Шпунт Л5-УМ, БШС предназначены для строительства гидротехнических сооружений, морских и речных причалов, ограждений искусственных островов, молов и волноломов на морских акваториях, сухих доков и шлюзов, опор мостов, набережных, берегозащитных и струенаправляющих дамб, подпорных и противофильтрационных стен, укреплений оползневых склонов, временных ограждений котлованов и других сооружений.
Обзор существующих технологий погружения шпунтового профиля
Погружение шпунтового профиля в грунт - ответственный процесс, от которого зависит целостность стенок котлована и существующей окружающей застройки.
Существует три способа для погружения шпунтового профиля:
Забивка — самый быстрый и опасный способ погружения. С помощью копра прикладывают динамическую, ударную нагрузку, которая преодолевает сопротивление грунта. Это в свою очередь создает ударную вибрацию, провоцируя подвижки грунта и, тем самым, подвергая существующие фундаменты и инженерные коммуникации дополнительным перемещениям в зоне влияния строительства. В городе такой способ заглубления используют только на пустырях и за городской чертой.
Плюсы:
- простота и доступность всего необходимого оборудования;
- дешевизна работ.
Минусы:
- мощные и энергозатратные установки;
- сильный шум;
- высокое ударное воздействие на грунт.
Статическое вдавливание — медленная, точная и безопасная технология сборки шпунтовых ограждений. Установка для статического вдавливания с помощью гидравлического пресса выполняет подконтрольное погружение, не вредит оголовку сваи и позволяет погружать шпунт, практически вплотную к существующим конструкциям окружающей застройки. Вдавливание — основная технология погружения при строительстве в городской черте.
Примеры оборудования: Giken, Liebherr, Still Worker, Tomen Piler, Silent Piler, Титан СВУ-360, SUNWARD, СВУ-В-6 на базе крана РДК-250 и др.
Рисунок 1 - Погружение шпунта Л5-УМ с помощью статического вдавливания
Плюсы:
- нет дополнительного технологического воздействия на окружающую застройку;
- несущая способность свай по грунту выше чем у других методов примерно на 10%.
Минусы:
- самая медленная технология;
- самая дорогая;
- тяжело продавливает шпунт в песчаные грунты.
Вибрационное погружение — относительно безопасная, малошумная и недорогая технология устройства шпунтовых свай на грунтах малой и средней плотности. Компактный вибрационный погружатель крепят на оголовке шпунтовой сваи перед погружением, который в свою очередь подвешивается на кран.
Суть технологии заключается в приложении к оголовку разнонаправленной нагрузки, которая создает вибрацию погружаемой опоры. Вследствие вибрации нивелируются силы трения и сцепления на контакте "конструкция - грунтовый массив", в результате чего шпунтовая свая начинает погружаться под собственным весом.
Вибрационный погружатель бывают: низкочастотные (до 700 колебаний/мин), среднечастотные (от 700 до 1500 колебаний/мин), высокочастотные (свыше 1500 колебаний/мин).
Рисунок 2 - Погружение БШС с помощью вибрационного погружения
Примеры оборудования: ICE, Muller, PTC, PVE, Movax, Junttan, MKT и др.
Плюсы:
- экономичный вариант в плане энергозатрат;
- универсальность – с помощью вибропогружателя монтируют отдельно стоящие опоры и шпунтовые стенки.
Минусы:
- невозможность использовании технологии рядом с тоннелями метрополитена и крупных трубопроводных и иных магистралях;
- снижение скорости погружения в вязких, глинистых грунтах;
- не стоит использовать на заболоченных берегах рек и озер, а также на неустойчивых почвах.
В Нидерладской фирме Dieseko имеется патент на вибрационные установки с резонансной технологией. Благодаря сверхвысокой частоте профили шпунта приводятся в состояние резонанса до их собственной частоты. Это заставляет профиль вести себя подобно спиральной пружине, которая сама под собственным весом опускается в грунт.
Благодаря отсутствию эксцентриковой массы эта технология полностью исключает вибрацию. Резонатор позволяет устанавливать сваи, трубы и шпунтовые сваи и может использоваться с помощью свободно подвешиваемого, управляемого направляющей или мобильного крана.
Подобного оборудования на территории РФ нет.
Дополнительные меры для облегчения погружения шпунтовых свай
Существует два основных вида для облегчения погружения шпунта:
Гидроподмыв – способ, при котором действие струи воды, нагнетаемой под сильным давлением и вытекающей у острия шпунтовой сваи, окружающий сваю грунт разрыхляется.
Подмыв струей воды эффективен в основном в несвязных и малосвязных грунтах, которые хорошо поддаются размыву водой. В макропористых почвенных условиях, таких как лессовые грунты, этот метод может быть неэффективным.
Применение подмыва струей воды имеет свои особенности и ограничения. Технически сложный и трудоемкий процесс, он также требует значительного количества воды. Поэтому его применение ограничено и наиболее целесообразно в случаях, когда строительство происходит вблизи водоемов, где доступ к воде обеспечен.
Лидерное бурение – предварительное создание скважин.
Метод применяется в следующих случаях:
- погружение в плотные грунты, когда сопротивление при погружении свай очень высокое. Чтобы довести шпунты до проектной глубины, приходится многократно увеличивать ударную или вибрационную нагрузку;
- погружение в крупнообломочные грунты с содержанием более 30% гальки или щебня;
- погружение в мерзлые грунты;
- при достижении отказа при погружении.
Глубина бурения и сечение скважины зависят от размеров самих шпунтов (несколько меньше):
- диаметр лидерной скважины на 3-5 см меньше сечения шпунта. На каменистой почве и на мерзлоте диаметры скважин и свай могут быть одинаковыми;
- глубина лидерных скважин – максимум 90 % высоты сваи (обычно скважина короче сваи на 2-2,5 метра).
В соответствии с п. 12.1.4 СП 45.13330.2017 дополнительные меры, облегчающие погружение свай и шпунта (подмыв, лидерные скважины и др.), следует применять в случае возможного отказа забиваемых элементов менее 0,2 см или скорости вибропогружения менее 5 см/мин. Также допускается применять лидерное бурение в случае погружения шпунтовых свай на расстоянии меньше 15 м до существующих зданий и сооружений для уменьшения динамических воздействий.
Применение подмыва допускается на участках, удаленных не менее чем на 20 м от существующих зданий и сооружений, и не менее удвоенной глубины погружения свай.
Какими способами возможно погрузить шпунта Л5-УМ и БШС?
Погружение шпунта Л5-УМ осуществляется всеми, описанными выше, способами, а БШС за исключением статического вдавливания, в виду отсутствия подходящего оборудования на отечественном рынке.
Демонтаж шпунта
Ограждающие конструкции из шпунта и БШС могут быть временными и постоянными. В последнем случае профили погружают в грунт навсегда. Обычно это делают при сборке фильтрационных завес, укреплений для дорожных насыпей, стенок котлованов вблизи существующей застройки, причальные стенки (причалы типа «больверк») в морских и речных портах и другие. Временные ограждающие конструкции усиливают стенки котлованов и траншей во время строительства подземной части здания или прокладке инженерных коммуникаций, ограждения котлованов мостовых опор, временных причалов и пирсов. После завершения строительства их разбирают, раскачивая вибрационной головкой или оборудованием для статического вдавливания и выдергивают краном.