Фундаменты металлических опор
Монолитные фундаменты в настоящее время сооружаются лишь в случае крайней необходимости под специальные или тяжелые угловые опоры. В этих фундаментах в толще бетонного массива закладываются стальные конструкции, связанные с арматурой и анкерными болтами. Весь фундамент по высоте пронизывается рядом сеток из железной арматуры, связанной с внутренними конструкциями. У ледорезных фундаментов сторона, служащая ледорезом, выполняется в виде острой грани. В острие грани закладывается или рельс, или угловое железо тяжелого профиля, которые соединяются с арматурой посредством сварки. Очень часто фундаменты с высокой наземной частью под тяжелые переходные опоры делаются пустотелыми.
В последнее время широкое применение при строительстве ВЛ получили сборные железобетонные фундаменты. Применение таких фундаментов дает большое снижение расхода бетона и ускоряет темпы строительства. Сборные железобетонные фундаменты изготовляются для промежуточных опор обычно неразъемными. Для тяжелых угловых и анкерных опор ВЛ изготовляются разъемные сборные железобетонные фундаменты шпального типа, состоящие из девяти элементов. Сборка таких фундаментов из отдельных элементов производится в котловане.
Другим, еще более прогрессивным типом фундаментов, получившим распространение в СССР, являются свайные фундаменты. Этот тип фундаментов применяется не только при строительстве участков ВЛ на слабых грунтах, но и для строительства всей линии в целом. Свайные фундаменты требуют значительно меньшего расхода железобетона, чем все остальные типы фундаментов. Применение таких фундаментов позволяет исключить также работы по рытью котлованов, обратной засыпке и трамбовке и, следовательно, сокращает объем наиболее трудоемких земляных работ. В настоящее время разработаны и внедрены специальные агрегаты для погружения свай. Наиболее распространенным является погружение свай методом вдавливания, а в условиях песчаных и твердых глинистых грунтов целесообразно применение комбинированного вибровдавливающего агрегата. Следует иметь в виду, что применение свайных фундаментов оказывается более выгодным по сравнению с фундаментами из сборного железобетона только в том случае, когда опора крепится не более чем на двух — четырех сваях.
В некоторых энергосистемах нашли применение так называемые набивные железобетонные фундаменты. Для сооружения набивного фундамента буровой машиной делают в грунте скважину глубиной около 2 500 мм. Затем специальным механизмом — расширителем, смонтированным на той же буровой машине, выбирают грунт (внизу скважины) в форме усеченного конуса. В скважину устанавливают армированные анкерные болты, после чего ее заполняют бетоном. Благодаря использованию свойств ненарушенного грунта для этого типа фундаментов требуется меньше бетона. При этом полностью отпадает необходимость в трудоемких земляных работах, которые полностью механизированы.
Исследования, проведенные рядом научно-исследовательских институтов показали, что железобетонные фундаменты с ненапряженной арматурой на ЛЭП 110—500, имеющие сопротивление растеканию тока промышленной частоты менее 10 ом и не обмазанные битумом, могут быть использованы в качестве грозозащитных заземлителей (за исключением сухих песчаных и каменистых грунтов, имеющих высокое и нестабильное сопротивление растеканию тока в течение грозового сезона). Для улучшения заземления опор, установленных на железобетонных фундаментах, можно рекомендовать подфундаментное глубинное заземление, предусматривающее использование арматуры фундаментов в качестве заземляющих спусков. Опыт эксплуатации и исследования показал, что при хорошем соединении арматуры железобетонные фундаменты не разрушаются токами молнии и токами короткого замыкания.
Металлические подножники в настоящее время большого распространения нe имеют из-за относительно большого расхода металла и необходимости предохранения их от коррозии. Однако на многих старых ВЛ, построенных в основном до 1955 г., такие подножники встречаются. Для увеличения поверхности, передающей усилия от тюдножиика на грунт, нижняя часть подножника выполняется в виде сплошного листа или отдельных листов, приваренных к каждой паре поясов подножника. У некоторых подножников для увеличения опорной поверхности применяются деревянные шпалы или железобетонные плиты. Пропитанные деревянные шпалы применяются только в грунтах с высоким уровнем грунтовых вод. Во всех других случаях, устанавливаются железобетонные плиты.
При прохождении трассы по скалистым грунтам (базальт, гранит и др.), если нет признаков естественного разрушения этих пород, выполняются неразъемные скальные фундаменты. Для их сооружения в скальном основании высверливаются пневматическим перфоратором или ручным буром цилиндрические скважины, в которые устанавливаются анкерные болты и заливается цементный раствор.
Заниматься изготовлением фундаментов под металлические споры в условиях эксплуатации приходится довольно редко, в основном при проведении реконструктивных работ. Следует обращать особое внимание на приемку фундаментов опор в эксплуатацию и вести за ними тщательный надзор, особенно в первые годы работы ВЛ. Статистика повреждаемости ВЛ показывает, что большое количество повреждений металлических опор происходит вследствие некачественных изготовления и установки фундаментов. Одним из самых серьезных дефектов сооружения монолитных фундаментов, трудноустранимых в условиях эксплуатации, является нарушение технологических норм при их изготовлении: применение некачественного или плохо промытого гравия, нарушение пропорций при составлении бетона и др. Аналогичная картина получается при кладке бетонных фундаментов при отрицательной температуре без применения специальных ускорителей схватывания или обогрева бетона. Не менее серьезным дефектом является послойное бетонирование фундаментов, когда отдельные элементы одного и того же фундамента бетонируются в разное время без предварительной подготовки поверхности. При этом не происходит схватывания бетона одного элемента фундамента с другим и может произойти разрушение фундамента при внешних нагрузках, значительно меньших расчетных. При изготовлении сборных железобетонных фундаментов также иногда нарушаются нормы: используется недоброкачественный бетон, закладывается арматура не тех размеров, которые предусмотрены проектом. В процессе сооружения линий электропередачи на сборных или свайных железобетонных фундаментах возможно появление серьезных дефектов. К таким дефектам относятся установка сломанных железобетонных фундаментов, недостаточное их заглубление в грунте (особенно на склонах холмов и оврагов), плохая трамбовка при засыпке, установка сборных фундаментов меньших размеров и др. К дефектам установки относится неправильный монтаж железобетонных фундаментов, при котором отдельные сборные фундаменты, предназначенные в качестве основания металлической опоры, имеют различные вертикальные отметки или сдвиг отдельных фундаментов в плане. При неправильной разгрузке могут произойти скол бетона и обнажение арматуры. В процессе приемки особое внимание следует обращать на соответствие анкерных болтов и их гаек проектным размерам. В условиях эксплуатации железобетонные фундаменты повреждаются как от воздействий внешней среды, так и от больших внешних нагрузок. Арматура фундаментов, имеющих пористую структуру бетона, повреждается агрессивными грунтовыми водами. Трещины, получающиеся на поверхности фундаментов при воздействии эксплуатационных знакопеременных нагрузок, а также влаги, ветра и низкой темлературы, расширяются. Происходит разрушение бетона и обнажение арматуры. В местах, расположенных вблизи химических заводов, быстро разрушаются анкерные болты и верхняя часть металлических подножников.
Поломка фундамента может произойти в результате несоосности его со стойками, что служит причиной появления больших изгибающих моментов. Аналогичное явление может произойти при размыве основания фундамента грунтовыми водами и отклонении его от вертикального положения.
Многие повреждения металлических опор можно предупредить, выявив и устранив в процессе приемки дефекты фундаментов. Для этого лучше всего приемку фундаментов производить во время строительства линии, до их закопки. Если по каким-либо причинам не удалось проверить качество открытых фундаментов, следует произвести выборочную откопку фундаментов различных типов и проверить их качество и соответствие проекту. Для особо ответственных ВЛ целесообразно провести выборочные полевые испытания комплекса «опора — фундамент».
В процессе приемки фундаментов проверяются их соответствие проекту, глубина заложения, качество бетона, качество сварки рабочей арматуры и анкерных болтов, наличие и качество защиты от действия агрессивных вод. Производятся замер вертикальных отметок фундаментов и проверка расположения анкерных болтов по шаблону. При обнаружении каких-либо несоответствий нормам все дефекты устраняются до засыпки котлованов. Фундаменты, имеющие в верхней части сколы бетона и обнаженную арматуру, ремонтируются. Для этого устраивается бетонное обрамление толщиной 10—20 см, заглубленное ниже уровня земли на 20 — 30 см. Следует иметь в виду, что обрамление из шлакобетона не допускается, так как в шлаке имеется примесь серы, которая вызывает интенсивную коррозию арматуры и анкерных болтов. При более значительных повреждениях фундаментов (в том числе и монолитных) поврежденная часть накрывается арматурой, сваренной с арматурой основного фундамента, и после установки опалубки бетонируется.
Порядок приготовления раствора следующий.
Сухой цемент и песок тщательно перемешивается, подливается вода, после чего раствор снова тщательно перемешивается. Хорошо промытый гравий, предварительно увлажненный, засыпается в раствор, и раствор снова перемешивается. При укладке каждый слой бетона толщиной 15—20 см тщательно трамбуется до появления на поверхности бетона воды.
Металлические части железобетонных фундаментов и металлические подножники в определенных условиях разрушаются коррозией. Причиной разрушения поверхности подземной части опор вследствие почвенной коррозии может послужить разнородность окружающего грунта, загрязненность металла, физическое изменение состояния поверхности металла. В результате на поверхности металла возникают отдельные гальванические элементы. Кроме того, интенсивному ржавлению подвержены подземные части опор, находящихся вблизи электрифицированных железных дорог и трамвайных путей. В этом случае причиной ржавления являются блуждающие токи, вызывающие явления электрохимической коррозии.
Явления электрохимической коррозии протекают более быстро при наличии в почве влаги, различных солей и при пористой структуре грунта, богатой кислородом. Соли усиливают процесс разрушения металла, так как они разрушают защитные пленки металла и снижают электрическое сопротивление грунтов, а кислород при его различной концентрации в почве создает очень сильные гальванические элементы. Следует отметить, что при относительно высокой концентрации влаги в почве явления коррозии могут прекратиться.
Из всех существующих методов защиты подземных частей опор от коррозии наиболее применимо покрытие их битумом № 3 и 5 или окрашивание каменноугольными лаками. В случае наложения битумного покрытия вначале производят грунтование очищенной поверхности металла гудроном или асфальтитом, растворенным в бензине (бензоле). Грунт накладывается кистью равномерным слоем в холодном виде. После высыхания грунтовки на нее наносится защитное покрытие, состоящее из битума и растворителя. Битум перед нанесением нагревается до температуры 200—220° С. Нагревать битум следует не более 45 мин, так как иначе он начнет коксоваться. Признаком коксования служит появление белого дыма.
В качестве защитных покрытий применяются кузбасский и асфальтито-битумный лаки. Перед употреблением их растворяют в уайт-спирите или сольвенте до жидкого состояния и наносят в несколько слоев до толщины покрытия 1,5—2 мм.
В процессе эксплуатации производится периодическая проверка ржавления подножников на линиях электропередачи. Сроки периодических проверок устанавливаются в зависимости от местных условий главным инженером сетевого района, но не реже 1 раза в 6 лет. При периодических проверках производится выборочная откопка оснований опор на глубину 0,5 м ниже уровня земли. В случае обнаружения следов ржавления подножники откапываются на глубину 1—1,2 м, а если уровень грунтовых вод выше указанной отметки, то откопку производят до уровня грунтовых вод. Для того чтобы не ослаблять крепления опоры в земле, можно одновременно откапывать не более двух подножников, расположенных по диагонали. На опорах, установленных на двух подножниках или на одном (например, опоры типа «Рюмка»), откопку можно производить лишь после укрепления опоры четырьмя расчалками. Перед нанесением на поверхность подножника нового защитного покрытия его надо тщательно очистить от земли и ржавчины, протереть тряпками, смоченными в растворителе, и хорошо просушить. Наложение нового защитного покрытия следует производить в сухую погоду на хорошо высохшем грунтовочном слое. Для просушки влажной поверхности подножников применяется паяльная лампа.
В солнечную погоду поверхность подножников следует защищать от вредного действия солнечных лучей. Для лучшего заземления опоры подошвы металлических подножников не окрашиваются. Засыпку котлованов можно производить только после окончательной просушки покрытия, которая в зависимости от состава красителей и погоды продолжается 5—12 ч.
