способ сооружения подпорных стенок из шпунтовых свай

Формула изобретения

1. Способ сооружения подпорных стенок из шпунтовых свай, заключающийся в том, что используют первую шпунтовую сваю (10) с передним замком (14), имеющим внутреннюю полость (20), забивают первую сваю (10) в землю, защищая внутреннюю полость (20) ее переднего замка от попадания в нее грунта, используют вторую шпунтовую сваю (10’) с задним замком (12’) и головкой (16) замка, головку (16) заднего замка (12’) второй сваи вводят во внутреннюю полость (20) переднего замка (14) первой сваи, забивают вторую сваю (10’) в землю и используют связующее вещество (18), которым соединяют первую и вторую сваи (10) и ограничивают в подпорной стенке их продольное перемещение друг относительно друга, отличающийся тем, что связующее вещество (18) наносят в виде поверхностного слоя на головку (16) заднего замка (12’) второй сваи до установки головки во внутреннюю полость переднего замка (14) первой сваи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для нанесения на головку (16) заднего замка (12’) второй сваи покрытия из связующего вещества (18) используют распределитель (22).

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что распределитель (22) имеет внутреннюю полость, в которую входит головка (16) заднего замка (12’) второй сваи и размеры которой в поперечном сечении несколько больше размеров головки (16).

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что связующее вещество (18) закачивают внутрь распределителя (22) через выполненное в нем отверстие (24) и установленное в этом отверстии нагнетательное сопло (26).

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что при защите внутренней полости (20) замка от попадания в нее грунта во внутреннюю полость (20) замка вставляют закрывающее устройство (30) с надувной трубой (32), надувают надувную трубу (32), забивают первую сваю (10) в землю, выпускают воздух из надутой трубы (32) и извлекают закрывающее устройство (30) из внутренней полости (20) замка.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что закрывающее устройство (30) содержит уплотнитель (34), который при надувании трубы (32) плотно входит в продольную щель внутренней полости (20) замка.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что закрывающее устройство (30) содержит также гибкую трубку (35), через которую во время извлечения закрывающего устройства (30) из внутренней полости (20) замка эту полость заполняют песком.

8. Способ по любому из пп.5-7, отличающийся тем, что в нижний конец внутренней полости (20) переднего замка (14) первой шпунтовой сваи (10) до ее забивания в землю вставляют передний в направлении забивания сваи закрывающий элемент (36).

9. Способ по любому из пп.5-8, отличающийся тем, что в передний замок (14) первой шпунтовой сваи (10) до его соединения с задним замком (12’) второй шпунтовой сваи (10’) вставляют скребок (42).

10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что в качестве связующего вещества используют клей или цемент.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу сооружения подпорных стенок из шпунтовых свай.

Предпосылки создания изобретения

Использование шпунтовых свай для сооружения подпорных стенок хорошо известно. Используемые для сооружения таких стенок шпунтовые сваи имеют расположенные вдоль их продольных краев замки, которые удерживают в собранном виде соединенные между собой их продольными краями шпунтовые сваи. Известные в настоящее время замки шпунтовых свай типа замков с двойными захватами (замки типа 1 согласно стандарту EN 10248) или замков типа LARSSEN выполнены в виде имеющих в поперечном сечении форму скобы или крюка элементов с внутренней полостью. При сооружении подпорной стенки в землю сначала забивают первую сваю, затем в верхний конец переднего в направлении длины подпорной стенки замка первой шпунтовой сваи вставляют нижний конец заднего замка второй шпунтовой сваи, которую затем забивают в землю, после чего таким же путем забивают третью, четвертую и все последующие шпунтовые сваи, образующие подпорную стенку.

При сооружении подпорных стенок часто возникает необходимость в создании соединения, исключающего возможность перемещения соединенных между собой замками шпунтовых свай относительно друг друга в продольном направлении. Для этого обычно соединенные между собой замки соседних шпунтовых свай неподвижно соединяют друг с другом связующим веществом, в частности клеем или цементом.

В патенте US 4981540 предложен способ неподвижного соединения замков шпунтовых свай, согласно которому внутреннюю полость переднего в направлении длины подпорной стенки замка заполняют связующим веществом (клеем) и используют специальную калиброванную деталь - калибр, который защищает клей и препятствует попаданию грунта во внутреннюю полость замка. После забивания сваи калибр извлекают из замка и забивают следующую сваю. При забивании следующей сваи ее задний замок входит в заполненную связующим веществом внутреннюю полость переднего замка забитой до этого в землю сваи. Основной недостаток такого способа заключается в том, что заполняющее внутреннюю полость замка связующее вещество существенно затрудняет извлечение из нее калибра. Кроме того, такой способ неподвижного соединения свай требует использования связующего вещества с большим временем схватывания, которое должно оставаться мягким до забивания в землю следующей шпунтовой сваи. Согласно другому варианту осуществления описанного в патенте US 4981540 способа предлагается использовать калибр с трубой и закрепленными на ней соплами, который до забивания сваи вставляется в ее передний замок. По окончании трамбовки калибр извлекают из замка, одновременно инжектируя через сопла трубы во внутреннюю полость замка связующее вещество. Основной недостаток этого второго варианта осуществления предложенного в указанном патенте способа связан с необходимостью использования очень жидкого связующего вещества, которое приходится закачивать внутрь замка через достаточно длинную трубу. Использование жидкого связующего вещества не гарантирует равномерного его распределения по всей высоте внутренней полости замка, подверженного ударам и вибрациям при трамбовке следующей забиваемой сваи. Для надежного соединения сваи предложенным в этом патенте способом очень важно, чтобы поверхности замков соединяемых шпунтовых свай не соприкасались с грунтом, в который забивают сваи. Однако при извлечении калибра происходит неизбежное перемешивание грунта с еще не успевшим затвердеть связующим веществом, что, как очевидно, снижает прочность соединения. Еще один недостаток обоих вариантов осуществления этого способа заключается в постепенном выдавливании находящегося во внутренней полости переднего замка первой сваи связующего вещества входящей в нее и действующей по типу поршня толкателя головкой заднего замка второй забиваемой сваи. Иными словами, особенностью обоих вариантов осуществления этого способа являются потери большей части закачиваемого во внутреннюю полость замка связующего вещества, которое при забивании следующей сваи просто выдавливается из замка в окружающий его грунт.

С учетом предлагаемого в изобретении технического решения следует упомянуть также еще целый ряд известных в настоящее время документов, в которых предложены способы уплотнения замков соединенных между собой шпунтовых свай.

В DE 2722978 предлагается, в частности, инжектировать во внутреннюю полость замка шпунтовой сваи уплотняющую массу, которая после придания ей определенной формы с помощью специального скребка прочно соединяется со стенками внутренней полости замка. После затвердевания уплотняющей массы и образования во внутренней полости замка эластичного уплотнения шпунтовую сваю забивают в землю, предварительно соединяя замок сваи вместе с находящимся в его внутренней полости уплотнением с головкой замка забитой до этого в землю шпунтовой сваи.

В ЕР 0628662 уплотняющую массу предлагается инжектировать в специальную полость, образованную замками соединенных между собой свай.

В BE 1006600 предлагается заполнять уплотняющей массой внутреннюю полость замка шпунтовой сваи с использованием специальной оправки, равномерно распределяющей уплотняющую массу по стенкам внутренней полости замка и придающей ей определенную форму. Шпунтовую сваю с заполненным уплотняющей массой замком соединяют с другой такой же шпунтовой сваей и соединенные таким образом между собой сваи одновременно забивают в землю.

В GB 2322658 предлагается использовать твердеющий герметик, которым заполняют внутреннюю полость замка уже забитой в землю шпунтовой сваи. Для заполнения внутренней полости замка герметиком используют извлекаемую нагнетательную трубку, которую вставляют во внутреннюю полость замка и опускают вниз одновременно с забиванием сваи. После забивания сваи во внутреннюю полость по нагнетательной трубке закачивают жидкий герметик, постепенно извлекая трубу вверх из внутренней полости замка. Затем в заполненную герметиком внутреннюю полость замка забитой в землю сваи вставляют замок второй сваи и забивают ее.

В JP 01-207520 предлагается использовать пенопласт, которым до забивания в землю заполняют внутренние полости замков первой и второй шпунтовых свай. После затвердевания пенопласта, которым заполнены внутренние полости замков, шпунтовые сваи последовательно забивают в землю, используя затвердевший пенопласт в качестве средства, препятствующего просачиванию отстоя в место соединения свай, облегчающего забивание свай и препятствующего их деформации и повреждению.

Задача изобретения

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ сооружения подпорных стенок из шпунтовых свай, основанный на использовании для соединения свай связующего вещества и частично или полностью лишенный недостатков, присущих известным способам. Эта задача решается с помощью способа согласно п.1 формулы изобретения.

Краткое изложение сущности изобретения

В соответствии с предлагаемым в изобретении способом используют первую и вторую шпунтовые сваи, первая из которых имеет передний в направлении длины сооружаемой подпорной стенки замок с внутренней полостью, а вторая имеет задний замок с головкой. При забивании в землю первой шпунтовой сваи внутреннюю полость ее переднего замка надежно защищают от возможности попадания в нее грунта, в который забивают сваи. До забивания второй сваи головку ее заднего замка вставляют во внутреннюю полость переднего замка первой сваи. Отличие предлагаемого в изобретении способа состоит в том, что головку заднего замка второй сваи до ее установки во внутреннюю полость переднего замка первой сваи покрывают слоем связующего вещества. При забивании первой сваи внутреннюю полость ее переднего замка защищают от возможного попадания в нее грунта, в который забивают сваи. Поэтому при соединении первой и второй свай покрытая слоем связующего вещества головка заднего замка второй сваи входит в чистую внутреннюю полость замка первой сваи. Чистая поверхность внутренней полости замка первой сваи, в которую входит головка замка второй сваи, гарантирует высокую прочность соединения свай. Предлагаемый в изобретении способ позволяет забивать в землю шпунтовые сваи, надежно соединенные между собой в продольном направлении. Предлагаемый в изобретении способ облегчает процесс извлечения из замка первой сваи закрывающего его от попадания грунта устройства и позволяет забивать первую сваю, не покрывая внутреннюю полость ее переднего замка связующим веществом. Нанесение покрытия из связующего вещества на головку заднего замка следующей – второй - сваи до ее соединения с внутренней полостью переднего замка предыдущей - первой - сваи позволяет использовать связующее вещество с более коротким временем затвердевания. При этом также становится возможным гарантировать равномерное распределение связующего вещества по всей поверхности головки замка, используя для этого связующее вещество с очень большой вязкостью, которое остается на головке при забивании сваи. При соединении свай предлагаемым в изобретении способом головка замка не действует по типу поршня ударного действия и поэтому все или практически все нанесенное на головку замка связующее вещество остается внутри замка и не выдавливается в расположенную вокруг замка землю.

Для нанесения связующего вещества на головку заднего замка шпунтовой сваи можно использовать специальный распределитель. Такой распределитель предпочтительно имеет внутреннюю полость, которая имеет такую же форму, что и головка замка сваи, но при этом несколько большие размеры и позволяет наносить на головку заднего замка сваи по всей ее длине равномерное по толщине покрытие из связующего материала. Для нагнетания во внутреннюю полость распределителя связующего вещества можно использовать соответствующее сопло, вставленное в выполненное в стенке распределителя отверстие. При перемещении выполненного таким образом распределителя вдоль замка шпунтовой сваи на головку замка наносится равномерный по толщине слой покрытия из связующего вещества.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения закрывающее устройство содержит надувную трубу, которая вставляется во внутреннюю полость защищаемого от попадания грунта замка шпунтовой сваи. После установки закрывающего устройства внутрь замка трубу надувают, благодаря чему закрывающее устройство надежно закрывает и уплотняет открытую щель внутренней полости замка. Наличие в замке такого закрывающего устройства препятствует попаданию грунта во внутреннюю полость замка во время забивания сваи. После забивания сваи воздух из трубы выпускают и закрывающее устройство легко извлекают из внутренней полости замка. Иными словами, при надутой трубе закрывающее устройство надежно защищает внутреннюю полость замка от попадания в нее грунта, в который забивают сваю, а когда из трубы выпущен воздух, запирающее устройство можно легко вставить во внутреннюю полость замка и также легко извлечь из нее.

Закрывающее устройство может также содержать упругую трубку с открытым передним концом, которая проходит параллельно надувной трубе, имеющей закрытый передний конец. Такую упругую трубку можно использовать во время извлечения закрывающего устройства из внутренней полости замка для ее заполнения песком или пенопластом (например, пенополиуретаном). Необходимость в заполнении внутренней полости замка песком или пенопластом обычно возникает при забивании шпунтовых свай в легкие сыпучие (текучие) породы или илистый грунт, который не должен попадать внутрь замка после извлечения из него закрывающего устройства. Упругую трубку можно выполнить и в виде отдельной детали или, что более предпочтительно, в виде одной детали, состоящей из упругой трубки и прочно соединенной с ней надувной трубы.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения закрывающее устройство помимо надувной трубы содержит уплотнитель, который при надувании трубы отжимается в открытую продольную щель внутренней полости замка. Такой уплотнитель надежно закрывает открытую продольную щель внутренней полости замка. Необходимо отметить, что уплотнитель можно выполнить более прочным, чем надувную трубу, и поэтому менее подверженным повреждению при забивании сваи. Уплотнитель предпочтительно выполнить в виде полужесткой детали, которую можно сравнительно легко вставить в замок и также сравнительно легко извлечь из замка. Предпочтительно, кроме того, чтобы в поперечном сечении уплотнитель имел клиновидную форму с отжимаемым в открытую продольную щель внутренней полости замка суженным краем. Имеющий в поперечном сечении клиновидную форму уплотнитель при надувании трубы легко центрируется в продольной щели внутренней полости замка и надежно уплотняет ее изнутри. Уплотнитель можно выполнить и в виде отдельной детали или, что более предпочтительно, в виде одной детали, состоящей из уплотнителя и прочно соединенной с ним надувной трубы. Выполнение надувной трубы и прочно соединенного с ней уплотнителя в виде одной детали создает определенные удобства в работе непосредственно на месте их использования во время сооружения подпорной стенки.

При сооружении подпорной стенки из шпунтовых свай закрывающее устройство сначала вставляют во внутреннюю полость переднего в направлении длины подпорной стенки замка первой шпунтовой сваи. Надувную трубу накачивают, например, сжатым воздухом, после чего первую сваю забивают в землю. После забивания сваи воздух из надувной трубы выпускают и закрывающее устройство извлекают из внутренней полости замка. Необходимо особо подчеркнуть, что после извлечения закрывающего устройства внутренняя полость замка остается совершенно чистой без всяких следов грунта, в который забита свая. Закрывающее устройство затем вставляют внутрь переднего замка второй сваи и накачивают воздухом его надувную трубу. Головку заднего замка второй шпунтовой сваи покрывают слоем связующего вещества. Затем нижний конец заднего замка второй шпунтовой сваи вставляют и соединяют с верхним концом переднего замка первой, уже забитой сваи. При забивании второй шпунтовой сваи покрытая слоем связующего вещества головка ее заднего замка опускается вниз и в чистую внутреннюю полость соединенного с ней переднего замка первой сваи. После забивания второй сваи закрывающее устройство извлекают из ее переднего замка, выпуская для этого воздух из надувной трубы. Таким же путем забивают третью, четвертую и все последующие шпунтовые сваи. Очевидно, что при этом каждый раз задний замок забиваемой сваи вставляют и соединяют с чистым передним замком уже забитой сваи. Чистая поверхность внутренней полости переднего замка первой шпунтовой сваи и равномерно покрытая слоем связующего вещества головка заднего замка второй шпунтовой сваи обеспечивают высокую прочность соединения свай, из которых сооружают подпорную стенку.

До забивания сваи в землю в нижнюю часть внутренней полости ее переднего замка рекомендуется вставить передний в направлении забивания сваи закрывающий элемент. В этом случае при забивании сваи упирающийся в грунт передний закрывающий элемент, уплотняющий в осевом направлении внутреннюю полость замка, будет препятствовать возможному попаданию грунта снизу внутрь замка. В этом отношении следует отметить, что передний закрывающий элемент можно выполнить, например, в виде простого болта. Более предпочтительно, однако, передний закрывающий элемент выполнить в виде штыря с конической головкой. Передний закрывающий элемент предпочтительно выполнить в виде не соединенной со сваей отдельной вставляемой внутрь замка детали, которую можно легко выдавить из внутренней полости замка задним замком следующей забиваемой сваи. Использование закрывающего устройства с выполненным в виде отдельной детали передним элементом оказывается особенно эффективным при забивании сваи на большую по сравнению с забитой до этого сваей глубину.

Для очистки переднего замка первой шпунтовой сваи до соединения с ним заднего замка второй сваи можно использовать специальный короткий скребок, который вставляется в передний замок первой сваи. При забивании второй сваи ее задний замок упирается в скребок и перемещает его вдоль переднего замка первой сваи. Такой скребок можно выполнить, например, в виде короткого куска замка сваи, который не только вставляется внутрь замка, но и охватывает его снаружи, и использовать не только для очистки от грунта внутренних стенок переднего замка сваи, но и для смещения в сторону от сваи грунта, прилегающего к его наружным стенкам. Использование такого скребка позволяет полностью очистить от грунта все внутренние поверхности переднего замка сваи и отжать грунт от его внешних поверхностей, с которыми при забивании следующей сваи соприкасаются соответствующие поверхности ее заднего замка. Наибольший эффект от использования такого скребка можно получить при сооружении подпорной стенки в песчаном грунте, когда при извлечении из замка закрывающего устройства, уплотняющего открытую продольную щель внутренней полости замка, в эту полость попадает песок.

Следует также отметить, что для защиты внутренней полости замков от попадания грунта можно использовать и другие закрывающие и уплотняющие их изнутри устройства.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - аксонометрическая проекция двух соединяемых между собой замками шпунтовых свай,

на фиг.2 - поперечное сечение замка шпунтовой сваи в процессе нанесения на него слоя связующего вещества,

на фиг.3 - аксонометрическая проекция шпунтовой сваи во время нанесения на нее слоя связующего вещества,

на фиг.4 - аксонометрическая проекция трех шпунтовых свай, в одну из которых вставлено закрывающее устройство,

на фиг.5 - поперечное сечение расположенного в замке шпунтовой сваи не надутого закрывающего устройства, предназначенного для уплотнения открытой продольной щели внутренней полости замка,

на фиг.6 - поперечное сечение расположенного в замке шпунтовой сваи надутого закрывающего устройства, уплотняющего открытую продольную щель внутренней полости замка,

на фиг.7 - поперечное сечение расположенного в замке шпунтовой сваи надутого закрывающего устройства с упругой трубкой,

на фиг.8 - аксонометрическая проекция переднего закрывающего элемента, уплотняющего снизу внутреннюю полость замка, и

на фиг.9 - вид снизу вставленного в замок шпунтовой сваи показанного на фиг.8 переднего закрывающего элемента, уплотняющего снизу внутреннюю полость замка.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения

На фиг.1 показана забитая в землю первая шпунтовая свая 10 с задним и передним замками 12 и 14 соответственно. На фиг.1 показана также подготовленная для соединения с первой сваей 10 вторая шпунтовая свая 10’ с задним и передним замками 12’ и 14’ соответственно. Задний замок 12’ второй шпунтовой сваи 10’ имеет головку 16, которая покрыта слоем связующего вещества 18. Покрытую слоем связующего вещества головку 16 заднего замка второй сваи вставляют во внутреннюю полость 20 переднего замка 14 первой шпунтовой сваи 10. Головку замка вставляют в чистую внутреннюю полость 20, т.е. в полость, в которой отсутствуют частицы или следы грунта, в который забивают сваи. При забивании второй шпунтовой сваи 10’ головка 16 ее заднего замка 12’ скользит вниз по чистым стенкам внутренней полости 20 переднего замка 14 первой сваи 10.

На фиг.2 показан задний замок 12’ шпунтовой сваи, на головку 16 которого наносится слой связующего вещества 18. Связующее вещество 18 наносят на головку замка с помощью распределителя 22, внутренняя полость которого в поперечном сечении по существу совпадает по форме с формой головки 16 замка, но имеет при этом несколько большие размеры, и позволяет наносить на головку 16 заднего замка 12’ шпунтовой сваи по всей ее длине равномерный слой связующего вещества. Для нагнетания связующего вещества 18 внутрь распределителя 22 через отверстие 24 используют соответствующее сопло 26.

На фиг.3 показана насосная установка 28, используемая для нанесения на задний замок 12’ шпунтовой сваи 10’ слоя связующего вещества 18. Такую насосную установку 28 соединяют гибким шлангом 29 с соплом 26, через которое внутрь распределителя 22 закачивают связующее вещество 18. При перемещении распределителя 22 в осевом направлении вдоль заднего замка 12’ на головку 16 замка по всей длине шпунтовой сваи 10’ наносят равномерный по толщине слой покрытия из связующего вещества 18.

На фиг.4 показано вставленное в передний замок 14 первой шпунтовой сваи закрывающее устройство 30 с трубой, надутой сжатым воздухом, подаваемым в нее из источника 32 сжатого воздуха. Подробно конструкция такого закрывающего устройства 16 описана ниже со ссылкой на фиг.5 и 6, на которых оно изображено во внутренней полости 20 переднего замка 14 шпунтовой сваи. Закрывающее внутреннюю полость замка устройство 30 состоит из надувной трубы 32 и выполненного в поперечном сечении в виде клина уплотнителя 34. На фиг.5 и 6 надувная труба 32 показана соответственно в ненадутом и в надутом состоянии. Когда надувная труба 32 находится в надутом состоянии, уплотнитель 34 плотно входит в открытую продольную щель внутренней полости 20 замка. Иными словами, при подаче в трубу сжатого воздуха уплотнитель закрывает и уплотняет открытую продольную щель внутренней полости 20 замка и исключает возможность попадания грунта внутрь замка через эту щель. На фиг.7 показано закрывающее устройство 30 с гибкой трубкой 35, которая проходит вдоль надувной трубы 32. Гибкая трубка 35 имеет открытый передний конец и используется для постепенного заполнения песком внутренней полости 20 замка по мере извлечения из замка закрывающего устройства 30. Песок, заполняющий внутреннюю полость 20 замка, препятствует попаданию в нее через открытую продольную щель грунта, в который забивают сваю.

Необходимо отметить, что в предпочтительном варианте осуществления изобретения показанное на фиг.5 и 6, а также на фиг.7 закрывающее внутреннюю полость замка шпунтовой сваи устройство 30 представляет собой полужесткую деталь, изготовленную из резины. Для увеличения прочности на растяжение резину можно армировать пластмассовыми волокнами, или металлической проволокой, или лентами. Снаружи на соприкасающиеся со стенками замка шпунтовой сваи поверхности резины можно нанести антифрикционное покрытие.

Во избежание попадания грунта из-под сваи 10 во время ее забивания во внутреннюю полость 20 замка ее закрывают в осевом направлении вставленным в ее нижний конец передним в направлении забивания сваи закрывающим элементом 36. Такой закрывающий и уплотняющий снизу передний замок забиваемой сваи элемент 36, показанный на фиг.8 и 9, состоит из цилиндрического стержня 38 и конической головки 40.

До соединения замков первой и второй свай 10 и 10’ соответственно и до забивания второй сваи в передний замок 14 первой сваи 10 вставляют короткий скребок 42, который очищает от грунта внутренние стенки замка. Показанный на фиг.1 скребок 42 охватывает наружные стенки переднего замка 14 первой сваи и 5 имеет заостренный передний в направлении движения конец 44. При забивании второй сваи 10’ ее задний замок 12’ упирается и перемещает по первой свае надетый на ее передний замок 14 скребок, который при этом упирается в грунт и сдвигает его в сторону от наружных стенок переднего замка 14 первой сваи.