СБОРНО-МОНОЛИТНАЯ "СТЕНА В ГРУНТЕ" НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТАВРОВОГО ПРОФИЛЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК E02D5/20 

Изобретение относится к области строительства и предназначено для использования в качестве стен заглубленных сооружений и фундаментов, несущих конструкций, ограждающих стен котлованов, противофильтрационных завес.

Из уровня техники известна свая (железобетонный элемент) для сборно-монолитной стены в грунте, содержащая бетонное тело-ствол с продольными криволинейными пазами на боковых гранях и арматурный каркас, включающий продольные стержни, поперечную арматуру и лист внешней накладной арматуры с выпусками - консольными свесами, который закреплен на поверхности плоской продольной - наружной грани посредством анкерных стержней (РФ патент №20056475, E02D 5/20, 1996 г.).

Недостатком данной сваи является конструктивная сложность арматурного каркаса, включающего большое количество элементов - стержней различной формы.

Известна сборно-монолитная стена в грунте, которая изготавливается из сборных деталей (железобетонных элементов) с армирующим листовым покрытием, помещенных в грунт, и монолитных участков в промежутках между железобетонными элементами. Указанные участки в подземной структуре могут быть покрыты непрерывными защитными полосами, которые защищены (после выдержки стены в грунте) листовым покрытием. Свободные выступы поперечин, устроенные вдоль поверхности, которая удалена от перекрытия, помещаются в монолитные части с перекрыванием, что гарантирует непрерывное боковое укрепление стены вдоль указанной стороны. Железобетонные элементы имеют специальную форму, изготовлены с использованием опалубки (США патент №5547316 от 20.08.1996 г.).

В известном устройстве железобетонные элементы имеют сложную форму и сложную конструкцию арматурного каркаса, включающего большое количество элементов - стержней различной формы, трудны в изготовлении.

В самой конструкции стены присутствует проблема отслаивания металла от бетона с разрушением сварных соединений с армокаркасом, вызванная различными температурными деформациями металлического листа, на этапе открытия котлована. Отсутствует точный монтаж железобетонных элементов в заходку. Имеет место высокая металлоемкость, низкий уровень или полное отсутствие необходимой гидроизоляции.

Известна сборно-монолитная стена в грунте, содержащая установленные в траншее сборные элементы сваи с продольными криврлинейными пазами и арматурными выпусками на боковых гранях, между которыми расположены монолитные участки, бетонируемые после установки сборных элементов свай (РФ №2046883, E02D 5/20, 1995 г.).

Арматурные выпуски (выпуски стержней поперечной арматуры) сборных элементов свай обеспечивают непрерывное армирование, однако поперечная жесткость данной стены недостаточно высока, поскольку сборные элементы сваи до бетонирования монолитных участков не соединены между собой.

Известен способ возведения сборно-монолитной стены в грунте, включающий выполнение траншеи заходками, установку в пределах заходки сборных элементов с криволинейными выемками и бетонирование между парами смежных сборных элементов монолитных участков стены (Филатов А.Л. "Возведение сооружений методом стена в грунте". Киев: Будивильник, 1976, с.143).

Однако возводимая этим способом стена не имеет непрерывного поперечного армирования, что отрицательно сказывается на надежности стены, а также требует проведения сложных работ при необходимости гидроизоляции в обводненных грунтах

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является сборно-монолитная стена в грунте, представляющая собой сборно-монолитную конструкцию, состоящую из чередующихся секций в виде сборно-железобетонных элементов, снабженных замковыми устройствами, и соединительных элементов из монолитного бетона (РФ патент №2233944, публ. 10.08.2004 г., бюл. №22).

Технической задачей изобретения является повышение надежности возводимой стены при одновременном упрощении конструкции и технологии изготовления, как самих сборных элементов, так и возводимой сборно-монолитной стены.

Техническая задача достигается следующим.

Вариант 1.

В сборно-монолитной стене в грунте, представляющей собой сборно-монолитную конструкцию, состоящую из чередующихся секций в виде сборно-железобетонных элементов, снабженных замковыми устройствами, и соединительных элементов из монолитного бетона, каждый из сборно-железобетонных элементов выполнен в виде конструкции балочного типа таврового профиля, состоящей из пространственного армокаркаса Т-образной формы с продольной силовой и поперечной связующей арматурой и бетонного тела, замковое устройство состоит из двух элементов, выполненных в виде металлического штыря с упругим сферическим телом на конце и ответного гнезда в виде элемента коробчатой формы со сквозной боковой прорезью с возможностью обеспечения свободного захода упругого сферического тела во внутреннюю полость элемента коробчатой формы, соответственно закрепленных на боковых поверхностях сборно-железобетонного элемента с возможностью обеспечения непрерывного соединения смежных сборно-железобетонных элементов между собой.

Вариант 2.

В сборно-монолитной стене в грунте, представляющей собой сборно-монолитную конструкцию, состоящую из чередующихся секций в виде сборно-железобетонных элементов, снабженных замковыми устройствами, и соединительных элементов из монолитного бетона, каждый из сборно-железобетонных элементов выполнен в виде конструкции балочного типа таврового профиля, состоящей из пространственного армокаркаса Т-образной формы с продольной силовой и поперечной связующей арматурой и бетонного тела, в состав каждого сборно-железобетонного элемента введена металлоизоляция, выполненная в виде металлических листов на участках с утонченной полкой сборно-железобетонного элемента с консольными участками, обеспечивающими перехлест листов смежных сборно-железобетонных элементов, замковое устройство состоит из двух элементов, выполненных в виде упругого сферического тела и ответного гнезда в виде элемента незамкнутой коробчатой формы с возможностью обеспечения свободного захода упругого сферического тела во внутреннюю полость элемента коробчатой формы, соответственно закрепленных на противоположных консольных участках листов металлоизоляции с возможностью обеспечения непрерывного соединения смежных сборно-железобетонных элементов между собой.

Вариант 3.

В сборно-монолитной стене в грунте, представляющей собой сборно-монолитную конструкцию, состоящую из чередующихся секций в виде сборно-железобетонных элементов, снабженных замковыми устройствами, и соединительных элементов из монолитного бетона, каждый из сборно-железобетонных элементов выполнен в виде конструкции балочного типа таврового профиля, состоящей из пространственного армокаркаса Т-образной формы с продольной силовой и поперечной связующей арматурой и бетонного тела, в состав каждого сборно-железобетонного элемента введена металлоизоляция, выполненная в виде листовой пространственной конструкции с заделкой в тело сборно-железобетонного элемента с консольными участками, обеспечивающими перехлест консолей смежных сборно-железобетонных элементов, замковое устройство состоит из двух элементов, выполненных в виде упругого сферического тела и ответного гнезда в виде элемента незамкнутой коробчатой формы с возможностью обеспечения свободного захода упругого сферического тела во внутреннюю полость элемента коробчатой формы, соответственно закрепленных на противоположных консольных участках металлоизоляции с возможностью обеспечения непрерывного соединения смежных сборно-железобетонных элементов между собой.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена общая схема стены в грунте, на фиг.2 - конструкция стены (первый вариант), на фиг.3 - конструкция стены (второй вариант), на фиг.4 - конструкция стены (третий вариант), на фиг.5 - конструкция замкового устройства (первый вариант), на фиг.6 - конструкция замкового устройства (второй и третий варианты).

Сборно-монолитная конструкция стена в грунте состоит из сборно-железобетонных элементов 1, изготовленных в заводских условиях, соединительных элементов 2 из монолитного бетона, изготовленных в условиях строительной площадки на месте монтажа, и замыкающих разделительных железобетонных элементов 3. Сборно-железобетонные элементы 1, соединительные элементы 2 и разделительные железобетонные элементы 3 размещены в заходке 4.

Железобетонный элемент 3 специального профиля, изготовленный в заводских условиях с использованием опалубки, используется в качестве разделительного элемента в конструкции стены в грунте.

Железобетонные элементы 1 представляют собой конструкцию балочного типа таврового профиля, воспринимающую нагрузки от грунта, конструктивно изготовленную из пространственного армокаркаса Т-образного профиля с продольной силовой 5 и поперечной 6 связующей арматурой, бетонного тела 7.

Форма профиля обеспечивает технические преимущества изделия. Размер сторон профиля определяется прочностным расчетом.

Армокаркасы железобетонных элементов 1 представляют собой пространственную конструкцию, собранную из арматуры периодического профиля с помощью точечной сварки и вязки проволокой. Количество стержней арматуры, шаг установки, диаметр и класс арматуры определяются прочностным расчетом на основе проектных данных.

С целью обеспечения точности монтажа железобетонных элементов 1 в заходку 4 используют замковое устройство, выполненное по типу 8 (вариант 1) либо по типу 9 (варианты 2 и 3).

Замковое устройство, выполненное по типу 8, состоит из двух элементов, выполненных в виде металлического штыря 10 с упругим сферическим телом 11 на конце и ответного гнезда в виде элемента 12 коробчатой формы со сквозной боковой прорезью с возможностью обеспечения свободного захода упругого сферического тела 11 во внутреннюю полость элемента 12 коробчатой формы, соответственно закрепленных на боковых поверхностях сборно-железобетонного элемента 1 с возможностью обеспечения непрерывного соединения смежных сборно-железобетонных элементов между собой.

При необходимости обеспечения водонепроницаемости конструкций в состав железобетонного элемента 1 включается металлоизоляция 13, 14 (вариант 2), выполняемая на участках железобетонного элемента 1 с утонченной полкой со свободными длинами, обеспечивающими перехлест листов металлоизоляции соседних элементов в зоне участка под замоноличивание. При последующем открытии котлованов зона перехлеста листов метталлоизоляции проваривается сплошным сварным швом. Наличие одного сварного шва в зоне стыка по сравнению с двумя сварными швами, как в известных конструкциях, позволяет повысить качество изделия. Крепление листов металлоизоляции к армокаркасу осуществляется с помощью сварки.

В условиях со сложной гидрогеологией грунтов при наличии водонапорных горизонтов в зоне устройства стены в грунте и при необходимости восприятия несущими элементами конструкции значительных изгибающих моментов применяется конструкция стены в грунте со сплошной металлоизоляцией 15 (вариант 3). С целью улучшения прочности раскрепления листа на бетонных поверхностях конструкции и с целью увеличения несущей способности армируемого элемента используется пространственная конструкция металлоизоляции 15, выполненная с заделкой в тело железобетонного элемента 1.

В зависимости от типа грунта и назначения металлоизоляция может отсутствовать (вариант 1).

Замковое устройство, выполненное по типу 9, состоит из двух элементов, выполненных в виде упругого сферического тела 16 и ответного гнезда в виде элемента незамкнутой коробчатой формы 17 с возможностью обеспечения свободного захода упругого сферического тела 16 во внутреннюю полость элемента коробчатой формы 17, соответственно закрепленных на противоположных консольных участках листов металлоизоляции 13 и 14 (вариант 2) и 15 (вариант 3) с возможностью обеспечения непрерывного соединения смежных сборно-железобетонных элементов 1 между собой.

Устройство функционирует следующим образом.

Возведение сборно-монолитной стены включает устройство форшахты, разработку заходки (траншеи) 4 под глинистым раствором на определенном участке, монтаж в разработанную заходку 4 железобетонных элементов 1 с замыкающим разделительным железобетонным элементом 3 специальной формы, омоноличивание бетонного тела 2 в промежутках между элементами 1 с вытеснением глинистого раствора, повторение последовательности вышеуказанных операций на смежном участке и т.д.

Характерной особенностью возведения сборно-монолитной стены в грунте является то, что указанный метод включает в себя ряд чередующихся последовательно выполняемых операций. Сначала на определенном участке строительства стены в грунте выполняется форшахта. После достижения бетоном форшахты проектной прочности начинается последовательная разработка заходки 4 под глинистым раствором. В границах разработанной заходки 4 производится монтаж железобетонных элементов 1 (с одновременным отбором глинистого раствора), замыкающим элементом заходки 4 устанавливается разделительный элемент 3. После установки указанных элементов производится омоноличивание участков между элементами 1 с одновременным отбором глинистого раствора. Далее производится дальнейшая разработка траншеи и вышеуказанные операции повторяются. После устройства стены в грунте, набора бетоном проектной прочности начинается последовательная разработка котлована с устройством промежуточных ярусов крепления стен. По мере разработки котлована стык листов металлоизоляции соседних железобетонных элементов проваривается сплошным сварным швом.

Настоящее изобретение отличается формой используемых железобетонных элементов, конструкцией замкового соединения на железобетонных элементах и позволяет получить экономический эффект за счет значительного снижения металлоемкости конструкций при более высоком качестве готового изделия.

Специальная форма железобетонных элементов обеспечивает наличие развитой поверхности бетонного тела, изготовленного с применением опалубки, в районе внутренней поверхности стены (противоположной внешней, контактирующей с грунтом). Этим достигается лучшее качество поверхности конструкции стены по сравнению с качеством, обеспечиваемым прототипом.

Также благодаря этому снижается металлоемкость конструкции с гарантированным обеспечением необходимой гидроизоляции (снижается ширина стыка по монолитному бетону и ширина металлоизоляции), повышается качество металлоизоляции (ввиду меньшей площади металлоизоляции отсутствует проблема отслаивания металла от бетона с разрушением сварных соединений с армокаркасом, вызванная различными температурными деформациями металлического листа и бетонного тела, которая в конструкции прототипа часто имела место на этапе открытия котлованов). Повышению качества поверхности стены также способствует точный монтаж железобетонных элементов в заходку, выполняемый с использованием замкового соединения.

Изобретение относится к области строительства и предназначено для использования в качестве стен заглубленных сооружений и фундаментов. Сборно-монолитная стена в грунте, представляющая собой сборно-монолитную конструкцию, состоит из чередующихся секций в виде сборно-железобетонных элементов, снабженных замковыми устройствами, и соединительных элементов из монолитного бетона. Каждый из сборно-железобетонных элементов выполнен в виде конструкции балочного типа таврового профиля, состоящей из пространственного армокаркаса Т-образной формы с продольной силовой и поперечной связующей арматурой и бетонного тела. Замковое устройство состоит из двух элементов, выполненных в виде металлического штыря с упругим сферическим телом на конце и ответного гнезда в виде элемента коробчатой формы со сквозной боковой прорезью с возможностью обеспечения свободного захода упругого сферического тела во внутреннюю полость элемента коробчатой формы, соответственно закрепленных на боковых поверхностях сборно-железобетонного элемента с возможностью обеспечения непрерывного соединения смежных сборно-железобетонных элементов между собой. Также предложены варианты выполнения. Технический результат состоит в повышении надежности возводимой стены при одновременном упрощении конструкции и технологии изготовления. 3 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Сборно-монолитная стена в грунте, представляющая собой сборно-монолитную конструкцию, состоящую из чередующихся секций в виде сборно-железобетонных элементов, снабженных замковыми устройствами, и соединительных элементов из монолитного бетона, отличающаяся тем, что каждый из сборно-железобетонных элементов выполнен в виде конструкции балочного типа таврового профиля, состоящей из пространственного армокаркаса Т-образной формы с продольной силовой и поперечной связующей арматурой и бетонного тела, при этом замковое устройство состоит из двух элементов, выполненных в виде металлического штыря с упругим сферическим телом на конце и ответного гнезда в виде элемента коробчатой формы со сквозной боковой прорезью с возможностью обеспечения свободного захода упругого сферического тела во внутреннюю полость элемента коробчатой формы, соответственно закрепленных на боковых поверхностях сборно-железобетонного элемента с возможностью обеспечения непрерывного соединения смежных сборно-железобетонных элементов между собой.

2. Сборно-монолитная стена в грунте, представляющая собой сборно-монолитную конструкцию, состоящую из чередующихся секций в виде сборно-железобетонных элементов, снабженных замковыми устройствами, и соединительных элементов из монолитного бетона, отличающаяся тем, что каждый из сборно-железобетонных элементов выполнен в виде конструкции балочного типа таврового профиля, состоящей из пространственного армокаркаса Т-образной формы с продольной силовой и поперечной связующей арматурой и бетонного тела, при этом в состав каждого сборно-железобетонного элемента введена металлоизоляция, выполненная в виде металлических листов на участках с утонченной полкой сборно-железобетонного элемента с консольными участками, обеспечивающими перехлест листов смежных сборно-железобетонных элементов, причем замковое устройство состоит из двух элементов, выполненных в виде упругого сферического тела и ответного гнезда в виде элемента незамкнутой коробчатой формы с возможностью обеспечения свободного захода упругого сферического тела во внутреннюю полость элемента коробчатой формы, соответственно закрепленных на противоположных консольных участках листов металлоизоляции с возможностью обеспечения непрерывного соединения смежных сборно-железобетонных элементов между собой.

3. Сборно-монолитная стена в грунте, представляющая собой сборно-монолитную конструкцию, состоящую из чередующихся секций в виде сборно-железобетонных элементов, снабженных замковыми устройствами, и соединительных элементов из монолитного бетона, отличающаяся тем, что каждый из сборно-железобетонных элементов выполнен в виде конструкции балочного типа таврового профиля, состоящей из пространственного армокаркаса Т-образной формы с продольной силовой и поперечной связующей арматурой и бетонного тела, при этом в состав каждого сборно-железобетонного элемента введена металлоизоляция, выполненная в виде листовой пространственной конструкции с заделкой в тело сборно-железобетонного элемента с консольными участками, обеспечивающими перехлест консолей смежных сборно-железобетонных элементов, причем замковое устройство состоит из двух элементов, выполненных в виде упругого сферического тела и ответного гнезда в виде элемента незамкнутой коробчатой формы с возможностью обеспечения свободного захода упругого сферического тела во внутреннюю полость элемента коробчатой формы, соответственно закрепленных на противоположных консольных участках металлоизоляции с возможностью обеспечения непрерывного соединения смежных сборно-железобетонных элементов между собой.