Особенности применения шпунтов на объектах разного назначения

Шпунтовые стены возводят на самых разных стройках, например вокруг котлована жилого дома, при реконструкции трассы или у причала речного порта. Задачи везде похожие — удержать грунт и воду, — но условия у каждого объекта свои, и именно от них зависит выбор шпунта и других технологических решений.

В статье кратко разберём, как применяют шпунт в дорожном и гидротехническом строительстве и на объектах социальной инфраструктуры. Затем объясним, чем временное ограждение отличается от постоянного и как грамотно выбрать шпунт под объект.

Для чего применяют шпунт в строительстве

Что такое шпунт в строительстве, проще всего объяснить через его работу: это сваи с замками по краям, из которых собирают сплошную стенку. Она держит грунт — это необходимо, например, когда копают котлован или траншею.

Область применения шпунтовых свай широкая, но задачи сводятся к трём группам:

Ограждение котлованов и траншей. Самый частый пример шпунтового ограждения — котлован под фундамент для строительства дома. Стенка удерживает борта, пока строят нижнюю часть здания, а потом сваи извлекают. Таким же способом можно укрепить траншеи и под инженерные сети.

Подпорные и береговые стенки. С помощью шпунтовых стенок удерживают перепад высот там, где нет места для пологого откоса: вдоль дорог, на набережных, у причалов. Такие стенки остаются в грунте на весь срок службы сооружения.

Защита от воды. Замковые соединения позволяют собрать шпунты в сплошную стенку, которая будет сдерживать воду. Поэтому подобные стены ставят в дамбах, у водозаборов и в котлованах, дно которых находится ниже уровня грунтовых вод.

Все эти задачи решают сваи разных профилей. Самый известный — шпунт Ларсена: так по традиции называют корытный профиль с замками. Применение шпунта Ларсена при строительстве не привязано к типу объекта: один и тот же профиль могут использовать и для котлована, и в берегоукреплении. Ниже разберём, для чего шпунт Ларсена и его аналоги используются в строительстве дорог, у воды и в городе.

«Северсталь» выпускает три линейки, которые применяют как альтернативу корытному шпунту Ларсена «Л5-УМ»: холодногнутый шпунт Grani, многогранный Grani Pro и сварной трубчатый шпунт. Из них собирают и простые стенки, и сложные шпунтовые конструкции с распорками и анкерами.

Технология устройства шпунтового ограждения котлована в общем виде одинакова на любом объекте:

• Разбивка. Геодезисты выносят ось стенки на площадку.

• Направляющие. Затем устанавливается рама, которая держит сваи в линию.

• Погружение. Способ также выбирают в зависимости от объекта — об этом расскажем ниже.

• Крепление. Монтируют обвязочный пояс, распорки или анкеры.

• Разработка грунта. Котлован копают поярусно, по мере монтажа креплений.

• Завершение. Если шпунтовая стенка была временной, после работ её извлекают.

От чего зависит выбор шпунтового ограждения

Выбор шпунтового ограждения зависит от условий площадки и от того, на какой период нужно поставить стенку. Эти факторы определяют профиль шпунта, схему крепления и способ погружения.

Глубина и тип грунта. Чем глубже котлован и слабее грунт, тем больше давление на стенку и тем мощнее нужен профиль. А в плотных и каменистых грунтах шпунт труднее погружать, и это влияет на выбор техники.

Например, глина держит вертикальную стенку дольше, чем песок, но при замачивании теряет прочность. Торф и ил слабые и сильно сжимаемые, стенка в них работает с большими перемещениями. Гравий, галечник и грунты с валунами прочные, но шпунт сложнее погрузить в них, а у замков выше риск разойтись. Насыпные грунты и строительный мусор ведут себя непредсказуемо, потому что бывают очень разными по структуре. 

Категории сложности. Площадку оценивают по категории сложности инженерно-геологических условий, их три: простая, средняя и сложная.

Категорию определяют изысканиями: проверяют, насколько однородно залегают слои, как ведут себя подземные воды и есть ли опасные процессы, например, подтопления. Холодногнутый шпунт Grani рассчитан на грунты лёгкой и средней категории сложности. Для сложной геологии — валунов и плотных прослоек, мёрзлых и скальных грунтов — можно применять многогранный Grani Pro или трубошпунт.

Вода. Если дно котлована ниже уровня грунтовых вод или стенка стоит в реке, важна плотность замков. Ещё сваи в таких проектах специально заглубляют в водоупорный слой, чтобы вода не обходила стенку снизу.

Соседние здания и сети. Рядом с домами и подземными коммуникациями допуск для перемещений стенки будет минимальным. Это повлияет и на выбор профиля, и на технологию его погружения.

Срок службы. Временное ограждение извлекают после стройки, а постоянное остаётся в грунте на десятилетия, поэтому его рассчитывают с запасом на коррозию.

Материал. Кроме стального, на рынке есть шпунт из ПВХ. Он лёгкий и не корродирует, но рассчитан на небольшие нагрузки: пруды, водоотводные канавы, невысокое берегоукрепление. Для котлованов, дорог и причалов применяют сталь.

От условий выше зависит и схема ограждения. Консольное держится только за счёт заглубления в грунт и подходит для небольших перепадов высот. Ограждение с распорками опирается на поперечные элементы внутри котлована — балки или трубы. Анкерное ограждение держится на тягах, заведённых в грунт за стенкой.

Применение шпунта в дорожном строительстве

Укрепление автомобильных дорог шпунтом нужно там, где насыпь или выемку не получается сделать с пологими откосами. Этому может помешать соседняя застройка, граница полосы отвода, река или слабый грунт. 

Подпорные стенки. Подпорные стенки дорог из шпунта держат перепад высот, например при расширении трассы. Стенка занимает узкую полосу, поэтому дорогу можно расширить без изъятия дополнительной земли. Так укрепление конструкции дороги обходится без пологих откосов, для которых потребовалось бы много места.

Откосы и земляное полотно. На крутых склонах и у водотоков шпунт применяют для укрепления откосов и земляного полотна автомобильных дорог. Стенка у подошвы откоса не даёт грунту сползать и защищает насыпь от подмыва.

Слабое основание. Если дорога проходит по торфяной или илистой почве, насыпь может выдавливать слабый грунт в стороны, и тогда дорожное полотно просядет. Шпунтовые стенки вдоль подошвы насыпи ограничивают боковое смещение грунта. Это один из способов, которыми выполняют укрепление основания и грунтов дороги без полной замены слабого слоя.

Обочины и канавы. Укрепление обочины автомобильной дороги шпунтом нужно, когда рядом с действующей полосой роют траншею или расширяют земляное полотно. Для лёгких задач, например укрепления канав дороги, подходит и шпунт из ПВХ.

Мосты и опоры. При строительстве моста шпунтовое ограждение ставят вокруг будущей опоры. Стенка отгораживает участок в русле реки, воду оттуда откачивают, и тогда фундамент опоры можно забетонировать.

Пример

Шпунт Grani Pro применили при укреплении опоры вантового моста на федеральной трассе — в проекте были высокие требования к исключению фильтрационных потерь. Экономия металлоёмкости составила 30%.

Коммуникации. Вдоль дорог и трамвайных путей прокладывают сети, и для них роют котлованы и траншеи. Как и при строительстве зданий, здесь тоже используют шпунтовые ограждения, чтобы удерживать грунт.

Пример

Шпунт Grani применяли для обустройства котлованов под инженерные коммуникации при строительстве трамвайной линии. В верхнем слое грунта оказалось много строительного мусора, а сроки были сжатыми. Экономия металлоёмкости составила 20%.

Применение шпунта в гидротехническом строительстве

У воды шпунт работает в более тяжёлых условиях, чем в котловане. При этом гидротехнический шпунт чаще остаётся в конструкции навсегда, поэтому его рассчитывают с запасом на коррозию на весь срок службы. Вот несколько задач, в которых применяют шпунты:

Берегоукрепление. Виды берегоукрепления бывают разные: каменная наброска, габионы, бетонные плиты, берегоукрепление сваями и шпунтовыми стенками. Шпунт выбирают, когда берег нужен вертикальным, места для пологого откоса нет или грунт слабый. Берегоукрепление реки шпунтом останавливает размыв и сохраняет береговую линию в городе, у мостов и зданий.

Технология устройства берегоукрепления из шпунта начинается с изысканий и расчёта. Затем сваи погружают с берега или с воды, монтируют анкеровку, засыпают пазуху за стенкой и защищают подножие от размыва.

Берегоукрепление шпунтом Ларсена — классическое решение. Холодногнутый шпунт Grani применяют как его альтернативу для речного и морского берегоукрепления: при тех же нагрузках на стенку уходит меньше металла.

Причалы и набережные. Распространённая схема причала из шпунта — стенка с анкерной тягой к анкерной плите или сваям за ней. Для причала важны высокий момент сопротивления и анкеровка, рассчитанная на нагрузки от судов.

Набережная из шпунта похожа по конструкции, но нагрузки у городской набережной меньше: только пешеходы и лёгкий транспорт. Для набережной важнее долговечность и отделка надводной части.

Дамбы. В дамбах шпунт работает как противофильтрационный экран. Стенку погружают в тело дамбы до водоупора, и вода не просачивается сквозь насыпь. Шпунт Grani Pro применяют для противопаводковых дамб и дамб судоходных каналов.

Работы в воде. В воде шпунтовое ограждение могут поставить и временно, например, на период строительства. Стенку погружают вокруг участка работ, откачивают воду и строят внутри насухо. Так возводят опоры мостов, водозаборы и фундаменты причалов.

Для защиты от вымывания грунтов, строительства причалов и других гидротехнических сооружений можно использовать металлический трубчатый шпунт. «Северсталь» — единственный в России производитель усиленного трубошпунта полного цикла. Момент сопротивления у такого шпунта минимум в 1,6 раза выше, чем у аналогичных решений, а замок выдерживает в 2–3 раза большее разрывное усилие. Шпунт применяют в том числе в криолитозоне и на арктическом побережье.

В воде сталь изнашивается быстрее, и в шпунтах для гидротехники это важно предусмотреть. Например, шпунты Grani можно заказать с антикоррозионным покрытием — это позволит дольше защитить сваи от воздействия внешней среды.

Применение шпунта при строительстве объектов социальной инфраструктуры

Школы, больницы, поликлиники и спортивные комплексы чаще всего строят в сложившихся районах: рядом стоят жилые дома, под землёй проходят инженерные коммуникации. Шпунт здесь нужен в первую очередь для укрепления котлованов и траншей, а главные ограничения задаёт близкое соседство с другими домами.

Котлован рядом с действующим зданием. При креплении котлована шпунтом грунт можно разрабатывать вплотную к существующему корпусу. Стенка не даёт бортам осыпаться и ограничивает осадку соседнего фундамента. Устройство ограждающих конструкций котлована из шпунта обычно идёт быстрее, чем «стены в грунте» или буросекущих свай. 

Траншеи для сетей. К новой школе или больнице подводят тепло, воду и электричество. Крепление траншеи шпунтом нужно, когда траншея глубокая, грунт неустойчивый или рядом проходят действующие сети и дорога. Ограждение траншеи обычно ставят участками и переставляют по мере прокладки.

Соседние здания также ограничивают технологические решения для погружения шпунта. Возле больниц, школ и жилых домов шпунт погружают статическим вдавливанием — без вибрации и почти без шума. Для дополнительной защиты зданий в стеснённой застройке из многогранного шпунта Grani Pro делают экраны от динамического воздействия.

Временное и постоянное применение шпунта

От срока службы шпунтового ограждения в первую очередь зависят требования к профилю и защите от коррозии.

Временное. Временная шпунтовая стенка нужна только на время стройки: ограждение держит котлован, траншею или перемычку в реке. При определённых условиях сваи можно использовать повторно. Например, замок холодногнутого шпунта Grani рассчитан на 13 циклов погружения и извлечения, так что один комплект может прослужить на нескольких объектах.

Постоянное. Постоянный шпунт остаётся в грунте надолго: это причалы, набережные, берегоукрепление, подпорные стены дорог, экраны в дамбах. Такую стенку рассчитывают на десятилетия службы с припуском на коррозию. Сверху сваи связывает оголовок — железобетонный или стальной пояс, который распределяет нагрузку.

Что меняется в требованиях. Для временной стенки главное — прочность и возможность извлечь сваи без повреждений. Для постоянной — толщина с запасом на коррозию и марка стали. Эти и другие характеристики мы подробно разбирали в статье о выборе шпунта.

На какие характеристики смотреть при выборе шпунта →

Способы погружения шпунта на разных объектах

Способ погружения выбирают по грунту, соседству и доступу к месту работ. Один и тот же профиль на открытой площадке могут погрузить вибропогружателем, а у жилого дома вдавливают.

Вибропогружение. Это самый распространённый метод. Вибропогружатель на кране или экскаваторе снижает трение грунта о сваю, что позволяет ей погрузиться вниз. Минус — вибрация, поэтому такую технологию не всегда можно применить рядом с другими зданиями. 

Статическое вдавливание. Установка вдавливает сваю гидравликой и опирается на уже погружённые соседние сваи. Вибрации почти нет, шума мало, поэтому метод выбирают для работ у жилых домов, больниц, школ и действующих сетей.

Ударная забивка. Молот забивает сваю ударами. Метод подойдёт для плотных грунтов, но даёт сильную вибрацию и шум. Поэтому его применяют вдали от застройки, например на трассах, промышленных площадках, в портах.

Лидерное бурение. В плотных, скальных и мёрзлых грунтах сначала бурят лидерную скважину, а затем погружают в неё шпунт. В вечной мерзлоте шпунт нужно погрузить, пока грунт в скважине не промёрз. 

Погружение с воды. Для причалов, перемычек и опор мостов шпунт погружают с понтонов или плавучих кранов по направляющим рамам, которые держат линию стенки.

Как выбрать шпунт в зависимости от назначения объекта

Выбор шпунта определяется расчётом, но назначение объекта задаёт стартовые условия: какой нужен срок службы, какие нагрузки будут действовать на стенку, какие ограничения площадки важно учесть.

В таблице ниже мы приводим ориентиры шпунтовых решений под разные типы объектов — от них можно оттолкнуться, но окончательный выбор получится сделать только после расчётов.

Один тип можно применять на разных объектах. Например, корытный профиль подойдёт и для котлована, и для перемычки, поэтому подрядчик может переставлять один комплект с объекта на объект.

Для постоянных сооружений профиль подбирают отдельно: у причала другие нагрузки и другой запас на коррозию.

Чтобы начать подбор, нужны инженерно-геологические изыскания. Необходимо оценить глубину котлована или высоту стенки, нагрузки рядом, срок службы и ограничения по вибрации. С этими данными проектировщик рассчитывает ограждение и выбирает профиль.

«Северсталь» сопровождает шпунтовые решения на всех этапах: от предпроектной проработки и расчёта до поставки и технического сопровождения стройки. Подрядчикам передают технологические карты погружения под разные грунтовые условия и рекомендации по стыковке свай. Шеф-монтаж и контроль погружения можно заказать под ключ или выбрать только нужные услуги.

Купить шпунт «Северстали» и узнать цену под ваш объект: 8 800 551 18 77, zakaz@severstal.com. 

Частые вопросы

Где применяется шпунт в строительстве?

В дорожном и мостовом строительстве, в гидротехнике, в промышленном и гражданском строительстве, на объектах социальной инфраструктуры. Чаще всего шпунтом ограждают котлованы и траншеи, укрепляют берега, строят причалы, дамбы и подпорные стены.

Для чего шпунт используют при строительстве дорог?

Для подпорных стенок при уширении трассы, укрепления откосов и слабого основания насыпи, ограждения опор мостов и траншей под коммуникации.

Где применяется шпунт Ларсена в гидротехническом строительстве?

В берегоукреплении рек и каналов, причальных стенках и набережных, противофильтрационных экранах дамб и временных перемычках для работ в воде.

Зачем нужен шпунт при строительстве школы или больницы?

Такие объекты чаще всего строят в сложившихся районах, рядом с жилыми домами и сетями. Шпунт держит котлован и траншеи и защищает соседние фундаменты. 

Можно ли использовать один тип шпунта на разных объектах?

Да, например, для временных ограждений. Один корытный профиль может подойти и под котлован, и под перемычку в реке. 

Когда шпунтовая стенка является временной?

Когда она нужна только на время строительства — для котлована, траншеи или перемычки. После обратной засыпки сваи извлекают.

Когда шпунт оставляют в грунте?

Когда стенка — часть постоянного сооружения: причала, набережной, берегоукрепления, подпорной стены, экрана в дамбе. Иногда в грунте оставляют и временное ограждение, если извлечение свай может потревожить соседний фундамент.

Как выбирают способ погружения шпунта?

По грунту, соседству и доступу к месту работ. Вдали от зданий в песках и мягких глинах шпунт обычно погружают вибропогружателем, рядом с домами — вдавливанием, в плотных и мёрзлых грунтах используют лидерное бурение.

От чего зависит глубина погружения?

От расчёта, который учитывает глубину котлована или высоту стенки, особенности грунта, степень нагрузок и схему крепления. Например, если стенка должна отсекать воду, её заглубляют в водоупорный слой.

Можно ли повторно использовать извлечённый шпунт?

Да, если сваи не повредили при извлечении. Перед повторным погружением проверяют толщину, замки и геометрию. Замок шпунта Grani рассчитан на 13 циклов погружения и извлечения.