Конструктивно-технологические решения подпорных стен из сварного трубчатого шпунта для транспортного строительства (стр. 4 )

  Таблица 2. Сравнительные результаты коррозионной стойкости шпунтовых свай шпунта Л5, Hoesch и ШТС в течение 25 лет

Тип шпунта подпорной стены	Параметры
начальные	остаточные
∅н	δн	W	М	∅к	δк	Wк	К,%
Ларсен - 5	-	21	2962	238,1	-	18,5	2605	89,8
ШТС 630х10-Л5	630	10	3040	231	625	7,5	2220	76,5
ШТС 720х8-Л5	720	8	2939	203	715	5,5	1992	68,7
ШТС 820х10-Л5	820	10	4201	233	815	7,5	3113	107,3
ШТС 1020х10-Л5	1020	10	5524	232	1015	7,5	4127	142,3
Hoesch 215	-	14,3	3150	215	-	10,9	2400	82,8
Примечание. М – удельный расход стали (кг/м2); К = (Wк/ Wэт) 100%; W эт = 2900 см3.

Анализ таблицы 2 показывает, что подпорные стены из ШТС при увеличении диаметра трубы с 720 мм до 820 мм и 1220 мм сохраняют несущую способность  и  имеют некоторый запас по моменту сопротивления К820 = 107,3 % и К1220 = 142,3%. Подпорные стены из шпунтовых свай типа Ларсен – 5 и Hoesch 215 через 25 лет эксплуатации в условиях с интенсивностью коррозии 0,1 мм/год будут иметь несущую способность на 10 % меньше принятой в сравнительных расчётах (W ≥ 2900 см3 /п. м.), не обеспечат условия безопасной эксплуатации и требуют затрат на их ремонт. 

  В третьей главе приведены рекомендации по изготовлению и проектированию подпорных стен из шпунтов трубчатых сварных заводского изготовления, по выбору оборудования и определению параметров погружения трубчатых свай, методам усиления подпорных стен  и особенности их возведения на основаниях из скальных грунтов.

  Изготовление разработанных соискателем  профилей ШТС организовано в «Тресте Запсибгидрострой» в г. Сургуте с использованием комплекта специального оборудования и стендов в соответствии с сортаментом и требованиями ГОСТ Р 52664-2010 «Шпунт трубчатый сварной. Технические условия».

  Комплект заводского оборудования «Треста Запсибгидрострой» обеспечивает изготовление 300-350 тонн ШТС в месяц в цехе завода размером 72х18 м в плане, высотой 7м,  оснащенным краном грузоподъемностью до 10 т. На рис.9 приведена принципиальная схема стенда по подготовке замковых соединений ШТС методом продольной резки и на основе непрерывно-поточного производства. Стенд имеет коробчатый корпус 1 на опорах 2. Внутри корпуса установлено несколько вкладышей 9, имеющих форму разрезаемого шпунта. В торце корпуса стенда размещена площадка 6 для передвижения полуавтомата 4, на котором установлена режущая горелка 3 и сопло 5 для подачи воды. Корпус 1 стенда оснащен сливным патрубком, зумпфом и насосом.

Рисунок 9 – Стенд заготовки замковых соединений

  Шпунтовую сваю, например Л5 (рис.9), устанавливают мостовым краном на вкладыши 9, включают полуавтомата 4, горелку 3, устройства перемещения и подачи воды. С торцов заготовок замковых соединений  удаляют окалины после резки.

  На рис.10 представлена схема стенда для сборки ШТС. Стенд (рис.10) содержит раму 1, выполненную из швеллеров № 20 длиной 12 м и шириной 1,2 м. На раме смонтированы опоры 2, сваренные между собой стенками 4 и 12. Опоры 2 имеют вырезы под трубу ∅ 820 мм. Для изготовления ШТС с трубами ∅ 530 ÷ ∅ 1440 мм стенд снабжен вкладышами 3 соответствующих размеров. В верхней части опоры 2 с двух сторон закреплены ограничии шарнирная опора 5, с пальцами 6, хомутами 7, зажимами 8 и 10, вкладышами 9 и эксцентриковыми зажимами 13. ШТС изготавливают на стенде рис5 путем закрепления трубы на опорах 2 со вкладышами 3.

Рисунок 10 – Стенд для изготовления ШТС

Каждый технологический цикл изготовления ШТС на стендах рис.9 и 10 подвергается соответствующему операционному контролю. ШТС изготавливают в «Тресте Запсибгидрострой» с точностью исключающей необходимость  ручной подгонки на строительной площадке.

  В соответствии с действующими нормативными документами несущую способность подпорных стен из шпунтов трубчатых сварных при проектировании рассчитывают по наибольшему изгибающему моменту для сечения вблизи проектного дна, подбирая по сортаменту, с учетом коэффициента запаса, параметры ШТС. Данные методы расчётов разработаны десятки лет тому назад и мало приспособлены для учета возведения сооружений практически полностью изготовленных в заводских условиях на основе применения новых строительных конструкций – стальных шпунтов трубчатых сварных. Анализ проектных решений и примеров расчётов показал технические и конструктивные преимущества возведения подпорных стен из ШТС приведенных в таблице 1 и на рисунке 1.

  Подпорные стены из ШТС заводского изготовления рекомендуется проектировать таким образом, чтобы их возведение или реконструкция проводились с учетом физического износа сооружения и на основе экономических критериев. Результаты расчётов, испытания работы ШТС на моделях и натурные обследования на ряде объектов показали, что предельное состояние (отказ или разрушение) в связи с коррозионными воздействиями не обязательно должны произойти на участке действия максимального изгибающего момента в подпорной стене. Для подпорных стен из ШТС, по результатам мониторинга, установлена высокая вероятность нарушения устойчивости подпорной стены в связи с интенсивными процессами коррозии на участке переменного уровня воды вплоть до разрушения и нарушения условий безопасной их эксплуатации.

  На основе анализа расчётов подпорных стен из шпунтов корытного профиля типа Л 5 и ШТС установлены принципиальные отличия, которые влияют на долговечность работы конструкций и которые следует учитывать при проектировании. В зависимости от места расположения в подпорной стене: со стороны свободной поверхности (акватории) или со стороны обратной засыпки, в шпунтовой свае типа Л5 возникают противоположные по знаку напряжения. ШТС в конструкции  подпорной стены имеет двузначную эпюру напряжений, характерную для работы сваи при изгибе.

  Вопросы погружения свай, выбор оборудования и динамические испытания в разные годы исследовали , , и другие ученые и практики. Исследовались, в основном, вопросы, связанные с деформациями и напряжениями в грунте при погружении свай. Нештатные ситуации, например, поведение сваи внезапно натолкнувшейся при погружении на препятствие, как правило, не рассматривалось.

  При погружении замковые соединения шпунтовых свай типа Ларсен подвергаются растягивающим и сжимающим напряжениям, которые при определенных условиях приводят к «веерности» подпорной стены. В отличии от них, практически одинаковая жесткость ШТС в плане обеспечивает «удобство» их забивки и отсутствие «ухода в сторону» замковых соединений или их раскрытия. Натурные исследования показали, что ШТС более приспособлены к восприятию продольных и поперечных нагрузок, возникающих при забивке свай. Это обстоятельство имеет значение в тех случаях, когда в процессе погружения шпунтовая свая встречает препятствие в виде различных включений (валунов, топляков, линз мерзлых грунтов) или в связи с локальными изменениями физико-механических свойств грунтов основания.

  Сопоставительный анализ технологической эффективности конструкций шпунтовых свай показал преимущества ШТС в сравнении с Л5.

  Допускаемый крутящий момент для шпунтовой сваи Л5-УМ шириной 0,5 м производства НТГМ из стали С 255 (М из л = 77,4 тм/п. м)  равен М кр. доп. л5 = 0,92 тс⋅м. Для её скручивания требуется усилие в 1,84 тс (0,92 тс⋅м./0,5 м = 1,84 тс). ШТС-720-10-ШК1 с расстоянием между замками в 1,136 м, близкий к Л5-УМ по несущей способности, изготовленный из стали ВСт3сп (М из штс = 83,5 т⋅м/п. м.) имеет допускаемый крутящий момент М кр. доп. штс = 106,3 тс⋅м. и предельное  горизонтальное усилие в 93,6 тс (106,3 тс⋅м./1,136 м = 93,6 тс.), что в 49 раз больше, чем у Л5-УМ.

  Следовательно, при прочих равных условиях, вероятность появления предельных деформаций при погружении у подпорных стен из шпунта типа Л5-УМ выше, чем у ШТС  «Треста Запсибгидрострой».

  В диссертационной работе соискателем разработаны рекомендации по повышению несущей способности подпорных стен из ШТС, в конструкции которой имеется стальная полая труба. Очевидно, что наиболее просто и технологично повышать несущую способность подпорных стен из ШТС путем выемки грунта из внутренней полости трубы шпунтовой сваи и размещения в ней одной из конструкций усиления: смеси песка с цементом, железобетона с арматурным каркасом или замораживающего устройства, при строительстве в криолитозоне. Натурные исследования показали, что конструкция усиления в трубе ШТС повышает несущую способность подпорной стены (рис.11) и замедляет процессы коррозии, повышая срок эксплуатации сооружения.

  Для разработки и извлечения грунта из трубы ШТС рекомендуется  эрлифт с оборотным водоснабжением. При возведении подпорной стены на твердых и скальных грунтах рекомендуется совместная работа эрлифта со шнеком или грейфером.

  Для засыпки пазух подпорных стен и внутренней полости труб ШТС предлагается использовать непучинистые песчаные грунты средней крупности с углом внутреннего трения φ ≥ 30° и степенью неоднородности Cu =d60/d10 > 3,0. Песок с цементом рекомендуется смешивать в количестве 5:1 по массе и уплотнять до I d ≈ 0,9 ÷ 1,0.