Шпунтовые сваи – классификация, конструкция, применение, элементы ряда

Шпунтовые сваи – специальные профилированные элементы, предназначенные для устройства временных или постоянных ограждающих конструкций в грунте. Шпунтовые сваи соединяются между собой замками в герметичную стену, способную выдерживать давление воды и грунта.

Главные преимущества шпунтовых свай – быстрота монтажа, возможность многократного использования (в случае стальных шпунтов) и высокая надежность в сложных геологических условиях.

• Защита котлованов. При строительстве подземных сооружений (паркингов, подвалов, станций метро) сваи шпунтовые служат ограждением, предотвращая обрушение грунта и попадание воды.

• Укрепление береговой линии. При возведении набережных, причалов и гидротехнических объектов шпунтовые конструкции защищают берег от размыва и оползней.

• Временное или постоянное ограждение. Шпунтованный ряд свай применяется как временное решение на этапе строительства или постоянная конструкция – в подпорных стенках.

• Минимальное воздействие на окружающую среду. Такие конструкции монтируют без больших земляных работ, что важно в плотной городской застройке или вблизи водоемов.

Шпунтовые сваи – защита и надежная опора, чтобы работать безопасно в соответствии с техническими требованиями.

В зависимости от материала, формы и способа установки различают несколько видов свай, каждая со своими особенностями и областями применения.

1. Стальные шпунтовые сваи

• Самый распространённый тип свай – изготавливается из высокопрочной стали, имеет замковые соединения по краям и используется многократно.
• Применяются при строительстве глубоких котлованов, береговых укреплений, дамб.
• Высокая несущая способность и долговечность.

2. Железобетонные шпунтовые сваи

• Изготавливаются из армированного бетона, высокопрочные и устойчивые к коррозии.
• Используются в местах, где требуется долговечная и массивная защита, особенно в агрессивных средах.
• Часто применяются в гидротехническом строительстве.

3. Деревянные шпунтовые сваи

• Применяются в основном при временных ограждениях или в условиях, где нет высоких нагрузок.
• Используются реже, поскольку уступают по характеристикам другим видам.

4. ПВХ и композитные шпунты

• Современные материалы с антикоррозийными свойствами.
• Лёгкие, устойчивы к агрессивным средам, подходят для несложных инженерных задач.
• Однако ПВХ-шпунт не переносит сильных морозов и деформируется при вспучивании грунта зимой.
• Композитные модели прочные, но требуют сложной подготовки перед установкой – нужно бурить направляющие скважины и размывать грунт на месте погружения, что увеличивает стоимость монтажа.

Также шпунтовые сваи классифицируют:

• По форме профиля – Z-образные, U-образные, прямые и коробчатые.
• По способу установки – забивные, вибропогружаемые, вдавливаемые.
• По функции – постоянные (в составе конструкции) и временные (для поддержания котлована).

Выбор технологии погружения шпунтовых свай зависит от:

• типа и плотности грунта,
• длины и материала шпунтовых свай,
• требований к уровню шума и вибрации,
• расположения объекта (город или промзона).

Применение подходящей технологии гарантирует прочность и долговечность шпунтового ограждения. Ниже приведены основные методы погружения шпунтов.

1. Ударный метод

• Производится дизель-молотами или гидравлическими молотами.
• Подходит для плотных и твердых грунтов.
• Обеспечивает надежное заглубление, но сопровождается высоким уровнем шума и вибраций.
• Может повредить шпунтовый профиль, особенно при длинных элементах.

2. Вибрационный метод

• Используются вибропогружатели, создающие колебания высокой частоты.
• Наиболее распространенный способ из-за высокой скорости и мобильности оборудования.
• Подходит для песчаных, глинистых и водонасыщенных грунтов.
• Меньше шума и вибраций по сравнению с ударным методом, но ограничен в работе с плотными слоями.

Конструкция свайных шпунтов разработана чтобы обеспечивать прочность, герметичность и устойчивость к внешним нагрузкам.

• Тело сваи (ствол). Основная часть сваи, выполняющая несущую функцию. Выполняется из стали, железобетона, древесины или полимеров. Чаще используется сталь – шпунты Ларсена благодаря лучшим характеристикам в соотношении с ценой.
• Замки (стыковочные элементы). Продольные кромки с особым профилем для соединения свай в единую герметичную стенку. Замки обеспечивают плотное сцепление, препятствуют просачиванию воды и смещению элементов.
• Головная часть (верх сваи). Участок, который после погружения остается над уровнем земли или воды. Используется для крепления дополнительных конструкций и восприятия горизонтальных нагрузок.
• Нижняя часть (острие или пятка). Часть сваи, которая первой входит в грунт при погружении. В зависимости от типа сваи, бывает заострённой, плоской или другой формы для установки.

Шпунтовые сваи Ларсена – стальные профили для создания шпунтовых ограждений, которые эффективно работают на удержание грунта и предотвращение проникновения воды.

Преимущества свай Ларсена

1. Быстрая сборка и разборка конструкции. Сваи соединяются по системе "шпунт" – можно быстро монтировать и демонтировать ограждение без потери прочности конструкции.
2. Многоразовое использование. При правильной эксплуатации сваи Ларсена можно использовать повторно до 10 раз, что делает их экономически выгодным решением на длительный срок.
3. Высокая прочность и устойчивость. Металлические шпунты устойчивы к деформациям и выдерживают значительные боковые нагрузки от воды, грунта и сооружений.
4. Надёжная защита от подтопления. Замковые соединения обеспечивают хорошую герметичность, что важно в работе вблизи водоёмов, на болотистых участках.
5. Универсальность применения. Подходят для временных и постоянных конструкций: котлованы, берегоукрепление, фундаменты, подпорные стены.

Недостатки свай Ларсена

1. Высокая стоимость металла. Из-за роста стоимости металла шпунты могут быть дороже по сравнению с альтернативами.
2. Сложность забивки в плотные грунты. В тяжёлых условиях требуется мощная спецтехника (вибропогружатели или копры), что увеличивает затраты.

Перед началом монтажа шпунтовых ограждений выполняют бурение лидерных скважин – это облегчает погружение элементов и снижает нагрузку на грунт. Далее, с учётом типа почвы и особенностей объекта, выбирают подходящую технологию погружения: вибрационная, ударная или статическая.

Шпунты монтируют по одному или попарно. Для точности установки в грунт укладывают направляющие рамы – расстояние между ними соответствует ширине профиля. Сначала погружают угловые элементы на глубину 2-4 м, затем остальные шпунты строго по раме.

Во время погружения каждая секция контролируется по уровню или лазерному прибору. Отклонение не должно превышать норматива (обычно до 1%). Для герметичности замки и стыки шпунтин дополнительно промазывают герметиком, чтобы предотвратить протечки.

После установки шпунтового ряда конструкцию усиливают для повышения устойчивости:

• Распределительный пояс – горизонтальные балки, соединяющие соседние шпунтины. Балки равномерно распределяют нагрузку. Количество поясов зависит от глубины котлована.
• Распорная система – горизонтальные балки, установленные между противоположными стенками. При небольшой глубине используют по 4 балки по углам.
• Диагональные подкосы – устанавливаются под углом с опорой на дно котлована, дополнительные сваи или существующий фундамент. Подкосы придают конструкции дополнительную жёсткость.