Жесткость шпунта — основа его качества

В России на строительстве различных объектов, будь то гидротехнические сооружения или объекты подземного строительства, либо просто для стабилизации и устойчивости грунтов вокруг котлована, используются шпунтовые ограждения. На рынке этих изделий очень большой выбор вариантов шпунтов различных производителей из многих стран мира: Республики Корея, КНР, Японии, Бельгии, Германии, Чехии и Польши.

Традиционный поставщик шпунта из Украины — всем известный в России «Ларсен» (Л-4 и Л-5). И, наконец, шпунт российского производства — «Ларсен Л-5 УМ», а также шпунтовые панели ПШС. Ценовой диапазон этих изделий весьма широк, но стоимость за тонну у российского шпунта «Ларсен Л-5УМ» дешевле — от 20 до 50%.

Какие же аргументы у тех, кто берет шпунт других производителей? Главный аргумент следующий.

В производстве шпунта зарубежные предприятия используют высокопрочные углеродистые стали — класса прочности до С430, а «Ларсен Л-5 УМ» — в основном сталь Ст3пс, класс прочности С235. Таким образом, несущий момент в соответствии с формулой Кулона:
М = dт∙W∙nз,
где: dт — условный предел текучести стали, что собственно и является классом прочности стали, nз — коэффициент запаса, принимаем его равным 0.95, W — упругий момент сопротивления стали, который в свою очередь равен:
W = J/yт ,
где: J — упругий момент инерции поперечного сечения шпунта, yт — расстояние от центра тяжести до края шпунта.

По этой логике получается, что если класс прочности выше более чем на 45%, то и несущая способность изделия будет больше на 45%, а следовательно, можно уменьшить упругий момент сопротивления почти в два раза и тем самым почти в два раза уменьшить металлоемкость конструкции. Следуя этим рассуждениям, выгодней закупить более дорогой импортный шпунт. А если брать по несущей способности, то выгода в цене — от 10 до 25%. Вот его и покупают, не вникая в другие тонкости данного аспекта.

Трудности выясняются потом, когда проводятся работы по погружению шпунта — он изгибается при погружении и теряет свою прямолинейность (это явление получило название «веерность»), или когда шпунтовая стена после погружения имеет деформацию больше проектной и даже может потерять устойчивость.

Давайте посмотрим, почему это происходит?

Производитель работ выполнил замену шпунта без консультации с проектировщиком, поверив поставщику, что несущая способность будет такая же, как и у «Ларсена 5 УМ», но металлоемкость на 45% меньше. Однако проектировщик делает расчет не только по предельной несущей способности, а, в первую очередь, по предельной деформации конструкции. И что же получается по деформационным свойствам материала?

Есть модуль упругости (или он же — модуль Юнга), который показывает деформационную способность металла под нагрузкой. Для класса стали С 235 он равен: Е = 200 ГПа; а для класса стали С 430: Е = 210 ГПа. Разница всего в 5%!

То есть при прочности, которая выше на 45%, материал при той же нагрузке прогнется меньше всего лишь на 5%. Снижая металлоемкость, вы рискуете увеличить от 5 до 15 раз деформацию под нагрузкой! А это и «веерность», и потеря устойчивости. Особенно данный параметр важен при погружении.

На средних грунтах «веерность» может появиться уже после третьего метра погружения. Чтобы не допустить этого явления, необходимо обязательно считать такой параметр, как жесткость одного изделия, и соизмерять его с параметр того изделич, которое вы хотите использовать.

Жесткость можно вычислить по формуле: c = J∙E

В табл. 2 приведены расчетные значения по жесткости. Надо отметить, что жесткость шпунтовой панели ПШС может значительно превышать жесткость изделий других производителей. Момент инерции одного изделия здесь выше за счет увеличения ширины изделия, равной 1,5 м, чего нет у других шпунтов. Некоторые производители продают свою продукцию в пакете, где уже соединены два изделия. Это в основном изделия Z-образной формы. Но мы не можем суммировать жесткость сразу двух изделий в пакете, так как у них нет жесткого стыка, и они лишь завальцованы или заклепаны.

Известны случаи значительных деформаций шпунтовых со-оружений, превышающих допустимые. Производителю работ приходилось затем исправлять эти ошибки и нести значительные затраты, усиливая жесткость и устойчивость конструкции.

Дополнительным преимуществом увеличения жесткости изделий является также то, что они могут подвергаться белее сильным усилиям при их погружении. Например: погружение может выполняться с помощью сваебойных установок на большую глубину при тяжелых грунтах с включениями строительного мусора.

Использование ударного способа позволяет производить больший диапазон работ, а при определенных условиях и разрушать препятствия на пути шпунта. Для такого вида работы требуются определенные навыки, так что подходить к этому надо чрезвычайно осторожно, начиная с небольших нагрузок.

Для работы со средними грунтами достаточно поднятия семитонного гидравлического молота лишь на 30–40 см. Частота удара гидромолота — 60 ударов в минуту, в то время как частота вибрации вибропогружателя — от 1 500 до 2 500 колебаний в минуту. Поэтому при ударном способе погружения полностью исключается такое неприятное явление, как «горение» замков. Наголовник, используемый при этом, должен перекрывать 70% сечения шпунта, площадь соприкосновения со шпунтом — не менее 200 см2. В этом случае шпунтовая панель погружается равномерно без повреждения поверхности. Жесткость ее обеспечивает устойчивость как во время погружения, так и во время эксплуатации. Подобный наголовник может быть использован совместно со штатным наголовником, что значительно ускоряет подготовку сваебойной техники к работе. Наголовник не соприкасается с замковой зоной шпунтовой панели, кроме этого, замок расположен с отступами от торцов шпунта, поэтому удар гидромолота не может повредить замок. На рис. 2 показаны примеры наголовников для сваебойных установок.

Надо также отметить, что погружение шпунта с помощью сваебойной техники увеличивает производительность, сокращает сроки строительства и снижает стоимость работ.

Автор: В. В. Гришин Дата: 06.06.2011 «Федеральный строительный рынок» № 92 Рубрика: Материалы и технологии

«« назад