Закрепление грунтов шпунтом

Закрепление грунтов шпунтом позволяет исключить риск подвижек и обеспечить необходимую степень безопасности проведения строительных работ. Шпунтовое ограждение – это прочная стенка, состоящая из соединенных друг с другом элементов. Оно выдерживает высокие нагрузки, подходит для болотистых, песчаных и сильно обводненных грунтов.

Обустройство шпунтовых ограждений осуществляется в соответствии с действующими СНиП. Учитываются пересечения с действующими коммуникациями. Особое внимание уделяется линиям связи, магистральным трубопроводам, силовым кабелям. Конкретный метод укрепления стенок котлованов и траншей в СНиП не указан, но запрещено работать без дополнительного укрепления, если глубина котлована превышает:

• 1 метр для песчаных почв;
• 1,25 метра для супесей;
• 1,5 метра для суглинков и глин;
• 2 метра для плотных грунтов.

Существует несколько основных разновидностей шпунта:

• Металлический шпунт Ларсена. Имеет корытообразную форму. Снабжен замками по краям. Его длина может достигать 34 метров, ширина – 80 сантиметров, толщина варьируется от полутора до 2,3 сантиметра. Марки шпунта Ларсена отличаются размерами, формой и характеристиками. Наиболее распространенный способ монтажа –вибропогружение. Подходит для сложных грунтов, обеспечивает защиту котлована от подтопления грунтовыми водами. Все современные стальные шпунты являются аналогами шпунта Ларсена;
• Трубошпунт. Имеет толстую стенку и широкое сечение, что обеспечивает повышенную устойчивость к нагрузкам. Долговечен. К недостаткам трубошпунта специалисты относят высокую стоимость устройства крепления;
• Деревянный шпунт. Делается из бруса, досок или бревен. Погружается максимум на 6 метров, вплотную друг к другу. Стоит недорого. Его монтаж не требует привлечения специализированной техники. Если сравнивать с металлическими и пластиковыми аналогами, то существенно уступает им по прочностным характеристикам. Недопустимо повторное применение, так как древесина повреждается в процессе извлечения из грунта;
• Полимерные шпунты. Делаются из различных полимерных материалов. Наиболее популярен шпунт из поливинилхлорида. Подходит для грунтов, на которых отмечается повышенное воздействие агрессивных сред. Погружается с помощью вибропогружателей или установок статического вдавливания. Нельзя применять к полимерным шпунтам забивку;
• Железобетонный шпунт. Для его изготовления используется армированный бетон. Длина может достигать 16 метров. Имеет большой вес, склонен к растрескиванию. При получении механических повреждений существует риск потери целостности. Не демонтируется, поэтому используется в качестве части внешнего периметра фундамента.

О технологиях шпунтирования

Существует три основных способа погружения шпунта: ударный, вибрационный, статическое вдавливание. Каждый из них предусматривает применение различной специализированной техники.

Для забивки используются механические, воздушные, гидравлические или дизельные молоты. Этот метод предпочтителен для плотных грунтов. Забивку не применяют в черте города, так как существует риск нанести повреждения находящимся поблизости зданиям и сооружениям.

Для облегчения процесса установки в мерзлые и плотные грунты применяется бурение лидерных скважин. Это повышает точность монтажа, так как траектория погружения задается заранее. Процесс бурения производится с помощью мобильных буровых установок.

Наиболее часто употребляемый метод – вибропогружение. Использование вибропогружателей повышает точность установки свай и уменьшает риск их перекашивания. Вибропогружатель соединяется со шпунтом. Производимые техникой вибрации делают грунт менее плотным.  Это позволяет шпунту легко уйти на проектную глубину.

Любой вибропогружатель состоит из вибровозбудителя, гасителя динамического воздействия и гидравлического наголовника. Частота производимых такой техникой колебаний может быть различной. Для снижения отрицательного эффекта, который вибрации оказывают на находящиеся поблизости строения рекомендуется использовать высокочастотную технику.

Если поблизости находятся особенно чувствительные к колебаниям грунта и к шумовым воздействиям здания, то используется статическое вдавливания. Оно выполняется с помощью специальных установок. Это полностью бесшумный, наиболее деликатный, но очень дорогостоящий метод. Он особенно эффективен на песчаных и рыхлых грунтах. Установки статического вдавливания сложно перевозить с объекта на объект и подготавливать к работе. Это влияет на стоимость их использования, поэтому их применяют преимущественно в случаях, когда нужно возвести большой массив зданий.

Если работы по погружению шпунта выполняются на плотных грунтах, то в качестве вспомогательной меры может использоваться гидроподмыв. Вода или специальный раствор подаются в грунт через специальные форсунки, находящиеся около подошвы сваи. Степень размыва грунта четко контролируется специалистами. Гидроподмыв особенно эффективен в сочетании с вибрационным воздействием.

О предварительных расчетах

Перед началом шпунтовых работ необходимо произвести предварительные расчеты. Погружаемые элементы принимают на себя основную нагрузку. Грунт с одинаковой силой давит на шпунт с обеих сторон.

Давление с внутренней стороны котлована снижается, по мере производства выемки грунта. Предварительные расчеты позволяют заранее и с высокой степенью точности выяснить, какую нагрузку может выдержать.  Определяются оптимальные размеры поперечного сечения и требуемая глубина погружения. Эти параметры должны быть такими, чтобы сохранялось равновесие грунта, и у ограждения оставался определенный запас прочности.

Этапы шпунтирования грунта

Шпунтовые работы состоят из следующих последовательных этапов:

• Подготовка строительной площадки, размещение специализированной техники, доставка шпунта на объект:
• Распределение материала по периметру котлована. Разметка участка. Строповка шпунта, перемещение каждой шпунтины на точку погружения;
• Выравнивание шпунта по вертикали и прикрепление к наголовнику вибропогружателя;
• Выполнение монтажа. В процессе установки производится центрирование;
• Если используется шпунт Ларсена, то выполняется стыковка замок в замок.

У многократно использованного шпунта может деформироваться верхняя часть. Если, в целом, изделие находится в хорошем состоянии, то у него срезают верхушку и продолжают использовать его дальше.

После установки шпунта необходимо контролировать глубину его погружения.  Разница между проектным и фактическим положением погружаемых элементов не должна превышать предельно допустимых значений.

О дополнительном укреплении

Дополнительное укрепление довольно часто необходимо, чтобы исключить риск деформации шпунтового ограждения. Существует несколько технологий, повышающих устойчивость шпунта в грунте:

• Анкерные крепления. Анкеры закладывают в грунт, находящийся за пределами взаимодействия почвы и шпунта. Один анкер выдерживает нагрузку до 500кН. Анкеры устанавливают по периметру котлована. Расстояние между соседними элементами составляет 1-3 метра. Установка анкеров происходит под углом, составляющим от 30 до 60 градусов.  Анкеры – это заглубленные в грунт железобетонные конструкции. Их погружают в специально подготовленную скважину, которую потом заливают бетоном.  Когда раствор застынет, тягу крепят к шпунту;
• Распорные крепления. Устанавливаются между противоположными стенками котлована, если это позволяет его ширина. Максимально допустимое расстояние зависит от разновидности применяемых распорок и от особенностей грунта. В качестве таких креплений используются металлические трубы, которые устанавливают на расстоянии 4-6 метров друг от друга, в несколько ярусов. Если используются длинные распорки, то необходимы стойки из шпунта или двутавровых балок. Данный метод укрепления отличается повышенной металлоемкостью, для снижения которой используются инвентарные рамы.
• Консольное крепление. Подходит для укрепления неглубоких (менее 5 метров) котлованов. Нижняя часть шпунта должна находиться ниже днища выемки и быть надежно защемленной. В слабых грунтах грунт следует заглублять более, чем на две трети котлована. Монтаж обвязочной рамы из балок повышает прочность конструкции.

Стоимость шпунтового ограждения зависит от типа шпунта, периметра и глубины котлована.