Шпунтовая свая U-образного типа Российский патент 2024 года по МПК E02D5/04 

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к шпунтовым профилям корытной формы типа Ларсена, производимых горячекатаным способом и может быть использовано в строительной отрасли промышленности.

Известны модели шпунтов корытного типа: Arcelor GU-22N, Arcelor PU22, Л5-УМ.

Недостатком конструкции данных шпунтов является неустойчивость шпунтовой сваи в процессе забивания сваи в грунт, из-за того, что в сопряжении стенки выполнены с малым изгибом, и при высокой плотности грунта (скальные породы, промерзший грунт), возможен изгиб данного шпунта в месте сопряжения основания 1 с полкой 2 (ФИГ.1).

Известна линейка шпунтов с усиленным основанием Vitkovice steel VL 601K - VL 607К.

Недостатком конструкции данных шпунтов при высокой устойчивости сопротивления стенки, является отсутствие усиления элемента сопряжения основания с полками.

Известен шпунт RU 2740561 C1, 15.01.2021, где в качестве решения по увеличению сопротивления стенки были использованы над вогнутыми углами дополнительные элементы в форме заплечиков.

Недостатком конструкции данного шпунта является то, что заплечики, выполняя функцию повышения устойчивости, с другой стороны создадут увеличение контактной площади в процессе грунтозабивания и в силу своей конструкции могут послужить концентраторами напряжений.

Известна U-образная шпунтовая свая RU199197, 21.08.2020 г..

Недостатком данной сваи является сравнительно невысокая несущая способность.

Прототипом для предлагаемого изобретения является U-образная шпунтовая свая RU 2787097, где U-образная шпунтовая свая, выполненная из металла и содержащая основание с загнутыми навстречу друг другу стенками с замками на концах, при этом внутренний и внешний углы сгиба стенки и основания скруглены, отличающаяся тем, что внутренний и внешний углы сгиба стенки и основания скруглены таким образом, что коэффициент соотношения радиусов скругления внутреннего и внешнего угла находится в диапазоне от 2,1 до 2,2, для обеспечения повышения концентрации материала, содержащегося в поперечном сечении шпунтовой сваи, в частности, в местах сгиба стенок и основания.

Недостатком данного изобретения является то, что усиление сопряжения по наружной части обособлено только внешними радиусами скругления, что не позволяет создать уширение основания относительно полок, которое необходимо для захвата максимальной площади основанием (как наиболее массивным элементом сваи) в момент соприкосновения с грунтом.

Технический результат на достижение которого направлено предполагаемое изобретение является: улучшение свойств грунтопробиваемости, за счет создания максимального пятна контакта между основанием 1 сваи и грунтом.

Технический результат достигается благодаря тому, что в конфигурации шпунтовой сваи присутствуют 3 радиуса сопряжения по наружной поверхности сваи в месте перехода от основания 1 к полке 2 (ФИГ.2), наружный описанный радиус R₂ может варьироваться в значениях от 12,5 до 30 мм, а наружные вписанные радиусы R₁ (примыкающий к полке) от 25 до 60 мм, и R₃ (примыкающий к стенке) от 80 до 300 мм при этом отношение наружного вписанного радиуса R₁ к наружному описанному радиусу R₂ должно быть R₁/R₂ не менее 1,5, а отношение наружного вписанного радиуса R₃ к наружному описанному радиусу R₂ должно быть R₃/R₂ не менее 2, т.к. снижение данного значения приведёт к созданию концентратора напряжения в форме ребра, а также в процессе прокатки на поверхности наружного описанного радиуса R₂ возможно образование дефекта в виде «закат».

В предлагаемом шпунте за счет применения переходных радиусов возможно увеличение контакта стенки с грунтом, что улучшит грунтопробиваемость и защитит другие элементы сваи от деформаций и напряжений.

Также для снижения динамического усилия забивания шпунтовой сваи предлагается использовать шпунт с косым резом, для создания рассредоточенного усилия в процессе забивания (ФИГ.3). При этом первоначально в контакте с грунтом окажется стенка, имеющая большую толщину, чем другие элементы профиля шпунтовой стенки, а соответственно пробиваемую способность. При таком исполнении снижается общее усилие забивания шпунтовой стенки.

При забивании сваи рассчитывается остаточный отказ

Если фактический (измеренный) остаточный отказ s_a < 0,002 м, то следует предусмотреть применение для погружения свай молота с большей энергией удара, при которой остаточный отказ будет s_a >= 0,002 м, а в случае невозможности замены сваебойного оборудования - общий контрольный отказ сваи s_a + s_el, м (равный сумме остаточного и упругого отказов), следует рассчитывать по формуле:

,

Где

η - справочный коэффициент, принимаемый в зависимости от материала сваи, кН/м2;

A - площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или полого поперечного сечения ствола сваи, м2;

E_d - расчетная энергия удара молота, кДж;

m₁ - масса молота, т;

m₂ - масса сваи и наголовника, т;

m₃ - масса подбабка, т;

ε - коэффициент восстановления удара, принимаемый при забивке железобетонных свай и свай-оболочек молотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем;

s_a - фактический остаточный отказ, равный значению погружения сваи от одного удара молота;

S_el - упругий отказ сваи (упругие перемещения грунта и сваи), определяемый с помощью отказомера, м;

ηη_р и η_f - коэффициенты перехода от динамического (включающего вязкое сопротивление грунта) к статическому сопротивлению грунта;

A_f - площадь боковой поверхности сваи, соприкасающейся с грунтом, м2;

m₄ - масса ударной части молота, т;

g - ускорение свободного падения, принимаемое равным g = 9,81 м/с²;

H - фактическая высота падения ударной части молота, м;

h - высота первого отскока ударной части дизель-молота, а для других видов молотов h = 0 м.

Согласно вышеприведенной формулы снижение площади A в начальный момент времени соприкосновения с грунтом снизит динамические удары, а значит также произойдёт снижение остаточного отказа. К примеру, для профиля шпунтовой стенки на ФИГ.4, при косом резе снижение возможного отказа составит 4,9%.

Исполнение косого реза может быть параллельное друг-другу, тогда возможность использования такого исполнения ограничивается установками вибрационного забивания в грунт, т.к. нагрузка на косую поверхность со стороны молота создаст изгибающий момент.

Также возможно исполнение косого реза с одной стороны шпунтовой сваи, тогда противоположная часть будет иметь прямой (перпендикулярный рез). для снижения металлоемкости возможно использовать в качестве косого реза часть неудаленного языка с передний части раската, который после правки будет являться направляющей для забивания шпунтовой сваи.

Угол косого реза β может варьироваться от 0 до 30 градусов, т.к. повышение угла может привести к ослаблению основания 1 и его изгибу в начальный момент забивания стенки, а также получение угла β более 10 градусов возможно только вне технологического потока, для чего потребуется установка дополнительного оборудования по подрезке свай, что также приведёт к дополнительному расходу металла в виде обрези.

Таким образом, обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении характеристик грунтопробиваемости, и возможности использования предложенной конструкции для использования её в скальных, промерзших и прочих грунтах с высоким сопротивлением грунтопробиваемости.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

- на ФИГ.1 представлен общий вид шпунта с элементами, где

1 - основание; 2 - полка; 3 - замок.

- на ФИГ.2 изображено сечение предлагаемой шпунтовой сваи U-образного типа, где

H - общая высота шпунта

h - рабочая высота шпунта, при этом 2h-высота шпунтовой стенки

B - общая ширина шпунта

b - рабочая ширина шпунта

t- толщина основания шпунта

s - толщина полки шпунта

α - угол уклона полки

r - внутренний радиус сопряжения основания шпунта с полкой

R₁ - наружный описанный радиус сопряжения основания шпунта с полкой

R₂ - наружный вписанный радиус сопряжения основания шпунта с полкой

R₃ - наружный вписанный радиус сопряжения основания шпунта с полкой;

- на ФИГ.3 изображена свая с косым резом,

где β - угол реза.

- на ФИГ.4 изображен конкретный профиль шпунтовой сваи предлагаемой конструкции.

Использование предлагаемой конструкции шпунта позволит:

- создать повышенную грунтопробиваемость.

- Получить шпунт данного типа горячей прокаткой на специализированных станах с отличной от существующих аналогов конструкцией.

- сохранить жесткость конструкции и моментных характеристик, включая момент сопротивления стенки на уровне существующих аналогов.

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к шпунтовым профилям корытной формы типа Ларсена, производимых горячекатаным способом и может быть использовано в строительной отрасли промышленности. Шпунтовая свая U-образного типа содержит основание и примыкающие к ней боковые полки с образованием между ними вогнутых углов и расположенные симметрично относительно плоскости, перпендикулярной основанию, замки на свободных концах. По наружной поверхности сваи в месте перехода от основания к полке - наружный вписанный радиус R₁, от 12,5 до 30 мм. Примыкающий к полке шпунта, наружный описанный радиус R₂ от 25 до 60 мм. Соединяющий вписанные радиусы R₁ и R₃, наружный вписанный радиус R₃ от 80 до 300 мм, примыкающий к основанию шпунта, при этом отношение радиусов R₁/R₂ не менее 1,5, а R₃/R₂ не менее 2. Технический результат состоит в улучшении свойств грунтопробиваемости, за счет создания максимального пятна контакта между основанием сваи и грунтом. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Шпунтовая свая U-образного типа, содержащая основание 1 и примыкающие к ней боковые полки 2 с образованием между ними вогнутых углов и расположенные симметрично относительно плоскости, перпендикулярной основанию 1, замки 3 на свободных концах, отличающаяся тем, что по наружной поверхности сваи в месте перехода от основания 1 к полке 2 - наружный вписанный радиус R₁, от 12,5 до 30 мм, примыкающий к полке шпунта 2, наружный описанный радиус R₂ от 25 до 60 мм, соединяющий вписанные радиусы R₁ и R₃, наружный вписанный радиус R₃ от 80 до 300 мм, примыкающий к основанию шпунта 1, при этом отношение радиусов R₁/R₂ не менее 1,5, а R₃/R₂ не менее 2.

2. Шпунтовая свая по п.1, отличающаяся тем, что свая имеет косой рез с углом β от 0 до 30 градусов.