Аннотация. Представлена разработка шпунтовой сваи двутаврового поперечного сечения отечественного производителя, обеспечивающая усовершенствованные геометрические параметры погружаемой части сваи.
Ключевые слова: шпунтовая стенка, погружение сваи, замковые соединения шпунта, сварной шпунт двутавровый.
Компания ООО «ГК ТрубМет‑УралШпунт» почти 10 лет специализируется на поставках сварных металлоконструкций для строительства, включая стальные сварные шпунтовые панели, предназначенные для применения в гидротехническом, транспортном и промышленно-гражданском строительстве при сооружении различных шпунтовых ограждений постоянного и временного типа.
Среди широкой номенклатуры производимых шпунтовых профилей особняком стоят профили двутаврового сечения «СШД» — сваи, из которых могут быть собраны высоконагруженные ячеистые шпунтовые стены.
Изготавливаются такие сваи на собственном производстве по ТУ 24.10.74–002–68682152–2019 из низкоуглеродистых низколегированных сталей повышенной прочности, которые, будучи чуть более дорогими, в свою очередь, обладают существенно более высокими механическими свойствами, что позволяет значительно уменьшить толщины конструктивных элементов и, тем самым, снизить массу шпунта при сохранении прочностных качеств профиля. А также они имеют существенно более высокие показатели стойкости против коррозии в сравнении с другими видами стали.
Известны различные варианты конструктивного исполнения двутавровых сварных шпунтовых свай. Все они включают стенку и две полки. При этом на краях каждой полки выполнены объемлющие (в виде обоймы) или объемлемые (в виде кулачков) замковые элементы, соединением которых посредством заведения кулачков в обоймы осуществляется объединение шпунтовых свай в шпунтовую стену.
Отличаются профили в основном конструкцией применяемых замковых элементов. Одни из них могут быть частично выполнены как одно целое с двутавровой балкой — в этом случае сваи соединяются между собой посредством специальных горячекатаных профилей (к примеру, шпунтовые сваи HZ-M с соединительными профилями RZ, RZU, RZD от ArcelorMittal). В других случаях применяются приварные замковые профили различной конфигурации.
Однако в ряде случаев из-за несовершенной геометрии погружаемой части стандартных двутавровых шпунтовых свай наблюдается не всегда предсказуемое поведение шпунтовой сваи на начальном этапе погружения, в связи с чем возможны отступления от проектных значений положения свай в стенке, такие как отклонения шпунта от вертикали в плоскости створа (так называемый эффект веерности) и в на- правлении, перпендикулярном створу (уход из створа).
Забиваемая в грунт свая раздвигает в стороны и вдавливает вниз частицы грунта. В грунте вокруг сваи образуются поверхности скольжения и область перемятого грунта. Поперечные размеры этой области возрастают.
Радиус зоны деформирования зависит от свойств грунта, поперечных размеров сваи и способа ее погружения. Чем меньше прочность грунта, тем меньше размеры области, где происходят деформации.
Объем деформированного грунта может достигать 100% объема погружен- ной сваи, в зависимости от ее размеров, свойств грунта и способа погружения.
В этой связи на нашем предприятии была поставлена задача разработать шпунтовую сваю двутаврового поперечного сечения с усовершенствованными геометрическими параметрами погружаемой части сваи, которая была бы лишена недостатков известных аналогов.
Полки соединяются со стенкой двусторонним сварным швом. Замковые элементы присоединяются к краям полок с их внутренних сторон сварным заостренные кромки. Стенка в ее основании также снабжена ножевой секцией, имеющей толщину больше толщины стенки, с выполненным в ее основании вырезом в виде сегмента круга. Кроме того, реализация нижеприведенных конструктивных решений позволяет добить- ся оптимизации процесса погружения:
1. Вырез выполняется в виде сегмента круга, диаметр которого составляет от 90 до 95% ширины стенки, а кромка выреза с двусторонней фаской.
2. Толщина ножевой секции и толщина полки должны быть равными. В крайнем случае допускается, чтобы ножевая секция была тоньше полки (но не более чем на 5%) или толще полки (но не более чем на 20%) швом. Причем эти элементы выполняются в виде обоймы и кулачка и располагаются на краях полок с внутренней стороны, что позволяет исключить механические повреждения замковых элементов со стороны, например, акватории, а также существенно замедлить процессы коррозии замков. Обойма выполняется из горячекатаного углового профиля, а кулачок — из горячекатаного круглого проката. Для более стабильного погружения в грунт основание полок имеет
Табл. 1. Параметры шпунтовой сваи двутаврового поперечного сечения
|
Толщина полки, t, мм |
Толщина стенки, S, мм |
Ширина стенки, bc, мм |
Ширина полки, b, мм |
Толщина ножевой сек- ции, s, мм |
Диаметр сегмента круга, D, мм |
|
8 |
7 |
561 |
499 |
7,2 |
504,9 |
|
14 |
10 |
922 |
754 |
16,8 |
829,8 |
|
15 |
10 |
853 |
768 |
15 |
790 |
|
15 |
12 |
897 |
818 |
18 |
830 |
|
16 |
12 |
1016 |
818 |
16 |
940 |
|
25 |
18 |
1170 |
1272 |
25 |
1111,5 |
|
25 |
18 |
1324 |
1220 |
23,75 |
1225 |
|
28 |
20 |
1286 |
1322 |
28 |
1190 |
|
28 |
22 |
1387 |
1372 |
30,8 |
1289,91 |
3. Диаметр выреза в ножевой секции в виде сегмента круга должен составлять около 92,6% от ширины стенки. При реализации и внедрении в производство описанной выше конструкции могут быть выбраны, в частности, различные параметры шпунтовой сваи двутаврового поперечного сечения (табл. 1).
Параметры шпунтовой сваи двутаврового поперечного сечения. Все это обеспечивает в целом повышение надежности погружения шпунтовых свай в грунт и сборки из них шпунтовой стены за счет снижения усилий погружения, обеспечения минимального отклонения шпунтовой сваи от заданной траектории погружения при одновременном уменьшении металлоемкости шпунтовой стены. Отдельного внимания заслуживают такие параметры, как межосевое расстояние в шпунтовой стене, упругий момент сопротивления шпунтовой стены, а также жесткость полки и жесткость стенки, которые должны быть оптимальными.
Для удобства проектирования шпунтовой стены межосевое расстояние между профилями стандартно задается кратным 50 мм и находится в диапазоне от 450 мм до 1300 мм, а упругий момент сопротивления W одного квадратного метра шпунтовой стены для удобства
назначается в диапазоне от 7000 до 50500 см3 с шагом в 1000 см3. Жесткость полки, которая определяется как соотношение ее толщины к ширине, должна быть в диапазоне 0,016–0,022, а жесткость стенки, соответственно, 0,010–0,016.
За многие годы строительства и эксплуатации объектов продукция, про- изводимая ООО «ГК ТрубМет‑УралШпунт», доказала свою надежность, но предприятие не останавливается на достигнутом, совершенствуя конструкции выпускаемых изделий, и охотно делится своим опытом с заказчиками и коллегами по отрасли.
