При строительстве глубоких котлованов, прокладке коммуникаций в стеснённых условиях или возведении объектов вблизи существующих зданий вопрос надёжного ограждения стенок выемки становится критическим. Шпунтовое ограждение — одна из самых эффективных технологий для решения этих задач. Однако многие проектировщики и подрядчики не имеют полного представления о возможностях шпунтовых ограждений: какие бывают типы шпунта, в каких случаях какой профиль выбрать, как правильно рассчитать и смонтировать конструкцию.
1. Что такое шпунтовое ограждение: определение и терминология
1.1. Основное определение
Шпунтовое ограждение представляет собой ряд вертикальных элементов (шпунтовых свай), соединённых между собой боковыми замками, образующих сплошную стену, воспринимающую давление грунта и/или воды. Такие ограждения применяются для временного или постоянного удержания грунта при устройстве котлованов, траншей, фундаментов, колодцев, тоннелей и других заглублённых сооружений.
1.2. Этимология термина
Термин «шпунт» происходит от немецкого Spund, что означает «соединять в замок», «смыкать». Изначально это слово использовалось в столярном деле для обозначения соединения досок по кромке «в шпунт» (шип-паз). В строительной практике термин закрепился за шпунтовыми сваями с замковыми соединениями.
1.3. Ключевое отличие от инвентарных крепей
Важно понимать принципиальное различие между шпунтовым ограждением и инвентарными крепями.
Шпунтовое ограждение — это независимая конструкция, которая держит грунт за счёт защемления в грунте (консольный принцип) или с помощью анкеров и распорок. Шпунт незаменим при глубинах более 6–8 метров, в обводнённых грунтах и при необходимости полной водонепроницаемости.
Инвентарные крепи (например, SBH C‑600/750) — это распорные системы, где стенки удерживаются за счёт распорок, установленных между ними поперёк траншеи. Они оптимальны для траншей глубиной до 6–8 метров и обеспечивают высокую оборачиваемость — до 300–500 циклов.
2. Классификация шпунтов: виды и типы
2.1. По материалу изготовления
Материал
Характеристика
Применение
Стальной шпунт
Наиболее распространённый. Высокая несущая способность, водонепроницаемость (при герметизации замков), многоразовость
Глубокие котлованы, гидротехника, стеснённые условия
Железобетонный шпунт
Тяжёлый, сложный в монтаже. Применяется для постоянных ограждений
Причальные сооружения, постоянные подпорные стены
Деревянный шпунт
Исторически первый тип. Сегодня применяется ограниченно
Временные причалы, укрепление берегов малых рек
Временные причалы, укрепление берегов малых рек
Временные причалы, укрепление берегов малых рек
Временные причалы, укрепление берегов малых рек
2.2. По форме поперечного сечения
Временные причалы, укрепление берегов малых рек
Характеристика
Применение
U-образный (классический шпунт Ларсена)
Напоминает корыто с замками по краям. Наиболее распространённый тип
Универсальный, для большинства задач
Z-образный
Отличается наличием только одной боковины, замки на стенках. Более высокий момент сопротивления на единицу массы
Ресурс шпунтовых свай напрямую зависит от типа профиля и условий эксплуатации. U-образный профиль выдерживает в среднем 6–8 циклов «установка-извлечение», тогда как Z-образный профиль благодаря более прочной конструкции — до 20 циклов. Для сравнения: инвентарные крепи SBH рассчитаны на 300–500 циклов до капитального ремонта, что делает их более экономичными для стандартных траншейных задач.
3. Шпунт Ларсена — самый популярный стальной тип
3.1. История создания
Шпунт Ларсена имеет более чем вековую историю. В 1902 году главный инженер немецкого города Бремен Трюгве Ларсен создал первый образец стальной шпунтовой сваи с U-образным профилем. В 1906 году U-образный профиль был запатентован, а в 1910 году изобретатель получил полноценный патент. Массовое производство началось в 1912 году, когда сталелитейный конгломерат Thyssen (ныне ThyssenKrupp) наладил горячую прокатку шпунта, сохранив название в честь изобретателя. С тех пор «шпунт Ларсена» стало нарицательным для любых профилированных шпунтовых свай с замками.
3.2. Принцип работы замкового соединения
Каждая свая имеет на боковых гранях профилированные выступы (замки), которые входят в зацепление с ответными пазами соседней сваи. Замки обеспечивают не только механическую связь элементов, но и водонепроницаемость стены — при использовании герметика она становится практически абсолютной. Для повышения гидроизолирующей способности замки могут заполняться специальными герметизирующими составами — полимерными или битумными мастиками. Замок передаёт изгибающие моменты и поперечные силы от одной сваи к другой, позволяя стене работать как единое целое.
3.3. Производители на рынке РФ
На российском рынке представлены как отечественные, так и зарубежные производители шпунта. ЕВРАЗ НТММ (Нижнетагильский металлургический комбинат) — единственный в России производитель горячекатаного шпунта Ларсена, выпускает шпунт типа Л5-УМ. Среди международных производителей выделяются ArcelorMittal (Люксембург) с U-секциями GU и Z-секциями AZ, VÍTKOVICE STEEL (Чехия) с U-профилями серии VL, а также Nippon Steel (Япония), отличающаяся высокой точностью геометрии и качеством стали.
4. Нормативные требования и расчёт шпунтовых ограждений
4.1. Нормативная база
Основной документ, регламентирующий устройство земляных сооружений, оснований и фундаментов, — СП 45.13330.2017 (актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87). Раздел 12.1 этого свода правил посвящён свайным фундаментам и шпунтовым ограждениям. Дополнительно применяются СП 48.13330 (требования к организации строительства, контролю и безопасности) и СП 381.1325800.2018 (расчёт подпорных сооружений).
4.2. Основные требования СП 45.13330
Шпунтовое ограждение должно быть предусмотрено в проектной документации. После погружения шпунтовой стенки разработка котлована ведётся до проектной отметки с оставлением берм, предотвращающих деформации и смещение ограждения. Расстояние от шпунта до подземных стальных трубопроводов должно быть не менее 1 метра.
4.3. Расчёт шпунтового ограждения
Расчёт шпунтового ограждения выполняется на устойчивость положения и прочность по материалу. Глубина забивки шпунта определяется из условия обеспечения устойчивости против поворота. Для ограждений с водозащитной подушкой глубина забивки должна быть не менее 1 метра в любых грунтах. При этом для замкнутых кольцевых ограждений с радиусом менее 5 метров глубину забивки можно уменьшать на 15%, а для прямоугольных ограждений с длиной меньшей стороны менее 5 метров — на 10%. При расчёте учитываются давление грунта, уровень грунтовых вод и нагрузки от соседних зданий и транспорта.
5. Технологии монтажа шпунтовых ограждений
5.1. Вибропогружение
Вибропогружение — основной метод для стального шпунта. Шпунт внедряется в грунт под действием вибрации, создаваемой специальным вибропогружателем, навешиваемым на кран или экскаватор. Преимущества метода — высокая скорость монтажа (десятки метров шпунтовой стены за смену), эффективность на слабых и водонасыщенных грунтах (вибрация разжижает грунт вокруг сваи, снижая сопротивление), универсальность и возможность извлечения после завершения работ. Однако метод неэффективен на плотных сухих и мёрзлых грунтах, а также при наличии валунов. Кроме того, вибрация может быть критична для рядом расположенных зданий, особенно исторических построек и зданий в аварийном состоянии. Уровень шума при вибропогружении часто недопустим в ночное время в жилых зонах.
5.2. Статическое вдавливание
Статическое вдавливание — безударный метод, при котором шпунт погружается под действием постоянного статического усилия, создаваемого гидравлическими цилиндрами. Шпунт зажимается захватом установки и с усилием вдавливается в грунт. Главные преимущества — отсутствие вибрации и ударных нагрузок, что позволяет работать вплотную к историческим зданиям и на объектах с жёсткими ограничениями по вибрации. Также обеспечивается высокая точность погружения и эффективность в связных грунтах (глины, суглинки). Недостатки — меньшая скорость по сравнению с вибропогружением и более высокая стоимость оборудования.
5.3. Забивка молотом
Забивка молотом — ударное погружение с помощью дизель-молота или гидромолота. Применяется в плотных грунтах, где вибропогружение неэффективно. Основное ограничение — высокий уровень шума и вибрации, что делает метод неприемлемым в городских условиях.
5.4. Комбинированные методы
На практике часто применяются комбинированные методы. Вибропогружение с добивкой молотом используется для преодоления плотных прослоек. Предварительное бурение направляющих скважин облегчает погружение в плотных грунтах. Согласно требованиям СП 80.13330.2016, грузоподъёмность крана или копра должна быть на 50% больше массы вибропогружателя и наголовника. Технология погружения предполагает последовательные поступательно-возвратные проходки от концов захватки к её середине; недопогружение устраняется путём подъёма на 0,5–0,8 метра и повторного погружения.
6. Области применения шпунтовых ограждений
6.1. Устройство котлованов
Шпунтовое ограждение — одна из самых надёжных технологий временного или постоянного удержания грунта при устройстве котлованов. Оно применяется при строительстве подземных паркингов, фундаментов, колодцев и тоннелей. Главное преимущество — возможность разрабатывать котлован с вертикальными стенками без откосов, что критически важно в стеснённой городской застройке.
6.2. Устройство траншей
Шпунт обеспечивает защиту стенок траншей от осыпания при прокладке коммуникаций и безопасность рабочих и техники при земляных работах на глубине от 2 метров и более. Важно отметить, что шпунт незаменим при глубинах более 6–8 метров или при очень высоком уровне грунтовых вод. Для траншей глубиной до 6 метров инвентарные крепи SBH (C‑600/750) часто оказываются экономичнее и быстрее в монтаже, так как не требуют тяжёлой вибротехники и обеспечивают оборачиваемость в сотни циклов.
6.3. Устройство фундаментов
Шпунтовые ограждения применяются во всех случаях устройства фундаментов, когда разработка в естественных откосах невозможна. Они защищают котлован от обрушения и затопления, обеспечивая доступ для устройства фундаментов вплотную к существующим зданиям.
6.4. Гидротехническое строительство
В гидротехническом строительстве шпунт применяется для укрепления береговой линии (предотвращение размыва берегов и оползней), строительства причалов и пирсов (создание набережных и причальных стенок), а также возведения дамб и плотин — замковая система обеспечивает водонепроницаемость, что критически важно для гидротехнических сооружений. Шпунт также используется для защиты от паводков и наводнений.
6.5. Защита от оползней и обрушения откосов
Шпунтовые ограждения эффективно удерживают грунтовые массы от сползания при строительстве на склонах и в горной местности.
6.6. Транспортная инфраструктура
Шпунт широко применяется при строительстве мостов и тоннелей, обеспечивая безопасность и устойчивость конструкций в сложных грунтовых условиях.
7. Сравнение шпунтовых ограждений с альтернативными методами
Параметр
Шпунтовое ограждение
Инвентарные крепи SBH
Откосы
Максимальная глубина
Любая (до 20–40 м)
До 8 м (C‑750)
До 5–6 м
Водонепроницаемость
Высокая (замки + герметик)
Средняя (только с герметизацией)
Нет
Вибрация при монтаже
Высокая (вибропогружение) или отсутствует (вдавливание)
Низкая (задавливание)
Нет
Многоразовость
До 20 циклов (Z-профиль)
300–500 циклов
Нет
Скорость монтажа
Средняя
Высокая
—
Стоимость
Высокая
Средняя
Низкая
Типичная задача
Глубокие котлованы, гидротехника, УГВ выше дна
Траншеи до 8 м, городские условия
Незастроенная территория
8. Особенности применения в разных условиях
8.1. В стеснённых городских условиях
В плотной городской застройке рекомендуется статическое вдавливание — отсутствие вибрации позволяет работать вплотную к зданиям. Шпунтовое ограждение позволяет разрабатывать котлован с вертикальными стенками, минимизируя занимаемую площадь. При этом важно учитывать, что для стандартных траншей глубиной до 6 метров инвентарные крепи SBH часто оказываются более технологичным и экономичным решением.
8.2. В обводнённых грунтах
Герметичные замки шпунта Ларсена предотвращают поступление воды в котлован. При высоком уровне грунтовых вод обязателен расчёт на гидростатическое давление, а также предусматривается герметизация замков специальными составами.
8.3. При глубоких котлованах (более 8 м)
При глубинах более 8 метров шпунт часто становится единственно возможным решением. Требуется комплексный расчёт на устойчивость и прочность с учётом дополнительных нагрузок от соседних зданий и транспорта, а также разработка специальных мер по водопонижению.
9. Контроль качества и безопасность
9.1. Входной контроль
На этапе входного контроля проверяются сертификаты и паспорта на шпунт, а также проводится осмотр на отсутствие деформаций, трещин и коррозии. Особое внимание уделяется состоянию замковых соединений.
9.2. Операционный контроль
В процессе монтажа контролируется вертикальность погружения (отклонение не более 2°) и плотность прилегания замковых соединений. При вибропогружении ведётся мониторинг вибрации — не допускается превышение допустимых уровней, установленных СанПиН.
9.3. Приемочный контроль
После завершения монтажа составляется акт освидетельствования скрытых работ, проверяется соответствие проектной документации, а также фактическая глубина забивки шпунта.
9.4. Требования безопасности
Обязательно ограждение зоны работ и запрет нахождения людей в зоне погружения шпунта. При глубине котлована более 3 метров и расстоянии до соседних зданий менее 2 метров требуется геодезический мониторинг осадок фундаментов — измерения проводятся до начала работ, ежедневно в процессе и после завершения.
10. Заключение
Шпунтовое ограждение — это зрелая, технологичная и незаменимая система для создания вертикальных ограждений в сложных грунтовых и гидрогеологических условиях. Оно позволяет безопасно разрабатывать котлованы и траншеи любой глубины, защищать их от обрушения и затопления.
Однако важно понимать, что выбор типа шпунта (U, Z, трубчатый) и метода монтажа (вибропогружение, статическое вдавливание, забивка) должен основываться на инженерно-геологических условиях, глубине выемки, наличии застройки и экономических показателях. Для стандартных траншейных задач (глубина до 6 метров) инвентарные крепи SBH часто оказываются быстрее, дешевле и безопаснее шпунта. Для глубоких котлованов, гидротехнических сооружений и работ в обводнённых грунтах шпунтовое ограждение — оптимальное и часто единственно возможное решение.
Компания «Крепи.Про» предлагает не только аренду инвентарных крепей SBH, но и профессиональную консультацию по выбору оптимального метода крепления — шпунт или инвентарные щиты. Мы сравним технологии для ваших конкретных условий (глубина, грунты, УГВ, стеснённость) и подберём решение с лучшим соотношением цены и безопасности.
Не знаете, что выбрать — шпунт или инвентарную крепь? Заполните анкету на сайте — наш инженер проведёт технико-экономическое сравнение и предложит оптимальное решение для вашего объекта.