Необходимость, типы и методы установки шпунтовых свай

При работе над проектами, связанными с водоснабжением, удержанием грунта и поддержкой фундамента, шпунтовые сваи являются важнейшей техникой в строительной отрасли. Для создания сплошного барьера в грунт вбиваются скрепленные между собой листы материала. Эта техника необходима для поддержания стабильности и безопасности строительных площадок, так как останавливает движение грунта и просачивание воды.

Листовые сваи бывают разных форм, каждая из которых идеально подходит для определенного использования. Самые популярные шпунтовые сваи изготавливаются из стали благодаря их прочности и долговечности, что делает их идеальными для тяжелых проектов. Кроме того, распространены композитные и виниловые шпунтовые сваи, особенно в районах, где существует проблема коррозии. Шпунтовые сваи из древесины также могут использоваться в менее сложных или временных случаях.

При установке шпунтовых свай необходимо заранее спланировать работу и иметь соответствующие инструменты. Обычно процедура начинается с использования ударных молотков, гидравлических прессов или вибромолотков для вбивания листов в грунт. Требования проекта и тип почвы влияют на выбор оборудования. Правильная стыковка листов имеет решающее значение для создания непрерывного и прочного барьера.

В целом, шпунтовые сваи предлагают гибкий и эффективный способ решения различных строительных проблем. Независимо от того, работаете ли вы над созданием фундамента, подпорных стен или проектов по строительству набережной, знание того, когда, зачем и как устанавливать шпунтовые сваи, значительно повысит успех и безопасность ваших строительных проектов.

Необходимость	Типы и методы установки шпунтовых свай
Предотвращение эрозии почвы	Стальные шпунтовые сваи: Забиваются в грунт с помощью вибромолота
Стабилизация котлована	Бетонные шпунтовые сваи: Сборные, устанавливаются в траншею, затем заполняются бетоном
Удержание воды	Виниловые шпунтовые сваи: Легкие и устанавливаются путем забивания или вдавливания в грунт
Опоры для конструкций	Деревянные шпунтовые сваи: Обычно используются во временных сооружениях, забиваются вручную или с помощью техники

Что это такое?

Сплошная стена, состоящая из одинаковых элементов, соединенных между собой, называется шпунтовым ограждением.

Способность конструкции выдерживать большие нагрузки и продолжать служить надежным укреплением стен котлована обеспечивается соединением отдельных шпунтов.

Использование шпунтовых свай на бедных почвах возможно благодаря повышенной прочности и устойчивости:

• песчаный,
• болотистая местность,
• с высоким уровнем грунтовых вод.

Некоторые виды шпунтовых свай используются для укрепления береговой линии. Их часто используют для больших ям, глубина которых превышает пять метров.

Строительные нормы и правила

СП 45.13330.2017 год регламентирует порядок устройства земляных сооружений. При установке шпунтовых ограждений и выполнении других строительных работ необходимо учитывать пересечения с существующими коммуникациями в соответствии с требованиями документа. Магистральные трубопроводы, силовые кабели и линии связи требуют особого внимания.

СНиП 12-04-2002 Хотя "Безопасность труда в строительстве" не указывает, как укреплять отвесные стены котлованов и траншей, но запрещает работать в этих котлованах без дополнительного укрепления стен, если глубина стен больше:

• 1 метр, при работе на песчаных грунтах;
• 1.25 метров, при строительстве на песчаном суглинке;
• 1.5 метров для глин и суглинков;
• не более 2 метров для плотных грунтов.

Также ГОСТ Р 57365-2016 "Шпунтовые сваи стеновые" регламентирует устройство ограждающих конструкций. Рекомендации по производству работ.

В данном документе предлагается разметка отдельных свай, подготовка строительной площадки к установке шпунта и проведение инженерных изысканий для определения необходимости установки шпунта.

Разновидности

Ограждения котлованов выполняются из шпунтовых свай различных типов. Каждый сорт обладает уникальными свойствами и функциями, а тип шпунта может ограничивать применение некоторых технологий монтажа.

Шпунт Ларсена

Этот металлический профиль называется "корытообразным" благодаря своей уникальной форме. Благодаря замковому соединению краев шпунта и паза забор имеет прочную конструкцию. Длина профиля может достигать 35 метров. Толщина варьируется от 1.от 5 до 2.3 см, а ширина составляет 0.8 m.

Этот вид шпунта выпускается в различных моделях, которые могут отличаться по размеру и форме. L5 — одна из моделей.

1. Прочность — 800 кН/м.
2. Один погонный метр профиля весит 100 кг.
3. Используемый материал — Ст3 или 16ХГ.

Как правило, для установки шпунтовых свай Ларсена используется вибрационная техника. Область применения: сложные и особо сложные объекты. хорошо проявляет себя в затененных, рыхлых почвах и защищает котлованы от грунтовых вод.

К недостаткам изделия можно отнести его высокую цену и необходимость большей точности при установке, чем при использовании других видов шпунтов.

Шпунт Ларсена имеет множество аналогов в современных стальных шпунтах. Отличаются формой и конструкцией замков, которые повышают их прочностные характеристики и облегчают забивку свай.

Другие конфигурации стальных шпунтов функционально идентичны шпунту Ларсена как по свойствам, так и по назначению.

Металлические трубчатые сварные

Трубные сварные швы — это уникальный вид металлических стальных язычков. Их форма отличает их от аналогов, и они не похожи на шпунт Ларсена тем, что в несколько раз повышают устойчивость к нагрузкам. Длительный срок службы является дополнительным преимуществом. Одним из недостатков является то, что монтаж устройства на стальные трубы очень дорог.

Деревянные

Деревянные шпунты являются наиболее древним видом. Допускается строительство заборов из бревен, досок или другой древесины. Элементы укладываются в один или два ряда, на небольшом расстоянии друг от друга, и погружаются в землю на глубину до шести метров.

Каждый элемент забора из специально обработанной древесины имеет выступ и паз, которые позволяют соединять элементы конструкции между собой.

Основные преимущества:

• доступность материала,
• относительно низкая цена,
• Возможность монтажа без использования специального оборудования.

по сравнению с металлическими и пластиковыми шпунтами, процесс установки сложнее, а сами шпунты не так прочны и устойчивы к изменениям окружающей среды.

Полимер

Элементы на основе полимеров могут служить альтернативой металлическим шпунтам. ПВХ — самый распространенный материал для изготовления ограждений.

Они более устойчивы к механическим воздействиям и имеют повышенную коррозионную стойкость. Поскольку панели ПВХ имеют небольшой вес, их установка упрощается и занимает меньше времени.

Этот вид шпунта обычно используется для укрепления береговых линий, оснащения объектов вблизи соленой морской воды и в других подобных ситуациях, когда существует повышенная подверженность воздействию агрессивной среды, особенно вблизи водоемов. Метод установки — вибрация или прессование. Непригоден для использования в качестве транспортного средства.

Армированный бетон

Конструируются из железобетона. Соединить соседние шпунты в заборе можно с помощью пазов по краям. Максимальная длина: 16 метров. Отличаются большим весом, склонностью к разрушению и потере целостности в результате механических повреждений.

После возведения здания становятся внешним периметром фундамента, что делает невозможным их демонтаж. Используется при строительстве гидротехнических сооружений.

Используемые шпунтованные технологии

Основные виды методов забивки шпунтовых свай, которые могут применяться как по отдельности, так и в разных вариантах:

• ударный метод;
• метод вибрации;
• прессование.

Для решения этой задачи используются различные машины. Каждая технология имеет уникальные требования к аппарату. Наиболее широко используемыми измерениями являются:

1. Низкочастотные вибрационные машины (9-10 Гц, усилие до 1700 кН).
2. Среднечастотный (10-30 Гц, усилие 270 кН).
3. высокочастотные установки с возможностью регулировки дисбаланса.
4. Высокочастотные вибраторы с регулировкой дисбаланса и нерезонансными фазами включения-выключения.
5. Системы прессования.
6. Механические молоты.
7. Пневматические молоты.
8. Гидравлические молоты.
9. дизельные молоты.

Наиболее эффективным способом установки шпунтовых свай на определенную глубину является вибрация, причем с помощью вибраторов можно добиться отличной точности.

Вибропривод

Метод вибропогружения снижает вероятность искривления свай и повышает точность установки. Для работы используются вибронаконечники, установленные на строительных машинах.

Перед работой она крепится к шпунту. Плотность грунта снижается под воздействием частотных колебаний оборудования, и в итоге свая погружается на необходимую глубину.

Основные компоненты установки:

• вибровозбудитель с двумя или четырьмя электродвигателями;
• динамический поглотитель ударов;
• гидравлическая головка.

Вибрационные машины также могут негативно влиять на близлежащие сооружения, хотя их работа оказывает меньшее воздействие на окружающую территорию, чем забивка свай. Когда штукатурка проникает в землю, она хорошо впитывается в фундамент здания и распространяется на другие несущие конструкции, что в конечном итоге может привести к их разрушению.

При использовании высокочастотных установок значительно снижается вредное воздействие вибраций на соседние здания.

Забивание с помощью гидравлического молота

При установке шпунтовых свай в связном грунте, плотном песке, гравии или над грунтовыми водами вибрационные методы неэффективны. Ударные методы установки свай лучше работают в данной ситуации.

Для работы может быть использован гидромолот, представляющий собой штангу с вертикально установленным бойком. Шпунт вбивается в грунт под действием бойка по мере его перемещения по стержню.

Это наиболее простой и доступный способ монтажа шпунта, однако его нельзя использовать в районах с высокой плотностью населения или в непосредственной близости от исторических и архитектурных памятников.

Ударные нагрузки передаются от окружающих конструкций на грунт, ослабляя фундамент и другие несущие конструкции и, возможно, вызывая деформацию конструкции.

Бурение с помощью лидерного бура

Для ускорения процесса и облегчения установки свай используется технология лидерного бурения.

Это достигается с помощью шнека для локального разрыхления грунта, в результате чего образуется скважина с низкой плотностью грунта. Мобильные буровые установки — специализированное оборудование, используемое в процессе бурения.

При работе на мерзлых и плотных грунтах, где его применение явно необходимо, этот метод используется с успехом. При строительстве на грунтах низкой плотности необходимо лидерное бурение, поскольку вибрационные и ударные методы погружения нецелесообразны из-за высокого риска обрушения стен котлована.

Предварительное бурение позволяет обеспечить точность установки сваи, предварительно задав траекторию ее погружения на участках с высоким уровнем грунтовых вод.

Свинчивание и прессование, статическое прессование

Забивка и вибропогружение могут оказывать далеко идущее и пагубное воздействие на окружающую местность из-за вибрации и шумового эффекта.

Строительные конструкции, уязвимые к такого рода воздействиям, получат повреждения, если они находятся в непосредственной близости. Эффект более очевиден, если здания расположены на рыхлых, песчаных грунтах.

При вибрации водонасыщенный песок уплотняется, что приводит к проседанию грунта и в конечном итоге к разрушению фундамента близлежащих строений.

Использование методов вдавливания шпунта или завинчивания в данной ситуации более безопасно. Идеально подходит для грунтов с низкой плотностью, таких как песчаные грунты, глины и суглинки.

Основными преимуществами этого метода являются:

1. Отсутствие ударных и вибрационных воздействий на близлежащие здания.
2. Низкий уровень шума во время работы.
3. Снижается вероятность повреждения сваи, как, например, при использовании метода забивки.

Одним из недостатков является то, что оборудование громоздкое и тяжелое, что затрудняет его перемещение и подготовку к использованию. Крупные объекты или здания — единственное, что строится с использованием этого метода, поскольку для транспортировки всех компонентов устройства требуется несколько грузовиков, что повышает стоимость строительства.

Погружение под воду

Подрыв и взрывное бурение — это примеры вспомогательных методов, которые могут быть использованы в сложных ситуациях, когда прохождение грунта затруднено.

Эффективным способом установки шпунтовых свай в грунтах высокой плотности является подводное погружение под высоким давлением.

Метод заключается в использовании форсунок, расположенных близко к основанию сваи, для подачи небольшого количества воды или уникального раствора.

Благодаря низкому расходу жидкости можно эффективно контролировать степень эрозии почвы. В результате негативное воздействие ограничивается перемещением шпунтовой сваи и оказывает лишь незначительное влияние на прочность грунта.

При работе в плотном грунте используйте воду с низким давлением. В данном случае вода не влияет на характеристики грунта и не вызывает его проседания.

В данном случае промывка обычно используется как дополнительная задача при вибропогружении свай. Когда промывка сочетается с высоким вибрационным воздействием, она работает особенно эффективно.

Расчеты

Перед началом процесса рытья котлована изготавливаются шпунтовые сваи. Основные несущие элементы забиваются в землю. В начале система находится в равновесии, и грунт оказывает одинаковое давление на шпунт с обеих сторон.

Как только начинается процесс выемки грунта, давление внутри ямы уменьшается с одной стороны из-за уменьшения объема грунта. Когда равновесие нарушается, давление окружающей грязи начинает нарастать на ограждение. В связи с этим необходимо предварительно рассчитать шпунтовую сваю, чтобы определить максимальную нагрузку, которую она может выдержать.

Необходимая глубина погружения и размеры поперечного сечения определяются в ходе расчетов. Они должны быть установлены таким образом, чтобы ограждение не только оставалось устойчивым и поддерживало равновесие почвы, но и сохраняло определенный запас прочности.

Расчеты можно производить двумя способами: аналитическим и графико-аналитическим.

Для расчета параметров шпунта используется условие Mu≤(m/yn)Mz, где:

• Mu — момент, возникающий от силы давления грунта на шпунт и способствующий его опрокидыванию;
• Mz — момент сопротивления опрокидыванию, действующий за счет защемления шпунта в грунте;
• m — коэффициент, характеризующий условия работы шпунта в грунте; для мягких грунтов значение принимается равным 0.7;
• yn — показатель надежности, для сухой почвы принимается равным 1.1, для случая высоких грунтовых вод — 1.2.

Для определения момента сопротивления опрокидыванию необходимо рассчитать несущую способность шпунта по общей формуле расчета несущей способности свай F= yc(ycrR-d + V-∑ ycri-fi-li). Где:

• yc — коэффициент, характеризующий работу сваи в грунте;
• ycr — коэффициент, определяющий сопротивление грунта под шпунтом;
• R — сопротивление грунта под шпунтовой сваей;
• d — диаметр опорной подошвы;
• V — периметр шпунтовой секции;
• ycri — коэффициент, характеризующий работу грунта на боковых поверхностях шпунта;
• fi — сопротивление грунта на боковых поверхностях шпунта;
• li — длина боковых граней языка.

Значения коэффициентов вычисляются индивидуально для каждого типа шпунта и берутся из соответствующих нормативных документов. Для выполнения условия (1) производятся окончательные расчеты путем создания схем и выбора глубины проходки. Кроме того, в процессе расчетов необходимо проверить стену, балки, распорки и сам шпунт на прочность и разрыв замка.

Этапы работ

Установка шпунта может осуществляться несколькими способами:

• забивка,
• использование низкочастотных или высокочастотных вибраций,
• вдавливание,
• завинчивание,
• методом эрозии.

Воздействие различных технологий различно и определяется типом грунта и условиями строительства. Однако принципы установки по сути одинаковы и предполагают погружение сваи в грунт тем или иным способом.

Таким образом, общий процесс остается неизменным, а изменения касаются нескольких аспектов использования той или иной технологии:

1. Подготовка площадки, размещение спецтехники, доставка шпунтовых свай;
2. Материал распределяется по периметру котлована. Затем делается разметка, определяется место установки каждого элемента, производится строповка и каждая свая доставляется к месту установки;
3. Шпунт и паз выравниваются строго вертикально, после чего устанавливается головка погрузчика;
4. Свая устанавливается ударным методом, вдавливая или вибрируя в грунт. В процессе установки производится центрирование;
5. Если используется шпунт Ларсена, то пазы каждой последующей сваи вставляются в предыдущую, образуя таким образом замок. Для минимизации трения в замке используется смазка.

При частом использовании шпунта Ларсена верхняя часть профиля может деформироваться. Если вы хотите продолжать использовать элемент, рекомендуется его срезать.

Контроль глубины погружения шпунтовой сваи осуществляется после ее установки. Если отклонение между фактическим положением элементов и расчетным значением превышает максимально допустимое, шпунт демонтируется и устанавливается заново.

Укрепление

При строительстве на мягких грунтах существует значительный риск просадки, деформации и даже обрушения шпунта. Поэтому ее необходимо усилить еще больше. Устойчивость шпунтовых свай была повышена благодаря разработке нескольких эффективных технологий.

Установка анкеров

Использование уникальных анкеров для усиления конструкции — распространенная техника установки шпунтовых свай. Они устанавливаются в грунт, который не находится в местах активного взаимодействия шпунта и почвы. Один анкер такого типа может выдерживать нагрузку до 500 кН.

Весь периметр колодца укрепляется элементами, расстояние между соседними анкерами составляет от одного до трех метров. Элементы устанавливаются под углом (от 30° до 60°) для достижения максимального эффекта.

Заглубленный под землю, каждый анкер представляет собой железобетонную конструкцию. Для его установки выкапывается колодец, в который впоследствии вставляются тяги и металлическая арматура. Затем в колодец заливается бетон. После застывания раствора шпунт и паз соединяются стержнем, который затем вставляется в специально сделанное для него отверстие и фиксируется крепежом.

Такой подход требует скрупулезного внимания к деталям и высокой точности всех работ, что увеличивает трудозатраты и повышает общую стоимость строительства объекта. Таким образом, анкеры устанавливаются только в тех случаях, когда размеры котлована не позволяют использовать распорные элементы.

Крепления распорных элементов

Если позволяет пространство между противоположными стенками котлована, устанавливаются распорки. Тип грунта и используемый распорный элемент определяют максимальное расстояние, которое может быть допустимым.

Для этой цели обычно используются металлические трубы, расположенные на расстоянии 4-6 метров друг от друга и установленные в несколько ярусов. При большой длине распорок используются специальные стойки, состоящие из шпунтов или двутавровых балок.

Для этого способа усиления характерен повышенный расход металла. Для снижения этого параметра можно использовать инвентарные рамы. Инвентарные панели в этом случае устанавливаются на шпунты ограждения. При небольших размерах ямы и плотном грунте можно использовать консольное крепление язычков, чтобы избежать необходимости установки распорок.

Ограждения консольного типа

Шпунтовые сваи, установленные в грунт, допустимы, если глубина ямы не превышает пяти метров. Убедитесь, что элемент прочно зажат и не имеет тенденции к обрушению из-за погружения его нижней части в грунт под дном котлована.

В мягких грунтах шпунтовые сваи при установке заглубляются более чем на две трети высоты котлована. Поверх ограждения для усиления конструкции устанавливается обвязочная рама, состоящая из балок разного сечения.

При использовании этого метода укрепления необходимо запретить перемещение тяжелой техники вблизи ямы. Кроме того, не рекомендуется хранить или размещать строительные материалы вблизи забора.

Шпунтовые сваи необходимы для поддержки мест раскопок, предотвращения эрозии и стабилизации почвы во время строительных проектов. Стальные, виниловые и деревянные шпунты — это одни из самых разнообразных разновидностей; каждый из них подходит для определенных условий и областей применения. При установке шпунтовых свай листы вдавливаются в грунт с помощью гидравлических домкратов, вибромолотов или даже каплевидных молотов в случае более сложных грунтов. Осмысление этих технологий и выбор подходящей гарантирует безопасность и завершенность вашего строительного начинания.

Распространенные ошибки

Часто при обустройстве котлована возникают проблемы, которые сложно решить. Поэтому следует заранее позаботиться о соблюдении строительных норм и правил:

1. Иногда после установки шпунта обнаруживается, что глубина его погружения не соответствует проектной. Это приводит к снижению устойчивости конструкции, что повышает риск обрушения стен котлована. В этом случае необходимо снять язычок и смонтировать его заново.
2. Зазоры между соседними элементами ограждения — нет прочного замкового соединения. Это приводит не только к ухудшению гидроизоляции объекта, но и снижает прочность ограждения. Недостаток можно устранить путем переустановки элементов ограждения.
3. Как правило, шпунт проникает в грунт на несколько метров глубже уровня, на котором находится дно котлована. Это представляет опасность, если под котлованом находятся неизвестные строителям коммуникации или конструкции. Если перед началом работ не были проведены достаточно качественные изыскания, это может привести к серьезной аварии, которая повлечет за собой значительные финансовые потери.

Каждый этап строительного процесса должен быть тщательно спланирован, поскольку стоимость исправления ошибок может быстро увеличиться. Кроме того, следует с осторожностью подходить ко всем технологическим задачам, связанным с установкой шпунтовых свай для котлована.

Стоимость создания

Знание типа шпунта, периметра котлована и его глубины необходимо для того, чтобы определить, сколько будет стоить изготовление шпунтовых свай. После этого определить, сколько комплектующих потребуется для строительства, будет несложно.

Например, для строительства котлована с периметром 120 метров с использованием шпунтовых свай Larsen L5 вам потребуется примерно 240 элементов общим весом около 657 тонн.

Полученные значения позволят вам рассчитать стоимость доставки: километраж определяется расстоянием до места расположения строящегося объекта, а количество рейсов — грузоподъемностью автомобиля. По такой же методике рассчитывается стоимость погрузочно-разгрузочных работ.

Стоимость установки шпунтовых свай определяется количеством погонных метров погружаемой шпунтовой сваи (здесь поможет знание глубины проектируемого котлована), а также расценками строительных компаний, предоставляющих данные услуги.

Трудозатраты составляют в среднем от 450 рублей за погонный метр.

В этом разделе собрана самая важная и практичная информация о котловане и его эволюции.

Шпунтовые сваи — важнейшая техника в современном строительстве, обеспечивающая надежную поддержку котлованов, создание подпорных стен и предотвращение затопления. Невозможно переоценить его важность, особенно для проектов, где стабильность почвы и управление водными ресурсами имеют решающее значение. Прочные барьеры, гарантирующие безопасность и структурную целостность, могут быть построены строительными бригадами с помощью вбитых в землю взаимосвязанных стальных, виниловых или композитных листов.

Шпунтовые сваи бывают разных форм, каждая из которых идеально подходит для определенного использования. Благодаря своей прочности и долговечности наиболее широко используются стальные шпунтовые сваи; это делает их идеальными для прибрежных сооружений и глубоких котлованов. Шпунтовые сваи, изготовленные из винила и композитных материалов, устойчивы к коррозии и часто используются в местах, где есть опасность воздействия химических веществ или воды. Выбрать подходящий вид шпунта будет проще, если вы знаете конкретные требования вашего проекта.

Установка шпунтовых свай требует специальных инструментов и знаний. Три основных метода: гидравлические прессы, ударные молоты и вибромолоты. Каждый метод имеет свои преимущества, и выбор метода зависит от характеристик грунта, масштаба проекта и экологических факторов. Для того чтобы шпунтовая конструкция была эффективной и прослужила долго, необходимо правильно ее установить.

В заключение следует отметить, что шпунтовые сваи являются неотъемлемой частью многих строительных проектов, поскольку они обеспечивают надежную опору и защиту в сложных условиях. Вы можете получить надежное и долговечное решение для своих строительных задач, если выберете подходящий тип шпунта и будете использовать правильную технику монтажа. Шпунтовые сваи обеспечивают прочность и устойчивость, необходимые для успеха, независимо от размера застройки набережной или небольшого котлована, над которым вы работаете.

Видео по теме

Расчет шпунтовой стенки 9-метрового котлована на прочность, жесткость с распорками и грунтовыми анкерами

Технология устройства шпунтовых ограждений из шпунта Larsen Вибропогружатель ICE 44B

Что такое язык Ларсена??