Применение композитных полимерных шпунтов в гидротехническом строительстве причальных сооружений: сравнительный анализ и расчетное обоснование

Объектом исследования являются полимерные композитные шпунтовые профили, применяемые в гидротехническом строительстве при возведении причальных сооружений типа «больверк», берегоукрепительных и регуляционных сооружений на внутренних водных путях и морских акваториях. В условиях реализации Программы развития внутреннего водного транспорта России до 2030 года, предусматривающей увеличение объемов грузоперевозок и модернизацию портовой инфраструктуры, возрастает потребность в эффективных и долговечных конструкционных материалах для гидротехнических сооружений. Традиционные стальные шпунты подвержены коррозии в агрессивных водных средах, а деревянные — биологическому разрушению, что ограничивает срок их службы и увеличивает эксплуатационные затраты. Проведен сравнительный анализ физико-механических и эксплуатационных характеристик композитных полимерных шпунтов на основе полиуретана и арамидных волокон с эпоксидной матрицей и традиционных стальных шпунтов «Ларсен IV» и «Ларсен V». Выполнено расчетное обоснование несущей способности композитной шпунтовой стенки с определением изгибающих моментов, поперечных сил и горизонтальных перемещений методом конечных разностей с учетом упругопластической работы грунтового основания.
Установлено, что плотность композитных шпунтов в 2–5 раз ниже плотности стальных и составляет 1,6–3,6 г/см³ против 7,9 г/см³, что позволяет снизить транспортные расходы и упростить монтаж. Предел прочности композитных материалов при растяжении составляет 48–53 МПа, модуль упругости — 3 359–4 120 МПа, что в 50–60 раз ниже соответствующего показателя для стали. Разработана методика расчета напряженно-деформированного состояния композитной шпунтовой стенки с учетом пониженного модуля упругости и повышенной гибкости профиля. Показано, что применение композитных шпунтов позволяет получить экономический эффект до 30 % за счет снижения затрат на транспортировку, монтаж и эксплуатацию. Срок их службы составляет 30–50 лет без потери несущей способности, тогда как стальной шпунт за этот период теряет 20–30 % первоначальных свойств вследствие коррозии.

1. Купчикова Н. В. Численное моделирование насыпей транспортных сооружений с учетом слабого подстилающего слоя // Московский транспорт. Наука и проектирование. – 2025. – № 1(1). – С. 43–54.

2. СТО 86396208–001–2020. Шпунтовые ограждения из полимерных композитных профилей. Расчет и проектирование. – М.: АО «ЮМАТЕКС», 2020.

3. Кокорева К. А., Беляев Н. Д., Ялышев А. И. Шпунты из ультракомпозитных материалов в гидротехническом строительстве // Строительство уникальных зданий и сооружений. – 2015. – № 4(31). – С. 47–58. – DOI: 10.18720/CUBS.31.10.

4. Полтанова М. Л., Волкова Ю. В. Использование шпунта из композитных материалов в гидротехническом строительстве // Неделя науки ИСИ СПбПУ: материалы конференции. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2021. – С. 132–136.

5. Михалдыкин Е. С. Композиты для строительства: онлайн-лекция для магистрантов и аспирантов ННГАСУ. – Н. Новгород, 2021.

6. Композитному шпунту быть: стоимость монтажа и дальнейшего содержания объектов снижается в разы // НИУ МГСУ. – 2022. – URL: https://grckp.mgsu.ru (дата обращения: 15.07.2026).

7. Верстов В. В., Топчин В. В. Технология производства специальных строительных работ. – М.: Стройиздат, 1987. – 230 с.

8. Филипов Е. А. Вибрационные технологии погружения и извлечения полимерного шпунта: дис. … канд. техн. наук: 05.23.08. – СПб., 2012. – 150 с.

9. Верстов В. В. Исследование напряженно-деформируемого состояния полимерных труб при их погружении в грунт динамическими воздействиями: монография. – СПб., 2011. – 280 с.

10. Дьяков М. И., Барыкин Б. Ю., Дьяков И. М. Экспериментальные данные быстрых догружений стальных жестких фундаментов в транспортном строительстве // Московский транспорт. Наука и проектирование. – 2025. – № 2(2). – С. 51–59.

11. СП 38.13330.2018. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Актуализированная редакция СНиП 2.06.04–82*. – М.: Минстрой России, 2018.

12. Проект ГОСТ Р «Шпунт композитный полимерный. Общие технические требования и методы испытаний» (первая редакция). – М.: ФГУП «Стандартинформ», 2016.

13. Беляев Н. Д., Вилькевич В. В. Экспертиза технического состояния морских гидротехнических сооружений // Гидротехническое строительство. – 2007. – № 5. – С. 37–45.

14. Белашов Б. В., Беляев Н. Д., Михаленко Е. Б., Вилькевич В. В. Анализ проблем, связанных с обследованиями портовых ГТС (на примере глубоководной достроечной набережной) // Известия ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. – 2013. – Т. 269, № 1. – С. 110–117.

15. Беляев Н. Д. Причины аварий причальных сооружений // Предотвращение аварий зданий и сооружений: сб. науч. тр. – Магнитогорск, 2003. – С. 34–39.

16. Вилькевич В. В., Вилькевич Е. В., Беляев Н. Д. Особенности оценки состояния причальных сооружений на свайном основании // Гидротехническое строительство. – 2008. – № 3. – С. 28–35.

17. Беляев Н. Д., Михаленко Е. Б., Олехнович Я. А., Ялышев А. И. Анализ дефектов причальных и берегоукрепительных сооружений по результатам обследований 2013 г. // Неделя науки СПбГПУ: материалы конференции. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2014. – С. 85–88.

18. Composite Materials for Hydraulic Structures: State of the Art Review. – West Virginia University, 2019. – URL: https://researchrepository.wvu.edu (дата обращения: 15.07.2026).

19. FRP Sheet Piling Design and Installation Guide. – Creative Composites Group, 2024. – URL: https://www.creativecompositesgroup.com (дата обращения: 15.07.2026).

20. Pultruded Sheet Piling: Advanced Solutions for Waterfront Infrastructure. – Income Pultrusion, 2024. – URL: https://incomepultrusion.com (дата обращения: 15.07.2026).

21. Купчикова Н. В. Свайные фундаменты с уширениями при землетрясениях в транспортном строительстве // Московский транспорт. Наука и проектирование. – 2025. – № 4(4). – С. 48–58.