Фундамент опор МК

Фундаменты опор воздушных линий электропередачи: конструктивные решения, расчет и устройство

Фундамент опоры воздушной линии электропередачи (ВЛ) является критически важным элементом, обеспечивающим устойчивость, пространственную неизменяемость и долговечность всей конструкции. Его основная функция – восприятие и передача на грунт всех действующих на опору нагрузок: вертикальных (вес опоры, проводов, гололеда), горизонтальных (давление ветра, тяжение проводов в нерабочем режиме) и моментов от эксцентричного приложения сил. Неправильный выбор типа фундамента, ошибки в расчете или устройстве приводят к недопустимым деформациям, крену или опрокидыванию опоры, что влечет за собой аварии и значительные экономические потери.

Классификация фундаментов опор ВЛ

Фундаменты для металлических опор (МК) классифицируются по нескольким ключевым признакам: способу передачи нагрузки на грунт, материалу, конструкции и методу устройства.

1. По способу передачи нагрузки на грунт:

• Свайные фундаменты. Нагрузка передается через сваи, погруженные в грунт на значительную глубину, достигающую плотных, несущих слоев. Применяются на слабых, просадочных, обводненных грунтах. Подразделяются на:
  • Забивные (железобетонные или стальные).
  • Буронабивные (устраиваемые на месте).
  • Винтовые (стальные).
• Прямостоечные (столбчатые) фундаменты. Нагрузка передается преимущественно через подошву (пятку), опирающуюся на подготовленное основание. К ним относятся монолитные железобетонные блоки, «стаканы» под стоечные опоры. Наиболее распространенный тип для грунтов с удовлетворительной несущей способностью.
• Анкерные фундаменты. Работают преимущественно на выдергивание, обеспечивая анкеровку оттяжек портальных опор или одностоечных опор повышенной устойчивости. Конструктивно выполняются в виде массивных железобетонных блоков, свай или винтовых анкеров.

2. По материалу:

• Железобетонные (сборные или монолитные).
• Стальные (винтовые сваи, анкерные плиты).
• Комбинированные (например, железобетонный ростверк на стальных сваях).

3. По методу устройства:

• Сборные (изготовленные на заводе и смонтированные на объекте).
• Монолитные (бетонируемые непосредственно в котловане или скважине).
• Сборно-монолитные.

Расчет фундаментов опор ВЛ

Расчет ведется в соответствии с требованиями СП 22.13330 (Основания зданий и сооружений), СП 43.13330 (Сооружения промышленных предприятий) и отраслевых нормативных документов (РД, СТО). Основные этапы расчета:

1. Сбор нагрузок.

Определяются расчетные комбинации нагрузок от опоры и проводов для трех режимов: нормального (рабочего), аварийного и монтажного. Учитываются постоянные и временные нагрузки, в том числе ветровые и гололедные.

2. Определение глубины заложения.

Зависит от глубины промерзания грунта, необходимости защиты от выпирания, уровня грунтовых вод и конструктивных особенностей опоры. Для фундаментов, работающих на выдергивание, ключевым фактором является обеспечение необходимого закрепления в грунте.

3. Проверка несущей способности основания.

Для фундаментов, работающих на сжатие, проверяется условие: среднее давление под подошвой не должно превышать расчетное сопротивление грунта основания (R). Для фундаментов, работающих на выдергивание, проверяется условие устойчивости против опрокидывания и выдергивания.

4. Расчет конструкции фундамента на прочность.

Производится расчет тела фундамента (блока, сваи, ростверка) по сечениям на действие изгибающих моментов, поперечных и продольных сил. Определяется необходимое армирование для железобетонных конструкций.

Конструктивные особенности основных типов фундаментов

Прямостоечный монолитный железобетонный фундамент

Представляет собой бетонный массив, заглубленный в грунт. В верхней части имеет установочные анкерные болты для крепления стойки опоры или стакан для установки стоечной опоры. Армируется пространственным каркасом. Достоинства: высокая надежность, устойчивость, возможность устройства в любых площадных условиях. Недостатки: большой объем земляных работ и бетона, длительный срок набора прочности бетоном, зависимость от погодных условий при производстве работ.

Сборный железобетонный фундамент

Состоит из заводских элементов (башмаков, блоков, плит). Монтируется на объекте с помощью крановой техники. Преимущества: высокая скорость монтажа, независимость от температуры, стабильное качество бетона. Недостатки: необходимость транспортировки, наличие монтажных стыков, более высокая стоимость материалов.

Винтовые свайные фундаменты

Состоят из стальной трубы с приваренной лопастью специального профиля. Завинчиваются в грунт с помощью механизированных установок. К оголовку сваи приваривается или болтами крепится переходной элемент (оголовок) для установки стойки опоры. Преимущества:

• Высокая скорость установки (десятки минут на сваю).
• Отсутствие земляных работ и вибрации.
• Возможность монтажа в любое время года, на обводненных и слабых грунтах.
• Немедленная готовность к восприятию нагрузки.

Недостатки: необходимость антикоррозионной защиты, ограничения по каменистым и скальным грунтам, зависимость несущей способности от технологии завинчивания.

Таблица: Сравнительные характеристики типов фундаментов для опор ВЛ

Тип фундамента	Тип грунта	Скорость устройства	Трудоемкость	Сезонность работ	Основная область применения
Монолитный железобетонный	Средние, плотные, сухие	Низкая (28 суток на набор прочности)	Высокая	Теплый период (без морозов)	Опоры 35-750 кВ на устойчивых грунтах
Сборный железобетонный	Средние, плотные	Высокая (после доставки)	Средняя	Круглогодично (ограничения по снегу)	Опоры 6-220 кВ, типовые решения
Винтовые сваи	Слабые, обводненные, вечномерзлые	Очень высокая (часы)	Низкая	Круглогодично	ВЛ 6-110 кВ в сложных условиях, реконструкция, временные линии
Буронабивные сваи	Любые, кроме плывунов	Средняя (зависит от глубины)	Высокая	Теплый период	Опоры 220 кВ и выше на слабых грунтах, в городских условиях

Технология устройства монолитного железобетонного фундамента

1. Геодезическая разбивка. Определение и закрепление на местности осей и границ котлована.
2. Разработка котлована. Выемка грунта до проектной отметки с обеспечением устойчивости откосов или креплением стенок.
3. Устройство подготовки. Как правило, песчано-гравийная подушка толщиной 100-200 мм с послойным уплотнением.
4. Установка опалубки. Монтаж щитовой опалубки по контуру фундамента. Контроль геометрии.
5. Установка арматурного каркаса. Монтаж предварительно собранного или вязка на месте пространственного каркаса. Обеспечение защитного слоя бетона с помощью фиксаторов.
6. Установка анкерных болтов. Монтаж кондуктора или рамы для точной фиксации анкерных болтов в проектном положении.
7. Бетонирование. Укладка бетонной смеси проектного класса с послойным уплотнением вибраторами. Уход за бетоном (увлажнение, укрытие).
8. Демонтаж опалубки. Производится после набора бетоном 70% прочности (3-7 суток).
9. Обратная засыпка. Выполняется грунтом с послойным уплотнением после снятия опалубки или полного набора прочности.

Контроль качества устройства фундаментов

• Входной контроль материалов (сертификаты на бетон, арматуру, анкерные болты).
• Контроль геометрии котлована (отметки, размеры).
• Контроль качества армирования (диаметр, шаг, защитный слой).
• Контроль положения анкерных болтов (отметка головок, вылет, шаг).
• Испытание контрольных образцов бетона на прочность.
• Для винтовых свай – контроль глубины погружения, крутящего момента (косвенный показатель несущей способности), вертикальности.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Как выбрать тип фундамента для опоры ВЛ?

Выбор осуществляется на основе комплексного анализа следующих факторов: результаты инженерно-геологических изысканий (тип грунта, уровень грунтовых вод, глубина промерзания), нагрузок от опоры, наличия подъездных путей и механизмов, экономической целесообразности и сроков строительства. Для слабых грунтов предпочтительны свайные решения, для скальных – поверхностные анкерные плиты или мелкозаглубленные блоки.

Что такое «момент заделки» фундамента и почему он важен?

Момент заделки – это расчетный изгибающий момент, который фундамент должен воспринять в месте сопряжения с стойкой опоры. Он определяет необходимую жесткость и прочность как самого фундамента, так и анкерных болтов. Недоучет момента заделки приводит к образованию трещин в бетоне и недопустимым поворотам опоры.

Каковы основные причины крена и деформаций фундаментов после монтажа?

• Недостаточное исследование грунтовых условий (наличие прослоек слабого грунта, карстовых явлений).
• Недоброкачественное производство работ (неполное уплотнение обратной засыпки, плохое уплотнение бетона, нарушение защитного слоя).
• Размыв грунта у фундамента поверхностными водами.
• Превышение фактических нагрузок над расчетными (например, из-за большего, чем предусмотрено, гололеда).
• Коррозионное повреждение подземной части фундамента или сваи.

Какие существуют методы усиления существующих фундаментов?

Методы усиления зависят от причины деформаций:

• Уширение подошвы: бетонирование дополнительного контура вокруг существующего фундамента с его армированием.
• Устройство свай-подливок: подведение буроинъекционных или буронабивных свай под основание с передачей на них части нагрузки.
• Цементация грунта: инъектирование цементного раствора в грунт основания для повышения его несущей способности.
• Установка дополнительных оттяжек для разгрузки фундамента от опрокидывающего момента.

В чем преимущества винтовых свай перед забивными для ВЛ?

Винтовые сваи не требуют разработки грунта, их установка практически бесшумна и безвибрационна, что критически важно в условиях населенных пунктов, near существующих сооружений или в экологически чувствительных зонах. Они сразу готовы к восприятию нагрузки и позволяют вести работы зимой. Забивные сваи, как правило, дешевле в материале, но требуют применения тяжелой копровый техники и могут вызывать динамические воздействия на nearby постройки.

Как нормируется коррозионная защита подземных металлических частей фундамента?

Защита регламентируется ГОСТ 9.602 и отраслевыми стандартами. Для стальных свай, анкеров, закладных деталей применяется комбинированная защита:

• Увеличение толщины стенки на расчетный срок службы (как правило, 25-35 лет) с учетом агрессивности грунта.
• Нанесение антикоррозионных покрытий (битумные, эпоксидные, полимерные мастики).
• Катодная защита (для особо ответственных сооружений в высокоагрессивных средах).

Требуемая толщина металла для винтовых свай, в зависимости от грунта, может составлять от 4,5 до 8 мм и более.