При возведении набережных и опор мостов, прокладке траншей и котлованов, строительстве гидротехнических сооружений применяются шпунтовые сваи, которые выполняют функции постоянных или временных ограждений. Их основное предназначение заключается в предотвращении сползания грунта и проникновения влаги в конструкции. Установленные вплотную друг к другу и погруженные в грунт они создают устойчивое ограждение, которое называется шпунтовой стенкой.

Классификация шпунтовых свай

Шпунтовые сваи можно классифицировать по нескольким параметрам: материалу, из которого они изготовлены, профилю самого шпунта, а также по области применения тех или иных видов шпунтовых ограждений.

По материалу изготовления

Шпунтовые сваи могут быть выполнены из дерева, железобетона, стали, ПВХ или композитных материалов. В настоящее время деревянные и железобетонные конструкции практически не используются. Поэтому стоит остановиться на рассмотрении шпунтов, изготовленных из стали, ПВХ и композитных материалов.

Металлические шпунтовые сваи

Металлические шпунты либо шпунтовые сваи представляют собой желоб из металла, используемый для создания противофильтровых завес или защитных конструкций. Плотно без зазоров скрепленные между собой шпунтовые сваи образуют шпунтовое ограждение, каждый элемент которого для крепости всей конструкции, оборудован креплением (замком). Такие ограждения имеют следующие преимущества:

  • высокая прочность конструкции,
  • возможность предварительной сборки на заводе целых секций арматуры,
  • сопротивляемость окислению,
  • возможность многократного использования,
  • простота монтажа ограждения,
  • возможность использования на любых грунтах.

К недостаткам можно отнести:

  • сравнительно не высокую устойчивость к агрессивной среде,
  • малую пластичность
  • большой вес конструкций, а, соответственно, увеличение расходов на складирование, перевозку и т.д.
  • необходимость регулярной антикоррозийной обработки.

Сваи из поливинилхлорида

ПВХ сваи легки, прочны и доступны по цене, что делает их использование более выгодным в сравнении с металлической конструкцией. Однако по механической прочности они намного уступают металлу.

Основное преимущество свай из ПВХ заключается в самом материале, который не требует дополнительного обслуживания или консервации. А это значит, что средства, затраченные на установку и обслуживание такой стенки, будут значительно меньше, чем на установку металлической арматуры. Еще из достоинств шпунтов из ПВХ следует отметить:

  • отсутствие необходимости выемки и транспортировки грунта,
  • возможность многократного использования конструкции,
  • возможность использования для монтажа готовых секций,
  • неподверженность коррозии.

Основными недостатками ПВХ свай является

  • отрицательное восприятие ударных воздействий совместно с низкими температурами (изделие может расколоться),
  • невысокая несущая способность.

Композитные сваи

Композитные шпунты изготавливаются на основе полимерных смол, например, таких, как полиуретановая смола, армированная специальными волокнистыми материалами. Композитные шпунтовые сваи крепче, легче и значительно дешевле металлических. Их достоинства:

  • устойчивость к ударным воздействиям
  • устойчивость к влиянию коррозии,
  • устойчивость к резким температурным колебаниям,
  • не нуждаются в защитном окрашивании,
  • первоначальный цвет и внешний вид сохраняются в течение всего срока эксплуатации,
  • в четыре раза легче металлических свай того же размера,
  • простота обработки, транспортировки, монтажа,
  • экологически безопасны.

Примечание: Композитные и ПВХ сваи устанавливают только методом вибропогружения. Ударные технологии установки категорически исключены.

Профиль шпунта

U – образный профиль («корытный» профиль). Самый популярный вид профиля.  С боковых сторон такие сваи оборудованы соединениями, т. н. замками Ларсена. А угловые секции обеспечивают возможность поворотных соединений. Данные шпунтовые сваи отличаются высоким уровнем герметизации стыков. Сразу после монтажа замки, соединяющие шпунты, обычно дополнительно заполняются специальными герметиками, которые удерживают грунтовые воды за границами защищаемого объекта. Такие часто конструкции используются для обустройства противофильтрационных завес. В грунт их вдавливают при помощи вибропогружателей или вбивают молотами.

Z – образный профиль шпунта используется при строительстве эстакад, шлюзов, причалов, мостов и др. Такие металлические ограждения представляют собой две параллельные полочки с находящейся между ними наклонной стенкой. Элементы конструкции устанавливаются относительно друг друга зеркально и соединяются замками. Z-образный (зетовый) профиль проще монтировать, чем U- образный, но при этом нет полной гарантии защиты строящегося объекта от проникновения воды. Из U- и Z-образных шпунтов можно создать всевозможные комбинации, например, зубчатые стены, коробчатые сваи и др.

Плоский профиль шпунта обычно используется при строительстве противофильтрационных завес. Он удерживает грунты за счет создания замкнутых ячеек круглой и цилиндрической формы (с диафрагмой или без нее). Подобное ограждение применяется в скальных рельефах или, где отсутствует возможность дополнительного крепления свай (анкеровки). Существуют таблицы по геометрии ячеек или же их расчет можно осуществить, используя специальные компьютерные программы.

По области применения

Шпунтовые сваи широко применяются в строительной отрасли. Выбор материала и профиля арматуры зависит от задач, решаемых на каждом конкретном объекте. Итак, шпунтовые сваи используют при:

Укреплении

  • якорных стоянок, швартовых палов;
  • плывунов, насыпей, склонов;
  • каналов, островов, берегов водоемов;
  • причалов, плотин и доков;
  • фундаментов
  • стенок котлованов и траншей.

Обустройстве

  • стволов шахт, котлованов;
  • оснований фундаментов;
  • очистных сооружений;
  • откосов, опор мостов;
  • свалок, герметичных влагосборников.

Строительстве

  • расширение водных путей;
  • подпорных стен и причалов;
  • водоотводящих и водоприемных конструкций;
  • плотин, рамп, шлюзов, доков, устоев мостов;
  • туннелей, подземных сооружений, коллекторов;
  • фундаментов для опор;
  • гидроизоляционных стен;
  • защитных завес и виброизоляционных стен.

Способы погружения свай

При выполнении свайных работ используются молоты, копровые установки, вибропогружатели и вибровдавливающие агрегаты. Погружение шпунтовых свай выполняется следующими основными способами:

  • Ударный (забивка шпунта)

Самый распространенный способ забивки свай. В процессе работы таким методом применяются различные виды молотов: механические, дизельные штанговые и трубчатые, а также паровоздушные.

  • Вибропогружение

Высокочастотные сравнительно слабые усилия дают возможность погружать шпунтины без пиковых нагрузок, что обеспечивает целостность всех элементов сваи. Вначале под шпунты бурятся скважины, в которые под давлением подается цементный раствор. После чего, с помощью вибропогружателей в скважину помещается шпунт. Данный способ считается оптимальным для работы в водонасыщенных или песчаных грунтах. Также он отличается высокой рентабельностью. На относительно плотных почвах применяется способ вибропогружения с предварительным размывом грунта. Это позволяет значительно снизить нагрузку на монтируемый элемент. Данный способ очень удобно использовать в районах плотной застройки: для работы необходимо только место под кран или экскаватор.

  • Вдавливание (задавливание) шпунта

Статичное вдавливание — самая тихая и чистая, из всех существующих, технология. Однако вдавливающие агрегаты очень громоздки, медлительны и потребляют много электроэнергии (напряжением 380В), поэтому для них требуется основательная подготовка стройплощадки. А это, в свою очередь, приводит к удорожанию работ.

  • Ввинчивание шпунта

При использовании данной технологии применяются шпунтины из стальных труб, оснащенные спиральной навивкой, выполненной из арматурной стали. Процесс погружения происходит при одновременном вращении и вдавливании шпунта в грунт. Преимущество данного способа состоит в обеспечении сохранности близлежащих сооружений. Поэтому его хорошо использовать в районах городской застройки.

Примечание: В зависимости от конкретных условий могут применяться различные комбинации этих способов, например, на «легких» грунтах после вибропогружения, шпунт на нужную глубину добивают молотом и др. В особо сложных ситуациях производится вкапывание шпунтовых свай в грунт.

Особенности монтажа

На начальном этапе строительства любого объекта, грунт, изначально находящаяся в неизменном состоянии, начинает уплотняться. Это относится не только к области непосредственных работ, но и к расположенным рядом сооруженияма это может вызвать их деформацию или даже разрушение. Предотвратить негативные явления может оборудование шпунтового ограждения вокруг объекта строительства. Монтаж шпунтовой стены имеет свои особенности и проводится поэтапно:

  • Проведение геолого-разведывательных исследований на грунте и выполнение на их основе проектных расчетов. При этом определяется расположение шпунтов, способы их погружения, перемещение шпунтов и т. д.
  • Доставка на стройплощадку грузоподъемной техники, необходимого специализированного оборудования и т. д.
  • Трассировка осей шпунтовой стенки.
  • Пробное погружение шпунта. По его результатам окончательное определение оптимального способа погружения.
  • Непосредственное начало работ.

Металлические шпунты обычно устанавливают ударным способом, используя наголовники-уловители для защиты свай от механических повреждений. Лебедка копра подтягивает сваю к сваебойной установке. После чего выполняется ее строповка, а также поднятие и закрепление наголовника-уловителя молота на свае. Шпунт фиксируется на месте забивки, выполняется проверка его вертикальности. Далее молотом осуществляют удары небольшой мощности, задающие направление погружения сваи. И, наконец, выполняется ее забивка до нужной глубины или до отказа грунта. При подъеме шпунта на копер отслеживается возможность прогиба конструкции. И при его возникновении, для удержания арматуры, используется подъемный механизм.

Шпунты композитные и из ПВХ наиболее часто устанавливают при помощи вибропогружения, реже вибропогружением с подмывом грунта и другими способами.

Основные производители оборудования для погружения шпунтовых свай

В настоящее время на рынке бурового оборудования представлено большое количество отечественных и зарубежных компаний. Здесь перечислен ряд компаний, чья продукция пользуется популярностью среди специалистов по бурению.

Российские производители оборудования:

Уралмаш, Челябинский тракторный завод, Геомаш, Геотехника, Кунгур, ИННКОР, Стройдормаш.

Зарубежные производители оборудования:

Atlas Copco, Trive, MAIT, Liebherr, Bauer, EGTECHNOLOGYS.p.A., MDT (Mc Drill Technology), Casagrande, Bayshore systems, CMV, Maschinen GmbH, Klemm, DELMAG, GmbH, Sany, Soilmec, Junttan, IMT, Sany, Wirth и др.

Требования СНиП по установке шпунтовых ограждений

Основным нормативным документом, определяющим требования к проведению свайных работ, является СНиП № 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты». Согласно его положениям, погружение свай осуществляется в строго установленном порядке и с обязательным оформлением ППР (Проекта производства работ). В данном стандарте описываются следующие аспекты:

  • Особенности выемки грунтов и планирования свайного участка;
  • Требования, предъявляемые к выполнению водопонижающих мероприятий на подготовительном этапе обустройства строительной площадки;
  • Правила погружения разных видов шпунтовых свай;
  • Правила, по которым проводится обратная засыпка траншей и котлованов;
  • Обстоятельства, при которых требуется обязательное укрепление грунта, а также технология выполнения такого укрепления;
  • Требования, предъявляемые к обвязке любого типа свай ростверком;
  • Контроль качества выполняемых работ.