этом в каждой трубе выполнена продольная сквозная прорезь, через которую пропущена стенка Т-образного шпунтового выступа смежного замыкающего элемента. Ширина прорези менее ширины полки упомянутого шпунтового выступа. 2 н. и ф-лы, 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Шпунтовая стенка, включающая стальные сваи, каждая из которых содержит трубу, Т-образный в поперечном сечении шпунтовый выступ и профильный элемент, приваренный к трубе с образованием полости, в которой размещена полка Т-образного шпунтового выступа смежной сваи, отличающаяся тем, что профильный элемент размещен во внутренней полости трубы, при этом каждая свая снабжена дополнительной трубой, жестко соединенной с первой трубой с помощью соединительного элемента, а Т-образный шпунтовый выступ приварен к наружной поверхности дополнительной трубы, при этом в первой трубе выполнена сквозная продольная прорезь, через которую пропущена стенка Т-образного шпунтового выступа смежной сваи, причем ширина прорези менее ширины полки упомянутого шпунтового выступа.2. Шпунтовая стенка по п.1, отличающаяся тем, что соединительный элемент выполнен в поперечном сечении в виде двутавра, каждая полка которого приварена к обеим трубам сваи.3. Шпунтовая стенка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что профильный элемент выбран из группы, состоящей из уголка, швеллера и сегмента трубы круглого или прямоугольного сечения.4. Шпунтовая стенка по пп.1-2, отличающаяся тем, что Т-образный шпунтовый выступ выполнен из тавра, полособульба или двух уголков.5. Шпунтовая стенка, содержащая сваи и чередующиеся со сваями замыкающие элементы с Т-образными в поперечном сечении шпунтовыми выступами, причем каждая свая включает трубу и пару профильных элементов, приваренных к свае с образованием полостей, в которых размещены полки Т-образных шпунтовых выступов смежных замыкающих элементов, отличающаяся тем, что каждая свая снабжена дополнительной трубой, соединенной с первой трубой посредством сварки, а профильные элементы размещены по одному во внутренней полости каждой из труб, при этом в каждой трубе выполнена продольная сквозная прорезь, через которую пропущена стенка Т-образного шпунтового выступа смежного замыкающего элемента, причем ширина прорези менее ширины полки упомянутого шпунтового выступа.6. Шпунтовая стенка по п.5, отличающаяся тем, что трубы соединены между собой с помощью соединительного элемента, выполненного в поперечном сечении в виде двутавра, каждая полка которого приварена к обеим трубам.7. Шпунтовая стенка по п.5, отличающаяся тем, что замыкающий элемент выполнен в виде трубы с приваренными к ее наружной поверхности Т-образными шпунтовыми выступами, выполненными из тавра, полособульба или двух уголков.8. Шпунтовая стенка по п.5, отличающаяся тем, что замыкающий элемент выполнен в виде двутавра, полки которого являются Т-образными шпунтовыми выступами и размещены в полостях шпунтовых замков смежных свай.