Шпунтовая свая для криволинейных оболочковых ячеек гидротехнических сооружений и криволинейная оболочковая ячейка гидротехнического сооружения Российский патент 2023 года по МПК E02D5/28 E02D5/04 E02B3/06 

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 (RU 142649, МПК B02D 5/00, B02B 3/06, опубл. 27.06.2014 г.), содержащая сварные шпунтовые сваи, состоящие из элементов трубы и соединенные друг с другом посредством шпунтовых замковых элементов. Сварные шпунтовые сваи выполнены состоящими из половины трубы диаметром до 430 мм, разрезанной в диаметральной плоскости, к стенкам которой в зоне среза закреплен сварным соединением холоднокатаный или горячекатаный шпунтовый профиль с замками на концах так, что замковая часть плоского шпунтового профиля выступает за внешний габарит полутрубы. В качестве шпунтового профиля используется стандартный плоский шпунтовый профиль шириной 500 мм.

Недостатком данного технического решения является высокая трудоемкость и себестоимость изготовления свай и большое количество погружений свай при монтаже шпунтовой стенки.

Известна шпунтовая стенка (RU 200250U1, МПК B02D 5/08, опубл. 14.10.2020 г.), выполненная на базе сварных шпунтовых свай, содержащих среднюю полосовую часть и приваренные к ней замковые элементы U-образного охватывающего и Т-образного охватываемого типа, при этом средняя часть выполнена плоской или загнутой на угол до 90°.

Недостатком данного технического решения является то, что при плоской средней части ширина шпунтовой сваи ограничена углом поворота шпунтов в замковых элементах и имеет оптимальную ширину до 500 мм. При этом при сооружении криволинейных шпунтовых стенок требуется большое количество свай. Сваи с изогнутой средней частью могут применяться для оболочек в небольшом диапазоне размеров.

Известна шпунтовая свая (ГОСТ4781-85. Профили стальные горячекатаные для шпунтовых свай). Сваи ШП-1 имеют плоскую форму, а ШК-1 - коробчатую форму с фиксированным углом боковых стенок, равным 36° по отношению к донной части, при этом оси замковых элементов параллельны донной части. Ширина свай ШП-1 и ШК-1 имеют ширину 400 мм.

Недостатком известного технического решения является малая ширина шпунтовых свай и, как следствие большое количество замковых соединений в шпунтовой стенке, а также высокая трудоемкость монтажа стенки из-за большого количества погружений свай.

Известна наиболее близкая к заявляемой шпунтовая свая (ArcelorMittal. Стальные шпунтовые сваи. Общий каталог 2018. Стр. 31-34; https://sheetpiling.arcelormittal.com/wp-content/uploads/2018/10/AMCRPS_Gen_Cat_RU_2018_web.pdf).

Плоская шпунтовая свая типа AS 500 с шириной 500 мм разработана для замкнутых цилиндрических конструкций, удерживающих грунтовую засыпку. Устойчивость ячеек, состоящих из стальной оболочки и грунтового наполнителя, обеспечивается собственным весом. Шпунт применяется в тех случаях, где скальный грунт расположен близко к уровню земли или, где было сложно или невозможно осуществить анкеровку. Максимальный поворота шпунтов в замковых соединениях составляет 4,5°. При этом минимальный радиус кольцевой ячейки составляет 6400 мм.

Недостатком известного технического решения является малая ширина шпунтовых свай и, как следствие, большое количество замковых соединений в шпунтовой стенке, а также высокая трудоемкость монтажа стенки из-за большого количества погружений свай.

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков прототипа и иных известных решений.

Технический результат изобретения состоит в возможности формировать надежную кольцевую шпунтовую стенку или стенку с изгибом при уменьшении веса конструкции, упрощении монтажа шпунтовой стенки и соединения ее замковых элементов, а также снижение в потребности использования замковых элементов.

Технический результат достигается тем, что шпунтовая свая для криволинейных оболочковых ячеек гидротехнических сооружений, включает тело шпунта и замковые элементы, расположенные на концевых частях тела шпунта, при этом, согласно изобретению шпунт выполнен шириной по центрам замковых соединений В = 1000÷1500 мм, а тело шпунта выполнено U-образной формы с углом отгиба концевых участков относительно средней части тела шпунта на величину β = (0,5÷3,5) × α_max,

где α_max - максимальный угол поворота шпунтовой сваи в замковом соединении,

при этом ширина отгиба концевых участков шпунта составляет В_от = (0,25÷0,5) × В.

Тело шпунта может быть выполнено зацело с замковыми элементами или соединение может быть осуществлено с помощью сварки.

Технический результат достигается так же тем, что криволинейная оболочковая ячейка гидротехнического сооружения, выполнена последовательным сочленением замковых элементов шпунтовых свай по пп. 1-3 между собой, при этом радиус кривизны оболочковой ячейки выбирается из соотношения 0,5B × sec(0,5ϕ1) ≥ R ≥ 0,5B × sec(0,5ϕ2),

где R - радиус кривизны оболочковой ячейки по центрам замковых соединений,

ϕ1, ϕ2 - углы кругового сектора шпунтовой сваи, при этом ϕ1 = 2 × (β - 0,5α_max),

ϕ2 = 2 × (β +0,5α_max).

Изобретение поясняется чертежами, где изображено:

Фиг. 1 - конструкция шпунтовой сваи;

Фиг. 2 - фрагмент оболочковой ячейки гидротехнического сооружения (шпунтовой стенки).

Шпунтовая свая для криволинейных оболочковых ячеек гидротехнических сооружений включает тело шпунта 1 и замковые элементы 2 и 3, расположенные на концевых участках 4, 5 тела шпунта 1. Шпунт выполнен шириной В = 1000÷1500 мм (по центрам замковых соединений), а тело шпунта 1 выполнено U-образной формы с углом отгиба концевых участков относительно средней части 6 тела шпунта 1 величиной β = (0,5÷3,5) × α_max, где α_max - максимальный угол поворота шпунтовой сваи в замковом соединении, при этом ширина отгиба концевых участков 4, 5 тела шпунта 1 составляет В_от = (0,25÷0,5) × В.

Замковые элементы 2, 3 могут быть выполнены как зацело с телом шпунта 1, так и соединены с ним, например с помощью сварки.

Конструкция криволинейной шпунтовой стенки оболочковой ячейки гидротехнического сооружения, выполненная последовательным сочленением замковых элементов 7, 8 шпунтовых свай 9, 10, 11 шириной В между собой в криволинейную стену 12 оболочковой ячейки с сочленением между собой под углами ϕ с учетом угла поворота шпунтовой сваи в замковом соединении (перекоса) α в замковых элементах 7, 8. Радиус кривизны R (по центрам замковых соединений 7, 8) стены 12 выбирается из соотношения 0,5B × sec(0,5ϕ1) ≥ R ≥ 0,5B × sec(0,5ϕ2).

Ниже приведены примеры выполнения шпунтовых свай и криволинейных шпунтовых стен оболочковых ячеек, выполненных с их применением.

При допустимом угле перекоса в замковом соединении α_max = 8° угол отгиба концевых частей тела шпунтовой сваи составляет β = 4°÷28°, а угол кругового сектора шпунтовой сваи в зависимости от направления перекоса в замковом соединении составляет ϕ1 = 0°÷48°, ϕ2 = 16°÷64°. В таблице 1 приведен расчет радиуса кривизны R кольцевой шпунтовой стенки в зависимости от количества N шпунтовых свай в стенке и ширины сваи В.

Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что все кольцевые стенки с числом шпунтовых свай от 6 до 72 и углом кругового сектора сваи от 5° до 60° лежат внутри заявляемых значений ϕ1 = 0°÷48°, ϕ2 = 16°÷64°.

Реализация изобретения позволяет формировать надежную кольцевую шпунтовую стенку или стенку с изгибом, уменьшить вес конструкции криволинейной шпунтовой стенки оболочковой ячейки гидротехнического сооружения, упростить монтаж шпунтовой стенки и соединения ее замковых элементов, уменьшить потребности в использовании замковых элементов в широком диапазоне размеров и числа свай в стенке.

Таблица 1 № п/п N, штук ϕ° R1 (B=1000 мм) R2 (B=1500 мм) 1 6 60 1000 1500 2 8 45 1306 1960 3 12 30 1932 2898 4 16 22,5 2563 3844 5 24 15 3831 5746 6 36 10 5737 8605 7 48 7,5 7645 11467 8 60 6 9554 14330 9 72 5 11463 17194

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. Шпунтовая свая для криволинейных оболочковых ячеек гидротехнических сооружений включает тело шпунта и замковые элементы, расположенные на концевых частях тела шпунта, при этом согласно изобретению шпунт выполнен шириной по центрам замковых соединений В = 1000÷1500 мм, а тело шпунта выполнено U-образной формы с углом отгиба концевых участков относительно средней части тела шпунта на величину β = (0,5÷3,5) × α_max, где α_max - максимальный угол поворота шпунтовой сваи в замковом соединении. Ширина отгиба концевых участков шпунта составляет В_от = (0,25÷0,5) × В. Тело шпунта может быть выполнено зацело с замковыми элементами или соединение может быть осуществлено с помощью сварки. Криволинейная оболочковая ячейка гидротехнического сооружения выполнена последовательным сочленением замковых элементов вышеуказанных шпунтовых свай между собой. Радиус кривизны оболочковой ячейки выбирается из соотношения 0,5B × sec(0,5ϕ1) ≥ R ≥ 0,5B × sec(0,5ϕ2), где R - радиус кривизны оболочковой ячейки по центрам замковых соединений, ϕ1, ϕ2 - углы кругового сектора шпунтовой сваи, при этом ϕ1 = 2 × (β-0,5α_max), ϕ2 = 2 × (β+0,5α_max). Технический результат изобретения состоит в возможности формировать надежную кольцевую шпунтовую стенку или стенку с изгибом при уменьшении веса конструкции, упрощении монтажа шпунтовой стенки и соединения ее замковых элементов, а также снижение в потребности использования замковых элементов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Шпунтовая свая для криволинейных оболочковых ячеек гидротехнических сооружений, включающая тело шпунта и замковые элементы, расположенные на концевых частях тела шпунта, отличающаяся тем, что шпунт выполнен шириной по центрам замковых соединений В = 1000÷1500 мм, а тело шпунта выполнено U-образной формы с углом отгиба концевых участков относительно средней части тела шпунта на величину β = (0,5÷3,5) × α_max,

где α_max – максимальный угол поворота шпунтовой сваи в замковом соединении,

при этом ширина концевых участков отгиба шпунта составляет В_от = (0,25÷0,5) × В.

2. Шпунтовая свая по п.1, отличающаяся тем, что тело шпунта выполнено зацело с замковыми элементами.

3. Шпунтовая свая по п. 1, отличающаяся тем, что замковые элементы соединены с телом шпунта с помощью сварки.

4. Криволинейная оболочковая ячейка гидротехнического сооружения, выполненная последовательным сочленением замковых элементов шпунтовых свай по пп. 1-3 между собой, отличающаяся тем, что радиус кривизны оболочковой ячейки выбирается из соотношения 0,5B × sec(0,5ϕ1) ≥ R ≥ 0,5B × sec(0,5ϕ2),

где R – радиус кривизны оболочковой ячейки по центрам замковых соединений,

ϕ1, ϕ2 – углы кругового сектора шпунтовой сваи, при этом ϕ1 = 2 × (β-0,5α_max),

ϕ2 = 2 × (β+0,5α_max).