Шпунт Ларсена 400 мм

Шпунт Ларсена 400 мм: технические характеристики, применение и расчет

Шпунт Ларсена типа Л5 (ширина 400 мм) представляет собой горячекатаную стальную шпунтовую сваю с замковым соединением, образующую сплошную водонепроницаемую стенку в грунте. Данный профиль является одним из наиболее востребованных в линейке шпунтовых свай благодаря оптимальному сочетанию несущей способности, момента сопротивления и массогабаритных показателей. Он применяется для возведения постоянных и временных ограждающих конструкций, противофильтрационных завес, подпорных стен и укрепления откосов в энергетическом, гидротехническом и промышленном строительстве.

Технология производства и материал

Профиль Л5-400 изготавливается методом горячей прокатки на станах непрерывного действия из конструкционной низколегированной стали. Стандартными марками стали являются S245GP, S270GP, S355GP, S390GP, S430GP по EN 10248, где цифровое обозначение соответствует минимальному пределу текучести (в МПа). Для агрессивных сред используются стали с повышенной коррозионной стойкостью. Замок (lock) формируется в процессе прокатки и имеет сложный геометрический профиль, обеспечивающий высокую прочность соединения и герметичность стыка. Качество прокатки и геометрия замка являются критически важными для обеспечения простоты погружения и отсутствия протечек в шпунтовой стенке.

Геометрические и весовые характеристики

Основные параметры шпунта Ларсена Л5-400 регламентируются ГОСТ 4781-85 и международными стандартами. Ниже приведены детальные характеристики для наиболее распространенных марок стали.

Механические свойства стали

Выбор марки стали определяет несущую способность шпунтовой стенки и ее долговечность. Ключевые параметры:

• Предел текучести (σ_y или R_eH): Напряжение, при котором начинается пластическая деформация без увеличения нагрузки. Основной параметр для расчета прочности.
• Временное сопротивление (σ_u или R_m): Максимальное напряжение, которое выдерживает материал перед разрушением.
• Удлинение при разрыве (δ₅): Показатель пластичности материала.

Таблица 2. Механические свойства сталей для шпунта Л5-400

Марка стали (EN 10248)	Предел текучести, мин., МПа	Временное сопротивление, МПа	Удлинение, мин., %
S270GP	270	410 — 510	22
S355GP	355	490 — 610	22
S390GP	390	490 — 610	22

Области применения в энергетике и смежных отраслях

Шпунт Л5-400 применяется для решения сложных инженерных задач, где требуются надежные ограждения и противофильтрационные элементы.

• Ограждение котлованов при строительстве и реконструкции зданий ТЭЦ, ГРЭС, трансформаторных подстанций, фундаментов под энергооборудование. Стенка из шпунта обеспечивает безопасность работ и предотвращает обрушение откосов.
• Устройство противофильтрационных завес (ПФЗ) вокруг золоотвалов, шламохранилищ, накопителей жидких отходов. Сплошная замковая стенка, заглубленная в водоупорный слой, минимизирует фильтрацию токсичных веществ в грунтовые воды.
• Укрепление береговых линий и откосов на территориях, прилегающих к гидроэлектростанциям (ГЭС), водозаборным сооружениям, каналам циркуляционного водоснабжения.
• Возведение подпорных стенок для террасирования площадок на сложном рельефе, защиты существующих фундаментов и подземных коммуникаций.
• Строительство кессонов и опускных колодцев при устройстве водоприемников, насосных станций, заглубленных сооружений.

Расчет шпунтовой стенки из профиля Л5-400

Расчет выполняется на основе СП 43.13330.2012 «Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения» и других нормативных документов. Основные этапы расчета:

1. Определение нагрузок и воздействий: активное и пассивное давление грунта, гидростатическое давление, временные нагрузки от техники, сейсмические воздействия (при необходимости).
2. Статический расчет: определение глубины забивки (защемления), построение эпюр изгибающих моментов и поперечных сил. Для анкерованных или распертых стенок выбирается соответствующая расчетная схема (консольная, с одной или несколькими точками опоры).
3. Проверка прочности сечения шпунта: Максимальные напряжения в стенке не должны превышать расчетного сопротивления стали.
   
   Формула проверки: σ = M_max / W_x ≤ R_y / γ_c,
   
   где M_max – максимальный изгибающий момент (кН·м/м), W_x – момент сопротивления профиля (см³/м), R_y – расчетное сопротивление стали (кН/см²), γ_c – коэффициент условий работы (обычно 1.0).
4. Проверка общей устойчивости (против опрокидывания, сдвига) и расчет деформаций (прогибов верха стенки).

Методы погружения и оборудование

Выбор технологии зависит от грунтовых условий, длины шпунта, наличия вибро- и ударных ограничений.

• Вибропогружение: Наиболее эффективный метод в несвязных, водонасыщенных грунтах (пески, супеси). Используются высокочастотные вибромолоты (например, ICE 1412, APE 200). Обеспечивает высокую скорость работ, но может вызывать динамические воздействия на nearby сооружения.
• Ударное погружение: Применяется для любых типов грунтов, особенно плотных и связных (глины, суглинки). Используются дизель-молоты (например, DELMAG D-62) или гидравлические молоты. Требует применения наголовников для защиты замка от повреждений.
• Статическое вдавливание (вибровдавливание): Применяется в условиях строгих ограничений по шуму и вибрациям (в городской черте, рядом с действующими объектами). Осуществляется установками типа Giken. Имеет наименьшую скорость, но высокую точность.
• Комбинированный метод (ЛОД): Предварительное лидерное бурение скважины с последующей установкой в нее шпунта и дозабивкой. Применяется в очень плотных грунтах или при проходке включений.

Критически важно обеспечить соосность и плотность соединения замков при погружении. Используются направляющие рамы, а первые две-три сваи погружаются с особой тщательностью, так как они задают направление всей стенке.

Коррозионная стойкость и защита

Скорость коррозии шпунта зависит от агрессивности грунта и воды (pH, содержание хлоридов, сульфатов, блуждающие токи). Для увеличения срока службы применяются:

• Увеличение толщины стенки за счет выбора профиля с большей толщиной металла (запас на коррозию).
• Нанесение защитных покрытий: эпоксидные, полиуретановые, цинконаполненные покрытия. Эффективно для надводной зоны и зоны переменного уровня.
• Катодная защита: Применяется для постоянно находящихся в воде конструкций. Используются протекторные аноды или системы с внешним источником тока.

Демонтаж и повторное использование

Шпунт Л5-400, используемый для временных ограждений, подлежит извлечению по окончании работ. Демонтаж осуществляется с помощью виброизвлекателей или реже – гидравлических домкратов. Возможность повторного использования (реюза) зависит от сохранности замковой части и отсутствия недопустимых остаточных деформаций. Перед повторным применением каждая свая должна быть очищена, осмотрена и отсортирована. Стоимость б/у шпунта может составлять 40-70% от стоимости нового, что делает его экономически привлекательным для временных сооружений.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается шпунт Л5 от других профилей (Л4, Л6)?

Основные отличия заключаются в ширине профиля, моменте сопротивления и массе. Л4 (ширина 500 мм) имеет больший момент инерции и применяется для более высоких нагрузок, но он тяжелее и дороже. Л6 (ширина 360 мм) легче и дешевле, но имеет меньшую несущую способность. Л5-400 является компромиссным, наиболее универсальным решением для средних глубин и нагрузок.

Какова максимальная глубина погружения шпунта Л5-400?

Теоретически длина шпунтовой сваи может достигать 24-36 метров за счет сварных соединений. Практическая глубина погружения определяется не длиной, а грунтовыми условиями и мощностью оборудования. В песчаных грунтах вибропогружением возможно достижение 18-22 метров, в плотных глинах с лидерным бурением – до 15-18 метров. Критерием является достижение проектной отметки и необходимого сопротивления грунта под острием.

Как обеспечить герметичность замкового соединения?

Герметичность обеспечивается точной геометрией замка, производимой на современном оборудовании. При погружении рекомендуется использовать замковую смазку (например, на основе бентонита), которая уменьшает трение и предотвращает заклинивание. В ответственных случаях (противофильтрационные завесы) применяется герметизация замков полимерными составами после монтажа стенки.

Как производится расчет необходимого количества шпунтовых свай?

Количество (N) рассчитывается по формуле: N = L / B

• K, где L – общая длина стенки (м), B – ширина профиля (0.4 м), K – коэффициент, учитывающий угол поворота стенки, отходы при резке и возможный брак (обычно 1.02-1.05). К полученному количеству добавляется 2-3 сваи для страхового запаса. Также необходимо учитывать длину каждой сваи, которая зависит от глубины котлована и необходимой глубины забивки.

Какие допуски по отклонению от вертикали при погружении считаются допустимыми?

Согласно отраслевым нормам, допустимое отклонение от вертикали для шпунтовых свай составляет не более 1.5% от длины погружаемой секции на суше и 1% – на акватории. Отклонение в плане (от разбивочной оси) – не более 50 мм. Превышение этих допусков может привести к затруднению стыковки последующих свай и потере герметичности стенки.

Какой срок службы у шпунтовой стенки из Л5-400?

Срок службы определяется агрессивностью среды и наличием защиты. Для постоянных сооружений:

• В пресной воде без защиты: 40-50 лет (с учетом запаса на коррозию).
• В морской воде без защиты: 15-25 лет.
• С применением катодной защиты и/или покрытий: 50 лет и более.

Для временных ограждений (сроком до 2 лет) вопросы коррозии, как правило, не являются критичными.