Конструкции фундаментов выбираются в соответствии с типом опоры, с действующей на фундамент нагрузкой и характеристиками грунта, основания. В практике линейного строительства эти условия изменяются в широких пределах, поэтому на линиях применяются разные типы фундаментов, которые можно разделить на следующие основные группы: 1) фундаменты из железобетонных подножников или свай заводского изготовления; 2) фундаменты из металлических подножников; 3) специальные фундаменты — болотные, скальные и др.
Бетонирование фундаментов на удаленных друг от друга пикетах требует транспортировки инертных, цемента, воды и оборудования, а также значительных затрат труда на линии. При этом не может быть обеспечено такое же качество бетона, как при заводском изготовлении, а бетонирование на открытом воздухе в зимнее время встречает технологические и производственные трудности. Поэтому в настоящее время монолитные фундаменты почти полностью заменены фундаментами заводского изготовления и сооружаются только в тех редких случаях, когда применение фундаментов или свай заводского изготовления почему-либо невозможно, например при очень больших нагрузках, когда вес и габариты сборных фундаментов получаются слишком большими.
Последнее время на линиях применяются в основном типовые конструкции фундаментов, разработанные в проекте унификации 1960 г.: грибовидные подножники с вертикальными и наклонными колоннами, анкерные плиты и призматические сваи.
Рис. 3-42. Грибовидный железобетонный подножник для фундаментов стальных опор башенного типа
Для свободностоящих опор применяются подножники с вертикальными колоннами (рис. 3-42), для портальных опор на оттяжках — подножники с наклонными колоннами, соосными со стойками. Размеры плиты определяются из расчета подножника на вырывание и сжатие по прочности основания, ее толщина в месте примыкания к колонне — из расчета по прочности самой конструкции, по краям толщина принимается минимальной, допустимой по конструктивным и технологическим условиям, обычно 10—15 см. Размеры сечения колонны определяются действующими на нее нагрузками, количеством и расположением анкерных болтов, маркой бетона и толщиной защитного слоя. Обычно колонны выполняются квадратного сечения со стороной от 40 до 60 см.
Масса фундамента ограничивается грузоподъемностью применяемых на стройках механизмов. При разработке проекта 1960 г. она принималась равной 5 т, в настоящее время — 7 т.
Рис. 3-43. Грибовидный железобетонный подножник с наклонной колонной для анкерных угловых опор башенного типа
Рис. 3-44. Л-образный железобетонный подножник
Если при требуемых размерах плиты и колонны вес подножника превышает предельный, то подножники выполняются сборными из нескольких элементов. Обычно элементами сборного подножника являются плита и колонна, соединенные на пикете сваркой закладных деталей или на болтах с последующим бетонированием места соединения. Болтовое соединение обеспечивает большую технологичность работ на пикете, но расход металла при этом получается большим, чем при сварном.
Для тяжелых условий применяются грибовидные подножники с наклонной колонной (рис. 3-43), а для АП-образных опор сборные фундаменты с Л-образной стойкой и одной или двумя раздельными (рис. 3-44) плитами. В последнем случае плиты соединяются между собой с помощью балок, образуя неизменяемую систему. Для этого типа фундаментов болтовое соединение стоек с плитами является более целесообразным.
Для увеличения несущей способности грибовидных и Л-образных вырываемых подножников применяются пригрузочные плиты, для повышения устойчивости при опрокидывании горизонтальной силой — ригели. Для закрепления оттяжек опор используются квадратные и прямоугольные железобетонные анкерные плиты ребристой конструкции (рис. 3-45). Глубина их заложения определяется расчетом, а также возможностями применяемых механизмов.
Сравнительно широкое применение в линейном строительстве находят свайные фундаменты. Они обеспечивают полную механизацию работ, а главное, исключают земляные работы. В настоящее время сваи погружаются в грунт методом забивки, вибрирования или вибровдавливания. Применяемые механизмы позволяют погружать сваи сечением 35X35 см длиной до 12 м. В хороших грунтах для закрепления металлической промежуточной опоры башенного типа достаточно одной сваи под пояс, при этом расход материалов на свайный фундамент меньше, чем на фундамент из грибовидных подножников. В слабых грунтах и при больших нагрузках, когда под каждый пояс требуются 2 и более сваи, объединяемые железобетонным (рис. 3-46) или металлическим (рис. 3-47) ростверком, расход
материалов на свайные фундаменты и фундаменты из грибовидных подножников примерно одинаков. Экономичность свайных фундаментов увеличивается с увеличением длины свай, и, поскольку происходит постепенное внедрение более мощных погружающих механизмов, область применения свай также расширяется.
Рис. 3-45. Анкерная плита для крепления оттяжек опор
Свайные фундаменты чаще других применяются на линиях, проходящих по глубоким торфяным болотам, плывунам и т. д. В этом случае они обычно состоят из одного общего куста свай или раздельных кустов свай, головы которых заделываются в железобетонный ростверк. При относительном постоянстве уровня грунтовых вод применяются деревянные сваи, которые с целью предохранения от гниения погружаются ниже минимальной отметки уровня. При переменном уровне грунтовых вод применяются сваи из железобетона, стойкого против их агрессии. При наличии плотного подстилающего грунта на сравнительно небольшой глубине сваи погружаются до этого грунта и рассчитываются как сваи-стойки, передающие осевые сжимающие силы концами. Если плотные грунты глубоко, применяют висячие сваи, передающие осевые силы на грунт боковой поверхностью.
Для передачи очень больших нагрузок применяются железобетонные набивные сваи, бетонируемые непосредственно в грунт с использованием обсадных труб, которые оставляются в грунте или извлекаются из него при бетонировании. Такие сваи могут выполняться наклонными. Кусты из трех или более свай выполняются при этом в форме пирамиды, верхние концы свай заделываются в железобетонный ростверк. Фундаменты из набивных свай могут быть выполнены на очень большие нагрузки при сравнительно малом расходе бетона и арматуры, но производство работ трудно поддается контролю и их несущая способность может оказаться значительно ниже проектной.
Для тяжелых фундаментов применяются круглые сваи-оболочки заводского изготовления наружным диаметром 400 мм и более с закрытым или открытым нижним концом, цельные или составные. Отдельные секций свай-оболочек соединяются болтами или сваркой. Сваи-оболочки нашли применение в фундаментах опор больших переходов, где они успешно заменяют применявшиеся до недавнего времени фундаменты в виде опускных колодцев (рис. 3-48), бетонируемых на месте, и монолитные фундаменты на железобетонных сваях (рис. 3-49).
Рис. 3-47. Свайный фундамент с металлическим ростверком
Рис. 3-46. Свайный фундамент с железобетонным ростверком
Пока ограниченное применение в линейном строительстве нашли фундаменты из винтовых свай, при применении которых земляные работы также исключаются. Винтовая свая состоит из цилиндрического ствола с винтовой лопастью на конце (рис. 3-50). В примененных на линиях конструкциях лопасть состоит из одного витка. Она может выполняться из листовой стали или высокопрочного чугуна. Расход металла на чугунную лопасть около 100 кг. Ствол выполняется из цилиндрической железобетонной трубы с внешним диаметром 220 мм и толщиной стенки 50 мм. Захват сваи при завинчивании осуществляется за лопасть. Ключ, представляющий собой стальной цилиндрический стержень, вводится в полость ствола. Нижний конец ключа входит в паз винтовой лопасти, а верхний соединяется с рабочим органом машины для завинчивания. Винтовые сваи можно погружать в грунты всех видов за исключением полускальных и скальных.
Рис. 3-48. Фундамент под переходную свободностоящую опору башенного типа в виде опускного колодца
Для закрепления средненагруженных промежуточных и анкерных опор под каждый пояс завинчивается одна свая. Для сильнонагруженных анкерно-угловых опор требуется по две сваи под каждый пояс. Головы свай соединяются при этом с помощью балки, к которой они крепятся на фланцах. Ось балки располагается перпендикулярно к диагонали нижнего сечения ствола опоры. В этом случае обесценивается наибольшая несущая способность основания и конструкций при действии составляющих моментных пар, закручивающих стойки опоры.
Металлические подножники (рис. 3-51) применяются преимущественно в горных и труднодоступных районах, когда транспортные вопросы приобретают первостепенное значение. Чаще они выполняются как продолжение ствола опоры и заканчиваются плоской конструкцией из деревянных или железобетонных шпал (плоских балок), объединяемых с помощью поперечных швеллерных балок, которые передают давление на грунт как опорная плита. Деревянные шпалы применяют в тех случаях, когда обеспечиваются условия постоянного нахождения их в воде. Металлические подножники обычно выполняются болтовыми, состоящими из легких, удобных для перевозки элементов. Для закрепления в грунте опор с широкой базой применяются раздельные подножники под каждую ногу опоры. Для предотвращения коррозии стальные элементы металлических подножников цинкуются горячим способом. Металлические подножники применяются за рубежом, в частности в США.
Рис. 3-49. Общий свайный фундамент под переходную металлическую свободностоящую опору башенного типа
Монолитные фундаменты в настоящее время в СССР применяются только для очень сильно нагруженных опор анкерного типа, в очень слабых грунтах, а также для больших переходов. Пример конструкции монолитного фундамента дан на рис. 3-52. К монолитным относятся также набивные фундаменты, бетонируемые непосредственно в котлованах требуемой формы, которые роют на месте установки опор (рис. 3-53). В отечественной практике применены на линии 400 кВ Куйбышев—Москва. Для повышения несущей способности на вырывание, они выполняются с расширением нижней части. Набивные фундаменты экономичны, но их применение требует организации бетонных работ на линии и тщательного контроля за их выполнением. .
На заболоченных участках с неразложившимся торфом иногда применяются так называемые плавающие фундаменты из металлических труб с герметически закрытыми концами или из деревянных бревен, связанных в виде плотов и загруженных камнями до полного погружения в воду деревянных конструкций. Фундаменты из бревен В форме плота 11х11 м применены в Финляндии для портальных опор на оттяжках.
Рис. 3-51. Металлический подножник широкобазной опоры
Рис. 3-50. Винтовая свая с железобетонным стволом
Если основанием является прочная скала, представляющая собой монолитный массив, анкерные болты могут быть заделаны непосредственно в скалу (рис. 3-54). Для этого в скале бурятся отверстия, диаметр которых принимается на 10—15 см больше диаметра болтов. Глубина отверстий определяется действующими нагрузками и величинами сопротивлений сцепления болтов с бетоном. Болты вставляются в отверстия и заливаются цементно-песчаным раствором. Иногда применяется расклинивание концов анкерных болтов. Однако, как показывают испытания, оно не увеличивает несущей способности заделки. Отметки мест заделки анкерных болтов перед бурением отверстий выравниваются путем удаления лишнего скального грунта, устройством в более низких местах бетонных подушек или комбинированным способом. Устройство бетонных подушек предпочтительно, так как исключает возможность нарушения сплошности скалы, особенно при ее удалении путем взрыва.
Рис. 3-52. Монолитный фундамент под переходную опору башенного типа
Рис. 3-53. Набивной фундамент под портальную свободностоящую опору 400 кВ
В 1970—1972 гг. с учетом накопленного за последнее время опыта эксплуатации разработаны новые типовые конструкции фундаментов: железобетонные подножники, анкерные плиты и призматические сваи. Грибовидные подножники разработаны с вертикальными и наклонными колоннами. Первые рекомендуются для фундаментов всех промежуточных опор и анкерноугловых, применяемых на небольшие нагрузки, вторые — для сильно нагруженных анкерно-угловых опор. Наклон колонн этих подножников принят таким, чтобы обеспечивалась их соосность с поясами опор. При этом достигается практически полная разгрузка подножников от опрокидывания, существенно облегчающая работу оснований и конструкций фундаментов. Значительно уменьшается расход материалов как за счет уменьшения размеров подножников, так и за счет их разгрузки от изгиба. Сооружение фундаментов и монтаж опор при применении наклонных подножников сложнее, чем при применении прямых.
Рис. 3-54. Заделка анкерных болтов в скале
Для фундаментов сильно нагруженных анкерно-угловых опор, устанавливаемых на участках со слабыми грунтами, разработаны подножники с навесными плитами. Они собираются на болтах непосредственно на пикете. Конструкции узлов обеспечивают жесткость фундамента при действии вырывающих нагрузок. Применение для увеличения несущей способности вырываемых подножников свободно укладываемых пригрузочных плит признано нецелесообразным, поскольку расчетными для подножников в этом случае являются значительно более тяжелые условия их применения с плитами, что приводит к существенному увеличению расхода материалов, тогда как применяются они преимущественно без плит, т. е. на меньшие нагрузки. Помимо этого, как показали испытания, несущая способность подножников со свободно уложенными плитами из-за повышенной деформативности не всегда может быть реализована. .
Для повышения несущей способности сжатых подножников применяются подкладные плиты, увеличивающие площадь опирания.
Все анкерные плиты для закрепления опор на оттяжках разработаны прямоугольными с отношением сторон 1,5 и 2,0 вместо применявшихся квадратных и прямоугольных с небольшим отношением сторон.
Для свайных фундаментов разработаны призматические сваи квадратного сечения 25X25 и 35X35 см длиной от 6,0 до 12,0 м из вибрированного бетона, а также цилиндрические центрифугированные сваи-оболочки наружным диаметром 56 см и длиной от 7,8 до 22,6 м. Эти сваи обеспечивают возможность закрепления типовых опор практически во всех встречающихся случаях. Рациональной областью применения свай оболочек являются слабые грунты и заболоченные участки линий со значительной глубиной залегания торфа.
