3-2. КОНСТРУКЦИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ОПОР. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Железобетонные опоры по сравнению с деревянными более долговечны и экономичны в эксплуатации, так как практически не требуют ухода и ремонта. Основным преимуществом железобетонных опор по сравнению с металлическими является снижение расхода стали на 40—60% в зависимости от типа опор и уменьшение эксплуатационных расходов, так как железобетонные опоры не требуют периодической окраски. Недостатком железобетонных опор по сравнению с опорами из других материалов является их большой вес, вызывающий увеличение транспортных расходов и усложняющий монтаж опор, что долгое время ограничивало их применение.
Развитие производства строительных материалов и в частности цементов высоких марок и высокопрочной арматуры обеспечило снижение массы железобетонных изделий, устранив тем самым основное препятствие к применению железобетонных опор на линиях электропередачи. Сейчас железобетонные опоры применяются как в сетях низкого напряжения, так и на высоковольтных линиях напряжением от 35 кВ и выше.
Первые железобетонные опоры в Советском Союзе были разработаны в 1933 г. Тбилисским научно-исследовательским институтом сооружений и гидроэнергетики (ТНИСГЭИ), по проектам которого были построены некоторые участки контактной сети и линий электропередачи. Эти опоры были выполнены из коротких центрифугированных цилиндрических труб с телескопическим соединением и с заделкой стыков цементным раствором. В дальнейшем опоры аналогичного типа для линий 6, 10 и 35 кВ применялись трестом Энергомонтажнефть, стыки секций опор выполнялись путем сварки закладных частей.
По способу изготовления железобетонные опоры можно разделить на опоры, бетонируемые на пикете, и опоры, собираемые из элементов заводского изготовления.
В начале применения железобетонных опор на линиях электропередачи они изготавливались главным образом первым способом, имеющим некоторые преимущества. Высота опор и вылеты траверс в этом случае могут быть легко приспособлены к местным условиям, если на трассе требуются опоры разных видов. В труднодоступных районах облегчаются условия транспорта, так как материал доставляется в небольших количествах, а опалубка может выполняться сборной: подвозятся небольшие партии легких деталей. Опоры, бетонируемые на месте, не имеют стыков и не требуют ограничения веса, что упрощает конструкцию и уменьшает массу металла, расходуемого дополнительно для армирования стыков. При бетонировании на месте можно сооружать железобетонные опоры большой высоты на очень большие нагрузки. В зарубежной практике бетонирование опор на пикете выполняется двумя способами — в горизонтальном и вертикальном положениях. При первом способе арматура заготавливается на подходящем месте в районе строительства, откуда развозится по пикетам. На пикет доставляются цемент или товарный бетон, а также опалубка, которая укладывается горизонтально на грунте или специальном деревянном настиле. Арматурные стержни укладываются и вяжутся в опалубке, после чего производится бетонирование. Бетонная смесь приготавливается механическим способом, а ее укладка производится с вибрированием. По этому способу сооружались, например опоры типа ПОРР массой до 40 т и высотой до 30 м, рассчитанные на горизонтальную нагрузку в вершине до 200 кН, имевшие в свое время широкое распространение в Австрии. Стойки промежуточных нормальных опор выполнялись двутаврового сечения (рис. 3-1), промежуточных специальных опор, рассчитанных на большие нагрузки, а также анкерных и переходных опор — полыми четырехгранными с восьмигранными вырезами в боковых стенках для уменьшения массы (рис. 3-2).
Рис. 3-1. Промежуточная одностоечная свободностоящая опора системы ПОРР со стойкой двутаврового сечения, бетонируемая на пикете
Рис. 3-2. Анкерная одностоечная свободностоящая опора системы ПОРР с полой четырехгранной стойкой, бетонируемая на пикете.
Чтобы избежать подъема опор большого веса, бетонируемых на пикете, были разработаны специальные способы бетонирования опор в вертикальном положении без применения лесов. В несущую опалубку, собираемую в горизонтальном положении укладывается арматурный каркас, а затем она устанавливается в вертикальное положение и закрепляется с помощью оттяжек. Бетон загружается через отверстия в одной из боковых стенок опалубки, расстояния между которыми выбраны так, чтобы исключить возможность расслаивания бетона при падении. По этому способу сооружались железобетонные опоры высотой до 60 м.
Наряду с указанными преимуществами изготовление железобетонных опор на пикете имеет ряд существенных недостатков. Для бетонирования на месте требуется квалифицированная рабочая сила, необходимо тщательное наблюдение за процессом изготовления и наличие вблизи трассы подходящих карьеров. Выполнение бетонных работ на пикете характеризуется низкой производительностью труда, и, кроме того, зависит от климатических условий, в частности, бетонные работы на линии практически невыполнимы в зимнее время. Изготовление железобетонных опор на пикете исключает индустриализацию и поточность строительных работ на линии.
По этим причинам в отечественной практике сооружение железобетонных опор непосредственно на линии не применяется и все строительство линий на железобетонных опорах базируется на заводских изделиях. В зарубежной практике в настоящее время также применяются железобетонные опоры заводского изготовления. Основными преимуществами заводского изготовления железобетонных опор являются его индустриальность и высокая производительность, возможность выбора инертных надлежащего качества, наиболее рациональной технологии и тщательный контроль за качеством изделий. Однако в этом случае приходится считаться с ограничением размеров заводских изделий в соответствии с размерами производственного оборудования и габаритами транспортных средств.
На заводах опоры могут изготавливаться способом центрифугирования или способом вибрирования. При центробежном способе изготовления опор возможно механизированное поточное производство трубчатых стоек кольцевого сечения из бетона высокого качества. Для такого производства не могут быть использованы приспособления и механизмы обычных заводов железобетонных изделий, а необходимы специальные центробежные машины. При изготовлении железобетонных опор способом вибрирования Можно получать любую форму сечения, но кольцевые формы получаются значительно сложнее, чем при центрифугировании. Опоры из вибробетона выполняются как с открытым профилем (крестообразные, двутавровые и т. д.), так и с закрытым (полые квадратные, прямоугольные, треугольные и т. п.).
В Германии и Австрии до 1940 г. на линиях электропередачи 15 кВ были распространены железобетонные опоры системы Киссе (рис. 3-3). Опоры этого типа состоят из трех ребер, расположенных под углом 120° друг к другу. Продольная арматура устанавливается в наружных уширениях ребер, а поперечная арматура из спиралей — в уширенных краях ребер и в самих ребрах. Для увеличения жесткости ребра соединены между собой по высоте диафрагмами.
На линиях с горизонтальным расположением проводов применяются железобетонные опоры в виде плоского портала со стойками из конических и траверсами из цилиндрических железобетонных труб (рис. 3-4). Прочность и жесткость таких опор
при действии поперечных и продольных горизонтальных нагрузок получаются более высокими при жестком соединении траверсы со стойками и жесткой заделке стоек в грунте. Последняя должна обеспечивать также минимальную разность вертикальных осадок стоек. Жесткость верхних узлов может быть достигнута соединением элементов на цементном растворе в специальных железобетонных обоймах.
Рис. 3-3. Анкерная одностоечная свободностоящая опора 15 кВ системы Киссе .
Рис. 3-4. Промежуточная портальная опора 110 кВ
Жесткая заделка стоек в грунте, удовлетворяющая этим требованиям, достигается применением блочного фундамента. Такая портальная опора экономична, но монтаж ее сложен и связан с бетонными работами на пикете.
Для уменьшения массы перевозимых элементов железобетонных конструкций, а также для уменьшения объема и облегчения сооружения фундаментов на некоторых линиях электропередачи применены решетчатые пространственные опоры по схеме стальных опор башенного типа со стволами из поясов и раскосов. Пояса этих опор выполняются из центрифугированных труб небольшого диаметра, а решетка из вибрированных стержней, узлы соединений поясов и раскосов бетонируются на месте сборки опоры.
Такое конструктивное решение вряд ли можно считать рациональным, так как оно требует больших трудозатрат на линии.
Соединение труб при помощи рабочей арматуры, пропускаемой в специальных каналах, требовало увеличения толщины стенки и, следовательно, расхода бетона. На трассе в этом случае нужно выполнять довольно сложные работы по напряжению арматуры с последующей инъекцией раствора в каналы, что также затрудняет производство работ в зимнее время. Все указанные обстоятельства привели к наиболее целесообразному решению, создающему условия для массового внедрения железобетонных опор в линейное строительство в Советском Союзе, — к применению цельных длинномерных стоек, изготавливаемых на заводах и доставляемых на трассу с помощью автомашин и тракторов на специальных прицепах и инвентарных транспортных кассетах.
Одним из видов железобетонных опор, примененных за границей, являются также конструкции из стальных тонкостенных труб, заполняемых внутри бетоном: бетон увеличивает прочность трубы и защищает ее внутреннюю поверхность от коррозии. Опоры этого типа (рис. 3-5) применены на линиях напряжением 110 и 220 кВ.
Закрепление в грунте железобетонных опор, как например портальных (рис. 3-4), осуществляется с помощью блочных фундаментов или путем, непосредственной заделки стоек в грунт с усилением в необходимых случаях с помощью ригелей. Ригели представляют собой железобетонные конструкции, закрепляемые на стойках опор ниже уровня грунта (рис. 3-6) замоноличиванием или с помощью болтрв в зависимости от их конструкции (cм. рис. 3-10).
Первые железобетонные опоры в Советском Союзе изготавливались из коротких труб, соединяемых друг с другом на пикете. Такой способ сооружения линий электропередачи на железобетонных опорах обладал рядом недостатков, наиболее существенный из которых — необходимость бетонирования на пикете, вызывающего затруднения при отрицательных температурах. Чтобы исключить эту операцию были разработаны соединения труб с помощью сварки, однако в этом случае значительно увеличивался расход металла на закладные детали.
Рис. 3-5. Промежуточная опора 110 кВ из стальных труб, заполненных бетоном
В Советском Союзе все железобетонные опоры для линий электропередачи 110 кВ и выше выполняются только из цельных длинномерных стоек длиной 22,2— 22,6, что дает существенный экономический эффект. В настоящее время разработаны и входят в практику строительства линий электропередачи стойки длиной 26 и 26,4 м.
Рис. 3-6. Конструкции ригелей для закрепления железобетонных опор в грунте
