Особенности сооружения опор в сложных условиях
Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями (например, по трассе Байкало-Амурской магистрали) имеет ряд особенностей, основными из которых являются труднодоступность районов строительства, отсутствие производственных баз и транспортных коммуникаций, сезонность отдельных работ, короткий световой день, сложность закрепления опор на вечномерзлых и просадочных грунтах и марях (заболоченных участках, не промерзающих даже зимой), большие потерн рабочего времени из-за низких температур (до -65 °С), сильных ветров, дождей, завалов снега и др. Особые трудности возникают при транспортировке материалов и оборудования, устройстве фундаментов, сборке и установке опор.
Транспортировку грузов в неосвоенных и труднодоступных районах выполняют главным образом смешанными перевозками, т. е. используют все возможные виды транспорта, вплоть до авиации (вертолеты), что приводит к неоднократной перегрузке, устройству перевалочных баз и временных дорог, а также увеличивает стоимость доставки в десятки раз. При этом из-за отсутствия и нехватки специальных машин для перевозки грузов в условиях бездорожья приходится использовать обычные серийные машины и механизмы, плохо приспособленные к суровым климатическим условиям.
В северной климатической зоне большую часть грузов перевозят по "зимникам" - временным зимним дорогам, сооружаемым по специальным правилам и оборудованным пунктами обогрева, складами горюче-смазочных материалов, жильем.
Для удешевления стоимости и повышения надежности доставки грузов в настоящее время разрабатываются новые специальные транспортные средства и механизмы: на воздушной подушке, аэростаты, дирижабли, вертолеты повышенной грузоподъемности.
Устройство фундаментов в вечномерзлых грунтах и на болотах - одна из самых важных проблем при сооружении ВЛ. Если в обычных условиях затраты на закрепление опоры составляют примерно 20-30% обшей стоимости ее сооружения, то в районах с вечномерзлыми и сильно заболоченными грунтами их доля увеличивается до 60-70%. Поэтому наибольшее распространение в таких зонах получили свайные и поверхностные (незаглубленные) фундаменты различных типов, значительно уменьшающие или совсем исключающие земляные работы.
Так как сван для свайных фундаментов невозможно забить в вечномерзлые грунты, их погружают в заранее подготовленные лидерные скважины, для проходки которых грунт желательно отогревать. Между тем вечномерзлые грунты обладают несущей способностью только в замороженном состоянии. Талый грунт представляет собой разжиженную массу. Поэтому нагружать установленные в скважины сваи можно только после полного смерзания нарушенного и окружающего грунта со сваей в единый монолит.
Проходку скважин в вечномерзлых грунтах для погружения сваи в основном ведут двумя способами: механическим (бурильными установками) и тепловым. В последнее время все большее распространение получают комбинированные способы: ударно-канатный, термомеханический и ударно-вращательный. Так, при термомеханическом способе скважины разрабатывают паровым вибролидером, в режущую кольцеобразную коронку которого подается пар. Отогрев грунта происходит лишь по кольцевому сечению коронки. После проходки внутри скважины остается буровой шлам в количестве, достаточном для заполнения пространства между ее стенками и сваей. Этот способ повышает производительность труда и сокращает время вмерзания свай в грунт.
Сваи для вечномерзлых грунтов в основном изготовляют из металлических труб, а иногда - из дерева и железобетона. Наиболее эффективны термосваи, представляющие собой полый герметизированный металлический цилиндр из толстостенных труб, внутренняя полость которого заполнена аммиаком или другим хладагентом (керосином, пропаном). Заглубляют термосваи так, чтобы их нижний торец находился ниже границы сезонного оттаивания вечномерзлого грунта. В результате грунт вокруг сваи имеет в летнее время отрицательную температуру и тем самым постоянно сохраняется несущая способность фундамента.
Для устройства таких фундаментов бурят установкой МРК или паровым вибролидером в грунте скважины диаметром, несколько большим диаметра термосваи, погружают в нее краном сваю и заполняют, если необходимо, пространство между стенкой скважины и сваей грунтовым раствором (буровым шламом).
Кроме того, для сооружения свайных фундаментов используют стальные многооборотные винтовые сваи и анкеры, которые погружают в грунт машинами МРК, или деревянные сваи, которые заглубляют относительно легкими механизмами.
При сооружении ВЛ на болотах по возможности избегают участков с глубоким залеганием торфа, стараются проходить болото по прямой линии без угловых опор, везде, где можно, применяют свайные основания, поверхностные или плавающие фундаменты. Сван обычно погружают через торф и забивают в подстилающий слой грунта сваебойными агрегатами (например, СП-49), смонтированными на болотных тракторах Т-100БМГП с широкими гусеницами.
На заболоченных, вечномерзлых и пучинистых грунтах устанавливают поверхностные фундаменты, представляющие собой свободно расположенные на поверхности грунта плоские прямоугольные тяжелые рамы значительных размеров, которые обычно собирают из железобетонных элементов, свай или металлических труб. Для большей устойчивости фундамента ячейки верхней ребристой поверхности железобетонных элементов иногда заполняют грунтом. Большая масса таких фундаментов и соответственно значительное сопротивление поверхности грунта сдвигу противодействуют внешним опрокидывающим нагрузкам. Поверхностные фундаменты для промежуточных опор могут быть собраны из четырех железобетонных свай: две укладывают на выровненную поверхность грунта поперек оси ВЛ под пятами опор и две, выполняющие роль противовесов, - вдоль оси ВЛ по краям уложенных свай. Фундаменты под анкерно-угловые опоры монтируют из десяти свай, собираемых в общую конструкцию с помощью стальных хомутов, уголков и прокладок.
Металлические поверхностные фундаменты (рис.33) представляют собой вытянутую поперек оси ВЛ прямоугольную раму из труб 1, на которые приварены опорные пяты 2. Иногда концы труб загибают вверх, что позволяет транспортировать фундамент к месту установки волоком.
Рис.33. Поверхностный фундамент из металлический труб:
1 - трубы.
2 -опорная пята,
3 - сварочный шов
Для установки опор на болотах с открытой водой, где невозможно смонтировать поверхностные фундаменты, применяют плавающие фундаменты из металлических поплавков цилиндрической формы, соединенных перемычками из труб.
Сборку и установку опор ведут способами, которые требуют минимальных затрат труда на трассе. Наименее трудоемки железобетонные опоры, однако недостаточная морозостойкость бетона и сложность транспортировки стоек не позволяют использовать их. Поэтому разработаны специальные стальные и деревянные опоры уменьшенной массы, рассчитанные на работу при -40 °С, довольно простые в сборке и установке. Стойки таких стальных опор ВЛ 110 кВ и малогабаритные секции промежуточных одностоечных опор ВЛ 220 кВ собирают на полигонах и транспортируют на трассу любыми средствами, в том числе вертолетами. Для электроснабжения газо- и нефтепромыслов северной зоны применяют облегченные опоры ВЛ 35-110 кВ из металлических труб.
Разработана также конструкция облегченной болтовой стальной опоры ВЛ 110 кВ, совмещенной с фундаментом, роль которого выполняют металлические емкости, закрепленные в нижней части основания. Масса опоры вместе с фундаментом 3 т. Опору доставляют на место монтажа, собирают, устанавливают на выровненную поверхность грунта и засыпают емкости балластом, после чего она приобретает необходимую устойчивость и готова к монтажу проводов.
Деревянные опоры упрощенной конструкции устанавливают на сваи, вмороженные в вечномерзлый грунт. Так, А-образные фермы опор ВЛ 6-10 кВ (рис.34) собирают из заводских деталей, на полигоне или трассе и с помощью шарниров 2 устанавливают на деревянные сваи 3.
Рис.34. Установка А - образной опоры ВЛ 6-10 кВ на деревянных сваях в вечномерзлом грунте:
1 - опора.
2 - шарнир,
3 - деревянные сван,
4 - насыпная теплозащитная банкетка,
5 - граница между слоями деятельного и вечномерзлого грунтов