Шпунтовое ограждение

Основная задача шпунтового ограждения: выдерживать давление грунта и не давать ему обрушиться, а также предотвращать размывание грунтов водой (опасность представляют грунтовые воды и водонасыщенные грунты). При большой глубине котлована и/или высокого уровня грунтовых вод необходимо использовать шпунтовое ограждение.

В качестве шпунтовых элементов чаще всего используют стальные профили с замками по краям. Они могут использоваться много раз, если после извлечения из грунта шпунт остаётся целым и соответствует всем необходимым нормам. Их и будем рассматривать дальше в статье.

Шпунт «Ларсена» получил широкое распространение из-за своего прочного U-образного замка. Он позволяет сделать сплошное водонепроницаемое ограждение, собираемое из отдельных частей.

При наличии грунтовых вод перед устройством шпунта требуется провести анализ инженерно-геологических условий, чтобы обнаружить водоупор (суглинки или глина с необходимым коэффициентом фильтрации). Именно через этот водоупор должен проходить низ шпунтового ограждения котлована (или находиться в водоупоре).

Также проводят расчет шпунтового ограждения на прочность. Расчет осуществляют графоаналитическим методом или с помощью формул. Используют такие расчётные комплексы, как Plaxis, Midas GTS NX, Bentley, Wall-3 и т.д. А также следуют указаниям СП 45.13330.2017 «СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты».

Шпунтовые ограждения делятся по особенностям работы в грунте и применении дополнительных элементов для фиксации:

• консольные стенки;
• шпунтовые стенки с креплением распорками и подкосами;
• шпунтовые стенки с креплением анкерными сваями.

Устраиваются в котлованах небольшой глубины и работают за счет защемления шпунтового ограждения ниже котлована в грунт. Консольные стенки не имеют дополнительных креплений (распорок, анкеров).

Такие шпунтовые стенки используют в котлованах большой глубины. Поперечные распорки и подкосы необходимы, чтобы стенки не разрушились под внешним давлением грунта. В качестве распорок и подкосов используют стальные трубы, которые крепятся к распределительным балкам, а в случае подкосов упираются в фундаментную плиту.

Данный способ креплений шпунтовых стенок используется для ограждения котлованов, где нет возможности применить распорную систему . Для этого используют анкерные сваи. Их погружают снаружи по периметру котлована на определенном расстоянии от него. Затем с помощью стальных тросов или канатов связывают анкерные сваи со шпунтовой стенкой.

Определяют способ установки в зависимости от рельефа строительной площадки, типа грунта, окружающей застройки и наличия спецтехники:

• забивка;
• вибрационное погружение;
• вдавливание.

Ударная забивка считается простым и дешёвым методом. Минус способа в том, что ее нельзя использовать в водонасыщенном песчаном грунте из-за его зыбкости, и шпунт просто плохо «идёт». А также забивку нельзя использовать в условиях плотной окружающей застройки.

При вибропогружении вибрации передаются через шпунт на грунт, оказывая на него разуплотняющее воздействие, а именно: нарушают структурные связи под шпунтом и уменьшают силы трения со стенками грунта.

Частоту установки вибрационным погружением определяют исходя из условий:

• Низкочастотные установки применяются только на рыхлых почвах.
• Среднечастотные считаются универсальными, так как можно использовать не только для монтажа шпунта, но также при установке столбов и труб.
• Высокочастотные безрезонансные используются при строительстве в кварталах с плотной застройкой.

Для статического погружения шпунта используют мобильные вдавливающие установки, которые оборудованы гидравлическим узлом. Этот узел обжимает шпунт и погружает его в грунт по направляющим рамам. Такой способ установки шпунтов можно использовать на влажных песчаных, гравийно-галечных, глинистых, а также в водонасыщенных грунтах.

Использование шпунтового ограждения во время откопки котлованов имеет следующие преимущества:

• Защищает стенки котлована от оползней и осыпаний грунта, которые могут негативно повлиять не только на увеличение времени строительных работ, но и на целостность окружающей застройки. Шпунтовые элементы воспринимают большие изгибающие моменты от давления грунта.
• Шпунт защищает от проникновения в котлован грунтовых вод.
• Большая разновидность шпунтов как по материалам, так и по размерам позволяет подбирать конкретный шпунт под разные габариты котлована, особенности грунта, влияния грунтовых вод и плотности окружающей застройки. То есть можно подобрать оптимальный шпунт под разные задачи и условия.
• Шпунт, в большинстве случаев, можно извлекать после окончания работ и использовать повторно, что уменьшает стоимость строительных работ.

Также стоит иметь в виду некоторые недостатки:

• Для установки или извлечения шпунта требуется специальная строительная техника и дополнительное время.
• Существует риск развития непредвиденных деформаций или даже обрушения ограждения, поэтому следует применять анкера или распорки при необходимости.
• При наличии распорных креплений затрудняется выполнение работ в котловане.

Надёжные способы устройства ограждения котлована требуют времени и использования спецтехники, поэтому эти недостатки не являются основополагающими при выборе данного способа. А при проектировании шпунтового ограждения заранее можно оценить необходимость использования распорной системы или анкерных свай.

Шпунтовое ограждение используется не только при промышленно-гражданском строительстве, но также при строительстве портов, причалов, мостов, набережных и различных гидротехнических сооружений.

Шпунт Ларсена и его аналоги широко используются и считаются надёжным способом защитить котлован от оползней и воды, а также для укрепления берегов водоёмов. Ещё в 1910 году немецкий инженер Трюгве Ларсен запатентовал своё изобретение, и через два года началось производство его шпунта в промышленных масштабах.

Чтобы безопасно возводить строения в сложных условиях, таких как влияние воды, большая глубина котлована и плотная окружающая застройка, выгодно использовать шпунтовое ограждение. Для этого необходимо перед началом работ провести оценку инженерно-геологических условий и выполнить расчеты.