Russian (CIS)English (United Kingdom)
ГлавнаяКонференцииПервая часть 1-й Международной конференции МГС → Проблемы и особенности закрепления опор на стойках из многогранного профиля
Проблемы и особенности закрепления опор на стойках из многогранного профиля

Автор: Романов Петр Игоревич
Главный инженер проектов ОАО РАО "ЕЭС России" ОАО "Северо-Западный Энергетический Инжиниринговый Центр"

1          Введение

Опоры из многогранного профиля – конструкции, имеющие принципиальные отличия от существующих в настоящее время унифицированных опор: как металлических решетчатого типа, так и железобетонных.

Наиболее близкой по схемам закрепления к многогранным опорам являются закрепления железобетонных центрифугированных стоек. Реальные пролеты между опорами, т.е. нагрузки на фундаменты определяются максимально возможной несущей способностью материала железобетонной стойки. Для стоек диаметром 650 мм максимальный момент в заделке не превышает 50 тм., для стоек диаметром 800 мм – 100 тм. Все конструктивные решения по закреплениям приняты именно для восприятия этих нагрузок.

Нагрузки в основании многогранных опор определяются  в основном, величиной опрокидывающего момента в основании стойки. Величина момента изменяется от 60 тм для опор 35, 110 кВ до 600 тм для опор 500 кВ. В частности, для промежуточных одностоечных одноцепных опор напряжением 330 кВ момент в заделке составляет 210 тм, для двухцепных – 340 тм. Высокие нагрузки на фундамент объясняются возможностью использовать несущую способность поперечного сечения многогранных опор при значительном (по сравнению с железобетонными опорами) увеличении высоты подвески провода, увеличении длины пролета и минимизации затрат стали на каждый километр ВЛ.

 
2          Особенности закрепления стальных одностоечных промежуточных опор из многогранного профиля для ВЛ 330 кВ.

Одно и двухцепные опоры разработаны в рамках Целевой программы на основании оптимизационных расчетов.

Для определения области применимости разрабатываемых фундаментов грунты условно объединены в 8 характерных групп и приведены в табл.1. Расчеты закреплений проведены для выделенных групп грунтов, находящихся в необводненном, обводненном и полуобводненном состоянии.

Таблица 1

Обобщенные физико-механические характеристики групп грунтов,

принятые для расчетов предлагаемых схем закреплений опоры МП 330-1

Типы грунтов

Условный номер группы грунтов, принятый в работе

Угол внутреннего трения, , град

Удельное сцепление,с, кПа

Коэф-т пористости, е

Пески

Пылеватые

1

27

-

0,65

Мелкие

2

29

-

0,65

Средней крупности

3

32

-

0,65

Гравелистые

4

35

-

0,65

Супеси, суглинки, глины

Мягкопластичные

=0,63

5

17

25

0,65

Тугопластичные

=0,37

6

20

30

0,65

Слабые

 

7

 

 

 

Скальные

=1 МПа

8

 

 

 

Отличительной особенностью закрепления многогранной одностоечной опоры является значительная концентрация  усилий на кольцевой базе ствола опоры.

Закрепление опоры на цилиндрическом фундаменте, по сути, аналогично закреплению одностоечных железобетонных опор, которые рассчитываются как опрокидываемые фундаменты.

Для работы опоры в расчетных режимах необходимо выполнить требования по обеспечению жесткости фундамента, т.е. ограничить его деформации. Для уменьшения давления на грунт необходимо увеличить площадь опирания фундамента, что можно выполнить увеличением диаметра фундамента, глубины его заделки или установкой ригелей.

Диаметр фундамента должен быть близок к диаметру ствола опоры для соединения их между собой фланцевым соединением.

Глубина заделки стоек имеет свои физические пределы. При заделке стоек глубже 8 – 10 метров дальнейшего увеличения несущей способности фундамента не происходит, т.к. ограничением становится малая несущая способность грунта у поверхности земли.

Установка ригелей позволяет увеличить площадь опирания на грунт на отметках, где несущая способность грунта минимальна.
При анализе возможных вариантов фундаментов должны быть учтены следующие показатели:

1. Объем металла в конструкции фундамента;

2. Объем монолитного железобетона;

3. Объем сборного железобетона (количество элементов);

4. Условия транспортировки: длинномерность; габаритность; повреждаемость при транспортировке; наполняемость тары, машины, вагона; требование к спецтехнике по транспортировке (шаланды, сцепы, бетоновозы и др.).

5.  Необходимое количество техники для сооружения фундамента на стройплощадке: известной, имеющейся в наличии; специальной, не имеющей широкого применения в электросетевом строительстве; новых образцов техники, требующих их изготовления и испытания.

6. Объем земляных работ: разработка котлована; обратная  засыпка; уплотнение грунта.

7. Трудоемкость работ на пикете: объем сварных работ; объем болтовых работ; объем монолитных работ.

8. Время сооружения фундамента (зависящее от используемых технических решений, техники, объемов работ, трудоемкости процессов и др.).

9. Площадь земельного участка под строительство и его состояние, наличие подъездов для техники.

10.  Возможность устройства надземных ростверков или необходимость их устройства под землей.

11.  Обеспечение коррозионной стойкости фундамента (над землей и под землей).

12.  Обеспечение минимальных деформаций фундамента.

В общем случае, оптимальным будет фундамент, который удовлетворит всем требованиям норм по прочности и устойчивости заделки при минимальных затратах  на его изготовление, транспортировку, строительство и эксплуатацию.

Однако критерии выбора конкретного фундамента всегда уточняются при строительстве реального объекта.

В выполненной работе предложены как технические решения на базе существующих технологий сооружения и имеющейся техники, так и технические решения с использованием новой техники для бурения котлованов под сваи–оболочки и завинчивания свай

 
3          Технические решения на базе существующих технологий сооружения и имеющейся техники.
3.1         Монолитные железобетонные фундаменты, возводимые в копаном котловане.

Размеры фундамента определяются несущей способностью грунта основания. Подбором необходимых размеров фундамента можно решить проблему закрепления опор в любых грунтах с практически неограниченными нагрузками, приходящими в основание опоры. В этом смысле такие фундаменты – точка отсчета для сравнения с ними остальных вариантов закрепления опор.

Возведение этих конструкций требует больших затрат материала и трудозатрат на сооружение котлована, установку опалубки, арматурного каркаса, заливку бетона, его уплотнение. Кроме того, необходимо учесть время набора бетоном прочности,  необходимость обеспечения при отрицательной температуре его обогрева и т.п.

Эти решения могут быть конкурентоспособными при близком расположении бетонных заводов и наличии подъездных дорог в районе строительства в случаях, когда другие решения не могут быть реализованы по тем или иным причинам.
3.2         Ростверки на свайном основании

Уменьшение объема земляных и бетонных работ на стройплощадке может быть достигнуто за счет применения забивных или буронабивных свай с монолитным или металлическим ростверком.

Возможность подбора необходимого количества, поперечных размеров и длины используемых свай делает это решение применимым практически во всех грунтах.

Преимуществом этого способа является использование широко применяемой техники по погружению унифицированных забивных и буронабивных свай. Однако, необходимость использования «мокрых» работ на пикете ограничивает их применимость в зимнее время из-за требований к принудительному обогреву бетона на период его твердения. Изготовление металлических сборных ростверков снимает эту проблему, но увеличивает стоимость материалов  фундамента.
3.3         Сборные фундаменты на типовых подножниках

Рассмотрение существующих решений фундаментов с целью их использования для закрепления одностоечных опор показывает, что конструкции подножников для решетчатых металлических опор рассчитаны на их работу на сжатие и выдергивание, т.е. только на осевые нагрузки. Необходимость восприятия опрокидывающего момента в основании опоры из многогранного профиля требует использования группы подножников, объединенных металлическим ростверком, способным воспринимать момент. Для восприятия момента, равного 210 тм в обычных грунтах необходима установка трех, четырех подножников с высотой вертикальных или наклонных стоек высотой по 3м или 5м. Увеличение несущей способности фундаментов может быть достигнуто за счет установки балочной клетки из свай, позволяющей включить в работу больший объем грунта.

В рассматриваемом варианте принята схема фундамента, предусматривающая надземное расположение ростверков. Такое решение не требует специальных мероприятий по защите конструкций от коррозии, но увеличивает необходимую площадь отвода земли под опору. При необходимости, такие фундаменты могут быть заглублены ниже уровня поверхности земли. При этом появится возможность учесть работу балок, объединяющих стойки подножников, на горизонтальные нагрузки (в качестве ригеля). Это позволит облегчить элементы конструкции. Однако, потребуются мероприятия по защите металла, находящегося в земле, от коррозии.

Использование типовых подножников позволяет полностью отказаться от «мокрых» работ на пикете, использовать возможности заводов, применять известные методы сооружения опор, путем откопки котлована, установки типовых грибовидных подножников, объединения их балкой-ригелем и обратной засыпкой с послойным трамбованием.

Однако, эти конструкции сложны в перевозке, требуют особой тщательности при установке и достаточно сложную схему трамбовки грунта обратной засыпки. Вес балок, объединяющих фундаменты, приближается к весу самой опоры. Кроме того, объем земляных работ при откопке котлована делает эту схему закрепления опоры сопоставимой с изготовлением монолитных фундаментов.

 
4          Технические решения с использованием новых технологий сооружения и новой техники для бурения котлованов под сваи–оболочки и завинчивания свай
4.1         Фундаменты на металлических сваях – оболочках
4.1.1                 Одностоечный фундамент

Одностоечный фундамент выполняется из трубы диаметром 1220 мм с толщиной стенки 10-12 мм. В верхней части трубы находится фланец, объединяющий фундамент со стойкой опоры. Выше фланца выступают элементы «ловушки», обеспечивающие удобство монтажа стойки опоры.

Нижний торец трубы оканчивается опорной диафрагмой, служащей для повышения устойчивости стенок трубы в нижней части фундамента.

Фундамент погружается в пробуренный котлован, диаметр которого должен превышать диаметр трубы для обеспечения возможности корректировки положения трубы в вертикальной плоскости. Глубина котлована должна составлять порядка 8 м. Многофункциональная техника для выполнения котлованов диаметром 1500 мм и глубиной до 40 м имеется (например, JUNTTAN PM26-40). Для массового применения в электросетевом строительстве целесообразна разработка узконаправленной машины для бурения котлованов требуемого диаметра и глубины типа широко распространенной машины МРК, применяемой для закреплений железобетонных опор.

Расчеты данного фундамента для всех выделенных групп грунтов в необводненном состоянии показали, что эта конструкция в чистом виде не может быть использована на заданные нагрузки из-за недостаточной несущей способности грунтов основания.

Для увеличения несущей способности фундаментов в верхней части сваи – оболочки необходима установка ригеля. Крепление ригеля по аналогии с железобетонными стойками (непосредственно к телу стойки с опиранием в одной точке) недопустимо из-за возникновения концентраторов напряжений, ведущих к потере устойчивости металлической стенки трубы фундамента. Установка внутренних диафрагм на отметке крепления ригеля, которая являлась решением этой проблемы при закреплении 800 мм железобетонных стоек, в случае металлических фундаментов неприемлема. Технологически невыполнима установка дополнительных элементов внутри трубы на расстоянии 2 м от ее торца.

Кроме того, установка одного ригеля недопустима из-за возникновения эксцентриситета в приложении нагрузок при действии сил, направленных вдоль ригеля.

При разработке закрепления опоры МП330-1 принято решение об установке двух ригелей в одном уровне для исключения эксцентриситетов в приложении нагрузки.

Для устранения концентраторов напряжений в местах присоединения ригелей к поверхности сваи–оболочки конструкцией предусмотрена установка в заводских условиях двух коробок – диафрагм, расположенных на внешней стороне трубы. К этим коробкам при монтаже фундамента присоединяются типовые железобетонные ригели АР-5, АР-6 или АР-8 длиной соответственно 3; 3.5 и 6 м.  Для крепления длинного ригеля АР-8 запроектирована дополнительная переходная коробка, увеличивающая расстояние между двумя ригелями для включения в работу большего объема грунта, расположенного между ними.

Для обеспечения  устойчивости фундамента в обводненных грунтах со слабым верхним слоем (2-3 м ниже уровня земли) конструкцией предусмотрена установка трех ригелей в одном уровне. Такое расположение ригелей позволяет увеличить горизонтальную поверхность опирания фундамента на грунт и площадь восприятия бокового давления грунта.
4.1.2                 Двухстоечный фундамент

Возможность увеличить несущую способность фундамента и использовать имеющуюся у строителей бурильную технику (МРК-750) реализуется в конструкции двухстоечного фундамента. Фундамент состоит из трубы диаметром 1220 мм с толщиной стенки 10-12 мм с закрепленным на ней фланцем для соединения со стойкой опоры. Эта труба соединена с двумя стойками диаметром 720 мм мощной балкой-ригелем.

Технология сооружения фундаментов на сваях-оболочках

Процесс сооружения фундамента начинается с устройства котлована глубиной порядка 2 м. Откосы котлована должны допускать возможность подъезда бурильных машин и другой строительной техники к месту установки фундамента.

После пробуривания котлована на заданную глубину производится установка изготовленных в заводских условиях труб (трубы при одностоечном фундаменте) с фланцами и с внешними диафрагмами. Производится корректировка положения трубы с целью обеспечения горизонтальности фланца. Пазухи между поверхностью трубы и стенками котлована заполняются песком мелким, средней крупности или гравелистым.

Внутренняя часть фундамента заполняется грунтом, который подлежит уплотнению.

Производится установка ригелей. Верхняя часть фундамента защищается от коррозии при помощи термоусадочной ленты на  глубину до 1 м  ниже уровня земли.

Производится обратная засыпка котлована.
4.1.3                 Фундамент на металлической свае – оболочке, усиленный винтовыми сваями

 

При необходимости закрепления опор в слабых грунтах предлагается использовать одностоечный фундамент на свае – оболочке, усиленный винтовыми сваями.

Винтовые сваи с диаметром лопасти 850 мм выдерживают большие выдергивающие нагрузки, разгружая тем самым стойку фундамента. Сваи включаются в работу за счет их соединения с основной стойкой металлическим ригелем. Конструкция ригеля устраивается на глубине 1.5 – 2.0 м  ниже уровня грунта. Планируется изготовить на Заводе «Стройдормаш» на базе специальной машины для завинчивания свай МВ-85 буровую установку для устройства скважин диаметром 1,3 – 1,5м.

 
4.2         Фундаменты для закрепления опор на скальном основании.

Для закрепления опор на скальном основании предлагается использовать решения, широко используемые при закреплении башенных унифицированных опор.

В монолитных и разборных скалах пробуриваются скважины диаметром 50-60 мм, в них вставляются анкерующие стержни и закрепляются при помощи заливки скважин цементно-песчаным раствором. На поверхности земли стержни объединяются с опорным каркасом, верхняя часть которого соединена с фланцем фундамента. После установки внутренняя полость опорного каркаса заполняется бетоном.

 
5          Область применения предлагаемых технических решений

В настоящей работе разработаны конструкции всех предлагаемых технических решений фундаментов.

Расчет каждого фундамента выполнен для восьми типов грунтовых условий, каждый из которых имеет три степени обводненности. На основании результатов расчетов определена область применения каждого из предлагаемых конструктивных решений, составлены спецификации материалов, определены объемы земляных работ, площади отвода земли под опору.

Обобщенные результаты расчетов со схемами фундаментов  приведены в сводной таблице выбора фундаментов.

Область применения фундаментов

Технические решения по закреплениям

Грунты

Тип

Марка

Схема

закрепления

Пылеватые

Мелкие

Средней крупности

Гравелистые

Мягко-пластичные

Туго-пластичные

Слабые грунты

Скала

1

2

3

4

5

6

7

8

Монолитный

фундамент

+

+

+

+

+

+

-

-

Монолитные

ростверки

На забивных сваях СЗ5-8

+

+

+

+

+

+

±

-

На буронабивных сваях

+

+

+

+

+

+

±

-

Сборные фундаменты

 на типовых подножниках

3хФП5-А

±

±

±

±

-

±

-

-

4хФ6-4

±

±

±

±

±

+

-

-

4хФП6-4

+

+

+

+

+

+

-

-

4хФ5-А

±

±

±

±

-

±

-

-

4хФП5-А

±

±

±

±

±

±

-

-

Фундаменты на металлических сваях-оболочках

 

ФМ-1,2+

2хАР8

+

+

+

+

+

+

-

-

ФМ-1,2

+3хАР8

+

+

+

+

+

+

-

-

ФМ-1,2

-2х0,7

+

+

+

+

+

+

-

-

Усиленный

 винтовыми сваями

+

+

+

+

+

+

+

-

Скальные фундаменты


-

-

-

-

-

-

-

+

-

Неприменим

+

Применим

±

Частично применим (в зависимости от обводненности грунта и/или длины свай)

















6          Конструктивные особенности фундамента, принятого для разработки рабочих чертежей, изготовления опытного образца и проведения испытаний.

Для изготовления опытного образца и его испытания принят одностоечный фундамент из трубы – оболочки диаметром 1220 мм с толщиной стенки 10 мм. В верхней части трубы находится фланец, объединяющий фундамент со стойкой опоры. Выше фланца выступают элементы «ловушки», обеспечивающие удобство монтажа стойки опоры.

Нижний торец трубы оканчивается опорной диафрагмой, служащей для повышения устойчивости стенок трубы в нижней части фундамента.

Принято решение об испытании фундамента с двумя ригелями. Для устранения концентраторов напряжений в местах присоединения ригелей к поверхности сваи – оболочки конструкцией предусмотрена установка в заводских условиях двух коробок – диафрагм, расположенных на внешней стороне трубы. К этим коробкам при монтаже фундамента присоединяются типовые железобетонные ригели АР-5, АР-6 или АР-8 длиной соответственно 3, 3.5 и 6м.  Для крепления длинного ригеля АР-8 запроектирована дополнительная переходная коробка, увеличивающая расстояние между двумя ригелями для включения в работу большего объема грунта, расположенного между ними.

 
7          Перспективы внедрения предлагаемых новых технических решений.

Для успешного внедрения новых видов фундаментов разрабатывается специализированная машина, способная проводить бурение скважины диаметром 1250мм на проектную глубину 5-7метров. Эта машина будет являться модификацией выпускаемой Алапаевским заводом «Стройдормаш» машины для завинчивания свай МВ-85. Новая техника позволит вести комплексные работы по сооружению фундаментов как на винтовых сваях, так на сваях – оболочках.


© Копирование материалов размещенных на сайте, допускаеться только по согласию с авторами материалов. Ответственность за достоверность и точность информации несут авторы статей. Все права защищены. Использование материалов сайта без согласия ОАО "ПРОМиК", не допускаеться.

© ОАО "ПРОМиК", 2006
© ООО "Связьтехсервис", 2006
 



Фото
Разное
Фото
Фото-17
Монтаж
Фото-17


Сейчас 64 гостей онлайн
Применение полимерных стоек, как опор ВЛ, в ближайшие 10 лет:
 
Locations of visitors to this page