Определение
Шпунтовые работы - это монтаж и демонтаж шпунтовых свай для устройства временных или постоянных шпунтовых стен. По сути это то, что чаще называют «ограждение котлована шпунтом» или «погружение шпунта»: весь цикл от установки шпунта Ларсена в грунт до его извлечения по окончании строительства.
Шпунт (шпунтовая свая) - это элемент, чаще всего стальной, с замковыми соединениями по бокам. Замки позволяют состыковывать отдельные сваи друг с другом «в замок» и получать сплошную стену в грунте.
Главные задачи шпунтовой стены:
- удерживать давление грунта и не давать стенкам котлована или траншеи обрушиться;
- защищать выработку от подтопления грунтовыми и поверхностными водами;
- ограничивать зону влияния стройки на соседние здания и подземные коммуникации.
Шпунтовые работы - профильное направление компании «Ларсен Пайлинг» (Larssen Piling): мы располагаем одним из крупнейших в России коммерческих парков техники именно для этого вида работ, поэтому в статье ниже - не общая теория, а рабочие данные, которыми пользуются наши инженеры при проектировании и погружении шпунта.
Виды шпунта по материалу
| Материал | Статус в нормативке | Где применяется |
|---|---|---|
| Стальной | Основной материал, регламентирован ГОСТ Р 57365-2016/EN 12063 | Котлованы, гидротехника, берегоукрепление - везде, где нужна прочность и оборачиваемость |
| Деревянный | Признан нормативно (ГОСТ Р 57365-2016 содержит требования к деревянным шпунтовым стенкам) | Лёгкие временные ограждения, невысокие нагрузки |
| Комбинированный (в т.ч. железобетонный) | Признан нормативно как отдельный тип конструкции | Постоянные ограждения, повышенные нагрузки |
| Пластиковый / стеклопластиковый (композитный) | В российских ГОСТах отдельно не стандартизован, но реально применяется на рынке | Берегоукрепление, лёгкие ограждения без высоких требований к несущей способности |
Композитный шпунт легче стального в разы и действительно не подвержен коррозии, но заметно уступает по несущей способности: например, ШК-150 держит примерно вдвое меньшую нагрузку на погонный метр, чем стальной Л5-УМ. При этом сам по себе аргумент про коррозию не так критичен, как может показаться: металл шпунта достаточно толстый, и значимая коррозия появляется лишь спустя десятилетия эксплуатации, а при необходимости профиль дополнительно защищают антикоррозионным покрытием.
Виды шпунта по профилю
Если коротко: в подавляющем большинстве проектов в России используют U-образный (корытный) профиль - это и есть классический «шпунт Ларсена». Остальные формы сечения - скорее частные случаи под конкретные задачи.
Основной российский стандарт на геометрию профилей - ГОСТ 4781-85 - описывает всего два типа сечения: плоский (ШП-1) и корытный, он же U-образный (ШК-1). Более широкая линейка профилей, которую можно встретить на рынке, - это отраслевая номенклатура зарубежных производителей (стандарт EN 10248) и коммерческие названия марок.
| Профиль | Где закреплён | Примеры марок |
|---|---|---|
| Плоский | ГОСТ 4781-85 (ШП-1) | Плоский шпунт для лёгких конструкций |
| U-образный (корытный) | ГОСТ 4781-85 (ШК-1), EN 10248 | Л4, Л5, Л5-УМ, VL500/600, AU, GU22N |
| Z-образный | EN 10248 | AZ-серия (ArcelorMittal) |
| Ω-образный (омега) | EN 10248 | Отдельные серии зарубежных производителей |
| Трубошпунт | Отраслевая практика, отдельного ГОСТа нет | Применяется для повышенной жёсткости, консольных стен большой высоты |
Важное уточнение: «Л» в марках Л4, Л5, Л5-УМ - это не отдельный тип профиля, а обозначение линейки «Ларсен». По геометрии это тот же U-образный (корытный) профиль.
Практическая разница между U- и Z-профилем - в положении замков. У U-профиля они лежат на нейтральной оси стены, и полная прочность достигается только при совместной работе замков; у Z-профиля замки вынесены на крайние полки, поэтому сечение стены работает целиком, и при равной несущей способности Z-стенка требует меньше металла. Зато U-профиль доступнее на российском рынке и лучше оборачивается за счёт большого фонда б/у шпунта - поэтому в большинстве проектов применяют его.
Технические характеристики и марки шпунта Ларсена
Если коротко: для большинства котлованов в РФ используют Л5-УМ или его зарубежные аналоги (VL, AU, GU) - конкретную марку и типоразмер выбирает проектировщик расчётом, исходя из глубины котлована и грунтов. Дальше в разделе - таблица с цифрами для тех, кому это важно для расчёта.
Длина шпунтин зависит от марки и производителя: например, ЕВРАЗ НТМК выпускает Л5-УМ длиной от 6 до 24 м; более длинные конструкции получают сваркой стыков. Ширина профилей у разных марок - обычно 400–750 мм. «Момент сопротивления» в таблице ниже - это показатель прочности профиля на изгиб: чем он выше, тем больше нагрузку грунта и воды способна держать стена без деформации.
| Марка | Производитель | Ширина, мм | Вес, кг/п.м | Вес, кг/м² стены | Момент сопротивления, см³/м |
|---|---|---|---|---|---|
| Л4 | Ранее - ДМК (Украина); производство прекращено ориентировочно в 2014–2015 гг. | ~436 | ~74 | ~182,7 | - |
| Л5-УМ | ЕВРАЗ НТМК (Нижний Тагил) - единственный производитель горячекатаного шпунта Л5-УМ в России, выпускается с 1993 года | 500 | 113,8 | 228 | 3555 |
| VL 602 (аналог Л5) | Vitkovice Steel (Чехия), выпускает шпунт с 1935 года | 600 | 53,4 | 89,0 | 842 |
| AU 14 (базовая модель серии AU) | ArcelorMittal (Люксембург) | 750 | 77,9 | 104 | 1405 |
| GU 22N | ArcelorMittal (Люксембург) | 600 (высота профиля 450 мм) | 86,1 | 144 | 2200 |
Л5-УМ выпускается из стали с добавлением меди (0,20–0,30% по химическому составу пробы металла из ковша), что повышает коррозионную стойкость профиля. У каждой из зарубежных серий (VL, AU, GU) есть линейка типоразмеров - от лёгких моделей до усиленных, различия внутри линейки в основном идут за счёт толщины стенки и полки профиля, а не ширины.
Собственная марка «Ларсен Пайлинг»: JU180 и JU210
JU180 и JU210 - это две марки, зарегистрированные как торговая марка «Ларсен Пайлинг» и выпускаемые в Китае. По прочности они близки к европейским сериям вроде VL и GU, но стоят дешевле и всегда есть у нас на складе - не нужно ждать, пока их привезут из Европы или Чехии.
| Характеристика | JU180 | JU210 | Для сравнения: GU 22N |
|---|---|---|---|
| Размеры шпунта, мм | 600 / 180 | 600 / 210 | 600 / 450 |
| Масса сваи, кг/пог. м | 81,6 | 106,2 | 86,1 |
| Момент инерции, см⁴ | 32 400 | 56 700 | 49 460 |
| Момент сопротивления, см³ | 1 800 | 2 700 | 2 200 |
По моменту сопротивления (то есть по несущей способности) JU210 сопоставим с GU 22N при похожей массе погонного метра - то есть по прочности эта пара марок близка, а выбор между ними чаще определяется сроками поставки и бюджетом проекта.
Когда ограждение котлована обязательно
В интернете часто встречается упрощённое правило: якобы ограждение котлована обязательно при глубине от 2 м. На деле такого единого порога не существует - многое зависит от типа грунта, а «2 метра» это лишь одна из цифр в таблице, причём далеко не для всех грунтов. Согласно СНиП 12-04-2002 «Безопасность труда в строительстве», без крепления допускается разрабатывать вертикальные стенки выемки на глубину не более:
- 1,0 м - в неслежавшихся насыпных и природных песчаных грунтах;
- 1,25 м - в супесях;
- 1,5 м - в суглинках и глинах;
- 2,0 м - в особо плотных грунтах.
То есть 2 метра - это верхняя граница только для самых устойчивых грунтов, а не универсальное правило. При превышении этих отметок требуется либо устройство откоса нужной крутизны, либо шпунтовое (или иное) ограждение - конкретное решение определяется расчётом по СП 45.13330.2017.
Способы погружения шпунта
Основных методов четыре:
- Вибропогружение - высокочастотные колебания вибропогружателя разрушают сцепление грунта со стенками сваи. Быстро, но менее эффективно на плотных грунтах.
- Статическое вдавливание - гидравлическое усилие без ударов и вибрации. Минимально воздействует на соседние здания, поэтому востребовано в плотной городской застройке.
- Ударная забивка - молотом (дизель-, гидравлическим или паровым). Хорошо работает в плотных грунтах, но создаёт сильный шум и вибрацию, поэтому рядом с существующими зданиями её применять нельзя.
- Лидерное бурение с последующим погружением - предварительная скважина помогает пройти плотные или скальные включения.
Выбор метода зависит от типа грунта, требуемой глубины, близости существующей застройки и допустимого уровня шума и вибрации. На практике методы часто комбинируют.
Отдельно: встречается утверждение, что забивка «особенно подходит для массивных профилей типа Л7 или AZ 13-770». Это не подтверждается каталогами производителей - считайте это маркетинговым тезисом, а не техническим фактом. На практике ударную забивку чаще применяют для трубошпунта или просто для погружения трубы в грунт; для шпунта Ларсена этот метод используют сравнительно редко.
Извлечение и повторное использование шпунта
Металлический шпунт можно извлекать и использовать повторно - в этом одно из его главных экономических преимуществ. На рынке есть услуги аренды, обратного выкупа и продажи б/у шпунта.
В сметных нормативах расход металла на ограждение считается по числу оборотов шпунта: чем больше циклов «погрузили - извлекли» проходит одна и та же свая, тем меньше металла списывается на каждый конкретный объект. Именно из этой сметной практики и берётся типовая оценка: одна свая выдерживает 5–10 применений. Официально ни один ГОСТ не устанавливает фиксированное число циклов - ЕВРАЗ прямо указывает, что оборачиваемость производителем не регламентируется.
Отдельно стоит предупредить: иногда встречается утверждение, что «ГОСТ регламентирует 7 циклов оборачиваемости шпунта». Это недостоверная информация. Такого норматива не существует ни в одном действующем в России ГОСТе. Подобная формулировка - либо упрощение сметных расчётов, либо способ ввести заказчика в заблуждение при обосновании цены.
Конструктивные схемы шпунтовых ограждений
Классификация гибких подпорных стен на консольные, анкерные и распорные закреплена в СП 381.1325800.2018 «Сооружения подпорные. Правила проектирования». Точные числовые параметры каждой схемы (высота консоли, глубина заделки, ширина котлована для распорной системы и т.д.) в самом СП 45.13330.2017 в виде готовых цифр не прописаны - это инженерные ориентиры, применяемые на практике и требующие проверки расчётом для конкретного объекта.
- Консольная (безанкерная) стенка - без верхнего упора, устойчивость обеспечивается заглублением в грунт и сопротивлением грунта. Применяется при относительно небольшой высоте стенки (по разным источникам - от 4–5 до 6 м, в зависимости от грунтовых условий). Обычно ниже дна котлована заглубляют существенно больше половины высоты стены - этот запас и держит конструкцию без дополнительного крепления.
- С обвязочным (распределительным) поясом - горизонтальные элементы (швеллеры, двутавры) равномерно распределяют нагрузку между сваями. Устанавливается ближе к верху стенки, обычно в пределах первых 1,5–2 м от поверхности.
- С распорной системой - поперечные распорки между противоположными стенками. Работают, когда ширина котлована позволяет их разместить - практический ориентир составляет примерно до 15–20 м.
- С анкерным креплением - грунтовые или свайные анкеры с тягами. Применяются, когда котлован слишком широк для распорной системы или когда распорки мешают вести земляные работы. Есть жёсткое требование: корень анкера нельзя заделывать в текучепластичные, текучие или другие слабые грунты - там анкер просто не наберёт нужного сопротивления.
- Подкосная система - применяется при небольшой глубине котлована, когда другие схемы использовать нельзя.
Область применения шпунтовых работ
- ограждение котлованов и траншей под фундаменты;
- гидротехническое строительство - дамбы, причалы, набережные, шлюзы;
- берегоукрепление рек и водоёмов;
- строительство мостов и их опор;
- прокладка трубопроводов, дорожное строительство;
- устройство противофильтрационных завес (по отраслевым оценкам - глубиной до 25–30 м);
- постоянные ограждающие (не несущие) стены подземных сооружений - паркингов, подвалов, где несущую функцию берут на себя колонны.
Сколько стоят шпунтовые работы
Точные расценки здесь намеренно не приводим: они зависят от цен на металл и логистику и меняются чаще, чем обновляются статьи в интернете. А вот логику формирования цены и порядок величин показать можно, и этого обычно достаточно, чтобы прикинуть бюджет проекта.
Из чего складывается стоимость:
- металл - покупка нового шпунта или аренда б/у комплекта;
- мобилизация техники на объект;
- само погружение (расценка обычно привязана к погонному метру стены или к тонне металла);
- извлечение шпунта после завершения работ, если оно предусмотрено проектом;
- обвязочный пояс, распорки или анкеры, если схема ограждения их требует;
- водопонижение, если уровень грунтовых вод этого требует.
Что двигает цену вверх или вниз:
- глубина котлована и тип грунта - чем плотнее грунт и глубже выемка, тем больше нагрузка на технику и дольше цикл работ;
- плотная городская застройка - статическое вдавливание дороже вибропогружения по стоимости техники и часа работы, но избавляет от рисков и возможных компенсаций соседям за вибрацию и шум;
- судьба шпунта после работ - если свая остаётся в грунте навсегда («уходит в захоронку»), вся стоимость металла ложится на один проект; если шпунт извлекается и уходит в оборот, стоимость метра ограждения снижается с каждым следующим циклом использования;
- аренда против покупки - при разовом или коротком проекте аренда с последующим извлечением, как правило, ощутимо дешевле, чем покупка нового шпунта под захоронку.
Поэтому при сравнении шпунтового ограждения с альтернативами - например, со стеной в грунте или буросекущими сваями - важно сравнивать не закупочную цену металла саму по себе, а полную стоимость с учётом того, останется шпунт в земле или будет извлечён и использован повторно.
Сроки шпунтовых работ
Ориентировочно, без учёта мобилизации техники: вибропогружение обычно даёт наибольшую скорость - десятки погонных метров стены в смену на подходящих грунтах; статическое вдавливание медленнее, но стабильнее по качеству в стеснённых условиях; ударная забивка по скорости близка к вибропогружению, но сильно зависит от плотности грунта - и, как уже отмечалось, рядом с существующими зданиями этот метод не применяют.
Что реально удлиняет сроки:
- плотные, неоднородные или скальные грунты - требуется лидерное бурение перед погружением;
- стеснённые условия городской застройки - ниже скорость работы техники, больше времени на контроль вибрации;
- большая глубина и, соответственно, длина шпунтин - сложнее логистика подачи и стыковки свай;
- необходимость водопонижения параллельно с погружением.
Точный срок для конкретного объекта - это всегда расчёт под грунты, глубину и метод погружения, а не универсальная формула.
Нормативная база
Если коротко: ключевые документы - ГОСТ 4781-85 (геометрия профилей), ГОСТ Р 57365-2016 (правила производства работ) и СП 45.13330.2017 (общие требования к земляным сооружениям). Остальное - справочный минимум для тех, кто готовит проектную или тендерную документацию.
| Документ | Регулирует |
|---|---|
| ГОСТ 4781-85 «Профили стальные горячекатаные для шпунтовых свай. Технические условия» | Геометрию двух базовых профилей - плоского (ШП-1) и корытного (ШК-1) |
| ГОСТ Р 53629-2009 «Шпунт и шпунт-сваи из стальных холодногнутых профилей. Технические условия» | Холодногнутый шпунт (отдельная категория, отличная от горячекатаного) |
| ГОСТ Р 57365-2016 (идентичен EN 12063) «Стены шпунтовые. Правила производства работ» | Технологию погружения, требования к изысканиям, контролю качества и приёмке готовой стены |
| СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» (актуализация СНиП 3.02.01-87) | Общие правила устройства земляных сооружений, включая шпунтовые ограждения |
| EN 10248-1 | Технические условия поставки горячекатаного шпунта - применяется для зарубежных марок |
| ГОСТ 1497, ГОСТ 14019, ГОСТ 9454 | Методы испытаний металла на растяжение, изгиб и ударную вязкость соответственно |
Этапы производства шпунтовых работ
- Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания.
- Проектирование шпунтового ограждения: расчёт на прочность и устойчивость, подбор марки и типа шпунта. На практике для расчётов используют геотехнические программы - Plaxis, Midas GTS NX, Bentley, Wall-3 и другие; это отраслевая практика, а не нормативное требование.
- Разработка проекта производства работ (ППР).
- Подготовка площадки, маркировка шпунтин.
- Погружение шпунта выбранным методом.
- При необходимости - устройство обвязочного пояса, распорной или анкерной системы.
- Земляные работы внутри ограждённого контура, при необходимости - водопонижение.
- Контроль качества стыковки замков, геометрии и герметичности стены.
- По завершении работ - демонтаж временного ограждения, вывоз или дальнейшая реализация материала.
Именно на этом цикле - от изысканий до демонтажа - построен рабочий процесс «Ларсен Пайлинг»: собственный парк техники и склад шпунта позволяют закрывать весь объём работ без привлечения субподрядчиков на отдельные этапы, а также предлагать аренду, обратный выкуп и продажу б/у профиля.
