Russian (CIS)English (United Kingdom)
ГлавнаяКонференцииВторая Международная конференция МГС → Проектирование закреплений многогранных опор в сложных геологических условиях Санкт-Петербурга
Проектирование закреплений многогранных опор в сложных геологических условиях Санкт-Петербурга

Проектирование закреплений многогранных опор в сложных геологических условиях Санкт-Петербурга.

 

УДК 624.04[470.23-25]

 

Качановская Л.И., к.т.н., Романов П.И., к.т.н., Ермошина М.С., к.ф.-м.н.

Научно-исследовательская лаборатория конструкций электросетевого строительства (НИЛКЭС) ОАО «СевЗап НТЦ»

 

Исходными данными для выбора закреплений являются нагрузки, приходящие в основание опоры, инженерно-геологические условия и экологические требования.

Для проекта реконструкции двухцепной ВЛ «Восточная – Волхов – Северная», проходящей по территории Санкт-Петербурга, разработаны специальные промежуточные двухцепные опоры из многогранного профиля напряжением 330 кВ — МПГ330-2т. Опоры отличаются от унифицированных повышенной высотой подвески нижнего провода. Габаритная высота опоры — 43 м, диаметр в основании — 1.5 м.

Отличительной особенностью закрепления многогранных одностоечных опор является значительная концентрация усилий на кольцевой базе ствола опоры. Опора разработана специально для городских условий и является повышенной по сравнению с унифицированной. Соответственно, максимальный изгибающий момент будет повышенным: для режима максимального ветра момент в уровне поверхности грунта составляет 375 тс·м.

Высокие нагрузки на фундамент объясняются возможностью использовать несущую способность поперечного сечения многогранных опор при значительном (по сравнению с железобетонными опорами) увеличении высоты подвески провода и увеличении длины пролета.

Закрепление опор со столь высокими нагрузками в неблагоприятных инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга представляет собой сложную и интересную инженерную задачу, так как закрепление каждой опоры необходимо разрабатывать в зависимости от конкретных геологических условий площадки.

 

Особенности инженерно-геологических условий.

В Санкт-Петербурге широко распространены озерно-ледниковые отложения Балтийского ледникового озера, перекрывающие верхнюю лужскую морену. Суммарная мощность слоёв этих отложений составляет 3 – 10 м.

В разрезе толщи озерно-ледниковых отложений выделяются ленточные глины, суглинки, супеси, реже пески. Наиболее широко развиты в разрезе породы с ленточной слоистостью. В верхней части разреза ленточные глины постепенно переходят в суглинки и супеси, которые представляют собой верхний горизонт ленточных образований, утративших свою первоначальную слоистость за счёт процессов выветривания.

Согласно ТСН 50-302-2004 «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге» для грунтов данной группы характерны высокая природная влажность и пористость, анизотропность механических свойств (что подтверждается данными лабораторных определений характеристик грунтов), высокая сжимаемость, пучинистость, тиксотропность.

В центральной части трассы распространены озерные и морские отложения. Пылеватые пески озерно-морских отложений обладают плывунными свойствами, легко переходят в плывунное состояние при изменении гидродинамического режима и приложении дополнительных напряжений, особенно знакопеременных. Супеси озерно-морских отложений следует рассматривать как слабые квазипластичные тиксотропные грунты. В случае устройства свайных фундаментов в слое залегания этих грунтов возможно возникновение нулевого или отрицательного трения. Заторфованные грунты озерно-морских отложений обладают сравнительно большой и неравномерной сжимаемостью.

В целом геологические условия на всей территории трассы можно охарактеризовать как сложные. Тиксотропные явления — это способность грунтов под влиянием механического воздействия, например, встряхивания, размешивания, вибрации разжижаться и переходить в золи (высокодисперсные коллоидные системы с жидкой дисперсионной средой) или суспензии и после устранения воздействия восстанавливать прежнее гелеобразное состояние. Тиксотропные грунты при определённом динамическом воздействии переходят в плывучее состояние и теряют свою несущую способность. При знакопеременных цикличных нагрузках (характерных для воздействия ветровых нагрузок на промежуточные опоры ЛЭП) грунты разжижаются, резко снижаются их прочностные характеристики.

 

Выбор технического решения.

При проектировании закреплений в подобных геологических условиях очень важен вопрос о применении щадящих технологий строительства: недопустимо применение всех видов забивных и вибропогружаемых свай, при традиционных способах производства земляных работ произойдёт разрушение природной структуры грунтов.

Трасса ВЛ проходит в черте города, поэтому на устройство фундаментов накладываются дополнительные ограничения: проблема землеотвода, невозможность маневрирования техники в стеснённых условиях, в некоторых случаях конструкции должны быть установлены между гаражами.

При выборе технического решения были проанализированы наиболее распространённые типы закреплений.

Чаще всего при закреплении опор многогранного профиля используется фундаментная конструкция типа «труба-оболочка». Высокие нагрузки на фундамент предполагают достаточно большой диаметр трубы и заглубление не менее 10 м. При таких габаритных размерах целесообразно применить технологию сооружения фундаментов типа «труба – опускной колодец». Заглубление трубы, заполненной бетоном, при диаметре 1.8 м должно составлять до 18 м — труба должна быть закреплена в несущем слое грунта. Сооружение подобных фундаментов осложняется тем, что на большей части распространения Полюстровского водоносного горизонта воды являются напорными, при строительстве возможны прорывы вод в котлованы. При наличии напорных грунтовых вод необходимо погружать трубу в грунт с применением защитной обсадной трубы, что представляет сложности при больших глубинах погружения.

Неприменимость монолитных фундаментов объясняется требуемыми расчётами размерами — 6×6×6 м. При этом есть существенные ограничения на разработку котлованов в тиксотропных водонасыщенных грунтах.

Использование забивных свай ограничивается способом их погружения и необходимым заглублением. Общая длина свай определяется в зависимости от их несущей способности и при расположении слабых грунтов на глубинах до 20 м составляет от 18 до 30 метров. Огромные строительно-монтажные динамические нагрузки на дно котлована могут привести к нежелательным последствиям (заливанию дна котлована, проваливанию техники).

В существующих условиях необходимо применение технологии строительства закреплений, не требующей большого объёма земляных работ и применения крупногабаритной техники, оказывающей неравномерно распределённое давление и вибрационное воздействие.

Применение фундаментов из винтовых свай решает проблемы строительства закреплений в сложных геологических и стеснённых городских условиях.

Винтовые сваи обладают множеством преимуществ по сравнению с другими типами закреплений:

  • минимальное количество операций при погружении свай, сокращенное количество применяемой техники (практически одна машина), небольшое число обслуживающего персонала;

  • отсутствие «мокрых процессов» при возведении фундаментов;

  • отсутствие отрицательного влияния сил морозного пучения благодаря специальной конструкции морозных винтовых свай;

  • возможность проведения работ в непосредственной близости к подземным коммуникациям и в условиях плотной городской застройки;

  • фундамент из винтовых свай сразу готов к установке опоры, не требует дополнительного времени для достижения несущей способности независимо от времени года;

  • отсутствие земляных работ, способствующее сохранению окружающей среды;

  • уменьшение затрат на транспортные расходы;

  • повышенная по сравнению с другими конструкциями несущая способность ведёт к уменьшению расходов строительных материалов на сооружение фундаментов на 30-50% по сравнению с использованием фундаментов на забивных сваях.

Применение фундаментных конструкций из винтовых свай особенно эффективно на заболоченных, просадочных и пучинистых грунтах, где они предотвращают возможные перемещения и деформации.

При завинчивании свай оказывается минимальное воздействие на тиксотропные грунты, так как сваи прорезают толщу слабых грунтов и опираются на несущие слои, залегающие на глубинах от 10 до 20 м. Разнесённые винтовые лопасти должны быть закреплены в несущий грунт, соответственно, заглубление винтовых свай составит 12 – 20 м.

Для работы опоры в расчётных режимах необходимо выполнить требования по обеспечению жёсткости фундамента. Для уменьшения давления на грунт при восприятии больших величин изгибающих моментов необходимо использовать жёсткий железобетонный ростверк.

 

Принятые технические решения по закреплению промежуточных многогранных опор.

Для сложных геологических условий разработаны фундаменты из винтовых свай с монолитным железобетонным ростверком.

Для сооружения ростверка делается котлован в слое насыпного техногенного грунта с учётом глубины сезонного промерзания – оттаивания. Под ростверк предусмотрена подготовка из утрамбованного щебня, укладываемого на геосинтетический материал для предотвращения утопания щебёночного слоя.

Ростверк будет располагаться ниже уровня поверхности для улучшения эстетического вида и уменьшения землеотвода. На поверхности запланирована посадка зелёных насаждений.

Значительная неопределённость отметок залегания несущих грунтов и анизотропность их физико-механических характеристик приводит к необходимости проведения испытания грунтов винтовыми сваями на каждой площадке строительства фундамента. Целесообразно проводить испытания только на выдёргивающие нагрузки.

Для проведения испытаний в центре фундамента на проектную глубину завинчивается свая. На каждом объекте количество свай для фундаментов принято равным девяти: 8 воспринимающих нагрузки и 1 центрально расположенная для проведения испытания.

Испытания позволят уточнить и минимизировать проектную длину заложения свай. Заглубление сваи может существенно измениться и составить от 7 до 18 м. Стандартная длина винтовой сваи составляет 6 м. При необходимости погружения сваи на большую глубину, после завинчивания производится удлинение ствола сваи привариванием трубы. Далее продолжается завинчивание сваи до погружения лопасти в несущей грунт.

Для проекта реконструкции двухцепной ВЛ «Восточная – Волхов – Северная» разработаны фундаменты из винтовых свай не только под многогранные опоры, но и под унифицированные анкерно-угловые опоры башенного типа.

 

Заключение.

Для сложных геологических условий разработано новое техническое решение закреплений опор из многогранного профиля.

Фундаментные конструкции из винтовых свай оказались оптимальными в городских и сложных геологических условиях, когда другие варианты закреплений оказались неприемлемы.

Возможность наращивания длины сваи, вывинчивания её при необходимости, оптимизирование проектных решений при строительстве (изменение длины свай) делают фундаментные конструкции из винтовых свай незаменимыми в сложных для строительства условиях.

Накопленный в НИЛКЭС опыт позволяет разрабатывать оптимальные технические решения в сложнейших условиях.

 





Сейчас 121 гостей онлайн
Применение полимерных стоек, как опор ВЛ, в ближайшие 10 лет:
 
Locations of visitors to this page