Сооружение линий электропередачи - Фундаменты для опор на строительстве линий электропередачи

ЧАСТЬ СЕДЬМАЯ
ФУНДАМЕНТЫ ДЛЯ ОПОР
Глава двадцать третья
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Фундаментом опоры называется ее подземная часть, заделанная в грунт.
Основанием фундамента называется та часть грунта, на которую через подошву фундамента передаются нагрузки от опоры и самого фундамента.
Все опоры, применяемые на линиях электропередачи, по типу фундаментов разделяются на следующие группы.

А. Деревянные опоры

1. Опоры с разъемными фундаментами в виде пасынков или стульев.
2. Опоры с разъемными фундаментами, устанавливаемые на болотистых грунтах на пасынки-сваи, предварительно забитые в грунт.

Б. Металлические опоры

1. Опоры с узкой базой с неразъемными фундаментами, устанавливаемые в котлованы непосредственно на грунт, или какое-либо другое основание на дне котлованов: гравийный слой, бетонные подушки или настил из шпал (деревянных или металлических).
2. Опоры с узкой базой с разъемными фундаментами в в виде: 1) металлических подножников, 2) бетонных фундаментов с анкерными болтами (сплошных или пустотелых).
3. Опоры с широкой базой с разъемными фундаментами в виде: 1) металлических подножников, 2) бетонных фундаментов.
4. Опоры портального типа с разъемными фундаментами в виде: 1) металлических подножников, 2) бетонных фундаментов.
5. Специальные береговые опоры на переходах через большие судоходные реки, овраги п т.д. с разъемными железобетонными фундаментами,

В процессе производства работ по сооружению фундаментов на трассе выполняются следующие виды работ: 1) земляные работы, 2) скальные работы, 3) свайные работы, 4) установка подножников, 5) бетонные работы, 6) железобетонные работы.

Глава двадцать четвертая

ЗЕМЛЯНЫЕ РАБОТЫ

ГРУНТЫ И ИХ СВОЙСТВА

Для сооружения фундаментов для опор необходимо иметь основные представления о грунтах и их свойствах.
Верхний покров земной поверхности носит название почвы. Почва образовалась в результате длительного разложения и разрушения растительных и других органических веществ.
Под слоем почвы лежат основные породы-грунты, состоящие из песка, гравия, глины, плиты и камня.
Существуют и промежуточные, смешанные грунты-супески и суглинки.
Песок. Обломочная горная порода, состоящая из угловатых или окатанных, ничем не сцементированных зерен размером до 3 мм. Присутствие воды в песке в небольшом количестве придает песку свойства сцепления. В сухом виде песок приобретает свойства текучести. Допускаемое давление 1,5— 3,5 кГ/см².
Гравии. Обломочная горная порода, состоящая из окатанных, ничем не сцементированных зерен размером 3—40 мм, с некоторой примесью песчаных и пылевато-глинистых частиц. Допускаемое давление 3,5—5 кГ/см². При размере кусков 40— 10 мм гравий носит название гальки, при размере 100— 300 мм — булыжника и от 300 мм и выше — валунов.
Плывун. Пылевато-песчаные грунты, насыщенные водой на 70—80%, легко вымываются. В откосах выемки не держатся совершенно и служат причиной оползней, на лопате растекаются. Допускаемое давление 1—1,5 кГ/см².
Супесок. Песок с примесью 3—10% глины. Допускаемое давление 1 кГ/см².
Суглинок. Песок с примесью глины 10—30%. Допускаемое давление 1 кГ/см².
Г л и н а. Пластичная порода, имеющая в своем составе не менее 30% глинистых веществ. При соприкосновении с водой глина жадно ее впитывает и при этом увеличивается в объеме, чем и объясняется так называемое вспучивание глинистых грунтов. Допускаемое давление 1,5—2,5 кГ/см². При высыхании глина сжимается. При известном насыщении водой глина больше не впитывает и не пропускает воду.

Таблица 57
Категории грунтов по трудности разработки

Таблица 58
Категория мерзлых грунтов по трудности разработки

Глины с незначительными примесями других пород называются жирными, а с большим количеством примесей — тощими.
Лёсс. Смесь мельчайших частиц кварцевого песка и пыли глины, извести и органических примесей. В сухом виде он обладает значительным сцеплением и хорошо сопротивляется давлению. Растворяется в воде, теряя свой механические свойства. Допускаемое давление 1—2,5 кГ/см².
Растительный грунт. Залегает на поверхности земли. Состоит из растительных остатков, так называемого перегноя. В смеси с глиной и песком обладает незначительной сопротивляемостью. При пропитке водой расплывается, превращаясь в грязь, а при высыхании сильно твердеет. Основанием служить не может.
Торф. Поверхностный слой болот, продукт разложения растений, бывших под водой. Сильно сжимается, упруг, плохо поддается трамбовке. Обладает влажностью до 75%. Основанием служить не может.
Скальные грунты. Состоят из вулканических и осадочных пород. Допускаемое давление 5—15 кГ/см².
На производство работ по разработке грунтов сильно сказывается степень насыщенности грунта водой.
Проникшие в грунт воды, задержанные водоупорными слоями, носят название грунтовых вод.
Поверхность, ограничивающая грунтовые воды, называется уровнем грунтовых вод. Уровень грунтовых вод зависит от количества выпавших осадков, повышается весной и осенью, понижаясь летом и зимой.
В табл. 57 приведены категории грунтов по трудности разработки.
Таблица 59
Угол естественного откоса грунта

По степени трудности разработки грунтов в зимнее время грунты разбиваются на четыре категории (табл. 58).
Одной из главных характеристик грунтов является «угол естественного откоса».
Углом естественного откоса называется отношение высоты откоса свободно держащегося грунта к его горизонтальной проекции (заложению), выражаемое или в градусах угла, составленного наклонной линией насыпи с горизонталью, или дробью, числителем которой является высота этой насыпи (или откоса), а знаменателем — заложение, горизонтальная проекция откоса.
В табл. 59 приведены углы естественного откоса для наиболее часто встречающихся грунтов.

РАЗБИВКА КОТЛОВАНОВ

Основными параметрами, определяющими метод разбивки котлованов для фундаментов опор, являются: а) тип опоры, б) размеры котлованов понизу, в) глубина котлована, г) род грунта.
Очертания котлованов поверху, необходимые для их разбивки, увеличиваются против размеров котлованов понизу в зависимости от рода грунта.
Во избежание обвала стенок котлована, угрожающего работающему в нем рабочему, при рытье котлованов соблюдаются откосы.
Крутизна откосов зависит от грунта.
Сухие глинистые грунты и влажные песчаные могут держаться при небольших глубинах котлованов некоторое время в отвесных стенках. Сухой рыхлый песок держится в откосе 45°. Мелкий мокрый песок течет и требует применения шпунта.
При рытье глубоких котлованов откосы, а следовательно, и размеры котлована поверху, выбираются по таблице углов естественных откосов в зависимости от рода грунта.
При рытье небольших котлованов, остающихся открытыми небольшой период времени, в целях уменьшения земляных работ и большего удобства работ на пикете разрешается оставлять более крупные откосы.
Практически размеры котлованов поверху задаются больше размеров котлованов понизу на 1/4—1/2 их глубины.
Рассмотрим основные методы разбивки котлованов.
Разбивка одного котлована для промежуточных и анкерных опор.
Одиночные котлованы предназначаются для одностоечных деревянных опор и металлических опор с узкой базой (кроме угловых), 
Вначале по центрам пикетных столбов провешивается по гонимометру ось трассы.
Затем при помощи эккера, установленного над центром опоры, разбивается прямая, перпендикулярная к оси трассы.
Далее, от центра опоры по всем четырем полученным направлениям на расстоянии 5 м от центра забиваются контрольные столбы-сторожки для будущей выверки опоры, когда будет вырыт котлован.

Фиг. 33. Разбивка одного котлована для промежуточных и анкерных опор.
Кроме того, на тех же прямых забивают по колышку на расстояниях, равных 1/2 соответствующих размеров котлованов, заданных поверху (фиг. 33).
В случае квадратной фермы котлована эти расстояния равны по всем четырем направлениям.
Затем, держа в точке 1 нуль рулетки, а в точке 2 отметку рулетки, равную полусумме двух сторон котлована, при помощи натянутой рулетки забивают колышек угла котлована в точке 1 на отметке рулетки, равной половине одной стороны котлована. Таким же образом намечаются и забиваются колья в остальных трех углах котлована, и разбивка закончена.

Разбивка одного котлована для угловой металлической опоры с узкой базой

Над центром углового пикетного столба устанавливается по отвесу и выверяется угломерный инструмент.
Глядя назад, на центр предыдущей опоры, и вперед, на центр последующей опоры, восстанавливают угол поворота трассы, делят его пополам, и в таком положении трубы восстанавливается и закрепляется двумя колышками на расстоянии 5 м по обе стороны от центра опоры биссектриса угла поворота трассы; затем восстанавливается линия, перпендикулярная к ней, и также закрепляется двумя колышками на расстоянии 5 м по обе стороны от центра опоры (фиг. 34).

Фиг. 34. Разбивка одного котлована для угловых опор.
По всем четырем направлениям от центра опоры забиваются далее на расстояниях, равных половинам соответствующих размеров котлованов, и далее с помощью рулетки аналогично предыдущему находятся все 4 угла котлована для угловой опоры.

Разбивка двух котлованов для промежуточных и анкерных опор

Фиг. 35. Разбивка двух котлованов для промежуточных и анкерных опор (первый вариант).
К этой категории относятся все котлованы для деревянных опор П-образного типа, деревянных опор А-образного типа, устанавливаемые в плоскости поперек трассы, и все металлические Промежуточные и анкерные опоры портального типа.
Вначале над центром опоры по отвесу устанавливается гониометр, при помощи которого восстанавливаются ось трассы и линия, перпендикулярная к ней.
На этом перпендикуляре от центра опоры в обе стороны откладываются расстояния, равные половине расстояния между центрами двух фундаментов, и в этих точках забиваются центровые колышки для каждого из двух котлованов.
По гониометру в этих двух центрах восстанавливаются перпендикуляры к главной поперечной оси опоры, параллельные оси трассы (фиг. 35).
Таким образом получаются оси симметрии каждого из двух котлованов. Разбивка же каждого котлована около своего центра производится аналогично 1-му методу.
Существует второй способ разбивки двух котлованов.
Так же, как и в предыдущем способе, восстанавливаются в центре опоры ось трассы и линия, перпендикулярная к ней,
По оси трассы в обе стороны от центра опоры отмеряются рулеткой и закрепляются кольями в точках 1—1 расстояния, равные половине размера котлованов вдоль трассы (фиг. 36).
По линии, перпендикулярной к оси трассы, в обе стороны от центра опоры отмеряются рулеткой и закрепляются кольями в точках 2—2 расстояния, равные половине расстояния между внешними продольными краями двух котлованов.

Фиг. 36. Разбивка двух котлованов для промежуточных и анкерных опор (второй вариант).

Затем, держа в точке 1 нуль рулетки, а в точке 2 отметку рулетки, равную сумме только что отмеренных по перпендикулярным осям размеров, при помощи натянутой рулетки забивают колышек, обозначающий внешний угол котлована в точке I на отметке рулетки, равной половине расстояния между внешними продольными краями двух котлованов.
Аналогично находятся точки II, III и IV остальных трех внешних углов обоих котлованов.
Наконец, от внешних углов котлованов по прямым в сторону оси трассы отмеряются размеры котлованов поперек трассы и таким образом получаются точки I', II', III' и IV', означающие внутренние углы котлованов.

Разбивка двух котлованов для угловых опор

Разбивка таких котлованов производится для угловых деревянных АП-образных опор и угловых металлических опор портального типа.
Аналогично способу, описанному во втором случае, в центре опоры восстанавливаются биссектриса угла поворота трассы и линия, перпендикулярная к ней.
В случае равенства левых и правых котлованов и совпадения центра опоры с точкой пересечения прямых отрезков трассы разбивка двух котлованов производится одним из способов, приведенных в третьем случае разбивки двух котлованов для промежуточных и анкерных опор, заменив в данном случае ось трассы и перпендикуляр к ней биссектрисой угла поворота трассы и перпендикуляром к ней (фиг. 37).
В случае разных размеров фундаментов угловых опор, работающих на вырывание (расположенных с внешней стороны угла поворота трассы) и работающих на сжатие (расположенных внутри угла), котлованы разбиваются также разных размеров: для фундамента, работающего на вырывание, — больше, а работающего на сжатие — меньше. 

Фиг. 37. Разбивка двух котлованов для угловых опор с равными фундаментами.
Фиг. 38. Разбивка двух котлованов для угловых опор с неравными фундаментами.
Фиг. 39. Разбивка двух котлованов для угловых опор в случае несовпадения центра опоры с точкой угла поворота трассы.

В этом случае после разбивки биссектрисы угла и перпендикуляра к ней разбивку котлованов производят соответственно их размерам (фиг. 38).
В отдельных случаях, в целях удаления петли провода на угловой опоре портального тапа от тела опоры, ось симметрии опоры среднего провода на трассе смещается с точки угла поворота трассы на величину е (фиг. 39) внутрь угла.
В этом случае угломерный прибор ставится не над точкой угла поворота трассы, а над полученной после смещения на величину е точкой.
В этой точке разбиваются биссектриса и перпендикуляр к ней, и уже на этих осях симметрии разбиваются несимметричные котлованы методом, изложенным выше.

Разбивка четырех котлованов для промежуточных и анкерных опор

Такие котлованы предназначаются для промежуточных и анкерных деревянных АП-образных опор и промежуточных и анкерных металлических опор с широкой базой.
После обычного восстановления по гониометру оси трассы и перпендикуляра к ней, в центре опоры приступают к разбивке отдельных четырех котлованов для фундаментов под каждую ногу опоры.
По оси трассы к перпендикуляру к ней откладываются рулеткой расстояния, равные половине соответствующего расстояния разноса ног по оси трассы и поперек трассы.
В полученные точках А и Б (фиг. 40) восстанавливаются перпендикуляры к оси трассы и к линии, ей перпендикулярной.

Фиг. 40. Разбивка четырех котлованов для промежуточных и анкерных опор (первый вариант).
В точках пересечений этих перпендикуляров получаются центры четырех фундаментов, и следовательно, котлованов для каждой ноги опоры.
Разбивка каждого из котлованов производится обычным методом, описанным в первом случае.

Аналогично 3-му случаю разбивку четырех котлованов можно произвести еще и другим способом, понятным из фиг. 38.
По восстановлении оси трассы и перпендикуляра к ней в центре опоры по оси трассы от центра опоры отмеряется рулеткой и закрепляется кольями в точках 1—1 (фиг. 41), расстояние, равное половине расстояния между внешними поперечными краями котлованов.
По перпендикуляру к оси трассы отмеряется рулеткой и закрепляется кольями в точках 2—2 расстояние, равное половине расстояния между внешними продольными краями котлованов.
Затем, держа в точке 1 нуль рулетки, а в точке 2 отметку рулетки, равную сумме только что отмеренных по перпендикулярным осям размеров, при помощи натянутой рулетки забивают колышек, означающий внешний угол одного из котлованов в точке 1 на отметке рулетки, равной половине расстояния между внешними продольными краями котлованов.
Аналогично находятся точки II, III и IV внешних углов трех котлованов.
От внешних углов четырех котлованов по прямым параллельно оси трассы и перпендикуляра к ней отмеряются размеры котлованов соответственно в поперечном и продольном направлениях.
В полученных 8 точках восстанавливаются перпендикуляры, и в точках их пересечения находятся и закрепляются кольями внутренние углы каждого из четырех котлованов.

Разбивка четырех котлованов для угловых металлических опор с широкой базой

Так как опора стоит на углу поворота трассы и имеет несимметричные фундаменты относительно перпендикуляра к биссектрисе угла, то размеры котлованов понизу и соответственно поверху у каждой пары ног будут неодинаковые.

Фиг. 42. Разбивка четырех котлованов для угловой опоры с широкой базой для угла поворота трассы 60°.
Кроме того, опоры, стоящие на разных по величине углах поворота трассы, при равных малых фундаментах, работающих на сжатие, имеют различные большие фундаменты, работающие на вырывание.
Рассмотрим для примера разбивку котлованов для угловой двухцепной опоры 110 кВ для угла поворота трассы 60° и для среднего грунта (фиг. 42).
Размеры котлованов поверху 4 Х 4 м для больших фундаментов и 3 X 3 м для малых фундаментов. Расстояние между центрами ног 6,5 м.
Сначала, как и в других случаях, помощью угломерного инструмента, установленного над центром опоры, восстанавливаются и закрепляются кольями биссектриса угла поворота и перпендикуляр к ней.
По биссектрисе забиваются колышки: один на расстоянии 4,75 м от центра внутрь угла и другой на расстоянии 5,25 м от центра в противоположную (внешнюю) сторону.
По перпендикуляру же к биссектрисе в обе стороны от центра забиваются по два колышка в точках на расстояниях 4,75 и 5,25 м.
Обозначим для одного из больших котлованов его углы цифрами 1, 2, 3 и 4, точки забивки кольев на биссектрисе и на перпендикуляре к ней соответственно I и II и углы второго большого котлована — цифрами 5, 6, 7 и 8.
Держа нуль рулетки в точке 1 и ее отметку 10,5 м — в точке Н, получаем с помощью натянутой рулетки в точке ее с отметкой 5,25 внешний угол 1-го большого котлована в точке 2; затем по линиям 2—I, 2—II откладываем по 4 м, и положение точек 1 и 3 дает два других угла котлована.
В точке 4 при сечении двух перпендикуляров, восстановленных в точках I и 3, получаем четвертый угол 1-го большого котлована.
Аналогично разбивают 2-й большой и два малых (внутренних) котлована.
Для проверки, следует иметь в виду, что точки 2, 1, I, 5, 8 и соответственно 3, 4, 6, 7 должны лежать на одной прямой так же, как и у малых котлованов.
Во всех случаях разбивки опор глубина котлованов определяется от отметки земли в центре опоры.
Подошвы оснований в каждом котловане между собой и с отметкой у центра опоры при рытье выверяются с помощью нивелира.

ОРГАНИЗАЦИЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ РУЧНЫМ СПОСОБОМ

Вследствие разнообразия котлованов для разного рода опор и фундаментов, небольших объемов земляных работ на каждом пикете при их разбросанности и недостаточной приспособленности для этих условий имеющейся сетевой механизации — рытье котлованов в целом ряде случаев производится вручную.
Ручная разработка грунтов — работа исключительно тяжелая, требующая большого физического напряжения рабочего.
В целях повышения производительности труда необходимо правильно расставить рабочую силу в зависимости от рода грунта и объема земляных работ в данном котловане и обеспечить рабочее место инструментом соответственно категории грунта.
В табл. 60 приведена производительность рабочего в смену в м³.
Таблица 60

На фиг. 43 и 44 изображен специальный землекопный инструмент, применяемый для рыхления и разработки грунта при производстве земляных работ ручным способом.

Фиг. 43. Типы стандартных лопат.
Характеристики этого инструмента приведены в табл. 61 и 61а.
При рытье котлованов для фундаментов опор вынутая земля укладывается таким образом, чтобы она не мешала установке подножников, бетонировке фундаментов, а также сборке и установке опор.

Таблица 61
Заступы и лопаты

Земляные работы                 [ Гл. 24

Таблица 61а
Ударные инструменты для рыхления грунта

Фиг. 44. Ударные инструменты для рыхления грунта.
Вынутый из котлованов грунт отбрасывают от бровок котлованов, во избежание излишней нагрузки на края котлованов и возможности обвала их. Воспрещается выемка грунта путем подкапывания.
При рытье котлованов для опор, устанавливаемых в местах, где проходят кабели, трубопроводы и проч., надлежит получить разрешение от заинтересованных ведомств на производство работ, а самые работы производить осторожно лопатами без применения ударных инструментов.

Ограждение котлованов

При рытье котлованов в слабых грунтах и особенно при наличии грунтовых вод и плывунов, в целях предотвращения обвалов грунта и проникания воды в котлован, надлежит вести работы с ограждением.
Для ограждения котлованов применяют:

1. Дощатые ящики из 25-м теса, толщиной и размерами, соответствующими очертаниям котлована; их располагают по стенам котлованов и по мере его углубления отпускают звеньями один за другим по направляющим брускам, установленным в углах котлована.

Нижняя доска затесывается снаружи для лучшего проникновения в грунт.
Такое ограждение применяется при сыпучих грунтах без притока воды или с небольшим притоком воды в малых размерах котлованов глубиной 1,5—2,0 м.

1. Дощатое ограждение из досок толщиной 50 мм, забиваемых вертикально одна рядом с другой в виде свай. Забиваемые доски внизу и вверху котлована распираются бревнами или досками, образующими как бы направляющую раму по форме котлована.

Такое ограждение применяется при котлованах, имеющих стенки больше 2 м.

1. При значительном притоке грунтовых вод защитное ограждение в котловане делается из шпунтовых досок.

Нижний конец забиваемой доски затесывают в одну сторону для более плотного прилегания во время забивки к предыдущей доске.
При забивке досок надлежит следить за тем, чтобы гребень каждой доски входил в шпунт по всей длине.
Для придания большой жесткости шпунтовому ряду, во избежание выпирания досок под напором грунта ограждение распирается рамой из брусьев или бревен.

Водоотлив

В грунтах с притоком вод или в болотах рытье котлованов для опор производится с водоотливом (откачкой воды из котлована).
При небольшом притоке воды последняя вычерпывается ведрами из сточного углубления, поддерживаемого во время рытья котлована в одном из его углов.
При более сильных притоках воды, а также на болотах вода откачивается насосами.
Применяются насосы: 1) диафрагмовые («Лягушка») (фиг. 45 и табл. 62); 2) поршневые (фиг. 46 и табл. 63).
Таблица 62
Диафрагмовые насосы

Фиг. 46. Насос поршневой.
Таблица 63
Насосы поршневые

Центробежные, приводимые в действие двигателем внутреннего сгорания или электродвигателем (табл. 40, § 59).
Рытье котлованов в мерзлом грунте производится следующими способами:
а) Оттаивание грунта кострами (длительный и требует много топлива).

1. Разрыхление грунта ударными инструментами: ломами, клиньями, скарпелями (наиболее часто применяемый, хотя также довольно длительный).
2. Разрыхление грунта взрывчатыми веществами. Способ наиболее эффективный, но применяемый редко, лишь в случае больших объемов работ в мерзлом грунте, так как взрывные работы требуют сложной и специальной организации.

Выемка грунтов, насыщенных водой, при морозах производится одним из двух способов:

1. с водоотливом по лоткам, обеспечивающим сток воды со скоростью, не допускающей ее замерзания.
2. последовательным вымораживанием грунта, особенно рекомендуемым при сильных морозах с ветром.

Фиг. 47. Пневматический инструмент для земляных работ.

84. МЕХАНИЗАЦИЯ ВЫЕМКИ ГРУНТА ПРИ РЫТЬЕ КОТЛОВАНОВ

Механизация земляных работ при строительстве линий передачи осуществляется различными механизмами. Большие котлованы переходных опор роются экскаваторами, котлованы цилиндрической формы — буровыми машинами на автоходу и на гусеничном ходу и т. д. Характеристика землеройных механизмов и основные положения по выбору их приведены в главе 17.
Для разбивания мерзлых и скалистых грунтов применяется пневматический инструмент; характеристика инструмента приведена в гл. 17, табл. 44, 45 и 46 (фиг. 47).