Шпунт Ларсена 425 мм
Шпунт Ларсена 425 мм: технические характеристики, применение и расчет
Шпунт Ларсена типа Л5-425 (также часто обозначаемый как 425 мм) представляет собой горячекатаный стальной профиль с замковым соединением, предназначенный для создания противофильтрационных и ограждающих конструкций в грунтах. Данный типоразмер относится к крупным профилям и применяется при возведении ответственных и глубоких объектов. Его ключевая особенность – сочетание высокой несущей способности и жесткости, что позволяет использовать его в сложных инженерно-геологических условиях.
Технология производства и материал
Профиль Л5-425 изготавливается методом горячей прокатки на специализированных станах из низколегированных или углеродистых сталей, соответствующих ГОСТ 4781-85 или международным стандартам (например, S235JR, S355JR по EN 10025). Горячекатаная технология обеспечивает однородную структуру металла, отсутствие внутренних напряжений и высокие механические свойства по всей длине изделия, что критически важно для несущих конструкций. Поверхность шпунта может быть как без покрытия (черный металл), так и с нанесенным антикоррозионным покрытием (оцинковка, полимерные покрытия) для работы в агрессивных средах.
Геометрические и весовые характеристики
Основные параметры профиля Л5-425 стандартизированы. Номинальная ширина (по оси замка) составляет 425 мм, однако фактическая полезная ширина (ширина захвата) меньше из-за замкового соединения.
| Параметр | Значение | Примечание |
|---|---|---|
| Обозначение типа | Л5-425 | Согласно отечественной классификации |
| Номинальная ширина, B | 425 мм | Расстояние между осями замков |
| Высота профиля, h | ≈ 185-190 мм | Зависит от производителя |
| Толщина стенки, t | 9.0 — 11.0 мм | Основной диапазон |
| Масса 1 погонного метра | ≈ 74 — 85 кг/м | Зависит от толщины стенки и марки стали |
| Момент инерции 1 шт., Ix | ≈ 22000 — 26000 см4/м | Относительно центральной оси |
| Момент сопротивления 1 шт., Wx | ≈ 1300 — 1600 см3/м | Основной параметр для расчета на прочность |
| Длина хлыста | До 24-36 метров | Определяется возможностями завода-изготовителя и логистики |
Конструкция замкового соединения
Замок шпунта Л5-425 – фрикционно-замковый, сложного профиля. Он выполняет две ключевые функции: обеспечивает водонепроницаемость соединения (при условии правильной погрузки и качественного профиля) и передачу сдвигающих усилий между соседними сваями, создавая работу стенки как единой конструкции. Герметичность замка достигается за счет плотного прилегания гребня одной сваи в паз другой в процессе забивки. Для особых случаев применяется сварка замков или уплотнительные герметики.
Механические свойства и несущая способность
Несущая способность шпунтовой стенки из профиля Л5-425 определяется не только геометрией, но и свойствами стали. Расчет ведется по предельным состояниям по СП 43.13330.2012 или Eurocode 3.
| Марка стали (аналог) | Предел текучести, Ry (Н/мм2) | Временное сопротивление, Ru (Н/мм2) | Применение |
|---|---|---|---|
| С245 (S235) | 245 | ≥ 370 | Стандартные условия, небольшие глубины |
| С345 (S355) | 345 | ≥ 470 | Ответственные конструкции, высокие изгибающие моменты, сейсмические районы |
Расчетная несущая способность на изгиб определяется по формуле: M = W Ry γc, где W – момент сопротивления профиля, Ry – расчетное сопротивление стали, γc – коэффициент условий работы. Для профиля Л5-425 из стали С345 расчетный изгибающий момент может достигать 450-550 кНм/м, что позволяет использовать его для анкерованных или распорных стенок глубиной более 15-20 метров в средних грунтах.
Области применения в энергетике и промышленном строительстве
В сфере энергетики и смежных отраслей шпунт Л5-425 применяется для решения сложных инженерных задач:
- Котлованы и шахты для строительства энергообъектов: ограждение глубоких котлованов при возведении фундаментов турбин, зданий ГЭС, насосных станций, подземных сооружений АЭС.
- Берегоукрепление и водопропускные сооружения: устройство набережных, водозаборов, защита берегов каналов охлаждения ТЭЦ и АЭС от размыва.
- Противопучинные и противооползневые экраны: защита фундаментов опор ЛЭП, подстанций в районах с развитием опасных геологических процессов.
- Строительство топливных и золоотвалов: создание противофильтрационных диафрагм по контуру хранилищ для предотвращения загрязнения грунтовых вод.
- Реконструкция гидротехнических сооружений: устройство шпунтовых рядов при ремонте плотин, дамб, водосбросов.
- Оборудование: ударные молоты (гидравлические или дизельные) с энергией удара от 50 кДж и выше, вибропогружатели с высоким возмущающим моментом (свыше 300 кНм), установки статического вдавливания (для работы в условиях ограниченных динамических воздействий).
- Методика: Погружение ведется секциями из 2-4 шпунтин, предварительно собранных на сварке. Критически важно контролировать вертикальность и соосность замков. Для проходки плотных грунтов или скальных включений может потребоваться лидерное бурение.
- Контроль качества: Визуальный контроль целостности профиля и замка, геодезический контроль положения, ведение журнала погружения с фиксацией отказов на метр погружения.
- Сбор нагрузок: активное и пассивное давление грунта, гидростатическое давление, пригрузки от оборудования, сейсмические воздействия.
- Определение расчетной схемы: консольная, анкерованная, распорная.
- Статический расчет на прочность и устойчивость: определение максимального изгибающего момента, поперечной силы, глубины заделки.
- Проверка сечения шпунта по первому (прочность) и второму (деформации) предельному состоянию.
- Расчет элементов крепления (анкеров, распорок).
- Расчет на местную устойчивость (выпучивание) стенки.
- Визуальный осмотр на предмет коррозии, остаточных деформаций, повреждений замковой части.
- Замер фактической толщины стенки ультразвуковым толщиномером.
- Оценку прямолинейности профиля.
- Проведение расчетов с учетом снижения несущей способности из-за возможной коррозии (введение коэффициента условий работы γc2 < 1). Для критически важных объектов (АЭС, плотины) применение б/у шпунта, как правило, не рекомендуется.
- Массу 1 п.м. (т/м).
Технология погружения
Погружение шпунта Л5-425 требует применения высокопроизводительной тяжелой техники из-за значительной массы и момента сопротивления.
Расчет шпунтовой стенки из профиля Л5-425
Расчет выполняется с использованием специализированного ПО (например, PLAXIS, GeoSafe, SCAD) или аналитических методов и включает этапы:
Сравнение с другими типоразмерами
| Тип профиля | Ширина, мм | Масса, кг/м | Момент сопротивления, см3/м | Область применения |
|---|---|---|---|---|
| Л4 (узкий) | 400 | ≈ 70 | ≈ 1000-1200 | Средние глубины, слабоагрессивные грунты |
| Л5-425 | 425 | ≈ 74-85 | ≈ 1300-1600 | Глубокие котлованы, ответственные сооружения |
| Л6 (широкий) | 500-600 | ≈ 90-110 | ≈ 2000-3000 | Сверхглубокие выработки, портовые сооружения |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Чем отличается шпунт Л5-425 от профиля Л4 или Л6?
Основные отличия – в ширине, массе погонного метра и, что важнее, в моменте сопротивления (жесткости). Л5-425 занимает промежуточное положение, предлагая оптимальное соотношение жесткости и металлоемкости для большинства задач промышленного и энергетического строительства. Л4 менее жесткий, но дешевле, Л6 – значительно жестче, но дороже и требует более мощного оборудования для погружения.
2. Какая максимальная глубина стенки возможна при использовании Л5-425?
Глубина не является однозначным параметром и зависит от типа грунта, схемы крепления стенки и нагрузки. В консольном схеме в мягких грунтах глубина редко превышает 5-6 м. При использовании одного ряда анкеров – до 10-12 м. Многоярусное анкерование или распорное крепление позволяет возводить стенки глубиной 20 м и более. Окончательная глубина определяется расчетом.
3. Как обеспечивается водонепроницаемость замка шпунта Л5-425?
Герметичность обеспечивается плотной посадкой гребня в паз за счет точности прокатки и правильной технологии погружения (без перекосов). Для объектов с высокими требованиями к гидроизоляции (например, диафрагмы золоотвалов) применяется сварка замков по всей длине на всю глубину или использование уплотнительных составов на основе бентонита, нагнетаемых в полость замка.
4. Можно ли использовать б/у шпунт Л5-425 для ответственных объектов?
Использование бывшего в употреблении шпунта допустимо после проведения тщательной технической экспертизы, включающей:
5. Как рассчитывается необходимое количество шпунтин для объекта?
Общее количество (шт.) = (Длина ограждения в метрах / Полезная ширина одного профиля в метрах) Коэффициент на брак и подгонку (обычно 1.02-1.05). Полезная ширина для Л5-425 составляет примерно 400-410 мм (зависит от производителя). Общая масса (тонн) = Количество штук Длина одной шпунтины (м)
6. Какие основные причины отказа при погружении шпунта Л5-425?
Основные причины: встреча с препятствием (валун, железобетонный блок), отклонение от вертикали, приводящее к «закусыванию» замка, некачественный замок (деформации, заусенцы), недостаточная энергия молота или возмущающая сила вибропогружателя. Для минимизации рисков необходим тщательный анализ геологии и использование оборудования, соответствующего грунтовым условиям.
7. Какой документ является основным для заказа и приемки шпунта Л5-425?
Основным документом является техническое задание (ТЗ) и проект производства работ (ППР). При поставке завод-изготовитель обязан предоставить комплект документов, включающий сертификат соответствия на продукцию, паспорт качества с указанием марки стали, результатов механических испытаний и химического анализа, а также акты приемо-сдаточных испытаний. Каждая партия должна сопровождаться документацией.