Особенности организации шпунтового ограждения в условиях мерзлых грунтов

В современном строительстве работы, связанные с устройством шпунтового ограждения в условиях низких температур и промерзания грунта, отличаются рядом технических и технологических нюансов, которые необходимо учитывать для обеспечения надежности и долговечности сооружения. Особое значение приобретает грамотное выполнение таких задач на территории с суровым климатом и регулярным промерзанием почвы, ведь ошибки на этапе установки шпунта способны привести к деформациям сооружения, снижению несущей способности ограждения и даже возникновению аварийных ситуаций в будущем.

Работы по устройству шпунтовых ограждений в мерзлых грунтах требуют от проектировщика и подрядчика не только профессионализма, но и глубокого понимания процессов, протекающих в промерзшем основании. Наиболее распространенные вызовы — это высокая плотность и прочность промерзшей почвы, необходимость сохранения исходных физических свойств вечномерзлого основания, а также избежание чрезмерного разрушения или разуплотнения грунта. Особенно остро эти вопросы встают в регионе вечной мерзлоты, где технологические процессы погружения свай зачастую выполняются в особых условиях.

Особенности погружения шпунтового ограждения в мерзлые грунты

В период зимнего строительства, когда земля подверглась существенному промерзанию, те или иные методы погружения шпунтов и свай подбираются исходя из степени промерзания почвы:

• При толщине промерзшего слоя до 0,7 метра
  Если верхний промерзший слой земли не превышает 70 сантиметров, то обычно используют более производительное и мощное оборудование. Применение мощных сваебойных установок и гидравлических молотов позволяет эффективно забивать сваи в грунт, преодолевая сравнительно небольшое сопротивление мерзлой почвы. Благодаря этому нет необходимости в дополнительной подготовке участка или специальном бурении.
• При толщине промерзания больше 0,7 метра
  В тех случаях, когда глубина промерзания превышает 0,7 м, работа значительно осложняется. Здесь применяется бурение лидирующей скважины — то есть предварительно бурят углубление в грунте, где и планируется разместить сваю или шпунт. После этого проводят рыхление либо протапливание почвы. В качестве средств прогрева используют различные методы — непосредственно открытое пламя (газовые или дизельные горелки), электрические нагревательные устройства или специальные системы прогрева паром. Подобная предварительная обработка позволяет смягчить грунт и облегчить последующее погружение свайного элемента.
• Профилактика промерзания почвы
  Чтобы минимизировать образование прочного мерзлого слоя до начала установки ограждения, участки планируемого погружения свай часто заранее утепляют. В качестве теплоизоляционных материалов широко используются опилки, толстый слой опавшей листвы, стружка, рулонные или насыпные утеплители, а часто — любые подходящие подручные материалы. Поддержание положительной температуры на участке помогает сохранить податливость почвы для сваебойных работ.

Особенности работы с вечномерзлыми грунтами

Грунты, находящиеся в состоянии вечной мерзлоты, обладают изначально высокой несущей способностью, что позволяет на них возводить мощные инженерные и промышленные сооружения без дополнительных мероприятий по уплотнению грунта. Главная задача при монтаже свай и шпунтов в вечномерзлых породах — не разрушить сложившуюся структуру мерзлого слоя. При этом любые повреждения, нанесённые грунту во время монтажных работ, должны быть максимально быстро компенсированы: сваи следует вмораживать в окружающую почву, чтобы вернуть грунту высокие показатели прочности.

В отличие от умеренных широт и стандартных условий строительства, монтаж шпунтовых и свайных ограждений в области вечной мерзлоты чаще предпочтительнее проводить именно в зимний период. После оттаивания верхний почвенный слой приобретает рыхлую и водонасыщенную структуру, что крайне затрудняет применение даже самой мощной буровой или сваебойной техники. Итогом становится снижение эксплуатационных качеств основания и повышение риска для будущих конструкций.

Технологии и методы погружения свай в мерзлый грунт

В настоящее время принято выделять два основополагающих способа установки свай в промерзлую почву:

1. Монтаж сваи в пробурённую скважину

Данный технологический приём предполагает предварительное бурение соответствующего отверстия для будущей сваи. После завершения бурения в скважину опускается обсадная труба — либо этот этап пропускается, в зависимости от характеристик грунта и особенностей свайного элемента.

• Использование обсадной трубы.
  В отверстие устанавливается труба по размерам скважины, затем между поверхностью трубы и стенками ствола заливается глиняный или бентонитовый раствор. После этого в скважину помещается сама свая, а избыток вязкой смеси вытесняется наверх. Обсадная труба аккуратно изымается, а свая остаётся в рабочем положении и в кратчайшие сроки схватывается с мерзлой породой.
• Установка без обсадной трубы.
  Если применить обсадную трубу не требуется, диаметр скважины делают чуть меньше, чем требуется для сваи — тогда элемент забивается в ещё рыхлый или оттаявший участок с помощью мощного гидравлического молота либо вибропогружателя. Такой подход обеспечивает плотное прилегание сваи к стенкам лунки и быстрое вмораживание в почву.

2. Погружение свай в предварительно оттаянный участок

Ещё одним эффективным способом монтажа свай в промёрзлом грунте является предварительное точечное оттаивание места будущей установки. Для этого используются специальные паровые «иглы» или системы прогрева на основе водяного пара. Участок отогревается с утра, во второй половине дня туда погружается свая; благодаря быстрому обратному замерзанию через пару часов она уже прочно фиксируется в толще грунта и способна выдерживать проектные эксплуатационные нагрузки.

Преимущества и точность современных технологий

Применение лидирующего бурения под сваи позволяет значительно повысить точность размещения каждой конструкции и достичь заложенной при проектировании глубины заложения. Это не только ускоряет монтажные процессы, но и гарантирует соответствие готового ограждения всем установленным строительным нормам и стандартам. В современных условиях грамотный подбор способа установки — главное условие прочности, надежности и долговечности всего строительного объекта.