Все о шпунтах Ларсена

Начало ХХ века было ознаменовано большим количеством открытий и изобретений в области инженерных наук и техники. В 1902 году инженер из города Бремен (Германия) Тригве Ларсен сделал интересное наблюдение: если металлические полосы согнуть в виде корыта, то их можно соединять на заклёпках так, что образуется сплошная поверхность. Техническое новшество было запатентовано в 1910 году, и вскоре завод Tyssen начал производство этой продукции, получившей название по имени немецкого изобретателя.

Шпунтовые сваи – шпунт Ларсена представляют собой профиль особого сечения с закруглёнными краями – замками, которые могут соединяться между собой, образуя практически непроницаемую поверхность. Наличие пазов позволяет соединять сразу несколько элементов, не требуя применения сварки.

Сегодня шпунтовые сваи успешно применяют для:

• ограждения прудов, водоёмов, плотин, шлюзов;
• защиты от осыпания и обрушения стен котлованов, траншей, фундаментов;
• изоляции мест складирования агрессивных веществ (например, свалок и коллекторов), а также автомобильных и железных дорог;
• укрепления участков грунта, склонных к оползням;
• сооружения стен в тоннелях, подземных парковках, гаражах;
• оборудования водоотводящих сооружений;
• создания звукоизоляционных стен (например, вокруг шумных магистралей);
• обустройства водоотводящих каналов вокруг дорог;
• строительства резервуаров для сбора грунтовых вод;
• а также при возведении причалов, мостов, дамб.

Прочностные характеристики шпунтовых свай на растяжение должны быть не менее 1497 МПа. Вес 1/ мп, в зависимости от марки шпунта, может изменяться от 53 до 140 кг. Квадратный метр весит от 78 до 252 кг. Производители выпускают шпунтовые сваи различных размеров: длина может быть от 5 до 22 метров. Ценовые параметры зависят от массы сваи и варьируются в диапазоне от 58 710 до 64 000 рублей за тонну. Стоимость за погонный метр, как правило, не определяется.

Специфической характеристикой шпунтов Ларсена является оборачиваемость – количество возможных погружений и выемок, которое может выдержать один профиль, сохранив свои эксплуатационные характеристики. Это параметр зависит от качества исходного материала. Кроме того, важное значение имеет:

• длина профиля (у коротких оборачиваемость выше);
• квалификация и бережное отношение монтажников;
• используемое оборудование;
• наличие сварки в местах состыковки профилей;
• состояние грунта, в который внедряется шпунт.

В среднем количество циклов погружений принимается равным семи, однако, в зависимости от вышеприведенных условий, это значение может колебаться в большую или меньшую сторону до 50%. В настоящий момент не существует единого государственного стандарта, регламентирующего характеристики и технические условия выпуска шпунтов Ларсена. Производители обычно ориентируются на несколько ГОСТов: 4781 – 85, 7566 – 2018, 7565 – 81 и иные нормативные документы, определяющие состав материала, условия проведения испытаний изделий и другие параметры.

Шпунтовые сваи можно разделить по нескольким критериям – материалу, из которого они производятся, и по форме замка.

По типу материала, используемого для производства, шпунтовые сваи делятся на металлические и пластиковые, в отдельных случаях их изготавливают из железобетона или дерева.

В настоящий момент наибольшее распространение имеют металлические сваи. Как правило, их делают из низкоуглеродистых сталей обыкновенного качества типа Ст3кп (ГОСТ 380 – 2005). Химический состав этого материала включает: углерода от 0,14 до 0,22%, кремния – менее 0,05%, марганца от 0,3 до 0,6%, никеля и хрома – до 0,3%, азота и мышьяка – не более 0,008%, меди до 0,3%, вредных примесей – серы до 0,055%, фосфора до 0,04%, остальное – железо.

Механические свойства Ст3кп следующие: предел прочности на растяжение: 363 – 460 МПа, предел текучести: 190 – 233 МПа, относительное сужение: 22 – 25%. Температурный режим, котором сохраняются заявленные эксплуатационные свойства, варьируется от – 40 С до +400 С.

По технологии производства стальные сваи подразделяются на:

• горячее- и холоднокатаные;
• сварные;
• комбинированные.

Прокат – это изменение формы заготовки с помощью вращающихся валов определенного профиля. В зависимости от температурного режима, различают два основных вида этого технологического процесса. Горячая прокатка предполагает нагрев заготовки выше температуры рекристаллизации с целью облегчения процесса пластической деформации. Холодная прокатка осуществляется при комнатной температуре, в результате чего происходит упрочнение поверхностного слоя вследствие образования наклёпа – изменения формы зерна металла.

Формы профиля, которую может иметь шпунт Ларсена, отличаются большим разнообразием: плоские, угловые, корытообразные, двутавровые, Z-образные, S – образные, комбинированные, усиленные и др.

Наиболее распространен корытообразный профиль. Плоский шпунт применяется в тех случаях, когда неприменимо анкерное крепление, а также при ограждении круглых поверхностей. Для соединения свай используют специальные угловые элементы. В отдельных случаях изготавливаются мини-шпунты. Подбор профиля осуществляется в зависимости от поставленных задач и на основании проекта.

В последние годы, наряду со стальными, все чаще используются пластиковые шпунты Ларсена. Как правило, для их производства применяют поливинилхлорид (ПВХ). Технологический процесс таких профилей носит название экструзии. Его сущность заключается в продавливании мягкого полимера (компаунда – «сырого» ПВХ) через отверстия заданного размера и формы (экструдера). Необходимое условие этой операции – нагрев до температуры 80 – 120С.

Решающее значение в обеспечении эксплуатационных свойств имеет состав «сырого» ПВХ, который включает:

• красящие компоненты (чаще других используется оксид титана и оксид железа для получения белого и коричневого цвета соответственно);
• вспомогательные вещества, обеспечивающие смазку – возможность беспрепятственного прохождения смеси между металлическими поверхностями экструдера;
• наполнители, вводимые в состав компаунда с целью коррекции физико-механических свойств;
• пластификаторы, с помощью которых обеспечивается устойчивость к отрицательным температурам и увеличение эластичности;

По сравнению со стальными шпунтами, пластмассовые изделия отличает:

• стойкость к коррозии;
• невысокая масса, за счёт чего сокращаются затраты на перевозку и монтажные работы;
• низкая стоимость профиля;
• устойчивость к сезонным перепадам температуры;
• электрическая нейтральность;
• привлекательный внешний вид, позволяющий использовать профиль в ландшафтном дизайне.

К недостаткам можно отнести:

• высокий коэффициент температурного расширения (существует риск разрушения конструкции в случае, если не обеспечены тепловые зазоры);
• меньшие значения прочности по сравнению со сталью;
• относительно невысокая устойчивость к ультрафиолетовому излучению.

Кроме профиля, шпунты классифицируются по форме замка. Помимо того, существуют и другие сваи, не имеющие замков, а также модификации, в которых используется сварка. Эти профили можно комбинировать между собой с целью обеспечения более прочного соединения. В странах бывшего СССР получили распространение шпунты российского, украинского производства, а также поставляемые из европейских государств. Сегодня наиболее распространены три вида: Л4, Л5, Л5–УМ.

- Л5

- Л5-УМ

Устройство ограждения из шпунтовых свай начинают с оценки строительной площадки, в частности, наличия геологических рисков. После этого выполняется проект, на основе которого с помощью специализированных программ производятся математические вычисления. Это позволяет:

• рассчитать нужное сечение сваи;
• определить необходимую глубину погружения;
• составить рекомендации по принятию дополнительных мер (по потребности).

При расчёте шпунтов применяется методика Блюма – Ломейера (графоаналитический способ), принимающий во внимание активное и пассивное давление грунта и воды, глубину котлована и вертикальный размер шпунтов.

Помимо этого, обязательно имеется в виду вид шпунтовых стенок, которые могут иметь два типа конструкции:

• анкерную;
• безанкерную.

Значение глубины погружения сваи зависит от качества грунта: в случае наличия илистой, песчаной, суглинистой субстанции этот параметр принимается от 2 метров, для плотных грунтов – от 1 метра. В качестве руководящего документа пользуются стандартом СТП 139 – 99, разработанным институтом «Гипромостстрой».

После проведения расчёта описывается технология погружения. Установка свай может производиться тремя способами:

• посредством вдавливания;
• ударным методом;
• с использованием вибрационного оборудования.

Сущность первого метода заключается во введении в грунт свай посредством статического вжатия с помощью специализированной техники. Этот способ наименее производителен, но признан самым безопасным и щадящим (отсутствует шум и вибрация).

Второй способ, напротив, весьма эффективен, однако, здесь присутствуют вредные факторы: высокий вибрационные и шумовой фон, создающие опасность для коммуникаций, которые могут располагаться поблизости от места выполнения работ, поэтому рекомендуется предварительно бурить «лидерные» скважины.

Вибропогружение (нередко в сочетании с подмыванием) следует применять в местах, где имеется плотная застройка, а также при наличии рыхлых грунтов, насыщенных водой. Суть метода заключается в опускании вибратора за счёт его веса и амплитуды колебаний. Выполнение работ по монтажу шпунтовых свай регламентируется соответствующими документами. Порядок работ включает в себя несколько операций.

1. Разметка положения свай на местности.
2. Установка (прикрепление) вибропогружателя к свае.
3. Фиксация шпунта с помощью троса.
4. Постановка сваи в кондуктор.
5. Опускание шпунта в землю на заданную глубину.

Транспортирование шпунтовых свай можно производить с применением любых средств соответствующей грузоподъёмности.

Демонтаж свай не является обязательной операцией – в ряде случаев они «хоронятся» в конструкции. Тем не менее извлечение шпунтов нередко может принести ощутимый экономический эффект, поскольку в этом случае предполагается их повторное использование.

Для выполнения работ разработана технология на основе использования вибрации. При этом заметно снижаются силы трения, возникающие на боковой поверхности шпунта. В отдельных случаях (на легких песчаных грунтах, при коротких сваях) возможна выемка шпунтов только с помощью крана.

Что такое шпунт Ларсена, смотрите в видео ниже.