Ограждающие конструкции из шпунта (стальные шпунтовые сваи, реже — композитные/железобетонные решения) применяются в качестве ограждения котлованов (шпунтовая стенка котлована), подпорных стен, причальных сооружений (шпунтовая стенка причала), элементов шлюзов, временного и постоянного берегоукрепления.
Данные конструкции работают на границе «грунт—вода—конструкция», а отказ конструкции сложно спрогнозировать, так как его причинами могут служить множество факторов: потеря устойчивости, прорыв воды и грунта, разрушение анкеров/распорок и прогрессирующие деформации, приводящие к аварии. Именно поэтому шпунтовая стена требует комплексного расчётного и технологического сопровождения — от изысканий до мониторинга.
Практика показывает: большинство аварий шпунтовых ограждений — это не «непредсказуемая геология», а сочетание ошибок инженерных изысканий, неверной расчётной схемы, недоучёта фильтрации и стадийности работ, плюс строительные нарушения (недобивка, отклонения от этапности работ, некорректная анкеровка, отсутствие мониторинга).
Что делает шпунтовые конструкции аварийно-уязвимыми?
- Сильная зависимость от геоморфологического и гидрогеологического строения участка строительства.
Шпунт «держит» не сам по себе, а совместно с грунтом. Ошибка в оценке прочности и деформативности грунта, уровня грунтовых вод (УГВ), фильтрации, слоистости и линз, а также нагрузок на поверхности приводит к неверным усилиям и перемещениям в ограждающей конструкции.
- Стадийность (временные состояния опаснее постоянных).
Чаще всего аварии происходят во время разработки котлована: при перестановке распорок, при запуске или остановке водопонижения, при штормовых или паводковых колебаниях уровня воды у причалов.
- Фильтрация и гидравлические опасности
Для котлованов и гидротехнических сооружений критически значимы: выпор и суффозия грунта, прорыв воды, размыв у подошвы и за стеной шпунта. Механическая прочность шпунта может быть достаточной, но конструкция всё равно аварийная из-за потери грунта в зоне заделки.
- Сложные узлы: замки, анкеры, сопряжения
Потеря работоспособности часто начинается с «малого»: расхождение замков при погружении, локальная коррозия, неверная сварка элементов в длину, неправильный анкерный узел, просадка анкерной призмы.
- Недостаточный мониторинг
Шпунт обычно проектируют с допущением контролируемых перемещений. Если не проводить измерения (инклинометры, марки, тензодатчики, пьезометры), то момент перехода из нормальной деформации в прогрессирующую потерю устойчивости легко пропустить.
Ошибки проектирования
На стадии проектирования формируются ключевые риски, которые при неблагоприятном развитии событий могут привести к аварии. Ниже приведены типовые ошибки, системно встречающиеся на объектах.
1. Недостаточные, неверные инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания
Типовые промахи:
- Скважины расположены редко и имеют недостаточную глубину;
- Не вскрыт слабый слой (ил, торф, текучепластичные глинистые грунты) или линза «плывунов».
- УГВ принят «по справке», без учета сезонности таяния снега или проливных дождей, без связи с водоёмом, приливами, судоходными колебаниями.
- Отсутствуют параметры фильтрации и оценка суффозионной устойчивости грунтов.
К чему приводит:
Неожиданные большие перемещения стенки, выпор дна, потеря устойчивости анкерной зоны.
Рисунок 1 — Общий (глубинный) сдвиг для подпорного сооружения с распорным креплением — недостаточная глубина заделки подпорного сооружения
2. Неверная расчётная схема и недоучёт стадийности
Типовые промахи:
- Расчёт «одним состоянием» без последовательности: забивка → разработка на отметки → установка распорок/анкеров → дальнейшая разработка → водопонижение → бетонирование плиты/ростверка.
- Недоучёт длительной консолидации в глинах (рост давлений/перемещений со временем).
- Игнорирование временных нагрузок: складирование грунта и строительных материалов у бровки, вес строительной техники.
К чему приводит:
На определённой стадии усилия превышают расчётные — происходят прогрессирующие недопустимые перемещения шпунта, обрыв анкеров или потеря устойчивости распорок.
3. Ошибки в оценке устойчивости: общая, местная, гидравлическая
Часто недооценивают:
- Общую устойчивость откоса/массива за стеной (скольжение по круглоцилиндрической поверхности, особенно в слабых грунтах).
- Устойчивость дна котлована: выпор, всплытие, разжижение, суффозия.
- Подмыв у причалов и подпорных стен в воде, влияние винтовых струй, течений, паводков.
К чему приводит:
Прорыв грунта под стеной, потеря заделки, падение несущей способности — шпунт «уходит» внутрь котлована или в сторону акватории.
Рисунок 2 — Опрокидывание для консольного подпорного сооружения — недостаточная глубина заделки подпорного сооружения
4. Ошибки в подборе анкерных креплений и распорных систем
Типовые промахи:
- Неверный расчёт анкеров по несущей способности, по материалу и грунту для конкретного объекта.
- Неверный расчёт распорных труб по гибкости.
- Анкерная плита/стенка или корень буроинъекционного анкера попадает в зону слабых грунтов или в призму возможного сдвига.
- Неправильная высотная отметка анкера → рост изгибающего момента в шпунтовой стенке.
Рисунок 3 — Общий (глубинный) сдвиг для подпорного сооружения с креплением грунтовыми анкерами:
- недостаточная глубина заделки подпорного сооружения;
- неверно выбрана длина тяги грунтовых анкеров;
- недостаточная несущая способность анкеров по грунту или материалу.
- Не обеспечена совместная работа за счет обвязочного-распределительного пояса между анкером и шпунтовой стенкой.
К чему приводит:
Постепенное «ползучее» увеличение перемещений, затем резкий срыв анкера/разрушение пояса и потеря устойчивости.
Рисунок 4 — Опрокидывание при разрушении конструктивных элементов для подпорного сооружения с распорными конструкциями — недостаточная жесткость или прочность распорной конструкции
5. Проектирование без учёта водопонижения и противофильтрационных мероприятий
Типовые промахи:
- Водопонижение рассматривается как «вспомогательное», без расчёта депрессии, градиентов, рисков суффозии.
- Не задана требуемая глубина погружения шпунта как противофильтрационного элемента при устройстве шпунтового ограждения котлована.
- Не предусмотрены завесы (глинистые, цементация, jet-grouting), дренажи, фильтры, обратные засыпки.
К чему приводит:
Вынос мелких частиц, провалы за стеной, подмыв и последующий отказ конструкции.
6. Ошибки в коррозионной защите
Типовые промахи:
- Не задана коррозионная категория по зонам: атмосферная, «заплесковая», подводная, в грунте.
- Недостаточная толщина с учётом коррозионного припуска.
- Игнорирование абразивного износа, ледовых воздействий, ударов судов, циклических нагрузок швартовки.
К чему приводит:
Потеря сечения шпунта и замков, раскрытие, протечки, снижение несущей способности, внезапный локальный разрыв.
7. Ошибки в узлах замков и герметизации
Типовые промахи:
- Проектная «водонепроницаемость замка» принимается без реальных мер (уплотнения, инъекции, герметики).
- Нет решений по ремонту/инъектированию при течах.
- Неверные допуски по отклонениям, не учтён износ замков при погружении.
К чему приводит:
Течи, размывы, суффозия — аварийный сценарий запускается не от прочности, а от потери грунта.
Ошибки при строительстве
Даже самый выверенный расчёт не гарантирует работоспособность конструкции при нарушении технологии на площадке. Любое отклонение от проекта приводит к неминуемым изменениям, что может потребовать дополнительных мероприятий по усилению либо привести к потере устойчивости.
1. Нарушение технологии погружения шпунта
- Недопогружение до проектной отметки → недостаточная заделка, рост деформаций и фильтрации.
- Уход из вертикали, «змейка», разрывы стенки → локальные концентрации усилий.
- Повреждение замков при забивке, особенно на валунах/строительном мусоре → потеря сцепления и герметичности.
- Несогласованная смена способа погружения (вибропогружение/удар/вдавливание) без оценки влияния на грунты и соседние здания.
Практический эффект: стена начинает «гулять», появляются течи по замкам, растут перемещения — далее срабатывает домино по анкерам или распоркам.
Подробнее о технологии погружения шпунта Ларсена Л5-УМ и работе балочно-шпунтовых систем (БШС) в статье.
2. Некачественная сборка и сварка оголовков, поясов, стыков
- Неправильные швы, отсутствие контроля сварки, подрезы, непровары.
- Дефекты в сопряжении распределительных балок с шпунтом.
- Оголовок не обеспечивает совместную работу рядов, возникают локальные перегрузки.
Итог: разрушение распределительного пояса элемента может привести к прогрессирующей потере устойчивости всего участка.
3. Ошибки монтажа анкеров/распорок
- Анкера ставят «по месту», меняют длину/угол, без пересчёта.
- Нет натяжения до проектного усилия или нет контроля (гидродомкраты без поверки).
- Анкерные тяги/канаты повреждены, неверная защита от коррозии, плохая инъекция в грунт для буроинъекционных анкеров.
- Распорки работают с эксцентриситетом, недостаточно раскреплены — теряют устойчивость (в т.ч. из-за удара техники).
Итог: срыв одного элемента часто перегружает соседние, и деформация становится лавинообразной.
4. Нарушение стадийности разработки котлована и перегруз бровки
- Выемка грунта ниже отметки установки очередного яруса распорок/анкеров.
- Одновременная разработка больших захваток вместо шахматной схемы.
- Складирование грунта/материалов и движение тяжёлой техники у бровки.
Итог: стена переходит в нерасчётную консольную схему, резко растёт прогиб и риск потери устойчивости.
5. Ошибки водопонижения и отсутствие контроля фильтрации
- Резкое включение или выключение системы водопонижения → изменение градиентов и запуск суффозии.
- Недостаточная производительность иглофильтров или водопонизительных скважин → уровень «скачет», дно разжижается.
- Нет пьезометров для наблюдения за УГВ → опасные градиенты не фиксируются.
Итог: выпор, прорыв воды с песком, провалы за стеной и последующая деформация и обрушение.
Рисунок 5 — Выемка грунта ниже отметки установки очередного яруса распорок
6. Игнорирование мониторинга и «сигналов» приближения отказа
Предвестники, которые на практике часто пропускают:
- ускоряющийся рост горизонтальных перемещений шпунта;
- раскрытие замков, локальные течи «с песком»;
- осадки за стеной, трещины в покрытиях, «ступеньки» у бровки;
- неравномерное натяжение анкеров, просадка анкерных плит;
- мутная вода/вихревые выбросы у подошвы (признаки суффозии/подмыва).
Выводы
Ключевой источник аварий в шпунтовых ограждениях — недоучёт грунтово‑гидрологических факторов и стадийности работ, а не «слабый металл».
Для котлованов критичны: глубина заделки шпунта, устойчивость дна (выпор/суффозия), корректная последовательность разработки и надежность распорок и анкеров.
Для гидротехнических сооружений добавляются доминирующие факторы: коррозия металла в зонах переменного уровня воды, подмыв у подошвы стенки, циклические нагрузки — лед, удары судов.
Реальная профилактика аварий — это связка мер:
- полноценные изыскания с учетом гидрогеологии и фильтрационных свойств грунтов;
- расчёт по стадиям с проверками общей устойчивости склона;
- детальные узлы крепления анкеров и распорок к обвязочным поясам;
- строгая технология погружения шпунта с контролем отклонений от проектной оси;
- приемочные испытания анкеров;
- контроль сварочных швов в узлах;
- инструментальный мониторинг и заранее заданные пороги действий при превышении перемещений/уровней.
Практика успешных объектов показывает, что при комплексном подходе шпунтовые ограждения надёжно работают даже в сложных гидрогеологических условиях. Примеры реализованных решений представлены в наших кейсах.
