ФУНДАМЕНТ МНОГОРАЗОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОД КОМПОЗИТНУЮ ОПОРУ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Фундамент многоразового использования под композитную опору линии электропередачи
Полезная модель относится к области строительства, к возведению опор воздушных линий электропередачи, и может быть использована при сооружении фундаментов многократного использования на основе винтовых свай под композитные опоры линий электропередачи, преимущественно 6(10) кВ-20 кВ.
Композитные опоры для высоковольтных линий электропередачи, выполненные из стеклопластиковой (базальтопластиковой) композиции, являются диэлектриками, обладают существенно меньшей по сравнению с аналогами массой, высокой механической прочностью и гибкостью, коррозионной стойкостью, стойкостью к ультрафиолетовому спектру облучения и солнечной радиации. Эти свойства обусловливают использование композитных опор в сложных климатических условиях, труднодоступной (лесная, болотистая и горная) местности, для создания быстромонтируемого аварийного резерва при проведении аварийно-восстановительных работ. Промежуточные опоры ЛЭП класса напряжений 6(10) кВ-20 кВ имеют массу порядка 150-250 кг, а изогридные опоры - менее 100 кг, что позволяет вести транспортировку и монтаж таких опор без применения тяжелой техники. Композитные опоры на высшие классы напряжений обычно выполняются сборно-модульными. При этом масса каждого модуля позволяет его транспортировать силами 3-х-4-х человек или с применением ручных тележек. Для обеспечения защиты стойки опоры от низового пожара, на наружной поверхности нижнего
модуля опоры выполняют покрытие огнезащитным составом, на высоту не менее 2-х м от поверхности земли.
Малая масса стоек композитных опор облегчает их многократное использование особенно при переносе воздушных линий электропередачи. Перенос опор требуется, например, при расширении автомобильных дорог, когда место занятое линией электропередачи будет отведено полотну дороги или существует потребность выноса опор при строительстве любой придорожной инфраструктуры, например, бензозаправочных станций. В настоящее время с этой целью производится снос старой и строительство новой линии на новом месте. Как правило, опоры, провода и арматура, срок службы которых еще не вышел, повторно не применяются.
Известна композитная опора, из собранных пустотелых усеченных конусов, выполненных из композитного материала, стыки которых соединены между собой вытяжными заклепками [патент RU 131777]. Сборка пустотелых конусов осуществляется при помощи устройства [патент RU 120991].
При всех перечисленных положительных характеристиках композитных опор, установка их в грунт требует устройства надежного фундамента, который, как правило, не переносят при переносе опор. Большинство известных фундаментов являются неразборными, что исключает перенос опор без разрушения фундамента. Существующие разборные виды фундаментов требуют для разборки/сборки применения техники, что сводит к нулю многие преимущества композитных опор. Так, для извлечения стержневых элементов из грунта должны использоваться мощные домкраты или, например, устройство [патент RU 20202207].
Стойки опор устанавливают либо непосредственно заглублением в грунт, либо на фундаменты под стойки опор,
которые, как правило, выполняют заливкой стойки бетоном: в предварительно подготовленную скважину; в предварительно установленный стакан; вокруг предварительно установленной железобетонной сваи [патент RU 131015]; вокруг установленных анкерных элементов в виде балок, уложенных на дно котлована [патент RU 121516], а также жестким связыванием стойки опоры с предварительно установленными винтовыми опорами [патент RU 59651], [Типовой проект. Промежуточные композитные опоры для одноцепных и двухцепных ВЛ 110 кВ с применением изолирующих траверс, ТП5772-045. ЗАО «ФЕНИКС-88», 2013, л. 14]. В последнем случае жесткая связь выполняет и функции ростверка. Возможен также вариант с фланцевым креплением стойки опоры к фундаменту или ростверку [http://tdgsem.ru/kompozitnye-opory].
Современные односвайные и многосвайные фундаменты под стойки опор все чаще выполняют на погружаемых в грунт металлических винтовых сваях различных видов: узколопастных, широколопастных и др., являющихся основной несущей частью фундаментов независимо от их конструкции, методов расчета и возведения. Металлические части свай, контактирующие с грунтом, подвержены коррозии, для защиты от которой на наружные поверхности наносят антикоррозийные и полимерные покрытия, либо выполняют сваи из стеклопластика [патент RU 145340].
Известна винтовая свая [RU 114693], предназначенная для устройства фундаментов опор линий электропередачи, у которой винтовая лопасть выполнена с уменьшением диаметра по направлению к вершине конического наконечника. Свая погружается в грунт под воздействием только крутящего момента, без дополнительного пригружения. Сваи с диаметром ствола до 114 мм могут быть завинчены в грунт вручную. Недостатком является
отсутствие элементов конструкции, облегчающих вывинчивание сваи для ее многоразового использования.
Наиболее близким техническим решением является свайный фундамент [патент RU 120427], который содержит ростверк с креплением под стойку опоры линии электропередачи, объединяющий верхние торцы, по меньшей мере, двух металлических винтовых свай. Устройство позволяет осуществлять фланцевое или штыревое крепление стойки опоры. Наиболее близкое техническое решение не обеспечивает многоразовое использование фундамента. Кроме того, большой вес составных частей и устройства в целом затрудняет его установку и перенос, особенно при использовании композитных опор в труднодоступных условиях. Эти недостатки вызваны тем, что винтовые сваи не имеют конструктивных элементов, облегчающих вывинчивание свай, подъем фундамента из грунта без применения специальной тяжелой техники установленной на экскаваторы и другие тяжелые машины.
Техническим результатом заявленной группы полезных моделей является многоразовое использование фундамента под композитные опоры линий электропередачи без применения специальной тяжелой техники. Сопутствующим техническим результатом является снижение сложности извлечения фундамента с опорой из грунта.
Указанный технический результат достигается тем, что фундамент многоразового использования под композитную опору линии электропередачи, установленную в грунт, содержит ростверк с креплением под стойку опоры, объединяющий верхние части, по меньшей мере, двух винтовых свай, каждая винтовая свая включает цилиндрический ствол со средством для завинчивания и отвинчивания сваи, опорную шайбу и наконечник с винтовой
лопастью, центральная часть ростверка имеет сквозное отверстие, поверхность которого выполнена ответной к нижней части стойки опоры, под нижним торцом которой установлен подпятник, жестко связанный тягами с ростверком, а каждая винтовая свая содержит сборно-разборное средство крепления к ростверку, винтовая лопасть сваи выполнена с изменяющимся диаметром от минимального до максимального и снова до минимального диаметра в направлении от наконечника к стволу сваи. Достижению указанного технического результата способствует также то, что ростверк выполнен составным и включает средство крепления частей ростверка друг к другу.
Существенными признаками заявленной полезной модели, являются:
- Ростверк с креплением под стойку опоры, объединяющий верхние части, по меньшей мере, двух винтовых свай. Ростверк обеспечивает жесткую связь винтовых свай с креплением стойки опоры. Количество свай выбирают исходя из прочности закрепления стойки опоры в грунте. Сваи располагают равномерно по окружности относительно оси стойки опоры. Минимальное количество свай - две, а и их равномерное расположение по окружности обусловлено созданием результирующей силы от завинчивания/отвинчивания винтовых свай, проходящей через ось стойки опоры. При этом исключается перекос стойки опоры.
- Каждая винтовая свая включает цилиндрический ствол со средством для завинчивания и отвинчивания сваи, опорную шайбу и наконечник с винтовой лопастью. Цилиндрический ствол обеспечивает передачу крутящего момента, приложенного к средству завинчивания и отвинчивания сваи, установленного в поперечном отверстии на хвостовике ствола, на наконечник с винтовой лопастью. В качестве средства завинчивания и
отвинчивания может быть использована торцовая головка с внутренним квадратным гнездом и цилиндрическим пальцем, размещенным в поперечном отверстии цилиндрического ствола. Опорная шайба служит ограничителем положения ростверка по высоте. В процессе завинчивания или отвинчивания винтовая лопасть заглубляется в грунт и обеспечивает надежное закрепление сваи или выходит из грунта и поднимает (освобождает) сваю.
- Центральная часть ростверка имеет сквозное отверстие, поверхность которого выполнена ответной к нижней части стойки опоры. В центральном отверстии ростверка размещают нижнюю часть стойки опоры, часть которой расположена в грунте. Как правило, нижнюю часть стойки опоры выполняют цилиндрической или конической. Ответная поверхность обеспечивает плотный контакт ростверка и нижней части стойки опоры и повышает надежность установки стойки опоры. Для защиты поверхности нижней части стойки опоры, контактирующей с ростверком, возможно применение прокладки. Наличие сквозного отверстия позволяет существенно снизить массу ростверка, что облегчает его подъем и транспортировку, но при этом незначительно снижает его прочность и жесткость.
- Под нижним торцом (нижней частью стойки опоры) установлен подпятник, жестко связанный тягами с ростверком. Подпятник при помощи тяг при вывинчивании винтовых свай обеспечивает передачу на нижний торец стойки опоры усилия вытаскивания ростверка вместе со стойкой опоры из грунта. Расположение подпятника под нижним торцом стойки опоры обеспечивает распределение усилия вытаскивания стойки опоры по всему сечению ее нижней части. Размеры подпятника в поперечном сечении превышают размеры нижнего торца.
- Каждая винтовая свая содержит сборно-разборное средство крепления к ростверку. Средство крепления обеспечивает необходимую прочную и жесткую связь цилиндрического ствола винтовой сваи и ростверка. В качестве сборно-разборного средства крепления используют, например, цилиндрическое соединение ствола сваи с ростверком при помощи болтового фланцевого соединения через опорную шайбу винтовой сваи. С этой целью в ростверке выполняют отверстие под цилиндрический ствол сваи, а в опорной шайбе и в ростверке выполняют соосные отверстия под болтовое соединение. Средство крепления ограничивает перемещение ростверка относительно цилиндрического хвостовика каждой сваи вверх и вниз. Перемещение вбок ограничено величиной зазора между хвостовиком сваи и ростверком.
- Винтовая лопасть выполнена с изменяющимся диаметром от минимального до максимального и снова до минимального диаметра в направлении от наконечника к стволу сваи. Выполнение лопасти с изменяющимся диаметром от минимального до максимального обеспечивает возможность погружения (завинчивания) сваи в грунт без дополнительного пригруза и применения специальной тяжелой техники. Выполнение лопасти с дополнительными витками (1-1,4 оборота), имеющей изменяющийся диаметр от максимального до минимального, ограниченного диаметральным размером ствола сваи, облегчает процесс вывинчивания сваи при необходимости разборки и переноса фундамента. При этом момент завинчивания сваи увеличивается незначительно за счет снижения трения скольжения периферии дополнительных витков лопасти по грунту, предварительно прорезанному предыдущими витками, а каждая последующая точка периферии дополнительных витков лопасти расположена на радиусе меньшем радиуса предыдущей точки.
Однако прочность заделки сваи даже несколько увеличивается за счет наличия дополнительных витков лопасти.
- Ростверк выполнен составным и включает средство крепления частей ростверка друг к другу. Выполнение ростверка составным обеспечивает возможность подъема и транспортировки его частей без использования тяжелой техники.
Существенными отличительными признаками полезной модели, влияющими на получение технического результата является:
- Центральная часть ростверка имеет сквозное отверстие, поверхность которого выполнена ответной к нижней части стойки опоры.
- Под нижним торцом (нижней части стойки опоры) установлен подпятник, жестко связанный тягами с ростверком.
- Каждая винтовая свая содержит сборно-разборное средство крепления к ростверку.
- Винтовая лопасть сваи выполнена с изменяющимся диаметром от минимального до максимального и снова до минимального диаметра в направлении от наконечника к стволу сваи.
Сущность группы полезных моделей поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен пример разреза фундамента с креплением конической стойки опоры в грунте, в разборном ростверке, установленном на двух винтовых сваях. На фиг. 2 представлен ортогональный разрез фундамента, изображенного на фиг. 1. На фиг. 3 показан вид сверху на фундамент, изображенный на фиг. 1. На фиг. 4 показан вид сверху на оголовник винтовой опоры с установленной в нем торцовой головкой (ростверк, заглушка и грунт условно не показаны).
Фундамент состоит из ростверка 1, или ростверка собранного из частей 2, винтовых свай, каждая из которых включает: цилиндрический ствол 3, наконечник 4, винтовую лопасть 5 с участками 6 и 7 с изменяющимся диаметром от минимального до максимального и от максимального до минимального, соответственно, опорную шайбу 8 с отверстиями 9, торцовую головку 10 с пальцем 11, болтовое соединение крепления сваи к ростверку 12, а также включает средство крепления частей ростверка друг к другу 13, заглушки 14, тяги 15, подпятник 16. На фиг. 1-4 также показаны: нижняя часть стойки опоры 17, поверхность 18 ростверка, ответная к наружной поверхности нижней части конической стойки опоры, разделительная пленка 19, наполнитель 20. Буквами на фиг. 1-4 обозначены: d - диаметр пальца 11, D - диаметр скважины под установку стойки опоры 17, S - размер квадратного гнезда в торцовой головке 10.
Ростверк 1, как правило, выполняют металлическим цельным или сборно-разборным, состоящим из частей 2, число которых преимущественно равно числу винтовых свай, но он может быть выполнен, например, из стеклопластика или базальтопластика, что снижает его массу. Средство крепления частей ростверка выполнено, например, в виде болтового соединения 13. Ростверк может содержать закладные элементы, повышающие его жесткость и прочность. Ростверк может быть выполнен высоким, расположенным выше уровня грунта, повышенным, когда его подошва совпадает с отметкой планировки грунта, или низким, заглубленым в грунт, последний - для антивандального исполнения фундамента.
Ростверк содержит отверстия, в которых размещают хвостовики стволов 3 винтовых свай, на опорные шайбы 8 которых опирается ростверк 1 (2). Число указанных отверстий
соответствует числу винтовых свай. Отверстия под сваи располагают равномерно по окружности относительно оси стойки опоры 17. В верхней части ствола сваи 3 расположено поперечное отверстие с установленным в нем средством для завинчивания и отвинчивания сваи, состоящим из торцовой головки 10 с поперечно установленным пальцем 11. Момент кручения передается через фигурное отверстие торцовой головки, выполненное, например, в виде квадратного гнезда S на поперечный палец d и, далее, на ствол винтовой сваи 3. На стволе 3 сваи неподвижно закреплена, например сваркой, опорная шайба 8 с отверстиями 9. Нижняя часть сваи содержит конусный наконечник 4 и винтовую лопасть 5. Лопасть 5 имеет изменяющийся диаметр от минимального до максимального и снова до минимального диаметра в направлении от наконечника к стволу сваи, что облегчает завинчивание и отвинчивание сваи. Сваю выполняют металлической, с антикоррозийным и/или пластмассовым покрытием, либо выполняют из стекло- или базальтопластика. Каждая винтовая свая имеет сборно-разборное средство крепления к ростверку, состоящее из заглушки 14 и болтового соединения 12 с опорной шайбой 8. При затягивании болтового соединения 12 ростверк 1 (2) зажимается между элементами 8 и 14 и образуется жесткая связь ростверка с винтовыми сваями.
В зависимости от вида соединения ростверка 1 (2) с нижней частью стойки опоры 17 на ростверке выполняют различные ответные присоединительные поверхности. Для варианта конического или цилиндрического соединения со стойкой опоры в ростверке 1 выполняют коническое 18 или цилиндрическое отверстие. Средство крепления ростверка к нижней части стойки опоры, выполняют в виде тяг 15, закрепленных на подпятнике 16.
Для варианта фланцевого соединения ростверка со стойкой опоры используют плоскость ростверка и средство крепления в виде болтового соединения.
Установку фундамента производят следующим образом. Размечают места установки стойки и винтовых свай. При помощи ручного мотобура, например, IRON MOLE ВТ 15-450 бурят скважины диаметром под винтовую лопасть сваи на глубину не менее глубины промерзания грунта. Опускают сваи в грунт и на их стволы устанавливают приспособление - жесткий съемный разборный шаблон (на фиг. не показан), определяющий правильное расположение осей свай. Завинчивают винтовые сваи в предварительно подготовленные скважины вручную или при помощи мотобура. Бурят центральную скважину под установку заглубленной части стойки опоры диаметром D, превышающим диаметральный размер подпятника 16. В центральную скважину помещают рукав разделительной пленки 19 с низкой адгезией к мерзлому грунту, например, полиэтиленовой или полипропиленовой. Устанавливают в скважину подпятник 16 с тягами 15, не повреждая пленку 19. На подпятник 16 устанавливают нижнюю часть стойки опоры 17. Предварительно вынутым грунтом засыпают полость между стенками центральной скважины диаметром D и пленкой 19. Одновременно засыпают полость между пленкой 19 и нижней частью стойки опоры 17 наполнителем 20 - грунто-цементной смесью. Уплотняют грунт и наполнитель 20. Одновременную засыпку полостей ведут таким образом, чтобы обеспечить положение пленки 19 в грунте в виде конического стакана с размерами в поперечном сечении уменьшающимися в направлении к уровню наконечников 4 свай. Коническая форма пленки 19 даже при небольшом угле (1°-3°) облегчает извлечение стойки опоры 17 из грунта при демонтаже
фундамента за счет скольжения наполнителя 20 по внутренней поверхности пленки или наполнителя вместе с пленкой относительно неподвижного грунта. Устанавливают части 2 ростверка на выступающие концы стволов 3 винтовых свай до упора в опорные шайбы 8. При необходимости обеспечивают правильное положение стойки опоры ручным подкручиванием винтовых свай через открытую торцовую головку 10. Собирают ростверк 1 из частей 2 вокруг стойки 17, пропускают ушки тяг 15 через средства крепления 13 и окончательно затягивают последние. На ростверк устанавливают заглушки 14 и стягивают их с шайбами 8 болтовыми средствами крепления 12. Снимают разборный шаблон. В антивандальном исполнении средства крепления 12 и 13 устанавливают и затягивают с использованием анаэробных герметиков, например Loctite.
Снятие фундамента для его повторного использования производят следующим образом. В случае низкого или повышенного ростверка снимают слой грунта и получают доступ к средствам крепления 12 и 13 и снимают их. При разборке фундамента в антивандальном исполнении средства крепления 12 и 13, как правило, срезают. Снимают заглушки 14 и, вручную или при помощи мотобура, последовательно выворачивают винтовые сваи, не допуская сильного наклона опоры. При этом опоры вместе с ростверком 1(2) поднимаются вверх. Использование разделительной пленки 19 облегчает процесс подъема. Разбирают ростверк на части 2. Освобождают нижнюю часть стойки опоры 17 от остатков наполнителя 20. Затем опору и элементы фундамента переносят на новое место установки.
Повторное использование фундамента производится аналогично его первоначальной установке.