Каким бывает шпунт и где он применяется?

Далеко не все люди знают, что это такое — шпунт, каким он бывает, и где применяется. А между тем металлические и деревянные шпунты в строительстве применяют очень широко. Обязательно надо будет разобраться еще со шпунтованными ВДСП и ПШС, с композитным шпунтом и другими видами, с выполнением расчетов в общем виде.

Под термином шпунт в строительстве принято подразумевать элементы цельного ограждения. Они продолговаты и имеют замки вида паз/гребень с двух сторон. Именно такие соединительные части и облегчают устройство из отдельных деталей цельной конструкции. На изготовление шпунтов идут различные материалы. Выбор определяется предсказуемо величиной нагрузки и ожидаемыми условиями использования.

В большинстве случаев на строительных объектах используются стальные конструкции. Они в отличие от деревянных или бетонных свай пригодны для многоразового применения. В итоге расходы на их покупку в длительном периоде ограничены. Производство шпунтов развернуто уже в больших объемах. Они могут выглядеть различным образом, но всегда при проектировании внимание уделяется соображениям надежности и устойчивости.

Практически всегда речь идет не об абстрактном металле, а о конкретно стальной конструкции. Среди них наибольшее распространение получили шпунты Ларсена. Внешне такие изделия напоминают профиль в форме корыта. Длина их может составить до 35 м, а ширина до 0,8 м. Наряду с модификациями Л4 и Л5, востребованы также ларсеновские шпунты Л-5УМ и «Омега».

Для выпуска такой продукции предпочтительно использование первосортной стали. Добавление меди позволяет защитить металл от ранней коррозии. Разновидность Л5 отличается наилучшими техническими характеристиками. На изготовление подобной продукции пускают сталь Ст3Кп или 16ХГ. Нормативный уровень прочности достигает 800 килоньютон на 1 м.

Длина таких свай достигает 16 м. Они имеют большую массу и не всегда удобны. Ограждения могут быть оформлены забивными или буронабивными сваями. Недостатком железобетонных шпунтов является то, что это неизвлекаемые конструкции.

Защитные ограждения из дерева применяются уже довольно длительное время. Но роль их неуклонно сокращается. На смену приходят более стойкие и надежные материалы. Как и бетонные, деревянные шпунты не могут быть извлечены. Допускается их постоянное или временное использование. Стоит отметить, что наилучшей породой является лиственница. Несмотря на высокий вес 1 метра, она особенно стойко переносит воздействие почвенных условий.

Использование композитных материалов в обустройстве шпунтов только набирает обороты. Однако от них надо отличать пластиковые изделия в узком смысле. Если композит по несущим возможностям близок к металлу, то пластик таким свойством похвастаться не может. У него другое преимущество — подобная конструкция весит куда меньше, чем металлический барьер с сопоставимыми размерами. Стоимость синтетического материала — еще один весомый аргумент в его пользу.

Кроме того, такие изделия:

• легко транспортируются на большие расстояния;
• устанавливаются в короткий срок;
• служат долго (поскольку не страдают от коррозии).

Термин ВДСП не имеет прямого отношения к тем шпунтам, которые вводятся в грунт. Он обозначает водостойкую шпунтованную древесно-стружечную плиту. ПШС, или панель шпунтовая сварная, это уже совсем другое дело. Под таким названием продают готовые стальные сборки, созданные при помощи сварки. Их оснащают петлями для переноски краном, что существенно упрощает монтаж.

Металлоемкость у ПШС заметно ниже, чем у аналогов. Типоразмеры очень разнообразны, что позволяет выбирать подходящее решение гибко. Благодаря угловым фасонным частям можно будет оградить котлованы сложной конфигурации. Шпунт СШК (расшифровка — сварной шпунт корытный) также находит довольно широкое применение. Стоит учесть, что и СШК, и ПШС позиционируются производителями как российские аналоги шпунтов Ларсена. По оборачиваемости они как минимум не хуже, и полностью соответствуют отечественному ГОСТ.

В стандарте описаны:

• исполнения;
• основные конструкции;
• технические положения;
• нормы безопасности;
• предельные отклонения;
• способы сваривания.

В большинстве случаев шпунты берут, чтобы сооружать сборные стены либо перегородки большой величины. Для котлована под большие здания такие элементы строго обязательны. Именно они помогают:

• избежать обвала земли;
• исключить просачивание почвенных вод;
• предотвратить разрушение соседних построек при строительных работах.

Часто шпунтами пользуются, чтобы организовать укрепление берега (откосов) около набережных, портовых построек, водоемов. Важны они и для гидротехнических работ при ремонте и сооружении:

• плотин;
• дамб;
• насыпей;
• отдельных шлюзов;
• причалов и пристаней.

На этом сфера применения шпунтов, естественно, не заканчивается. С их помощью оборудуют стены тоннелей. Спускаясь в подземный переход или заезжая на подземную парковку, вряд ли многие догадываются, что за стенами скрыты именно такие конструкции. Ни одно очистное сооружение без шпунта, опять же, не обойдется. И даже в ограждении свалок они находят широкое применение.

При обустройстве лестниц под ступени вновь монтируют шпунтовые элементы. Они соединяют блоки с опорными стойками. Заранее готовятся пазы для монтажа, подобные изделия в корне отличаются от тех, которые загоняют в грунт.

В данном случае подразумевается всего лишь выступ, идущий вдоль всего ребра пиломатериала. Он при соприкосновении с аналогичной деталью на другой доске «сцепляется в замок». В любом случае все должно быть рассчитано очень тщательно. А также стоит учесть особенности конкретного потолка и типа материала.

К вычислениям также стоит привлекать специалистов. Попытка произвести их самостоятельно вряд ли даст хороший результат. Причем при обращении к специалистам надо выяснять, есть ли у них лицензии (допуски) на такие работы. При вычислениях надо определить:

• насколько велико должно быть сечение шпунта;
• как глубоко следует его забить;
• какие дополнительные шаги надо предпринять, чтобы все было крепко и надежно.

Но при разработке котлована равновесие пропадает, сокращается интенсивность давления изнутри. Этот момент обязательно должен быть учтен при расчетах. Потому без привлечения сложных методов, основанных на теории предельного равновесия грунтов, не обойтись. А также могут применяться графоаналитический метод упругой линии.

Подобные методы вполне доступны профессионалам, а самостоятельно разбираться с ними не стоит, не придется. Обустройство рассчитывают различными методами в зависимости от анкерного либо безанкерного исполнения стенок. В первом варианте точку оборота находят на дне котлована, а во втором — там, где ставится анкерная растяжка. Глубина погружения варьируется в зависимости от:

• водозащитной подушки;
• плотности грунтов;
• химического и механического состава почвы.

Правильные расчеты включают определение:

• параметров устойчивости положения;
• прочности материалов;
• стойкости днищ котлованов;
• глубины забивки шпунтов;
• расчетного сопротивления.

Дополнительно используют:

• расчетные моменты удерживающих и опрокидывающих нагрузок;
• коэффициенты расчета для вязкого грунта;
• индексы надежности;
• коэффициенты условий работы.

Правильный монтаж может быть проведен путем забивки шпунта. Это вполне доступный финансово и обеспечивающий экономию времени метод. Однако использовать подобный подход возможно не всегда. Молоты создают много шума и вибрации. Это негативно влияет на соседние конструкции и может даже нарушать закон о тишине, санитарные правила.

При нанесении ударов земля становится плотнее. Оттого глубокое погружение шпунта без предварительного лидерного бурения будет невозможно. Чаще всего забивка производится дизельными молотами. Они оснащаются лепестковыми наголовниками. Еще перед началом работы установки в грунте должны быть проделаны отверстия, обеспечивающие зацеп крюками. В противном случае строповка и центрирование будут невозможны.

Сама забивка производится за счет ударной и взрывной энергии. Удар определяется массой бойка. Взрывное воздействие обусловлено детонацией топлива. Дизельные молоты даже лучших образцов изнашиваются очень интенсивно. Заколотить шпунт дороже, чем сваю, а технический контроль за процессом должен быть очень строг.

Альтернативой является вибрационное погружение. К нему в основном прибегают, когда работают на умеренно плотном грунте. Такой метод исключает деформирование шпунта (при условии соблюдения технических норм). Погружатели работают с низкой, средней или высокой частотой. Первый тип наиболее широко используется при плотной застройке местности.

Вибрация плоха тем, что рядом со стенками шпунта грунт станет менее плотен. Без проблем можно вогнать изделие на требуемую глубину. Темп погружения определяется различием между силой сопротивления и мощностью вибрационного фактора. Чтобы преодолеть очень сильное сопротивление, зачастую грунт специально размывают.

Вибрационные машины в нашей стране начали применять для введения шпунтов еще в 1950-е годы. Тогда это стало возможно благодаря продвинутым инженерным разработкам и высокому уровню технических наук. С тех пор уровень машин существенно вырос. Наряду с ростом производительности, внимание уделяли, конечно, безопасности для самого грунта и сокращению вибрационной, шумовой нагрузки на внешнюю среду. Вибрационное погружение шпунтов помогает бороться с формированием воронок оседания, с продольным прогибом длинных построек.

Благодаря ему сводится к минимуму осадка гибких построек на слабом грунте. Несмотря на воздействия, при грамотно подобранном режиме работы обычно нет необходимости рассчитывать предварительно или оценивать инструментально колебания в грунтах. При этом критически важно выдерживать расстояния до зданий или до подземных коммуникаций.

Чем скорее вводятся погружаемые элементы, тем меньше суммарное негативное воздействие на внешнюю природную среду. Особенно важно работать быстро вблизи охраняемых природных зон и памятников культуры. В этом случае даже высокочувствительные биоценозы или аварийные здания не испытают ощутимого вреда. В стесненных условиях заменять кран копром невозможно. Это удается только на обширных стройплощадках. Очень актуально снижение исходного уровня колебаний. Еще стоит отметить, что современные вибропогружатели все чаще работают с помощью дистанционного управления.

В местах с плотной застройкой часто рекомендуется статическое вдавливание. Такой вариант использования шпунтов самый молодой, но он уже хорошо зарекомендовал себя. Вибрация полностью отсутствует. Нет и какого-либо шума. Однако минусом является недостаточная производительность работ.

Правда, такой недостаток компенсируется отсутствием необходимости в крупногабаритной технике. Вдавливание может сочетаться с гидроразмывом скважин. Но это достижимо не всегда, а лишь при условии, что сопротивление грунта относительно мало. Вдавливание позволяет преодолеть сопротивление даже очень твердого грунта.

Вдавливающие установки находят широкое применение в промышленно развитых странах. Благодаря им внедрение шпунтов возможно даже рядом с густонаселенными кварталами, линиями метрополитена или железной дороги. Погружение конструкций таким методом гибко корректируется. С экологической точки зрения вдавливающая методика наиболее щадяща. И стоит еще подчеркнуть, что подобный вариант гарантирует повышенную надежность установленных шпунтов.

Необходимость удалять шпунты связана преимущественно с их использованием на других площадках. Вынимать ограждения котлованов помогают вибрационные погружатели безрезонансного типа. Они ставятся в подвешенном состоянии на крановой крюк. Техника конструируется так, чтобы легко корректировались амплитуда и частота колебаний. Подобный подход позволяет почти исключать негативные воздействия вибраций.

Шпунты вынимают раньше всего там, где они выдергиваются с наименьшим сопротивлением. Лишь затем переходят на более сложные участки. Начинают с подготовки площадки для установки автокрана. Заранее готовят и площадки для накопления вынутых деталей. Затем монтируется и налаживается оборудование.

При помощи гидравлического зажима на одном крае шпунта фиксируют вибропогружатель. При включении устройства одновременно тянут крюк вверх. Этого обычно достаточно, чтобы вытянуть шпунт наружу. Но если обнаружены какие-то недостатки, их надо устранять при помощи металлообработки. Чтобы стрела крана не страдала от вибрации, используют амортизаторы. Скорость подъема крюка более 5 м за минуту не допускается.

Сначала сжимаются нижние пружины погружателя. Это обеспечивается слабым натягиванием подъемного троса. Когда погружатель включен, ровно 60 секунд идет вибрация без роста подъемного усилия. Как следствие, сила упругости сорвет шпунт с грунта. Необходимо усилие, равное двойному весу сваи и погружателя вместе. Извлеченную деталь разблокируют, помещают на отведенное для хранения место и освобождают от вибропогружателя.