Строительство ЛЭП 35-500кВ в тяжелых условиях - Закрепление опор ЛЭП

Глава третья
ЗАКРЕПЛЕНИЕ ОПОР

3-1. Общие положения

Большое многообразие встречающихся грунтов для упрощения можно отнести к нескольким основным- группам.

1. Крепкие скалы.
2. Грунты с вкраплениями гальки, гравия и валунов.
3. Мягкие грунты (пески, супеси, суглинки, глины), закрепление опор, в которых не имеет непосредственного отношения к теме книги и потому рассматривается только в связи с тяжелыми трассами.
4. Слабые грунты.
5. Болота.

Для закрепления опор в сложных грунтовых условиях практически еще нет единых типовых конструкций. Однако значительное распространение получили местные типовые конструкции, успешно применяемые одной 'или несколькими организациями. Некоторые из таких конструкций рассмотрены в настоящей главе.
Такие качества трассы, как бездорожье и пересеченность местности, также иногда влияет на конструкцию фундамента. Для упрощения транспортировки фундаментов на трассу иногда применяются металлические подножники, защищаемые от коррозии цинковым покрытием или просто слоем битума. Металлические подножники примерно в 5—6 раз легче железобетонных. Сложность доставки на место производства работ тяжелых сваепогружающих машин подчас заставляет отказываться от применения железобетонных свай.

3-2. Закрепление опор на скалах

Общие сведения.

Ниже рассматривается закрепление опор на монолитных крепких скалах, не имеющих трещин, расслоений, выветриваний и допускающих заделку скальных болтов (за исключением особо оговоренных случаев). Применяемые способы закрепления опор на скалах позволяют сравнительно просто и надежно закрепить все типы опор ЛЭП 35-500 кВ. На опыте закрепления опор на скалах можно сформулировать некоторые рекомендации.

1. Везде, где возможно, надо использовать прочность крепкой скалы.
2. Для закрепления анкерных болтов в крепкой скале глубину заделки болтов, а также диаметр шпуров следует выбирать в соответствии с данными раздела «Скальные болты», которые приняты на основании результатов испытаний заделки анкерных болтов в 1965 г. При этом, если диаметр анкерного болта принимается по условию действия изгибающего момента, то заглубление болта может быть несколько уменьшено.
3. Диаметр скальных болтов не следует выбирать более 42 мм, однако более целесообразно применять болты диаметром до 30 мм включительно, так как при этом шпуры могут быть образованы ручным мотоперфоратором С-359 м.
4. Конструкция скальных болтов должна позволять расклинивание без повреждения резьбы, для чего на верхнем конце болта делается проточка.

Рис. 3-1. Скальные болты
Устанавливают опоры с применением тех же приспособлений, которые используются для установки опор на фундаменты в нормальных грунтах.

Скальные болты.

Основным элементом закрепления опор на крепкой скале являются скальные болты (рис. 3-1), состоящие из собственно болта и клина, которые изготавливаются из стали марки Ст. 3. Основные размеры скальных болтов приведены в табл. 3-1.

Глубина L и диаметр D шпуров в зависимости от диаметра болтов dполученные в результате проведенных испытаний, следующие:

Таблица 3-1
Размеры (в миллиметрах) и вес (в килограммах) скальных болтов (рис. 3-1)
Болты

Способы бурения шпуров и заделки болтов в скалу приведены в гл. 4. Прочность заделки болтов в скалу достигается расклиниванием и бетонированием. Для обеспечения падежного расклинивания должно быть выдержано соотношение
D = d + а + (10 - 15),
где а — ширина клипа (рис. 3-1).

Закрепление металлических опор.

Наиболее просто закрепляются на скалах металлические опоры с оттяжками, опирающиеся в одной точке (в первую очередь одностоечные опоры типа ПОМ, ПОДМ, АУОМ).'Использование таких опор не требует применения разновысотных фундаментов при наклонном расположении поверхности скалы и большой точности взаимного расположения элементов фундамента; кроме того, при сооружении фундаментов таких опор может быть достигнута более высокая степень индустриализации.
Рекомендации по закреплению на скалах металлических опор 110—330 кВ с оттяжками приведены в табл. 3-2.
Таблица 3-2
Закрепление одностоечных металлических опор 110—330 кВ с оттяжками на скалах

Узлы закрепления на скалах металлических одностоечных опор с оттяжками приведены на рис. 3-2.
Для закрепления стоек независимо от типа опоры применяются одни и те же конструкции. Для возможности использования одних и тех же монтажных шарниров колонки (рис. 3-2, б) и стойки подножников (рис. 3-2, г) должны иметь квадратное сечение 400 X 400 мм. Если подножик выступает над поверхностью земли на высоту более 0,2 м, то насыпается банкетка диаметром по верху 3 м.

Рис. 3-2. Закрепление одностоечных металлических опор 110—330 кВ с оттяжками на скалах: а, в — схемы закрепления при. расположении скалы на различных глубинах; б — металлическая колонка; г — металлический подножник; д, е, ж — анкеры для крепления оттяжек на усилия 5, 15, 25 тс
1 — железобетонный подножник Ф1-П-ОК или металлический подножник; 2 — железобетонный подножник Ф1-П-О или металлический подножник

Конструкции анкеров для крепления оттяжек выбираются в зависимости от величины действующего по оттяжкам тяжения (рис. 3-2,д, е, ж). Анкер с восьмью скальными болтами применяется для закрепления угловых опор, чтобы можно было использовать скальные болты диаметром 30 мм. При небольших углах поворота трассы ЛЭП болты, обозначенные буквой А, не устанавливаются. Следует отметить, что освоение наклонного бурения шпуров позволит значительно упростить конструкцию анкеров.
В табл. 3-3 приведены основные показатели закрепления на скалах некоторых опор.
Таблица 3-3
Расход металла и общая длина шпуров при закреплении металлических опор с оттяжками на скалах

Закрепление на скалах свободностоящих опор более сложно, так как при наклонном расположении поверхности скалы элементы фундамента должны иметь различную высоту; кроме того, фундамент должен быть рассчитан на действие горизонтальной нагрузки. Ввиду того что материалы изысканий трассы не дают точных сведений о высотных отметках расположения поверхности скалы под каждой ногой опоры, невозможно предварительно изготовлять колонки и приходится сооружать их на месте, при этом строители также заранее не знают длин скальных болтов. Более подробные данные изысканий на пикетах позволили бы централизованно изготовлять колонки, в результате чего повысился бы уровень индустриализации строительства. При залегании скалы с поверхности устанавливается бетонная колонка высотой 0,2 м (рис. 3-3, а) для промежуточных опор без арматуры. При залегании скалы под слоем мягкого грунта или для компенсации косогорности высота колонки увеличивается в пределах до 1,5 м, при этом обязательно устанавливается и анкеруется в скалу арматура (рис. 3-3, в). Глубина заложения в скалу болтов не изменяется в зависимости от высоты банкетки. Если поверхность скалы располагается глубже чем на 1,5 м, применяются обычные подножники и насыпается банкетка.
Для упрощения закрепления на скалах анкерных опор, если позволяет прочность, в каждом опорном узле устанавливается по два скальных болта вместо четырех (рис. 3-3,а). 

Рис. 3-3. Закрепление анкерных и угловых свободностоящих опор на скалах, а — закрепление анкерной опоры двумя скальными болтами в каждом опорном узле; б — закрепление прижатых ног угловой опоры двумя скальными болтами; в — железобетонная колонка для закрепления одной ноги опоры.
На рис. а, б залитыми окружностями показаны скальные болты, а незалитыми — отверстия в пяте опоры без скальных болтов
У анкерно-угловых опор, устанавливаемых на углах поворота трассы более 20°, прижатые ноги опоры закрепляются двумя скальными болтами (рис. 3-3,б).
Закрепление железобетонных опор 35—220 кВ. Как правило, на трассах с крепкими скалами железобетонные опоры не применяются. Однако на некоторых ЛЭП отдельные опоры (практически только промежуточные) устанавливаются на скалах. На крепких скалах опоры, как правило, закрепляются с помощью оттяжек (расположение оттяжек такое же, как и при закреплении опор на болотах). 
Рекомендации по закреплению железобетонных опор 35—220 кВ на крепких скалах приведены в табл. 3-4, а узлы закрепления опор — на рис. 3-4, а, б, в.
Таблица 3-4
Закрепление железобетонных опор 35—220 кВ на крепкой скале
Глубина заложения скалы, м

Чаще железобетонные опоры закрепляются на слабой (известняк, мергель и т. п.) или разборной скале, где невозможна заделка нормальных скальных болтов. В таких грунтах опоры обычно закрепляются без оттяжек. При этом прочность заделки увеличивается за счет фиксированного положения нижнего конца ствола опоры в скальном грунте. Схемы закрепления опор и приведены на рис. 3-4, г, д, е.
Канд. техн. наук А. И. Курносов и автор книги разработали упрощенную методику определения конструкции закрепления железобетонных опор на базе конических и цилиндрических стоек длиной 22,6 и 22,2 м, закрепляемых в грунтах, перечисленных в табл. 3-5.

Таблица 3-5 Обозначения грунтов

Выбор конструкции закрепления опоры производится следующим образом.

1. Из проекта конкретной ЛЭП находится количество цепей, скоростной напор ветра, характеристика грунта, марка провода и грозозащитного троса.
2. По табл. 3-6 определяется ветровой момент Ма, действующий на опору. (В таблице значение момента дано с коэффициентом запаса, принимаемым для промежуточных опор равным 1,5; для анкерных и угловых опор значения моментов, полученных из табл. 3-6, должны быть увеличены соответственно на 1,2 и 1,33.)
3. По табл. 3-7 предельных моментов Мпр выбирается конкретная конструкция закрепления опоры в грунте. Предельные моменты вычислены на

Рис. 3-4. Закрепление железобетонных промежуточных опор 35—220 кВ на скалах: а, б — крепление ствола при закреплении опоры с помощью оттяжек; в — анкер для крепления оттяжек; г, д, е — конструкции закрепления опор при подстилающей скале

Таблица 3-6. Опрокидывающие ветровые моменты (в тс. м), действующие на железобетонные промежуточные опоры

Таблица 3-7
Предельные моменты Мпр (в тс. м) при закреплении железобетонных опор в различных грунтах

ЭВМ в соответствии с Инструкцией по расчету закреплений в грунте свободностоящих железобетонных опор, разработанной институтом «Энергосеть- проект» в 1965 г. Для учета влияния скалы в расчетах условно была принята установка нижнего ригеля.
При выборе конструкции закрепления опоры необходимо соблюдать условие

3-3. Закрепление опор в грунтах с вкраплениями гальки, гравия и валунов

В настоящее время еще нет отработанных типовых способов закрепления опор в грунтах с вкраплениями гальки, гравия и валунов, которые бы учитывали специфические особенности этих грунтов и были индустрии льны.
В табл. 3-8 приведены некоторые применяемые способы закрепления металлических опор.
Таблица 3-8
Способы закрепления металлических опор в грунтах с вкраплениями гальки, гравия и валунов

* Только для закрепления промежуточных опор.
Применение типовых способов закрепления опор весьма трудоемко в связи с необходимостью производства земляных работ в тяжелых грунтах.

Грунты с вкраплениями обычно бывают более плотными, объемный вес необводненного грунта в засыпке составляет 1,7—2,0 т/м³ (большее значение относится к грунтам с включением валунов и крупнообломочным породам), а угол естественного откоса—до 45—50° (для нормальных грунтов эти характеристики принимаются соответственно 1,5 т/м³ и 30°). Поэтому использование укороченных железобетонных подножников высотой 2,2 м для. промежуточных опор и 2,7 м для угловых уменьшает объем земляных работ. Несущая способность укороченных подножников, устанавливаемых в тяжелых грунтах, примерно равна несущей способности унифицированных подножников в нормальных грунтах.

Рис. 3-5. Закрепление металлических опор в грунтах с вкраплениями гальки, гравия и валунов: а — недозаглублениая анкерная плита с наклонной банкеткой (размеры даны для плит АП-2 и АП-3); б — термонабивная свая; в, г — использование валунов для закрепления опор и оттяжек
Для упрощения устройства анкеров применяются недозаглубленные до 1,2 м анкерные плиты и насыпаются наклонные банкетки (рис. 3-5, а), благодаря чему объем грунта банкетки уменьшается на 35—40%. Произведенные в 1967 г. испытания набивных свай, устанавливаемых в скважинах, образованных ручным термобуром (термонабивные сваи), показали их большую прочность сцепления с грунтом [6]. Разрушающая вертикальная нагрузка на 1 м длины сваи 12—16 тс, а прочность сцепления боковой поверхности сваи с грунтом 19—26 тс/м². Разработанными на основании результатов испытаний термонабивными сваями были закреплены отдельные свободностоящие металлические опоры (рис. 3-5, б).На одну термонабивную сваю было израсходовано 40 кг стали и 0,08 м³ бетона [2].   

Для закрепления промежуточных опор 35—330 кВ используются валуны, для закрепления стоек опор — валуны естественного залегания (рис. 3-5 в), а для крепления оттяжек опор — валуны как естественного залетания, так и перемещенные в котлован (рис. 3-5, г). Допускаемая нагрузка на валун зависит от его размеров (а, б, в на рис. 3-5, в).
Валуны естественного залегания могут использоваться для закрепления опор только при соблюдении следующих условии:

1. валун должен состоять из крепкой неразборной скалы без трещин, допускающей заделку скальных болтов;
2. валун должен находиться в грунте не менее чем на 0,9 своей высоты;
3. узел крепления к валуну опоры пли оттяжки должен выполняться таким же, как если бы производилось крепление к крепкой скале;
4. ось, в направлении которой действует усиление, при своем продолжении должна пересекать центр валуна.

Для увеличения возможности использования валунов целесообразно хорошо знать допускаемые перемещения опоры и узлов крепления оттяжек.
В местах, где на поверхности земли расположено много валунов и обломков скалы, для небольших нагрузок экспериментально применялись поверхностные фундаменты (подножники устанавливались на поверхность земли и засыпались валунами и обломками скалы).