Шпунт

Шпунтовая продукция представляет собой группу металлопроката, который имеет специфический длинномерный профиль с пазами на продольных кромках. За счет этих пазов можно соединять вместе несколько элементов без применения сварки или сборки на разъемных соединениях (или с последующим использованием указанных способов соединения). Такая технология, среди прочего, востребована при обустройстве котлованов под фундамент, при строительстве дамб и других гидротехнических сооружений и пр.

Основным видом шпунтовых профилей является шпунт Ларсена, представляющий собой продольный корытообразный элемент с замками для присоединения соседних элементов.

Внешний вид шпунта Ларсена

К этой же группе относят шпунтовые профили S-, Z-, L-, плоского и корытного сечения по ГОСТ 4781, которые могут применяться для обустройства свай и других составных конструкций.

История изобретения металлопрокатного изделия

Идея создания отдельного элемента для обустройства составных стальных стен пришла в голову бременскому инженеру Тригве Ларссену, который получил патент на корытный профиль в 2010 году. Всего через 2 года с мощностей немецкого завода Tyssen сошла первая продукция, которая была названа в честь своего изобретателя. Широкому распространению шпунта Ларсена способствовала невысокая цена изделия, которое было выгодно производить и оставлять на месте монтажа, не извлекая из грунта после завершения основных работ. Впоследствии на основе этого изделия были разработаны другие разновидности шпунтового проката с той же сферой применения.

Разновидности и классификация

По ГОСТ 4781 выпускаются шпунтовые профили двух типов:

  • ШП-1 — прокат шпунтовый плоский шириной 400 мм и толщиной рабочей части 10 мм (масса погонного метра составляет 64 кг);
  • ШК-1 — изделие с корытным профилем с аналогичными размерами (масса погонного метра — 50 кг).
  • марка Л4 шириной 436 мм и высотой корытной части 204 мм: толщина стенки — 14,8 мм, масса погонного метра — 74 кг;

Геометрия и характеристики профиля ШП-1

Длина свай обоих типоразмеров составляет от 8 до 22 м. Они изготавливаются из недорогой стали обыкновенного качества по ГОСТ 380: Ст3пс (спокойной) или Ст3сп (полуспокойной). На поверхности изделий допускается наличие отпечатков, рябизны, царапин, раскатанных загрязнений, но дефекты в виде раскатанных пузырей, плен, закатов должны быть зачищены или вырублены.

Также для изделий регламентируется кривизна профиля (не более 3 мм на каждый погонный метр) и допустимая величина осевой растягивающей нагрузки (24,5 кН/см).

Геометрия и характеристики профиля ШК-1

Шпунт Ларсена изготавливается по ТУ 14-2-879-89 в следующих исполнениях:

  • марка Л5 шириной 466 мм и высотой корытной части 196 мм: толщина стенки — 23 мм, масса погонного метра — 100 кг;
  • марка Л7 шириной 466 мм и высотой корытной части 236 мм: толщина стенки — 21 мм, масса погонного метра — 144,3 кг.

Геометрия и размеры профиля Л4

Основной объем продукции изготавливается из марок Ст3пс/сп по ГОСТ 380, но для ответственных задач может применяться шпунт из хромо-марганцовистой стали 16ХГ с содержанием химических элементов: не более 0,18% С; 0,6-1% Si; 0,05-0,5 Si; 0,4-0,7% Cr; не более 0,04% S; не более 0,035% P.

Геометрия и размеры профиля Л5

Еще одна разновидность шпунта Ларсена выпускается по ТУ 14-102-147-93. Это усиленная марка Л5-У, которая имеет ширину 545 мм, глубину корытного профиля 238 мм и толщину стенки 23 мм. Масса погонного метра для такой продукции составляет 113,57 кг. Для изготовления продукции используются заготовки из сталей от С235 до С320. А по тем же ТУ в редакции 2003 года изготавливается марка Л5-УМ длиной до 24 м.

Также на рынке присутствуют шпунты зарубежного производства, например, Larssen 607n, PU 32 или VL 606, но массово они не используются из-за более высокой цены.

Технология производства

Для производства шпунта используется заготовка из низко- или среднеуглеродистой стали. Она предварительно нагревается в проходных печах и подвергается поэтапной деформации в клетях универсального балочного или рельсобалочного стана. Такая технология носит название горячей прокатки. Нагрев заготовки осуществляется до температур около 1200°С (конкретное значение зависит от марки стали), что позволяет повысить пластичность металла и деформировать его без образования поверхностных дефектов. Кроме того, нагрев дает возможность снизить экономические затраты на производство изделий и, соответственно, предложить рынку относительно дешевые шпунтовые сваи.

В ходе деформации блюмовой или сортовой заготовки формирование корытного профиля и замков по обеим кромкам изделия осуществляется в 12-13 пропусков. При этом используются разрезные калибры сложной формы, а прокатка ведется с защемлением металла. В первых калибрах более интенсивно обжимаются фланцы, а потом формируется стенка изделия. Наиболее сложный элемент шпунта Ларсена — замок. Его начинают формировать, начиная с первого формирующего калибра, а завершают в последнем проходе.

В России шпунт Ларсена изготавливается только на одном предприятии: Нижнетагильском металлургическом комбинате, входящем в группу ЕВРАЗ. НТМК изготавливает свою собственную марку Л5-УМ (трансформированную из Л5-У). Производительность балочного стана составляет 1,6 млн тонн, но под шпунт мощности задействуются только в небольшой промежуток времени, поскольку эта продукция относится к специфическому сегменту и пользуется ограниченным спросом. Оценочный объем производства этого вида проката на НТМК составляет около 60 тыс. тонн в год, а емкость всего российского рынка — до 150 тыс. тонн.

Из крупных конкурентов НТМК следует выделить Днепровский металлургический комбинат (Каменское, Украина, сортамент: профили Л4, Л5, Л7 и модификации), завод Витковице Стил (принадлежит группе ЕВРАЗ, сортамент: корытные профили VL), а также Arcelor Mittal (Люксембург) и Thyssen Krupp (Германия).

Сфера применения шпунта

Основная сфера применения шпунта: сооружение сборных стен или перегородок большой высоты и ширины.

Схема монтажа шпунтовых свай

Такие элементы находят применение в следующих случаях:

  • отгораживание котлованов при строительстве крупных зданий (периметр ограждается забивными шпунтовыми сваями во избежание обрушений почвы, проникновения грунтовых вод, защиты соседних сооружений от обвалов и пр.);
  • укрепление берегов вдоль набережных, портовых сооружений, разнообразных водоемов;
  • гидротехнические работы по ремонту или возведению дамб, плотин, шлюзов, пристаней (например, огораживание участка водоема для последующей откачки воды и заливки бетонных сооружений);
  • обустройство стен тоннелей, подземных парковок, подвалов и пр.;
  • монтаж очистных сооружений;
  • ограждение свалок.

Монтаж свай методом вдавливания

Монтаж шпунта Ларсена осуществляется забивкой с помощью копровых установок. Кроме того, могут применяться методы вибропогружения и погружения под постоянной нагрузкой (вдавливания). Выбор способа зависит от наличия спецтехники и условий выполнения работ. Например, забивку шпунтовых свай нельзя осуществлять при строительстве в плотной городской застройке

Применение шпунта при гидротехнических работах