Шпунтовое ограждение

Шпунтовое ограждение встречается во многих местах, но не все знают, что это такое и какие виды существуют. Необходимо перед началом строительства внимательно изучить устройство ограждения котлована для труб. Весьма важными аспектами, кроме расчёта ограждения, выступают особенности забирки из досок, а также общие схемы и технологии монтажа.

Шпунтовое ограждение каждого котлована — своеобразная монолитная стенка, создаваемая из однородных деталей. Все они жёстко соединяются между собой. Именно такие механические связи дают возможность сборке переносить мощные нагрузки, не теряя надёжности. Шпунт служит лучшей гарантией стабильности котлована, вырытого в слабом грунте:

• песок;
• болото;
• места с высоко стоящими почвенными водами.

Хотя такие приспособления могут использоваться при любой геометрии выемки в земле, особенно перспективны они, когда речь идёт о широких котлованах, которые вырыты на отметку 5 м и более вглубь. Но на этом функции подобного устройства не исчерпываются. С помощью ограждения можно усилить склон, уберечь от проблем гидротехнические объекты и иные инженерные сооружения. Главной задачей, однако, всегда остаётся противодействие нежелательным грунтовым подвижкам. Гарантируется стойкость к контакту с водой, к колебаниям температур и иным опасным факторам.

Во многих случаях шпунтовое ограждение изготавливается из труб. Применяемые элементы стыкуются пазовыми замками. В совокупности получается ничуть не менее надёжно, чем при других вариантах. Несущая способность оказывается очень даже высокой.

Дополнительное усиление обеспечивается забиркой из досок. Благодаря ей минимизируется риск проникновения влаги между основными элементами конструкции. Вместо досок в ход могут быть пущены фанерные панели, ориентированные плиты ОСБ и другие изделия с похожими свойствами.

В качестве элементов усиления могут применяться обвязочный пояс, анкеры, распорки и другие решения. Пояс позволяет рассредоточить нагрузку по всей поверхности более однородно. Для его изготовления обычно используются балки, если иное не предусмотрено разработчиками.

При сооружении шпунтовых ограждений допустимые отклонения чётко прописаны в ГОСТ и СНиП. Так, уклон по вертикали в направлении кордона не может быть больше 100 к 1. На каждые 30 м отличие оси от предусмотренной для верхней части шпунта не может превосходить 100 мм.

Среди различных видов конструкции широкое распространение получили шпунты Ларсена. Разработанная к 1910 году технология в своей основе оказалась не нова, поскольку сама идея использовать сваи для усиления различных почв практиковалась издавна. Важной особенностью изобретения является наличие на металлоконструкции специальных замков, которые отлично сцепляют блоки друг с другом. Итоговая геометрия получаемой сборки может быть очень разнообразной. Наконец, шпунт Ларсена, в отличие от множества более старых технических решений, может быть применён многократно.

Это изделие визуально напоминает корыто. Длина этого «корыта» составляет до 35 м, ширина – до 0,8 м. Чтобы гарантировать полный успех, применяют первоклассную углеродистую сталь с антикоррозийным покрытием. При качественном изготовлении нормативная прочность доходит до 800 килоньютон-метров на погонный метр металла. Шпунты Ларсена отлично показали себя и в промышленном строительстве, и в гидротехнических объектах, и в профилактике оползней.

Другие важные свойства:

• неплохая прочность;
• длительный период службы;
• относительная дешевизна;
• пригодность только для ограниченного круга грунтов.

Простые стальные конструкции отличаются от системы Ларсена тем, что они не имеют таких замков. В остальном ключевые черты довольно похожи. Точно так же рядовой стальной шпунт может быть применён многократно (благодаря упрощённому демонтажу), закрепить его несложно, да и перевозка проблем не вызывает.

Сталь прочна и стойко переносит механические воздействия. Загнать такие конструкции в грунт можно и по вибрационной, и по ударной методике. Варьирование технических параметров позволяет в ряде случаев как экономить, так и достигать исключительного совершенства в сжатые сроки. Классический стальной шпунт, наконец, подойдёт и для усиления на склонах. Однако есть и слабость — непригодны такие изделия для усиления непрочного изначально грунта, и никакие приёмы этот недостаток не компенсируют.

Раз есть стальные шпунты, значит, их можно сваривать между собой. Сварными трубами пользуются только на начальной стадии строительства различных сооружений. Степень их надёжности настолько велика, что это решение отлично подходит даже для ответственных гидротехнических объектов. Метод закрепления похож на используемый в ларсеновской системе — при помощи замков, вгоняемых в пазы.

Трубошпунт неплохо заменяет несъёмную опалубку. По возможностям установки и многократного использования он примерно совпадает с продвинутым шпунтом Ларсена. Если возникает необходимость завести внутрь швеллер или вспомогательную балку, это делается без всяких затруднений. Общий период службы будет достаточно долог, и всё это время никаких дополнительных действий предпринимать не придётся. Когда трубу загоняют на положенное место, все посторонние включения будут раздроблены; правда, приходится считаться с очень высокой ценой тяжёлых сварных конструкций.

Для создания шпунтовых ограждений могут применяться и железобетонные сваи. Они соединяются между собой по традиционному методу замок-паз, после чего выполняют функцию внешнего фундаментного пояса. Надёжность железобетона проверена уже за много десятилетий, но есть один нюанс — демонтировать такие конструкции без разрушения нереально. Длина свай может доходить до 16 м, что очень хорошо при строительстве плотин, других крупных сооружений.

Деревянное шпунтовое ограждение, пожалуй, имеет самую большую историю. Однако сейчас оно постепенно исчезает, потому что металл и полимеры куда практичнее по всем показателям. Если такое решение и применяется, то только в частном строительстве. Для создания частокола можно применить как брёвна, так и брус.

Сделанные из дерева шпунты обычно не внедряются вибрацией, а забиваются чисто механически. Их можно применять как временно, так и в постоянном режиме, но вытащить и использовать повторно не получится. Брёвна монтируют исключительно при отсутствии всяких каменных включений, корней и других подобных преград. Загнать деревянный шпунт глубже 6 м не получится, установка обычно проходит в 1 или 2 ряда максимально плотно друг к другу.

Проводить вычисления нужно, чтобы:

• точно определиться с конфигурацией;
• установить необходимый габарит стены;
• знать, нужно ли вспомогательное укрепление.

Если не рассчитать шпунтовое ограждение, оно может оказаться недостаточно прочным и устойчивым. Инженеры обязательно обращают внимание на коэффициент работы конструкции, отличающийся в разных вариантах барьера, а также в зависимости от свойств грунта. Вычислить прочность можно, если учесть:

• стойкость стены к нагрузкам в пересчёте на 1 м;
• сопротивление обвязок;
• показатель нормативного сопротивления;
• упомянутый коэффициент работы в грунте;
• сопротивляемость замков разрыву.

Последний параметр высчитывают с поправкой на горизонтальные нагрузки и радиальные усилия. Дополнительно вводятся коэффициенты, описывающие условия эксплуатации и нормативные индексы стойкости к разрыву, которые определяются сообразно типу стали. В большинстве случаев вычисления отталкиваются от классической теории предельного равновесия грунтов. Профессионалы оперируют различными эпюрами и предельным пассивным давлением. При этом они ориентируются на достижение устойчивости в условиях уравновешивания давлений, что достигается при помощи перемещений и придания стенке некоторой гибкости.

Анкерные и безанкерные стенки рассчитываются немного по-разному. Нередко ради большей скорости берут упрощённые версии эпюр. Разумеется, при ответственном строительстве такой подход неприемлем. Жёсткость высчитывают, отталкиваясь от приведённой высоты стен, моментов инерции, ширины шпунтов и глубины закладки. Если же нужна особая жёсткость, полезно выбирать схему со свободным опиранием.

Стандартный подход к проектированию основан на исполнении требований СНиП. Шпунтовые стенки рассчитывают на максимально герметичный режим использования. Но добиться этого можно только при скрупулёзном соблюдении технологических требований, и потому установку необходимо поручать профессионалам, которые знают, какую последовательность действий следует совершить. Методику ограждения и конкретные схемы её выполнения подбирают с учётом:

• величины котлована;
• параметров эксплуатации;
• характеристик грунта.

Технология статического погружения шпунтов подразумевает использование мобильных вдавливающих аппаратов с гидравлической системой. Этот узел, обжимая шпунтину, передвигается вниз по направляющим, погружая деталь в землю. При ударном и вибрационном методах необходимы копры. Чтобы забить шпунт, они оснащаются навесными дизельными молотами либо гидромолотами. Вибрационная подача обеспечивается вибропогружателями.

Устройство для вибрационного погружения развивает низкоамплитудные колебания. Они появляются благодаря разнонаправленно вращающимся неотцентрованным дебалансам. В свою очередь, дебалансы движутся благодаря вырабатываемой электромотором энергии.

Отгруженные на объект шпунты перегружают стреловыми кранами. Для их хранения вдоль всего периметра котлована оборудуют расходные склады. Перед монтажом обязательно должна быть размечена шпунтовая стенка. Чтобы копр забил деталь, её нужно строповать крановой лебёдкой и поставить всё в забивочную позицию. После сопряжения шпунта с наголовником молота надо проконтролировать вертикальность его размещения и начать бить, чтобы шпунтина ушла на заданную отметку.

Подобная обработка производится неоднократно, с каждой шпунтиной её нужно повторять в полном объёме. Пазовые замки состыковывают с замками уже заколоченных элементов прежде, нежели начнут забивать новые. Таким образом проводят работу, пока ограждение не сомкнётся вокруг котлована. Если вибрация категорически неприемлема, остаётся только проводить лидерное бурение под конкретные элементы.

Шпунты Ларсена обычно монтируют при помощи вибропогружателей. Такое оборудование позволяет работать точнее и минимизировать риск перекоса сваи. Высокочастотные установки предпочтительны, так как они меньше остальных воздействуют на окружающие сооружения. Вгонять элементы в плотный песок или гравий можно гидромолотом. Такой аппарат хорошо проявляет себя также при работе со связанным грунтом.

Если поблизости есть высокочувствительные строительные сооружения или природные объекты, приходится действовать особо щадящими путями. Обычно речь идёт о завинчивании либо вдавливании шпунтов. Однако такой подход трудоёмок и требует большого количества тяжёлой техники.

Обвязка — это процедура по объединению всего блока в монолитную сборку. Специальный обвязочный пояс рассчитывают так, чтобы нагрузки рассредоточились равномерно. Как при одинарных, так и при двухъярусных поясах часто в ход идут двутавровые балки.

Для распорной системы применяют те же балки или стальные трубы. Многоярусное распорное изделие включает подпорные стойки. Формировать такую конструкцию придётся синхронно с выемкой почвы. Если котлован достаточно велик для манёвров, подкосы ставятся по диагональной схеме. Упор подкосов производится в:

• плиту фундамента;
• достаточно крепкий грунт;
• вспомогательную опорную сваю.