Шпунт Ларсена

Шпунт Ларсена: конструкция, типы, применение и технические аспекты

Шпунт Ларсена (шпунтовая металлическая свайная стенка) – это современное и высокоэффективное решение для создания противофильтрационных завес, ограждений котлованов, подпорных стенок, укрепления берегов и защиты от размыва грунтов. Конструктивно представляет собой горячекатаный или холодногнутый стальной профиль с замком сложной формы по краям, обеспечивающим надежное соединение соседних шпунтин в непрерывную стену. В энергетике и электротехническом строительстве его применение критически важно для защиты объектов, расположенных вблизи водоемов или в обводненных грунтах.

Конструктивные особенности и принцип работы

Ключевой элемент шпунта Ларсена – это замковое соединение. Оно выполняет две основные функции: механическое сцепление шпунтин между собой, создающее единую конструкцию, и обеспечение водонепроницаемости стыка. Замок имеет сложный профиль, часто напоминающий ласточкин хвост, что позволяет ему выдерживать значительные изгибающие моменты и предотвращать взаимный сдвиг элементов. При погружении каждая последующая шпунтина заводится в замок уже установленной, формируя монолитную стену. Герметичность стыка может дополнительно повышаться за счет уплотнительных материалов (например, гернитового шнура), что особенно важно для создания противофильтрационных завес вокруг трансформаторных подстанций, кабельных колодцев или фундаментов опор ЛЭП.

Классификация и типоразмеры шпунта Ларсена

Шпунт классифицируется по нескольким параметрам: способ производства, форма профиля и материал. Основные типы приведены в таблице ниже.

Таблица 1. Основные типы шпунта Ларсена

Таблица 2. Примеры типоразмеров горячекатаного шпунта (выборочно)

>

Технология погружения шпунта

Выбор метода погружения зависит от типа грунта, длины шпунтины, уровня вибрационного воздействия на окружающие объекты и наличия подземных коммуникаций.

• Вибропогружение: Наиболее распространенный и производительный метод. Вибрационный молот (вибропогружатель) создает высокочастотные колебания, резко снижающие трение грунта о стенку шпунтины, что позволяет ей погружаться под собственным весом и весом молота. Эффективен в несвязных, обводненных грунтах (пески, супеси).
• Ударное погружение: Выполняется дизель-молотами или гидравлическими молотами. Применяется для плотных глинистых грунтов, гравелистых отложений, а также для погружения шпунта большой длины и сечения. Создает значительный шум и вибрации.
• Статическое вдавливание: Осуществляется с помощью установок статического вдавливания. Это самый тихий и мало вибрационный метод, идеальный для работы в стесненных условиях городской инфраструктуры, в непосредственной близости от действующих энергообъектов, где вибрации недопустимы.
• Комбинированные методы: Часто используется лидерное бурение – предварительное создание скважины меньшего диаметра, после чего шпунт погружается ударным или вибрационным методом. Это необходимо при проходке твердых прослоек (валуны, скальные включения).

Расчет и проектирование шпунтовых ограждений

Проектирование шпунтовой стенки – комплексная инженерная задача, включающая:

• Определение нагрузок: Активное и пассивное давление грунта, гидростатическое давление, surcharge (дополнительная нагрузка от техники, складов материалов), сейсмические воздействия.
• Выбор глубины забивки (заделки): Определяется из условия обеспечения устойчивости стенки против опрокидывания и выпора грунта из-под ее подошвы. Глубина должна быть достаточной для создания «защемления» в грунте.
• Расчет на прочность: Проверка максимальных изгибающих моментов, поперечных сил и прогибов в теле шпунта. Подбор профиля по моменту сопротивления.
• Расчет анкерных креплений (при необходимости): Для стенок высотой более 4-6 м, как правило, требуется анкеровка распорными системами или грунтовыми анкерами для разгрузки изгибающего момента.
• Проверка на водопроницаемость: Для противофильтрационных завес рассчитывается длина пути фильтрации и проверяется устойчивость против суффозии.

Коррозионная защита и долговечность

В агрессивных грунтовых условиях (заболоченные территории, солончаки, промышленные зоны) коррозия становится главным фактором, ограничивающим срок службы шпунта. Применяются следующие методы защиты:

• Увеличение расчетной толщины металла (коррозионная прибавка): В проекте закладывается дополнительная толщина стенки (1-3 мм в зависимости от агрессивности среды и срока службы), которая может быть израсходована на коррозию без потери несущей способности.
• Защитные покрытия: Нанесение эпоксидных, полиуретановых или цинконаполненных красок. Для постоянных конструкций в особо агрессивных средах эффективна металлизация (напыление цинка или алюминия).
• Катодная защита: Применяется для ответственных постоянных сооружений (например, причалов для спецсудов энергетики). Шпунт подключается к внешнему источнику тока (станция катодной защиты) или протекторным анодам, что переводит его в катодное состояние и останавливает электрохимическую коррозию.

Применение в энергетике и электротехническом строительстве

• Ограждение котлованов ГЭС, ТЭЦ, АЭС: Позволяет вести работы ниже уровня грунтовых вод в «сухом» котловане, обеспечивает безопасность и устойчивость откосов.
• Противофильтрационные завесы: Вокруг золоотвалов, шламохранилищ, резервуаров с мазутом или маслом. Шпунтовая стенка, заглубленная в водоупорный слой, создает барьер для фильтрации загрязненных вод в грунт.
• Укрепление береговых линий и защита от размыва: Защита берегов каналов охлаждения, водозаборных и сбросных сооружений, территорий речных и морских энергопортов.
• Строительство подпорных стенок: На территориях с сложным рельефом для планировки площадок под открытые распределительные устройства (ОРУ).
• Защита подземных кабельных трасс: Устройство локальных шпунтовых стенок для отвода грунтовых вод от кабельных тоннелей или в качестве физического барьера при пересечении с другими коммуникациями.

Демонтаж и извлечение шпунта

Шпунт Ларсена может быть извлечен для повторного использования (при условии сохранности замков и отсутствия необратимой деформации) или оставлен в грунте как часть постоянной конструкции. Извлечение производится с помощью вибромолотов на выдергивание (виброизвлекателей) или реже – статических тяговых устройств. Процесс сложнее погружения, так как требуется преодолеть силы «прилипания» грунта к металлу. Для облегчения извлечения иногда применяется виброударный метод или предварительное разуплотнение грунта вокруг шпунтины струей воды (гидравлический размыв).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем шпунт Ларсена принципиально отличается от трубошпунта?

Шпунт Ларсена – это профиль с открытым или закрытым контуром, образующий сплошную стену за счет сцепления замков. Трубошпунт – это, по сути, стальная труба большого диаметра с замком, которая также соединяется в стену. Трубошпунт обладает значительно большей жесткостью на изгиб и кручение и применяется для более тяжелых условий (большие глубины, очень мягкие грунты). Шпунт Ларсена экономичнее и быстрее в монтаже для стандартных задач.

Какой минимальный радиус кривизны у шпунтовой стенки?

Возможность устройства криволинейных стенок зависит от типа профиля. Z-образный и U-образный шпунт могут формировать стенки с радиусом кривизны от 25-30 м и более. Плоский шпунт (тип L) для этого не предназначен. Для создания окружностей малого диаметра (кессонов) используются специальные замковые соединения, допускающие большие углы разворота между шпунтинами.

Как оценить пригодность шпунта для повторного использования?

После извлечения каждая шпунтина должна пройти технический осмотр. Критически важны: состояние замка (отсутствие замятий, трещин, остатков грунта), прямолинейность профиля (допустимый прогиб обычно не более 0.1% от длины), толщина стенки (не должна быть меньше минимально допустимой проектом с учетом коррозии). Шпунт с деформированными замками использовать повторно запрещено, так как это нарушит герметичность и прочность всей стенки.

Каковы основные риски при погружении шпунта рядом с существующими подземными кабелями?

Главные риски: механическое повреждение кабеля наконечником шпунтины при встрече с препятствием и передача вибраций от процесса забивки/вибрирования на кабель, что может привести к нарушению его изоляции или соединений. Обязательно требуется точная трассировка коммуникаций, использование методов безударного погружения (вдавливание) на опасных участках, установка мониторинга вибраций и постоянный инженерный надзор.

Как выбирается марка стали для шпунта?

Основные марки – S235JR, S275JR, S355JR по европейскому стандарту EN 10248 или их аналоги. Выбор зависит от расчетных нагрузок:

• S235 – для легких временных ограждений.
• S275 – наиболее распространенная для постоянных и временных конструкций в стандартных условиях.
• S355 – для ответственных сооружений, больших глубин, сейсмических районов, где требуются повышенные прочностные характеристики.

Для работы в условиях низких температур (Крайний Север) применяются стали с повышенной ударной вязкостью (например, с индексом J2, K2).

Что такое «замковый износ» и как его минимизировать?

Замковый износ – это абразивный износ поверхностей замка в процессе вибропогружения из-за трения и воздействия частиц грунта. Он приводит к увеличению зазора в замке и снижению герметичности. Для минимизации используют: смазку замков специальными составами (например, на основе дисульфида молибдена), правильный подбор режимов вибропогружения (избегание холостой работы молота в зажатой шпунтине), применение шпунта с упрочненными замками.