ЗАЩИТНАЯ СТЕНА ИЗ ШПУНТОВЫХ ПАНЕЛЕЙ Российский патент 2009 года по МПК E02D5/08 

Изобретение относится к транспортному, промышленно-гражданскому строительству и может быть использовано в гидротехнических сооружениях различного назначения, а также в свайных фундаментах, ограждениях, подпорных стенах, устоях мостов, сооружениях дамб, насыпях при расширении дорог и при строительстве в сложных инженерно-геологических и сейсмических условиях.

В последние годы в Российской Федерации и ряде других зарубежных стран чаще стали использоваться металлические конструкции шпунтовых стен из:

- плоского предварительно напряженного шпунта, стальных и одноанкерных железобетонных;

- различного профиля: корытного, таврового, волнообразного.

Шпунтовые стены, состоящие из сборных элементов полок волнообразного в плане профиля, образуются последовательным их соединением путем заведения кулачка, находящегося на одном конце выступа одного элемента, в дугообразную обойму другого элемента, причем в каждой паре соединенные элементы располагаются симметрично относительно оси шпунтовой стены.

Не менее широко используются подпорные стены из шпунтовых свай с расположенными вдоль их продольных краев замками с двойными захватами или замками типа LARSSEN, которые удерживают в собранном виде соединенные между собой их продольными краями шпунтовые сваи.

Недостатками таких сооружений являются сварные шпунтовые элементы в строительстве шпунтовых стен, что способствует снижению их удельной несущей способности, следовательно, они не обладают достаточной эксплуатационной надежностью.

В настоящее время не существует промышленного способа прокатки свай, имеющих захваты типа LARSSEN полками толщиной более 20 мм.

Известна шпунтовая стена из сборных металлических элементов волнообразного в плане профиля, каждый из которых имеет полки, расположенные по разные стороны от продольной оси стены, параллельно этой оси со смещением друг относительно друга и соединенные между собой наклонными стенками, расположенными под тупым углом к полкам, параллельным продольной оси, имеющих на свободных концах крайних полок образующие замковые соединения смежные обоймы, в которые заведен двутавровой формы соединительный элемент (патент US №48-1908, кл. Е02В 3/04, 1973).

Недостатками данной шпунтовой стены является снижение производительности работ в связи со сварными работами при сборке металлических элементов, снижение удельной несущей способности, повышение металлоемкости шпунтовых стен.

При сооружении подпорных стен часто возникает необходимость в создании соединения, исключающего возможность перемещения соединенных между собой замками элементов шпунтовых стен относительно друг друга в продольном направлении. В патенте с US №498-1540, год 1991, предложен способ неподвижного соединения замков, согласно которому внутреннюю полость переднего в направлении длины подпорной стенки замка заполняют связующим веществом (клеем) и используют специальную калиброванную деталь - калибр, который защищает клей и препятствует попаданию грунта и воды во внутреннюю полость замка.

Основной недостаток такого способа заключается в том, что заполняющее внутреннюю полость замка связующее вещество существенно затрудняет извлечение из нее калибра.

Наиболее близким аналогом предлагаемого является шпунтовая стена, состоящая из сборных элементов волнообразного в плане профиля, каждый из которых имеет полки, расположенные по разные стороны от продольной оси стены параллельно этой оси со смещением друг относительно друга и соединенные между собой наклонными стенками, расположенными под тупым углом к полкам, параллельным продольной оси, с образованием крайних наклонных полустенок, имеющих на свободных концах соответственно кулачок и обойму, образующие замковые соединения.

Это известная шпунтовая стена, у которой обойма в каждом элементе расположена на внешней поверхности одной консольной полустенки, а кулачок - на внутренней поверхности другой, образующие замковые соединения, в связи с чем нет плотного примыкания, следовательно, не исключено попадание в замок воды, песка, а также предполагаемое соединение шпунтовых элементов приводит к раздвижке элементов по фронту шпунтовой стены на ширину кулачка, вследствие чего удельная несущая способность стены снижается (патент Российской Федерации №2151236, кл. Е02D 5/08, 2000 г.).

Задачей настоящего изобретения является:

- снижение металлоемкости шпунтовых стен и повышение их удельной несущей способности;

- исключение в замковом соединении возможности перемещения соединенных между собой элементов шпунтовых стен относительно друг друга в продольном направлении;

- повышение устойчивости шпунтовых стен к динамическим нагрузкам при сложных природных процессах, в том числе в сейсмоопасных районах;

- исключение сварных монтажных стыков, так как шпунтовые панели из холодногнутых профилей;

- унификация типоразмера шпунтовых элементов;

- снижение энергоресурсов и улучшение экологических свойств;

- повышение экономичности, универсальности и надежности защитных стен из шпунтовых панелей трапецеидально-корытного в плане профиля.

Решение поставленной задачи достигается тем, что у защитной стены из шпунтовых панелей, включающей сборные элементы волнообразного в плане профиля, каждый из которых имеет полки, расположенные по разные стороны от продольной оси стены и параллельно этой оси со смещением друг относительно друга, соединенные между собой наклонными стенками, расположенными под тупым углом к полкам, при этом на свободных концах полок выполнены элементы соединения, образующие замковые соединения, причем сборные элементы выполнены холодногнутыми, у которых тупой угол наклонных стенок к полкам выполнен с радиусом R гибки не менее 20 мм, на свободном конце одной из полок, расположенных по разные стороны сборного элемента, приваривают металлическую трубу с прорезью, а на свободном конце другой полки приваривают элемент из квадратного стального профиля, которые, соединяясь между собой, образуют шпунтовый замок, кроме того, в застенной части подпорной стены сформирована армогрунтовая конструкция в виде чередующихся слоев уплотненного дренирующего грунта в обойме армирующего композитного материала, основание которой лежит на подготовленном выравнивающем слое гравийно-галечникового грунта, а лицевые грани модульных секций заглублены в естественное основание до проектной отметки.

В защитной стене металлические полки выполнены с одинаковым сечением S не менее 6, 10, 12, 14... мм.

Армирующими композитными материалами для армогрунтовой конструкции могут являться геотекстильный материал: тканый либо нетканый, преимущественно синтетический, а также полимерные либо металлические сетки, листовой материал либо комбинации геотекстильных материалов.

Приведенная совокупность признаков, как показал сопоставительный анализ данного технического решения по сравнению с традиционными конструкциями, обеспечивает получение технического результата, выражающегося в стабильности, эффективности, экономичности предлагаемой защитной стены из шпунтовых панелей, его оптимальном соотношении веса и несущей способности, снижение сроков ее строительства, простоте и быстроте монтажа, меньшей трудоемкости возведения, достаточно высокой долговечности, соблюдении требований охраны окружающей среды.

Несмотря на довольно высокую удельную стоимость металлических элементов из листовой стали отечественной марки 09Г2С-4 для обычного исполнения, 09Г2С-5 для северного «А», 09Г2С-7 для северного «Б» предлагаемая защитная стена из шпунтовых панелей существенно более эффективна в эксплуатации и экономична в строительстве по сравнению с традиционными конструкциями и их замковыми соединениями.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображена защитная стена из шпунтовой панели с армогрунтовой конструкцией в застенной части;

на фиг.2 - профиль холодногнутого шпунта;

на фиг.3 - рекомендуемое замковое соединение.

Защитная стена 1 состоит из шпунтовой панели 2 холодногнутых профилей, которая содержит полки 3, соединенные между собой наклонными стенками 4, расположенными под тупым углом 5 с R гибки не менее 20 мм к полкам, имеющим на одном свободном конце привариваемый элемент замка - горячекатаная труба 6 диаметром не менее 68 мм, толщиной стенки не менее 12 мм из стали марки С_т 3_сп.,п.с. с прорезью, а на другом конце привариваемый элемент из квадратного профиля 7 сортового проката сечением не менее 30×30 мм из стали марки С_т 3_сп.,п.с., С_т 5_сп.,п.с.. Шпунтовые стены заглублены в естественное основание не менее чем на 2,5 м.

Шпунтовые металлоконструкции капитальных сооружений с длительным сроком их эксплуатации подлежат защите от коррозии поверхностей металлических элементов, полностью или частично в зависимости от различной степени воздействия агрессивных сред - в воде, грунте, атмосфере и переходных зонах.

Покрытие полностью наносится на заводе-изготовителе.

В застенной части защитной шпунтовой стены сформирована армогрунтовая конструкция в виде чередующихся слоев 8 уплотненного дренирующего грунта, обернутых полотнищами 9 армирующего композитного материала.

Армирующими композитными материалами для армогрунтовой конструкции являются геотекстильный материал: тканый либо нетканый, преимущественно синтетический, полимерные либо металлические сетки, листовой материал либо комбинации геотекстильных материалов. Естественное основание 10, выравнивающий слой 11.

Строительство защитной стены из шпунтовых панелей 1 ведется следующим образом: до производства строительно-монтажных работ подготавливается строительная площадка.

На естественное основание 10, по всему основанию подпорной стены отсыпается выравнивающий слой 11 из гравийно-галечникового грунта толщиной 200-300 мм.

На уплотненном выравнивающем слое 11 производится сборка модульных секций из металлических панелей 2 из листового проката, холодногнутого волнообразного в плане профиля толщиной не менее 6, 10, 12, 14,... мм, высотой h не менее 400 мм, шириной b не менее 1200±5 мм, которые посредством замковых соединений образовывают подпорную шпунтовую стену 1.

Модульные секции погружаются вибропогружателем в естественное основание 10 на глубину не менее 2,5 м.

Для обеспечения максимальной стабильности и безопасности эксплуатации предполагаемой защитной стены из шпунтовых панелей 1 одновременно со сборкой металлических модульных секций из шпунтовых панелей 2 (снизу вверх) в застенной части подпорной стены сооружается армогрунтовая конструкция в следующей последовательности:

- на подготовленном выравнивающем слое 11 на расстоянии не менее 0,3-0,5 м от застенной части шпунтовой панели 2 из холодногнутых профилей расстилают полотнище 9 армирующего композитного материала на всю площадь застенной части модульных секций одновременно;

- на разостланное полотнище 9 армирующего композитного материала отсыпают (самосвалами или грейдерами в едином технологическом процессе, со сборкой модульных секций на всю площадь в застенной части защитной стены) дренирующий грунт слоем 8 толщиной не менее 400 мм;

- отсыпанный, разровненный грунт уплотняют до уровня не менее 0,95 максимальной стандартной плотности (катком, груженым самосвалом, механическими или ручными трамбовками);

- на уплотненный слой 8 дренирующего грунта укладывают предварительно выпущенные за внешнюю грань армогрунтовой конструкции армирующие полотнища 9, которые фиксируют на нижележащем грунте через каждые 1,5 м колышками или скобами.

Последующая сборка металлических шпунтовых панелей 3 и формирование последующих слоев 8 армогрунтовой конструкции производится в той же последовательности, что и предыдущие слои до проектной отметки.

Одновременно для стабильности основания и в качестве противодеформационных мероприятий от застенной части шпунтовой стены 1 из холодногнутых профилей на расстоянии не менее 0,3-0,5 м до лицевой грани сооружаемой армогрунтовой конструкции, для сбора и отвода поверхностных вод сооружается дренаж 12 (из дренирующего грунта) с полимерной трубой 13, что позволит устранить скопление воды, а следовательно, и связанные с этим характеристики лицевой грани армогрунтовой конструкции.

Изобретение относится к транспортному, промышленно-гражданскому строительству и может быть использовано в гидротехнических сооружениях различного назначения. Защитная стена из шпунтовых панелей включает сборные элементы волнообразного в плане профиля, каждый их которых имеет полки, расположенные по разные стороны от продольной оси стены и параллельно этой оси со смещением друг относительно друга и соединенные между собой наклонными стенками, расположенными под тупым углом к полкам. На свободных концах полок выполнены элементы соединения, образующие замковые соединения. Сборные элементы выполнены холодногнутыми, тупой угол наклонных стенок к полкам выполнен с радиусом R гибки не менее 20 мм. На свободном конце одной из полок, расположенных по разные стороны сборного элемента, приваривают металлическую трубу с прорезью, а на свободном конце другой полки приваривают элемент из квадратного стального профиля, которые, соединяясь между собой, образуют шпунтовый замок. В застенной части сформирована армогрунтовая конструкция в виде чередующихся слоев уплотненного дренирующего грунта в обойме армирующего композитного материала, основание которой лежит на подготовленном выравнивающем слое гравийно-галечникового грунта, а лицевые грани модульных секций заглублены в естественное основание до проектной отметки. Технический результат состоит в снижении металлоемкости шпунтовых стен и повышении их удельной несущей способности, экономичности, универсальности, надежности, долговечности, соблюдении требований охраны окружающей среды. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Защитная стена из шпунтовых панелей, включающая сборные элементы волнообразного в плане профиля, каждый из которых имеет полки, расположенные по разные стороны от продольной оси стены и параллельно этой оси со смещением относительно друг друга и соединенные между собой наклонными стенками, расположенными под тупым углом к полкам, при этом на свободных концах полок выполнены элементы соединения, образующие замковые соединения, отличающаяся тем, что сборные элементы выполнены холодногнутыми, тупой угол наклонных стенок к полкам выполнен с радиусом R гибки не менее 20 мм, на свободном конце одной из полок, расположенных по разные стороны сборного элемента, приваривают металлическую трубу с прорезью, а на свободном конце другой полки приваривают элемент из квадратного стального профиля, которые соединяясь между собой, образуют шпунтовый замок, кроме того, в застенной части сформирована армогрунтовая конструкция в виде чередующихся слоев уплотненного дренирующего грунта в обойме армирующего композитного материала, основание которой лежит на подготовленном выравнивающем слое гравийно-галечникового грунта, а лицевые грани модульных секций заглублены в естественное основание до проектной отметки.2. Стена по п.1, отличающаяся тем, что металлические полки выполнены с одинаковым сечением S не менее 6, 8, 10, 12, 14 мм.3. Стена по п.1, отличающаяся тем, что армирующими композитными материалами для армогрунтовой конструкции являются геотекстильный материал, тканый либо нетканый, преимущественно синтетический, а также полимерные либо металлические сетки, листовой материал, либо комбинации геотекстильных материалов.