Конструктивно-технологические решения по закреплению

Конструктивно-технологические решения по закреплению
многогранных опор ВЛ 330 кВ в районе г. Калининграда.
Ермошина Марина Сергеевна, к.ф.–м. н.
Начальник НИЛКЭС
Романов Петр Игоревич, к.т.н.
ГИП НИЛКЭС
Веремеенко Светлана Александровна,
инженер НИЛКЭС ПЦ «Севзапэнергосетьпроект» ОАО «СевЗап НТЦ»
В
2010
году
специалистами
НИЛКЭС
ПЦ
«Севзапэнергосетьпроект»
ОАО «СевЗап НТЦ» выполнено несколько работ по закреплению многогранных опор ВЛ
напряжением 330 кВ. Одной из таких работ является проектирование фундаментов по
титулу: «Строительство ВЛ 330 кВ для выдачи мощности от второго блока
Калининградской ТЭЦ-2».
Протяженность ВЛ 330 кВ «ТЭЦ-2 – ПС Центральная» составляет в среднем 18 км.
Общая протяженность заболоченных участков составляет 5,5% от длины всей трассы.
Максимальная протяженность болота — 103 м, максимальная мощность торфяной залежи
— 5,1 м.
Протяженность ВЛ 330 кВ «ТЭЦ-2 – ПС Северная» составляет 31618 м, в том числе
переход через долину р. Преголя – 2285,5 м. Максимальная протяженность болота — 1109
м, максимальная мощность торфяной залежи — 6,0 м.
Особенностью данного объекта являются разнообразные и сложные инженерногеологические условия.
Геологическое строение участка трассы ВЛ 330 кВ «ТЭЦ-2 – ПС» Северная в месте
перехода через реку Преголя характеризуется широким развитием современных
отложений. Среди них следует особо отметить наличие торфов и суглинистых и
супесчаных илов, характеризующихся консистенцией от мягкопластичной до текучей и
находящихся на самой начальной стадии консолидации.
Все грунты, слагающие долину реки Преголя, относятся к группе слабых грунтов и
характеризуются большой сжимаемостью, медленным развитием осадок во времени и
возможностью в связи с этим возникновения нестабилизированного состояния, а при
нарушении естественного залегания проявляют тиксотропные свойства и резко снижают
несущую способность.
В верхнем слое залегает торф темно-бурый, водонасыщенный, средней степени
разложения (ИГЭ 3), мощность слоя от 0,5 м до 7,0 м.
В среднем слое залегают:
-супеси с гравием и галькой до 10%, с линзами песка, пластичные (ИГЭ 28),
мощность слоя от 0,8 до 3,0 м;
- илы глинистые, сильнозаторфованные, мягкопластичные, текучепластичные (ИГЭ
4), мощность слоя от 1,0 до 13,5 м.
В нижнем слое залегают:
- супеси с гравием и галькой до 10%, с линзами водонасыщенного песка, твердые
(ИГЭ 29);
- пески средней крупности, водонасыщенные (ИГЭ 26).
Река в меженный период протекает в двух руслах – Новая Преголя и Старая
Преголя. Общая ширина затопления в пределах долины реки по створу перехода
составляет около 2,7 км.
Для расчета фундаментов промежуточных одноцепных опор из многогранного
профиля, устанавливаемых на трассах ВЛ 330 кВ «ТЭЦ-2 – ПС Центральная» и «ТЭЦ-2 –
ПС Северная» (в т.ч. на переходе ВЛ через долину р. Преголя) приняты нагрузки по 1-й
группе предельных состояний:
Мх = 304,4 тс*м;
N = 12,2 тс;
Qy = 12,7 тс.
Для закрепления промежуточных опор из многогранного профиля МПГ330-1 и
МПГ330-1т, установленных на трассах ВЛ 330 кВ «ТЭЦ-2 – ПС Центральная» и «ТЭЦ-2 –
ПС Северная» через реку Преголя, используются фундаменты из свай-оболочек и
фундаменты из винтовых свай с железобетонным ростверком.
1. Фундаменты из свай-оболочек
Для закрепления промежуточных опор из многогранного профиля МПГ330-1 и
МПГ330-1т (рис.1) , установленных на трассах ВЛ 330 кВ «ТЭЦ-2 – ПС Центральная» и
«ТЭЦ-2 – ПС Северная» используются фундаменты из свай-оболочек.
Фундамент конструктивно состоит из трубы, к верхнему торцу которой приварен
фланец, подкрепленный ребрами жесткости (рис.2). Фланец фундамента представляет
собой кольцо с отверстиями для болтов и точно повторяет геометрию фланца опоры из
многогранного профиля. Диаметр трубы соответствует диаметру ствола опоры. В верхней
части сваи-оболочки, между ребрами жесткости, просверлены 4 отверстия диаметром
70 мм для стока конденсата.
Длина сваи-оболочки определяется глубиной погружения в грунт относительно
дневной поверхности и высотой выноса верха сваи (на 0,8 м) над уровнем земли для
удобства монтажа.
Глубина погружения сваи-оболочки зависит от нагрузки на фундамент и грунтовых
условий и составляет 9 и 10 м. Таким образом, длина сваи-оболочки для различных
грунтовых условий составила 9,8 и 10,8 м.
Сваи-оболочки устанавливаются в копаные котлованы. Копаные котлованы под
сваи-оболочки могут выполняться при помощи бурового оборудования или грейферного
оборудования на напорной штанге к экскаватору.
После установки сваи-оболочки пазухи между стенками сваи и котлована
засыпаются
непучинистым грунтом, а внутренняя полость ствола сваи заливается
бетоном В15. В верхней части сваи бетонной смесью обеспечивается уклон от центра сваи
к отверстиям для стока конденсата.
2. Фундаменты из винтовых свай с монолитным ростверком
Особый интерес представляют фундаменты из винтовых свай с высоким
железобетонным ростверком для закрепления промежуточных опор из многогранного
профиля МПГ330-1 (рис.1), установленных на переходе ВЛ 330 кВ «ТЭЦ-2 – ПС
Северная» через р. Преголя (рис.3).
Конструкцию и характер работы ростверка определяют гидрогеологические и
климатические условия (глубина воды, глубина сезонного промерзания), деформативные
и прочностные свойства верхних слоев грунта, а также величины действующих нагрузок.
Применение данных фундаментов обусловлено тем, что нагрузку от опор ВЛ необходимо
передать на глубоко залегающие песчаные и супесчаные грунты. Размещение свай в
ростверке козловое, что обеспечивает работу фундамента на большие знакопеременные
горизонтальные нагрузки. Винтовые сваи хорошо воспринимают большие сжимающие и
вырывающие нагрузки за счет работы винтовой лопасти сваи. Данный тип свай особенно
целесообразно использовать как анкерные устройства в обводнённых грунтах, которые
наблюдаются на переходе через р. Преголя.
Расчёт фундамента с монолитным железобетонным ростверком по материалу
производился как расчет рамных конструкций. Сваи при расчёте представляли собой
металлические колонны, защемлённые с одной стороны в ростверке, а с другой стороны –
в несущем грунте. При этом грунты мощностью до 10 метров с неудовлетворительными
деформативными и прочностными характеристиками (илы и торфы) в работе конструкции
не учитывались.
Фундамент из винтовых свай с монолитным ростверком состоит из ростверка
железобетонного, анкерного оголовка (патент на полезную модель №89543, далее
закладная деталь) и винтовых свай.
Жёсткое соединение ростверка со сваями обеспечивается установкой арматурных
стержней, анкерующих сваю. Стержни привариваются к стволу винтовой сваи.
Закладная деталь ростверка состоит из фланца, трубы определенного диаметра и
длины, ребер жесткости и арматурных стержней, вваренных в кольцо, закрепленное к
нижней части трубы.
С помощью закладной детали многогранная стойка опоры крепится к ростверку
фундамента. Фланец закладной детали соответствует фланцу многогранной опоры и
служит для передачи нагрузок от опоры на фундамент. Отверстия, расположенные во
фланце закладной детали, предназначены для болтового крепления фланца опоры к
фундаменту.
Арматурный каркас ростверка представляет собой арматурные сетки, объединённые
поперечной арматурой. Арматура сеток соединяется вязальной проволокой через узел в
шахматном порядке, а два крайних ряда свариваются. Вся арматура ростверка имеет класс
А400 (АIII).
Размер железобетонного ростверка в плане составляет 5х6 м. Высота ростверка
определена с учетом выноса опорного узла выше УВВ. Закладная деталь заделывается в
железобетонный ростверк таким образом, чтобы фланец располагался на высоте 500 мм
над поверхностью ростверка.
Сваи применены винтовые широколопастные в количестве 14 штук под опору с
козловым расположением в ростверке. Диаметр ствола сваи — 325 мм, толщина стенки
ствола — 10 мм, диаметр лопасти — 850 мм.
Для обеспечения работы фундамента на большие горизонтальные нагрузки 10 свай
погружаются в грунт под углом к вертикали.
Длина винтовой сваи определяется глубиной погружения в грунт относительно
дневной поверхности, глубиной заделки верха сваи в монолитный фундамент и
необходимостью выноса опорного узла выше УВВ, равного 2,5 м. Исходя из заданных
условий, длина свай составила 10,5 м, 7 м и 20 м.
В проекте применяются фундаменты с длиной свай 6 м. Для увеличения длины
свай до проектной необходимо удлинение ствола каждой сваи привариванием трубы.
Стволы
винтовых
свай
изготавливаются
из
стальных
бесшовных
горячедеформированных труб по ГОСТ 8732-78.
Для бетонирования ростверка и заполнения закладной детали ростверка ЗДР
применяется бетон класса В25 по ГОСТ 26633-91.
Для устройства бетонной подготовки и заполнения полостей свай применяется бетон
класса В 7.5.
Изготовление анкерного металлического оголовка производится посредством
сварки по ГОСТ 14771-76.
Последовательность проведения работ по устройству фундамента из
винтовых свай:
1. Для устройства рабочей площадки до установки фундамента отсыпается
банкетка из крупнозернистого песка высотой 0,7 м.
2. Погружаются винтовые сваи (рис. 4) до проектной отметки, и полости свай
заполняются бетоном класса В7,5. На песчаной банкетке устраивается
бетонная подготовка. На подготовку устанавливается закладная деталь
ростверка (рис.5). К арматурным стержням закладной детали ростверка
вязальной проволокой крепятся стержни усиления (рис.6).
3. После сооружения арматурного каркаса ростверка (рис.7) и установки
съёмной опалубки (рис.8), ростверк и внутренняя полость закладной детали
заполняются бетоном.
4. Производится гидроизоляция ростверка.
Общая схема установки фундамента см. рис. 9.
Во время монтажа фундамента одной из применяемых опор в связи с осадкой
подготовительного слоя из-за оттаивания торфа появилась необходимость провести
дополнительные мероприятия по привариванию нижней сетки арматурного каркаса к
стволам винтовых свай и укладке бетона слоями.
Фундамент опоры рассчитан без включения в работу подстилающего слоя грунта,
следовательно, дальнейшее опускание торфа и возможное оголение подошвы фундамента
не снизит его надежности.
На данном объекте в сложных геологических условиях и в зоне избыточного
увлажнения принятые нашими специалистами фундаменты из свай-оболочек и
фундаменты из винтовых свай с железобетонным ростверком для многогранных опор
МПГ330-1 и МПГ330-1т позволили практически полностью избавиться от земляных работ
и быстро, и экономически эффективно закрепить опоры ВЛ 330 кВ «ТЭЦ-2 – ПС
Центральная» и ВЛ 330 кВ «ТЭЦ-2 – ПС Северная».
Рис. 1. Схема промежуточных опор из многогранного профиля МПГ330-1 и
МПГ330-1т
Рис. 2. Фундамент многогранной опоры из сваи-оболочки
Рис. 3. Фундамент из винтовых свай с железобетонным ростверком
Рис. 4. Винтовая широколопастная свая
Рис. 5. Закладная деталь, конструктивно соединяющая сваю-оболочку и
многогранную опору.
Рис. 6. Закладная деталь с дополнительным армированием на монтаже
Рис. 7. Арматурный каркас ростверка
Рис. 8. Металлическая опалубка
Рис. 9. Общая схема установки фундамента из винтовых свай с монолитным
железобетонным под многогранные опоры МПГ 330-1