Стыковка и сварка шпунта Ларсена

Стыковка шпунта Ларсена: когда она нужна

Стыковка шпунта Ларсена — это удлинение шпунтины сваркой двух и более секций одного профиля. Её делают, когда проектная длина больше той, что есть у поставщика или в аренде. Новый Л5-УМ по ТУ производителя катают длиной до 24 м, но на практике сварка нужна чаще, чем кажется:

• оборотный Л4 и Л5 на складах короче проектной длины или с обрезанными концами;
• длинный металл сложно перевезти и разгрузить на стеснённой площадке, и его возят секциями;
• по результатам изысканий или пересчёта заделка ниже дна увеличилась, и шпунтину нужно удлинить;
• конец шпунтины повреждён при прошлом погружении, его отрезают и наваривают новую секцию.

Сварной стык — всегда слабое место по сравнению с целым прокатом. Хорошо выполненный, он не уступает сечению, плохой — ломается при вибропогружении или рвётся при извлечении. Поэтому сварка шпунта Ларсена требует того же внимания, что и выбор профиля. Сортамент профилей и наши работы с ними собраны на странице шпунт Ларсена: профили, погружение и извлечение.

Где размещать стык шпунтины

Место стыка определяет проектировщик по эпюре изгибающих моментов из расчёта ограждения. Общие правила такие:

• Вне зоны максимального момента. У консольной стенки это район дна котлована и чуть ниже, у раскреплённой — уровни распорок и пролёты между ними. Стык переносят туда, где момент заметно меньше расчётного.
• Вразбежку. Стыки соседних шпунтин разносят по высоте, чтобы в одном горизонтальном сечении стенки не оказались все швы. Шаг разбежки задаёт проект.
• С учётом погружения. Стык не должен попадать в зону захвата вибропогружателя у верхнего конца — там наибольшие динамические нагрузки при погружении и извлечении.
• С учётом грунтов. Если ниже по разрезу плотный слой или насыпь с обломками, шов, проходящий через неё, работает в худших условиях; в таком грунте обычно бурят лидер.

Способы удлинения шпунта

Соединять секции разных профилей, например Л5 с Л5-УМ, нельзя: у них разная ширина и геометрия замков, и стык не будет ни соосным, ни прочным. Секции одного профиля разного года выпуска и износа тоже стоит сначала сравнить по толщине: если одна секция заметно тоньше, стык рассчитывают по меньшей толщине.

Подготовка шпунтин к сварке

1. Торцы. Обрезают перпендикулярно оси — того же требует ГОСТ 4781-85 для поставочного металла. Рваные и смятые концы оборотного шпунта отрезают до целого сечения.
2. Кромки. Под стыковой шов с полным проваром делают разделку кромок по толщине полки и стенок. У Л5 и Л5-УМ полка 21–23 мм, стенки 11 мм — разделка разная, это учитывают в технологии.
3. Зачистка. Кромки и прилегающий металл очищают от ржавчины, окалины, грунта и краски до металлического блеска.
4. Сборка. Секции укладывают на ровный стенд или кондуктор, выставляют соосно по полке и замкам, прихватывают. Кривизну проверяют до сварки: ориентир ГОСТ 4781-85 — не более 3 мм на 1 м.
5. Замки. Совмещают особенно тщательно: смещение замка на стыке даже на несколько миллиметров не даст соседней шпунтине пройти по нему в грунте.

Сварка стыка и накладки

Шпунт варят ручной дуговой сваркой покрытыми электродами или механизированной сваркой в защитном газе. Материалы подбирают по марке или классу прочности стали из сертификата: для сталей типа Ст3 и классов 240–270 обычно применяют электроды типов Э42А–Э46, для классов 345–355 — Э50А по ГОСТ 9467. Технологию — разделку, режимы, порядок наложения швов, подогрев при минусовой температуре — фиксируют в технологической карте или ППР.

Порядок обычно такой: сначала стыковой шов по полке и стенкам, затем по замкам, затем накладки. Шов по замку не должен заходить в полость замка: наплыв внутри не даст пройти шаблону и соседней шпунтине. Накладки ставят на полку, а по проекту и на стенки, с обваркой по контуру. Их размещают так, чтобы они не мешали сцеплению замков и захвату, а нижнюю кромку накладки скашивают — так она меньше цепляет грунт при погружении.

Сварку ведут сварщики, аттестованные на соответствующий вид работ. Каждый стык записывают в журнал сварочных работ с номером шпунтины, датой и фамилией сварщика — по этой записи стык находят при приёмке и при последующем извлечении.

Контроль сварного стыка

Шпунтину с дефектным стыком в стенку не ставят до исправления: вырубают дефектный участок шва и переваривают, после чего контроль повторяют. Результаты контроля прикладывают к исполнительной документации.

Типичные дефекты стыков и их последствия

Почти все аварии со сварными шпунтинами сводятся к нескольким повторяющимся ошибкам. Их видно ещё на стенде, если знать, куда смотреть.

Большинство этих дефектов не требует сложного оборудования для обнаружения: достаточно струны, шаблона длиной 2 м и внимательного осмотра. Проверка занимает минуты, а вынимать разошедшуюся пару или оставленную в грунте нижнюю секцию — часы работы техники и пересогласование с проектировщиком.

Составной шпунт при вибропогружении

Вибропогружатель передаёт на шпунтину высокочастотные циклические нагрузки, и сварной стык за одно погружение испытывает тысячи циклов нагружения. Шов с непроваром или трещиной на этом этапе разрушается первым. Поэтому составной шпунт погружают только после контроля стыков, а в плотных грунтах — в лидерные скважины, чтобы сократить время вибрации.

Длинная составная шпунтина тяжелее и гибче: Л5-УМ длиной 24 м весит около 2,7 т. Её подъём и заводку в замок предыдущей закладывают в ППР. Мы погружаем шпунт заказчика, в том числе составной, высокочастотным вибропогружателем PTC 7 на экскаваторе; с лидером — 40–60 шпунтин длиной 12 м за смену. Подробнее о технике — в разделе вибропогружение шпунта и труб.

Стык при извлечении шпунта

При извлечении шов работает на растяжение вместе с вибрацией. По СП 45.13330.2017 (п. 12.1.17) расчётное усилие извлечения принимают с коэффициентом 1,5 к пробному, а скорость подъёма ограничивают 3 м/мин в песках и 1 м/мин в глинах. Если стык не равнопрочен сечению, шпунтина рвётся по шву, и нижняя секция остаётся в грунте.

Чтобы этого не случилось, на оборачиваемом шпунте стыки делают с накладками, а перед извлечением сверяют журнал сварочных работ: где стыки, у каких шпунтин, нет ли среди них сомнительных. Перед нашим выездом заказчик снимает обвязку и наваренные элементы крепления, при необходимости даёт сварщика вырезать проушины. Порядок работ — в разделе извлечение шпунта Ларсена.

Наращивание шпунта на месте

Иногда недостаточная длина выясняется в процессе: шпунтина дошла до верха, а до проектной отметки низа ещё не хватает. Тогда к погружённой части приваривают верхнюю секцию и продолжают погружение. Это допустимо, но с оговорками: варить приходится в вертикальном положении, соосность выставлять сложнее, стык оказывается в верхней части стенки, где при погружении и извлечении наибольшие нагрузки. Такой вариант согласуют с проектировщиком.

Обратная ситуация — шпунтина встала выше отметки. Резать её по верху без согласования нельзя: проектировщик сначала решает, достаточно ли фактической заделки. В плотных грунтах такой отказ обычно лечат не сваркой, а лидерным бурением до погружения.

Стыки на оборотном шпунте

Шпунт, который уже прошёл несколько объектов, часто приходит со старыми стыками неизвестного качества. При входном контроле такие шпунтины отмечают отдельно: смотрят, где стык, есть ли накладки, нет ли трещин по шву и излома оси. Шпунтину со стыком в зоне максимального момента по новому проекту лучше поставить в другое место раскладки или отбраковать.

Для договора поставки или аренды полезно сразу оговорить допустимое число стыков на шпунтину и требования к ним. Мы работаем на материале заказчика и подскажем поставщиков нового и б/у шпунта. Если ограждение нужно целиком — с разработкой котлована и креплением, — смотрите раздел шпунтовое ограждение котлована под ключ. Цены на погружение и извлечение Л4, Л5 и Л6 — на странице шпунт Ларсена: стоимость работ.

Стыковать или заказать шпунт целой длины

Целая шпунтина всегда надёжнее составной, но не всегда доступна и не всегда дешевле. При выборе сравнивают несколько факторов:

• Наличие металла. Новый прокат нужной длины может прийти позже, чем оборотный металл, который уже есть у арендодателя. Тогда ждать дороже, чем сварить.
• Стоимость стыка. В неё входят резка и подготовка торцов, сварка, накладки, контроль и время на стенде. На сотнях шпунтин это заметная строка сметы.
• Логистика. Длинный металл требует длинномера и места для разгрузки и раскладки. В городе это иногда решающий довод в пользу секций со сваркой на площадке.
• Оборачиваемость. Составной шпунт после извлечения можно снова разрезать по стыку под другой объект, а можно оставить длинным — это вопрос к владельцу металла.

Решение обычно принимают вместе: проектировщик — по месту и конструкции стыка, генподрядчик — по срокам и стоимости, поставщик — по наличию металла.

Сварка шпунта зимой

При минусовой температуре сварку не прекращают, но выполняют по технологии, записанной в ППР. Чем толще металл и прочнее сталь, тем строже требования: у полки Л5-УМ толщиной 23 мм кромки при морозе остывают быстро, и без подогрева в шве растёт риск трещин. Обычные меры:

• подогрев кромок перед сваркой по режиму технологической карты;
• укрытие места сварки от ветра, снега и дождя;
• сушка электродов и хранение их в тепле;
• удаление льда и снега с кромок и прилегающего металла.

Само погружение зимой тоже идёт: мёрзлый слой 1–1,5 м вибрацией не проходится, поэтому по оси стенки бурим лидер на глубину промерзания. При морозе ниже −15 °C к цене погружения применяем коэффициент ×1,1, он фиксируется в КП.

Чек-лист перед погружением составного шпунта

1. Есть технологическая карта на сварку и раскладка шпунтин с положением стыков.
2. Все стыки записаны в журнал сварочных работ и прошли визуальный и измерительный контроль.
3. Если проект требует ультразвукового контроля — есть его заключение.
4. Замки на стыках проходят шаблоном длиной 2 м.
5. Стыки отмечены краской на шпунтине — так их видно при погружении, а потом при извлечении.
6. Соседние шпунтины в раскладке имеют стыки на разной высоте.
7. Продумана подача длинных шпунтин к вибропогружателю и место их раскладки.

Когда эти пункты закрыты, составной шпунт погружается так же, как целый. Для расчёта лидера, погружения и извлечения пришлите проект ограждения с раскладкой и изыскания — ответим за день.