Шпунтовые сваи – какими бывают и когда их устанавливают

Основным предназначением шпунтовых свай является предотвращение проникновения влаги в котлован на площадках с высоким уровнем подземных вод. Кроме того, смонтированная стенка позволяет выполнять строительные работы при глубоком заложении фундамента, сохраняя откосы в вертикальном положении. Шпунтовые сваи не используют для устройства подземной части сооружений, они являются лишь вспомогательным элементом укрепления котлована или траншеи, хотя в некоторых случаях выполняют функцию внешней оболочки фундамента. Их широко применяют при возведении гидротехнических объектов.

Когда устанавливают шпунтовое ограждение

Сложные условия на стройплощадке пытаются обойти разными способами. В определенных ситуациях на помощь приходят шпунтовые сваи. Подпорные стены из них устанавливают в следующих случаях:

• при необходимости защиты выемки под фундамент от подземных вод;
• для предотвращения оползней в процессе выполнения работ или эксплуатации строения;
• при сооружении искусственных каналов и возведении мостов;
• для укрепления береговой зоны и при устройстве портовых строений;
• для упрочнения и поддержания в стабильном состоянии откосов вблизи железнодорожных путей и автомагистралей;
• при добыче ископаемых.

Перечень области применения шпунтового ограждения можно перечислять и далее. Сваи имеют разную конструкцию и свои особенности, зависящие от материала изготовления и назначения. Освоение технологии и схемы таких укреплений появились сотни лет назад, а с течением времени только совершенствовались.

Шпунтовые стены позволяют создать безопасную зону на объекте.

Какими бывают шпунтовые сваи

Материалом для шпунтового ограждения может служить:

• дерево;
• металл;
• железобетон;
• композит;
• ПВХ.

Много лет назад для подпорных стен использовалось только дерево, но сегодня его применяют все реже в силу того, что изделия являются наименее долговечными по сравнению с аналогами и не подлежат демонтажу, поэтому вторично не устанавливаются. Внешне ограждение напоминает бревенчатый частокол, но нередко встречаются стены из шпунтованного бруса или сборных элементов, составленных из толстых досок. Монтаж производится путем забивания изделий в грунт.

Шпунтовые сваи из железобетона имеют замки, позволяющие вставлять один элемент в другой. Подобная конструкция способна сдерживать грунтовую воду, но применяют железобетонный шпунт, как правило, только на ответственных объектах. Во-первых, сваи имеют большой вес и требуют применения мощной техники, а во-вторых, их длина ограничена из-за сложности транспортировки и возможности повреждения пазов. К тому же, железобетонные изделия использовать можно только единожды.

Композитные шпунтовые сваи значительно удешевляют строительные работы. Они изготавливаются на основе полимерных смол, в частности полиуретановых, с продольным армированием волокнистыми материалами. На сегодняшний день изделия считаются наиболее перспективными в укреплении береговых линий и откосов. Несмотря на короткий срок использования технологии с их применением, в мире уже насчитываются сотни тысяч километров шпунтовых ограждений из композитных материалов. Их достоинства:

• отсутствие коррозии;
• небольшой вес;
• экономичность;
• бóльшая прочность по сравнению с аналогичной продукцией из ПВХ;
• несущая способность, сопоставимая с металлическим шпунтом.

Композитные сваи монтируют методом вибропогружения, нередко – с предварительным размывом грунтовых слоев. Ударная технология установки категорически исключена. Форма сечения отдельных элементов напоминает корыто, а замковые соединения имеют несколько вариантов. Особо сложные условия подразумевают вкапывание свай.

Шпунтовые ПВХ сваи достаточно прочны, легки, практичны и доступны по цене. Их характеристики схожи с композитными материалами, но несколько уступают им. Основным недостатком является плохое восприятие сочетания отрицательных температур с ударными воздействиями. ПВХ свая попросту может расколоться.

Металл

Стальные шпунтовые сваи надежнее, прочнее и долговечнее деревянных подпорных стоек. Изделия нашли широкое применение благодаря своим неоспоримым достоинствам, а именно:

• наличию нескольких вариантов профиля, обеспечивающих более выгодное использование шпунта, исходя из сложившихся условий;
• высокой стойкости к возможным механическим воздействиям и нагрузкам;
• возможности неоднократного использования.

Наиболее распространен в строительстве металлический шпунт, симметричное U-образное сечение которого напоминает корыто. С боковых сторон сваи оснащены замковыми соединениями Ларсена. Элементы в ряду располагают в шахматном порядке. В грунт их вбивают дизельными молотами или вдавливают с помощью вибропогружателей или специальных установок.

Замки Ларсена заполняют специальными герметизирующими составами, что позволяет говорить о высокой степени удержания грунтовых вод за пределами защищаемого объекта. Возможность поворотных соединений обеспечивают угловые секции, выпускаемые производителями в разных вариациях.

Z-образные шпунтовые сваи из металла имеют две параллельные полки и находящуюся между ними наклонную стенку. Элементы устанавливаются зеркально относительно друг друга, а соединяются посредством замков, расположенных на полках. Как и в предыдущем случае, в грунт сваи погружают посредством специальной техники. Z-образный профиль проще в установке, но гарантии, что он сможет полноценно избавить строящийся объект от проникновения воды, к сожалению, нет.

ИзU- илиZ-образных элементов получают различные комбинации, в том числе коробчатые сваи, зубчатые стены и т.д.

Плоский металлический шпунт предназначен для удержания грунтовой массы путем создания замкнутых ячеек цилиндрической и круглой формы с диафрагмой или без нее. Подобный ряд чаще всего используется в местах близкого расположения скальных пород или там, где дополнительное закрепление свай в виде анкеровки выполнить не представляется возможным. Геометрия ячеек определяется по таблицам или компьютерной программой после проведения расчетов эквивалентной ширины конструкции.

Комбинированные металлические шпунтовые стены получают при совмещении стоек двутаврового сечения, либо стальных труб, и Z-образных свай. В этом случае одни элементы отвечают за вертикальные нагрузки, а другие принимают и распределяют давление грунта и воды.

Достаточно часто шпунтовые сваи требуют дополнительного закрепления верхней части стены в силу того, что защемление грунтом опорной части получается слабым из-за существенных боковых нагрузок. Если ширина котлована позволяет, то между параллельными рядами устанавливают горизонтальные распорки. В противном случае требуется устройство анкерной стенки, расположенной позади шпунтового ряда.