8-8. РАСЧЕТ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ОПОР НА ПРОЧНОЙ СКАЛЕ
В тех случаях когда основанием является прочная скала, залегающая с поверхности или на сравнительно небольшой глубине, опоры могут быть закреплены с помощью анкерных болтов или анкерных устройств в виде болтов и рымов для крепления оттяжек, заделываемых непосредственно в скальном массиве. Один из типов такого закрепления дан на рис. 3-54.
Сжимающие силы, создаваемые опорами, передаются установленными на прочной скале опорными башмаками через цементную подливку непосредственно на скальный массив. Передаваемые на скалу поперечные силы вызывают срез, а вырывающие — растяжение анкерных болтов, заделанных в скальный массив. Расчет закреплений опор на скале при действии сживающих и поперечных сил трудностей не встречает, поэтому здесь рассматривается только расчет закреплений на действие вырывающих сил.
Анкерные болты опор линии электропередачи закрепляются в пробуренных в скале отверстиях — шпурах (см. рис. 3-54). Диаметр шпура отличается от диаметра болта на 1,5—2,0 см; пространство между болтом и стенкой шпура заполняется цементным раствором. Обычно анкерные болты имеют на концах продольный разрез, расширяемый вставленным в него клином (это достигается ударами по верхнему концу болта после помещения его вместе с клином в шпур), или обычную головку. Как показали полевые испытания, проведенные К. П. Крюковым в 1941 г. на линии электропередачи 220 кВ ГЭС № 11 в Ленинграде, различие концевых устройств на прочность заделки болта в шпуре практически не влияет и при расчете можно считать, что она обеспечивается только силами сцепления между болтом, бетоном и стенками скалы.
Рис. 8-41. Схема, принимаемая при расчете заделанного в скалу болта на вырывание
Ввиду тогo, что удельное сцепление между бетоном и болтом и бетоном и скалой практически одинаково, а периметр шпура больше периметра болта, далее при рассмотрении заделки болта в скале считается что бетон и скала монолитны. Следует отметить, что при испытаниях не было случаев выдергивания бетонного заполнителя из скалы.
На рис. 8-41 дана расчетная схема болта длиной l, вырываемого из скалы осевой силой N. Силы сцепления τу, приходящиеся на единицу площади боковой поверхности болта, распределены по длине болта неравномерно. Это подтверждается испытаниями заделок анкерных болтов опор линий электропередачи, а также экспериментальными данными, полученными при выдергивании осевыми силами арматуры из бетонного массива, которые показывают, что среднее удельное сцепление зависит от длины заделки и уменьшается с ее увеличением [50].
Вывод предлагаемых формул для расчета заделок анкерных болтов в скалу основан на следующих допущениях.
- Силы сцепления между болтом и бетоном в произвольной точке пропорциональны перемещению сечения, соответствующего этой точке, равному удлинению концевого участка болта (т. е. конца болта до рассматриваемого сечения).
- Жесткость скального массива принимается бесконечной.
- Сужение сечения болта под действием растягивающих сил не учитывается.
Из первых двух допущений следует, что концевое сечение болта неподвижно, а значит, силы сцепления на конце болта равны нулю. Это соответствует условиям работы достаточно глубоко заделанных болтов. Для коротких болтов метод дает заниженные значения вырывающей силы, тем более заниженное, чем короче болт.
В соответствии с первым условием можно написать: 
На рис. 8-41 приведена эпюра τ, соответствующая (8-121). В действительности, как показывают эксперименты, распределение сил сцепления по длине болта имеет вид, показанный на рис. 8-42, а.
Уменьшение сил сцепления для верхней части болта объясняется деформациями скалы и сужением сечения болта, которые не учтены при выводе соотношения (8-121).
Эпюра на рис. 8-42, а может быть заменена приближенной (рис. 8-42, б) с верхним треугольным участком. Эта эпюра имеет меньший коэффициент полноты, чем действительная, и, следовательно, расчет по полученным на ее основании формулам будет недооценивать действительную прочность.
Из условия равновесия следует, что
(8-123)
Длина заделки меньше 50 см не рекомендуется даже при незначительной величине вырывающей силы. Применение болтов длиной более 150 см вследствие уменьшения коэффициента В становится нецелесообразным.
Как видно из приведенного вывода, при надежной заделке болта цементным раствором концевые устройства не нужны, но при ухудшении ее механических свойств из-за случайных причин роль концевых устройств может оказаться главной, вследствие чего они рекомендуются как страхующие.
Проверка прочности заделки производится по формуле:
