1 НАГРУЗКИ НА ФУНДАМЕНТЫ ОПОР И ПРОЧНОСТЬ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ОПОР В ГРУНТЕ
На фундаменты и элементы закрепления опор действуют значительные нагрузки, которые определяются:
а) массой опоры rQ0 проводов Qn, гирлянд изоляторов Qr, грозозащитных тросов QT, а также льда, который при определенных погодных условиях может образовываться на проводах и тросах (рис. 3,а—в);
б) давлением ветра на опору Р0, на проводе Рп и грозозащитные тросы Рт (рис. 3, а—в);
ib) горизонтальной составляющей Тт тяжения по проводам и грозозащитным тросам (рис. 3,г) только у угловых опор;
г) тяжением по проводам и грозозащитным тросам, действующим на опору при обрыве проводов или грозозащитных тросов в одном из пролетов. При этом, если провод прикрепляется с помощью натяжной гирлянды изоляторов (анкерные, угловые опоры), на опору действует полное тяжение Т (рис. 3,д), при креплении провода с помощью поддерживающей гирлянды изоляторов (промежуточные опоры) на опору действует только часть тяжения Т, обозначенная на рис. 3,е КТ- Уменьшение тяжения происходит за счет перемещения точки А крепления провода в сторону пролета с необорванным проводом на расстояние L за счет поворота гирлянды изоляторов из вертикального положения в горизонтальное;
д) усилиями, возникающими при монтаже опоры и при натяжении проводов (монтажные нагрузки).
Нагрузки разнообразны по величине и направлению и зависят как от типа опоры, количества и сечения подвешиваемых проводов и грозозащитных тросов, так и от того, в каких климатических условиях расположена ВЛ.
По времени действия перечисленные нагрузки делятся на постоянные (весовые), действующие периодически с различной интенсивностью в разных направлениях (ветровые), аварийные, возникающие очень редко, причем время их возникновения заранее предугадать невозможно (обрыв проводов и грозозащитных тросов), и однократные, действующие только 1 раз в заранее известное время (монтажные).
При определении нагрузок, действующих на фундаменты или закрепления опор, в расчет принимается несколько сочетаний нагрузок, действующих на опору, например действие ветра наибольшей для данного района
Рис. 3. Нагрузки на опоры и их фундаменты.
а, б, в — нагрузки на опоры различных типов; г — схема действия горизонтальных нагрузок на траверсу угловой опоры; д, е — нагрузки на анкерную и промежуточную опоры при обрыве провода; ж, з, и, к —нагрузки на фундаменты различных типов.
скорости при отсутствии льда на проводах и тросах; действие ветра при скорости, равной половине наибольшей, и наличии на проводах льда; обрыв проводов одной или двух фаз или грозозащитного троса и т. д.
Сочетания нагрузок относятся к нормальному режиму работы ВЛ, если провода и тросы не оборваны, или к аварийному режиму, если оборваны провода или грозозащитный трос. Как правило, определяющими выбор фундаментов являются сочетания нагрузок нормального режима работы ВЛ.
По характеру действующих на них нагрузок все фундаменты опор ВЛ можно отнести к четырем группам, приведенным в табл. 3.
Таблица 3
Виды нагрузок, действующих на фундаменты, и их ориентировочные значения
Нормами предусматриваются более высокие коэффициенты запаса прочности фундаментов по отношению к нагрузкам нормальных режимов работы ВЛ, так как нагрузки аварийных режимов действуют на опоры очень редко. Для того чтобы не утяжелять конструкцию большого количества фундаментов, их часто не рассчитывают на действие горизонтальных нагрузок, возникающих при установке опор способом падающей стрелы или комбинированным способом. Поэтому на время монтажа фундаменты часто дополнительно укрепляются или поддерживаются в соответствии с указаниями на схемах монтажа опор ВЛ.
Дополнительно можно не закреплять фундаменты на время установки опор, если величина горизонтальной монтажной нагрузки меньше горизонтальной нагрузки, действующей в процессе эксплуатации опоры или при установке опоры в период, когда верхний слой земли промерз на глубину не менее 0,5 м.
В процессе монтажа проводов ВЛ могут действовать нагрузки, опасные для прочности фундаментов. Причинами их возникновения могут быть, например, создание большого одностороннего тяжения на анкерно-угловую опору в результате натяжения всех проводов только в одном анкерном пролете при отсутствии проводов в смежном анкерном пролете или вследствие натяжения только в одном анкерном пролете всех проводов одной цепи на двухцепных опорах. В связи с тем что анкерноугловые опоры рассчитываются на обрыв проводов одной или двух фаз, приведенные выше схемы нагружения опор при монтаже могут быть опасны как для прочности опор, так и их фундаментов, поэтому вопрос о порядке выполнения работ и необходимости принятия дополнительных мер решается в проекте производства работ.
Величины нагрузок, действующих на фундаменты, определяют их размеры, трудоемкость и стоимость, поэтому при прохождении ВЛ по особо тяжелым участкам трассы иногда применяют способы, уменьшающие нагрузки, действующие на фундаменты. К ним относятся: уменьшение длины пролета между опорами, уменьшение высоты опоры, применение опор с более широкой базой — для фундаментов промежуточных опор;
уменьшение тяжения в проводах и грозозащитных тросах, разбивка одного большого угла поворота трассы ВЛ на несколько меньших, применение опор с более широкой базой — для фундаментов угловых опор;
восприятия тяжения по проводам и тросам последовательно двумя концевыми опорами с таким расчетом, чтобы на каждую опору приходилась половина полного тяжения по проводам и тросам — для фундаментов концевых опор.
Следует также отметить, что уменьшение нагрузок на фундаменты опор дает внесение некоторых изменений в схемы опор, например: уменьшение угла наклона к горизонтали оттяжек; увеличение количества оттяжек, поддерживание оттяжкой свободностоящей опоры для уменьшения вырывающей нагрузки (при этом сжимающие нагрузки увеличиваются). Эта группа способов уменьшения нагрузок всегда требует предварительной проработки и не может считаться типовой.
Необходимая прочность закрепления опор определяется как прочностью конструкций самих фундаментов, так и прочностью закрепления фундаментов в грунте. Конструкции типовых фундаментов рассчитываются на наибольшие нагрузки, которые могут на них действовать. Изготовление фундаментов из материалов с заранее известными практически неизменными характеристиками, как правило, осуществляется в заводских условиях, что обеспечивает их удовлетворительное качество.
Прочность закрепления фундаментов в грунте зависит от качества выполнения работы на трассе ВЛ.
Для того чтобы не допускать ошибок при закреплении в грунте фундаментов, нужно знать, каким образом нагрузки, действующие на фундамент, воспринимаются фундаментом и передаются на грунт.
На рис. 4 схематически изображены способы передачи нагрузок на грунт фундаментами различных типов. Приняты следующие буквенные обозначения: Qф, QT — массы фундаментов и грунта; q — давление на единицу площади; qc — сила сцепления боковой поверхности сваи с грунтом, отнесенная к единице площади поверхности сваи.
Сжимающие нагрузки на грунт передаются: подножниками и монолитными бетонными фундаментами— давлением подошвы фундамента на грунт (рис. 4,а, д). При установке фундамента на слой гравия или щебня давление распределяется на несколько увеличенную поверхность грунта (рис. 4,6);
сваями — силой сцепления боковой поверхности сваи с грунтом и давлением нижнего торца сваи на грунт (рис. 4,в);
винтовыми сваями — давлением винтовой лопасти сваи на грунт и силой сцепления боковой поверхности сваи с грунтом (рис. 4,г).
Вырывающие нагрузки воспринимаются: монолитными бетонными фундаментами — весом самого фундамента (рис. 4,д);
подножниками — весом фундамента (15—20%) и весом объема грунта, расположенного на плите подножника (80—85%), границы объема грунта показаны линиями (рис. 4,е);
Рис. 4, Схемы передача фундаментами на грунт усилий. а, в, I — передача усилия сжатия подножником, сваей, винтовой сваей; б — передача сжимающего усади на увеличенную площадь ври подсыпке под плиту подножника гравия или щебня; д, е, ж, а — передача усилия вырывания монолитным бетонным фундаментом, подножником, сваей, винтовой сваей; и, к, л, м — передача горизонтальной нагрузка монолитным бетонным фундаментом, подножником, подножником с ригелем, сваей; я, о — передача опрокидывающего момента стволом железобетонной опоры, стволом железнобетонной опоры с ригелем.
сваями — весом сваи и силой сцепления боковой поверхности сваи с грунтом (рис. А,ж);
винтовыми сваями — давлением винтовой лопасти сваи на грунт с ненарушенной структурой и силой сцепления боковой поверхности сваи с грунтом (рис. 4,з).
Для нормальной работы фундамента, воспринимающего горизонтальные нагрузки, необходимо, чтобы удерживающий момент был больше опрокидывающего NTH (рис. 4,и).
Горизонтальные нагрузки воспринимаются: монолитными бетонными фундаментами — весом фундамента;
подножниками — весом фундамента и весом грунта (рис. 4,к);
подножниками с ригелем — как весом фундамента, так и весом грунта и давлением ригеля на грунт, что создает дополнительное сопротивление перемещению подножника в грунте (рис. 4,л);
сваями за счет давления боковой поверхности сваи на грунт (рис. 4,ж).
Опрокидывающий момент, действующий на стойку железобетонной опоры, передается на грунт боковой поверхностью стойки (рис. 4,н) или ригеля (рис. 4,о).
Наличие грунтовой воды значительно уменьшает несущую способность фундаментов на вырывание, когда эта нагрузка воспринимается весом фундамента или грунта (подножники, бетонные монолитные фундаменты), а также уменьшает величину допускаемой горизонтальной нагрузки.
Как известно, любое тело, в том числе фундамент и грунт, опущенное в воду, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненный им объем воды. Грунты с ненарушенной структурой (не подвергавшиеся разработке) более плотны, поэтому фундаменты, установленные с использованием прочности ненарушенной структуры грунта, допускают нагрузки большей величины.
