Установка свайных фундаментов под опоры контактной сети

Строительные работы по сооружению контактной сети

До начала строительных работ осуществляют разбивку мест установки опор согласно планам контактной сети перегонов и стан­ций, разработанным проектной организацией. Положение оси опор отмечают нанесением вертикальной черты, номера и типа опоры несмываемой краской на шейке наружного рельса с поле­вой стороны. Одновременно отмечают габаритное расстояние от оси пути до опоры.

Котлованы под опоры, анкеры и фундаменты разрабатывают главным образом механизированным способом, используя котло-ванокопатели, буровые машины, экскаваторы и другие механиз­мы. Во избежание повреждения подземных коммуникаций специальными искателями определяют места положения коммуникаций. При невозможности применения средств механизации из-за нали­чия подземных коммуникаций котлованы разрабатывают вручную. Близость расположения котлованов к действующему пути требу­ет тщательного соблюдения требований безопасности движения поездов и работающих лиц при производстве работ. На время про­изводства работ машинистам поездов выдают предупреждения о повышении бдительности или снижении скорости движения в осо­бо опасных местах.

Руководитель работ наблюдает за состоянием земляного полот­на и креплений котлованов. При значительном притоке в котло­ван воды ее откачивают и устанавливают шпунтовые ограждения. Котлованы разрабатывают в сжатые сроки и работы организуют так, чтобы фундаменты, анкеры и опоры устанавливались в то же «окно» или в срок не более суток во избежание обрушения стенок и нарушения их несущей способности.

Многоковшовые котлованокопатели ВК для работы с пути мон­тируют на дрезине ДГК7 (рис. 15.6), а котлованокопатели МКТС для работы с поля — на тракторе (рис. 15.7). Они позволяют разра­батывать котлованы размером 0,7 х 0,9 м глубиной до 5 м за два или несколько проходов. Вылет рабочего органа от оси машины 3,5—6,0 м. Средняя производительность котлованокопателя на же­лезнодорожном ходу за 1 ч работы в талых грунтах — 8 котлованов и в мерзлых — 4. Машина на тракторном ходу разрабатывает за смену 15—18 котлованов в талых грунтах и 7—9 в мерзлых. Ско­рость передвижения дрезин до 80, тракторов — до 7,5 км/ч.

Рис. 15.6. Вертикальный котлованокопатель на железнодорожном ходу ВК-3: 1 — кабина дрезины; 2 — кабина управления; 3 — буровое устройство

Рис. 15.7. Многоковшовый котлованокопатель на гусеничном ходу

МКТС-2: / — кабина; 2 — стрела; 3 — направляющая рама;

4 — рабочий орган

Котлованы под опоры, устанавливаемые без лежней, разрабаты­вают также буровой машиной БМ на базе автомотрисы АДМ-1С (рис. 15.8) и БМТС-2 на базе дрезины ДГК7. Процесс бурения состо­ит из четырех операций: заглубление бура на 0,8—1 м, подъем его с грунта над поверхностью земли, разбрасывание грунта под влияни­ем центробежной силы от быстрого вращения бура и опускание не-вращающегося бура в котлован. Циклы бурения повторяют до дос­тижения необходимой глубины, после чего машину переводят в транспортное положение и она следует к очередному котловану. Об­щая продолжительность всего цикла работ с передвижением к очеред­ному котловану составляет 20 мин.

Буровая машина отрывает котлованы диаметром 0,65 м, глу­биной 5,0 м при вылете рабочего органа 2,7—6,7 м от оси; ее про

Рис. 15.8. Автомотриса АДМ-1С: 1 — буровая установка; 2 — кран-манипулятор; 3 — телескопическая вышка; 4 — неизолированная рабочая

площадка; 5 — кабина

изводительность за 1 ч работы составляет 10—12 котлованов в та­лых грунтах и 6—8 в мерзлых.

Агрегат для вибропогружения свайных фундаментов АВФ-1 при­меняют для вибропогружения трехлучевых фундаментов, анкеров и свай под сборные фундаменты опор контактной сети в талые грун­ты. Он имеет погрузочно-зарядное и опорно-поворотное устрой­ства, на последнем установлено рабочее оборудование (выдвижная и поворотные фермы, направляющая рама, каретка вибропогружа­теля) для захвата и вибропогружения опорных конструкций. Сило­вая установка — дизель-электрический агрегат.

Техническая производительность вибропогружения свайного фундамента — не менее 3 шт/ч, масса погружаемого фундамента

Рис. 15.9. Агрегат для вибропогружения свайных фундаментов МС (модернизированный вариант АВФ-1): 1 — платформа; 2 — поворотная рама; 3 — выдвижная ферма; 4 — направляющая рама; 5 — вибропогру­жатель; 6 — погрузочно-зарядное оборудование

или сваи — до 2,6 т. Длина погружаемых свай — до 5,6 м, фундамен­тов — до 4,5 м; глубина погружения фундамента от УГР — 5,0 м. Расстояние от оси пути до внутреннего края устанавливаемых оснований 3,1—5,7 м (рис. 15.9).

Буровые машины УКБС-2Г, МРКС-1А (рис. 15.10) монтируют на- четырехосной платформе и перемещают автомотрисой или теп­ловозом.

Для разработки котлованов под фундаменты станционных опор гибких поперечин применяют одноковшовые экскаваторы с обрат­ной лопатой вместимостью 0,25—0,35 или 0,5—0,65 м 3 . Наиболее пригоден для разработки котлованов экскаватор Э-221 на базе

Рис. 15.10. Машина МРКС-1А: 1 — захват; 2 — буровое оборудование;

3 — манипулятор; 4 — кабина; 5 — силовая установка;

6 — базовая платформа; 7 — привод хода

колесного трактора «Беларусь», который разрабатывает котлова­ны глубиной 3,2 м от уровня его стоянки. На этом же тракторе смонтирован нож для предварительной срезки грунта.

Для бурения скважин в скальных породах применяют универ­сальный комплекс УКБС-2Г или другие буровые машины. В от­дельных случаях для рыхления скального грунта применяют взрывные работы, которые выполняют специализированные организации.

Для установки фундаментов в грунтах вечной мерзлоты с глу­боким промерзанием производят завинчивание металлических трубчатых свай специализированным машинным комплексом.

Работы по сооружению фундаментов опор контактной сети и анкеров осуществляют в такой последовательности: изготавлива­ют фундаменты и анкеры на строительной базе или получают го­товые; развозят их специальными поездами или внерельсовыми транспортными средствами и устанавливают кранами в заранее подготовленные котлованы; осуществляют вибропогружение свай­ных фундаментов или бетонируют фундаменты на месте.

Установку фундаментов, анкеров и опор контактной сети вы­полняют механизированным способом. Опоры контактной сети устанавливают на фундаменты или непосредственно в грунт в под­готовленные котлованы. В слабых грунтах под опоры для устой­чивости устанавливают опорные плиты.

Наибольшее распространение из существующих железнодорож­ных кранов для установки фундаментов, анкеров и опор контакт­ной сети получили краны КЖДЭ (КДЭ); КЖС-16 грузоподъемно­стью 16—25 т (рис. 15.11, а, б).

Рис. 15.11. Краны: а — КЖДЭ (КДЭ); б — строительно-монтажный КЖС-16; У — кабина управления; 2 — стрела крана

При работах с поля для установки фундаментов, анкеров и опор используют тракторные краны КТС-5Э, КТС-10Э, КМТТС-10 и др., применяют также автомобильные краны.

Перед установкой фундамента, анкера или опоры в котлован проверяют правильность отметки дна котлована относительно УГР. Крюк крана присоединяют к опоре несколько выше центра тяжести, после чего опору поднимают и опускают в котлован или на фундамент, придавая ей наклон 1,5 % от высоты опоры в сторо­ну, противоположную действию основных нагрузок. Котлован засыпают слоями не более 20 см и тщательно утрамбовывают каж­дый слой. При работе в зимних условиях обычно засыпают котло­ван привозным талым грунтом или обязательно размельчают мер­злый грунт так, чтобы его комья были размером не более 5 см.

Свайные фундаменты устанавливают при вибропогружении аг­регатом АВСЭ-М, смонтированным на четырехосной платформе (рис. 15.12), или МС (АВФ) (см. рис. 15.9). При этом отпадает не­обходимость в землеройных работах и значительно ускоряется ус­тановка опор контактной сети.

‘На раме платформы АВСЭ-М расположено поворотное устрой­ство агрегата, на котором находится стрела с направляющими для выдвижения и поворота. На конце выдвижной стрелы укреплена конструкция для вертикального перемещения рабочего органа, внутри которой находится вибропогружатель ВП-1 с электродви-

Рис. 15.12. Агрегат вибропогружения свай (вибропогружатель) АВСЭ-М

гателем и гидравлическим захватом. На другом конце платформы расположена поворотная кран-балка с тельфером грузоподъемно­стью 2 т, позволяющая грузить фундаменты на платформу и уста­навливать их на специальный станок посередине платформы. Этим станком фундамент подается в гидравлические захваты рабочего органа. Под кран-балкой укладывается 16—18 фундаментов. Аг­регат приводится в действие и транспортируется мотовозом-элек­тростанцией МЭГ-1, на которой имеется трехфазный генератор мощностью 200 кВт.

Агрегат дает возможность погружать свайные фундаменты дли­ной до 5 м при расстоянии от оси пути 2,7—5,4 м. При погружении в грунт вибропогружателем ВП-1 свайный фундамент подвергается зна­копеременным колебаниям с частотой 7 Гц и амплитудой 10—18 мм. За двухчасовое «окно» агрегатом АВСЭ погружают 8—9 свай.

Большой экономический эффект дает использование свайных фундаментов под станционные опоры гибких поперечин. Свайный фундамент из 4—8 железобетонных свай длиной 5—10 м сечением 30×30 или 35×35 см объединяют поверху плитой и соединяют с ней болтами или сваркой (ростверком). Для погружения свай под стан­ционные опоры контактной сети применяют вибропогружатель ВП-30, установленный на железнодорожном кране.

При сооружении больших монолитных фундаментов под опоры гибких поперечин может осуществляться бетонирова­ние фундаментов непосредственно в местах их установки.

Жесткие поперечины на железобетонные опоры устанавливают на оголовники или опорные столики установочным поездом. Он состоит из тепловоза, двух четырехосных платформ (под стрелу крана), крана, сцепа из двух четырехосных платформ для перевоз­ки поперечин и крытого вагона для бригады, материалов и инст­румента. Для перевозки поперечин длиной более 24 м сцеп допол­няют двухосной платформой.

Поперечины длиной до 20 м опускают на стойки непосредствен­но с установочного поезда с занятием одного пути. Если длина поперечины более 20 м, то установочный поезд располагают на одном пути, а кран — на соседнем с ним пути. Для установки по­перечины осуществляют ее строповку четырехветвевым стропом, закрепленным на расстоянии 3—4,5 м от концов поперечины.

После этого ее поднимают и крепят хомутовыми болтами к ого­ловкам стоек или опорным столикам.

Строительные работы должны быть выполнены так, чтобы обеспечивалась долговременность эксплуатации сооружаемых ус­тройств. Перед установкой металлические опоры, поперечины и другие металлические конструкции окрашивают по всей поверх­ности и при необходимости восстанавливают защитные битумные покрытия подземной части поверхности фундаментов, анкеров и железобетонных опор.

Дата добавления: 2015-10-09 ; просмотров: 3763 ;

Источник

Фундаменты из винтовых свай под опоры ЛЭП, ВЛ и контактной сети

Статья содержит информацию об истории применения фундаментов из винтовых свай под опоры ЛЭП, ВЛ и контактной сети, а также о ключевых принципах проектирования оснований подобных объектов, используемых в работе специалистами компании «ГлавФундамент».

Содержание статьи:

Впервые свайно-винтовые фундаменты были применены при строительстве опор ЛЭП, ВЛ и контактной сети еще в 60-е годы 20 века.

Тогда все исследования в этой области были направлены на поиск конструкций свай, обеспечивающих снижение энергоемкости процесса их погружения. Поэтому значительная часть лопасти располагалась на конусе (стальная винтовая свая с одной лопастью в 1,25 витка, начинающейся на скошенной части ствола и плавно увеличивающейся в ширину, изобретенная Виктором Железковым).

Действительно, такое расположение лопасти облегчает погружение сваи даже в грунты с высокой плотностью, но ее несущая способность при этом существенно снижается. Это происходит из-за технологических особенностей погружения и конструктивных параметров сваи: во время установки возникают изгибающие моменты, являющиеся прямым следствием случайных эксцентриситетов, а вдоль ствола появляются зоны разуплотнения (пустоты и «зазоры» в контактной области «ствол-грунт»), что в процессе работы либо обеспечивает в незначительной степени, либо вовсе не обеспечивает (при использовании свай малых и средних диаметров) мобилизацию сил сопротивления грунта по стволу.

Чтобы свести к минимуму воздействие перечисленных факторов и повысить несущую способность приходилось увеличивать диаметр ствола и лопасти, что в свою очередь вело к увеличению материалоемкости.

За прошедшие годы подход к проектированию и строительству фундаментов опор ЛЭП, ВЛ и контактной сети из винтовых свай изменился. Многие специалисты отказались от увеличения диаметров ствола и лопасти, как единственного метода повышения несущей способности, добиваясь соответствия требованиям проектной документации путем назначения более оптимальных геометрических и конструктивных параметров винтовых свай.

Тем не менее, результаты расчетов данных конструкций винтовых свай на вдавливающие, выдергивающие и горизонтальные нагрузки аналитическими методами, базирующимися на табличных значениях коэффициентов, демонстрируют значительные расхождения с результатами, полученными во время полевых испытаний грунтов натурными сваями.

В связи с этим специалисты компании «ГлавФундамент» при оценке несущей способности используют численное моделирование статических испытаний грунтов сваями: создание расчетных схем для численного моделирования позволяет получать достоверные результаты, когда расхождение в величине несущей способности даже для слабых грунтов не превышает 20%.

Приведем в качестве примера расчет несущей способности винтовых свай для фундаментов опор ЛЭП (трассы ВЛ 110 кВ) на территории Русского месторождения, которое является уникальным по величине запасов нефти (геологические запасы составляют около 1,4 млрд тонн, извлекаемые запасы – 422 млн тонн).

Перед сотрудниками компании «ГлавФундамент» стояло несколько задач:

выполнить численные расчеты несущей способности винтовых свай по грунту на вдавливающие и выдергивающие нагрузки и по материалу;

выполнить аналитический расчет на действие сил морозного пучения;

выполнить прочностные расчеты узла соединения сваи с ростверком из стальных элементов.

1. Климатические условия района строительства

Район по скоростному напору ветра III. Нормативное ветровое давление 650 Па, скорость ветра – 32 м/с.

Район по гололеду III. Нормативная толщина стенки гололеда 20 мм.

Сейсмическая активность района 5 баллов.

2. Инженерно-геологические условия района строительства

Участок строительства располагается на территории Ямало-Ненецкого автономного округа.

Район изысканий относится к долине реки Таза, пойму которой слагают аллювиальные отложения, находящиеся как в многолетнемерзлом, так и в талом, обычно сильно увлажненном состояниях.

Залегающие с поверхности мерзлые толщи развиты очень широко, их мощность в пределах поймы изменяется от 5-10 м до 150-200 м, но на большей ее части не превышает 50 м. среднегодовые температуры многолетнемерзлых пород на большей части территории колеблются от 0 до -2ºС.

По результатам инженерно-геологических изысканий и последующего анализа пространственной изменчивости частных значений показателей физико-механических свойств грунтов грунты участка строительства выделены в 22 инженерно-геологических элемента:

супесь пластичная с прослоями суглинка;

супесь текучая с прослоями песка;

супесь текучая с примесью органических веществ;

песок мелкий средней степени водонасыщения, средней плотности;

песок мелкий насыщенный водой, средней плотности;

глина твердомерзлая слабольдистая слоистой криотекстуры;

суглинок твердомерзлый слабольдистый слоистой криотекстуры с прослоями песка;

суглинок твердомерзлый слабольдистый слоистой криотекстуры с примесью органических веществ;

суглинок твердомерзлый льдистый слоистой криотекстуры с прослоями глины;

суглинок твердомерзлый сильнольдистый слоистой криотекстуры;

супесь твердомерзлая слабольдистая слоистой криотекстуры с прослоями песка;

супесь твердомерзлая слабольдистая слоистой криотекстуры с примесью органических веществ;

супесь твердомерзлая льдистая слоистой криотекстуры;

супесь твердомерзлая сильнольдистая слоистой криотекстуры;

песок мелкий твердомерзлый слабольдистый массивной криотекстуры;

песок пылеватый твердомерзлый слабольдистый массивной криотекстуры с прослоями супеси;

торф пластичномерзлый среднеразложившийся слабольдистый слоисто-сетчатой криотекстуры;

торф средней влажности среднеразложившийся нормальнозольный.

В гидрогеологическом отношении район изысканий расположен в северной части Западно-Сибирского артезианского бассейна, на территории Тазовского бассейна, отличительная особенность которого – расположение в пределах зоны развития многолетнемерзлых пород.

3. Оценка геотехнической ситуации на участке строительства

Чтобы оценить геотехническую ситуацию, специалистам необходимо было рассмотреть основные факторы, которые могли привести к развитию деформации проектируемых опор.

Преобладающее значение среди них имели:

1. Наличие в основании опор мощной толщи слабых глинистых грунтов.

В основании проектируемых опор залегают слабые глинистые отложения текучей и текучепластичной консистенции, мощность которых в основании сооружения достигает 9 м.

Так как указанные грунты обладают существенной сжимаемостью и малой водопроницаемостью, большие неравномерные осадки основания за счет их дополнительного нагружения могут продолжаться десятки и даже сотни лет.

2. Наличие грунтов, подверженных силам морозного пучения.

Чтобы обеспечивалась устойчивость конструкций фундамента на действие касательных сил морозного пучения, они должны обладать необходимым сопротивлением на действие выдергивающих нагрузок.

4. Назначение винтовых свай

Учитывая сложные климатические и грунтовые условия района строительства, а также специфику возводимого сооружения, специалисты отдела научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок компании «ГлавФундамент» рекомендовали под объект сваи широколопастные многолопастные составные (из труб переменного сечения) со следующими конструктивными и геометрическими параметрами:

диаметр лопастей – 500-1000 мм;

толщина лопастей – 14 мм;

конфигурация лопастей – для текучепластичных грунтов;

диаметр ствола – 159-325 мм;

толщина стенки ствола – 10 мм;

длина винтовой сваи – 5 000-10 000 мм.

Выбор толщины металлопроката обусловлен значительной коррозионной активностью грунтов (КАГ) площадки строительства. Для уточнения правильности подбора данного параметра после выполнения расчета срока службы свай в грунте выполняется проверка соответствия остаточной толщины стенки ствола проектным нагрузкам и требованиям ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».

Подбор конфигурации лопасти, соответствующей грунтовым условиям площадки строительства, позволяет минимизировать нарушения структуры грунта в процессе установки винтовой сваи, что обеспечивает соответствие несущей способности требованиям проектной документации (подробнее «Ключевые принципы подбора параметров лопастей»).

4.1. Оценка несущей способности свай по грунту

Стандартная методика оценки несущей способности винтовых свай в соответствии с СП 24.13330.2011 базируется на упрощенных моделях взаимодействия грунтов и свай, поэтому не обладает достаточной точностью.

Это требует проведения численных расчетов, позволяющих моделировать работу сваи в полевых условиях. В связи с этим для оценки несущей способности многолопастных модификаций специалисты отдела НИОКР использовали системы автоматизированного проектирования (САПР), базирующиеся на методе конечных элементов.

В первую очередь для оценки несущей способности сваи по грунту выбирается определяющая модель грунта. В данном случае была выбрана упруго-пластичная модель с критерием разрушения Кулона – Мора.

Затем выполняется моделирование в трехмерной (пространственной) постановке. Моделируются следующие виды воздействия:

для оценки несущей способности на вдавливание;

для оценки несущей способности на выдергивание.

По результатам расчета было установлено, что при использовании указанных модификаций винтовой сваи условие по обеспечению несущей способности на действие вдавливающих и выдергивающих нагрузок обеспечивается с запасом.

На этом этапе также были смоделированы расстояние между лопастями, шаг и угол наклона лопастей. Необходимость расчета обусловлена сложной зависимостью этих параметров от грунтовых условий и характера нагрузок от строения (подробнее «Особенности расчета многолопастных винтовых свай»).

4.2. Устойчивость на воздействие сил морозного пучения

Проверка на устойчивость на воздействие касательных сил морозного пучения проводится в соответствии с СП 25.13330.2011 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах».

Расчет был выполнен для наихудших грунтовых условий. В результате было установлено, что устойчивость сваи на воздействие касательных сил морозного пучения выполняется с запасом.

4.3. Оценка несущей способности свай и металлических ростверков по материалу

Для расчета прочности и жесткости (по материалу) элементов ростверка и винтовых свай также в системах автоматизированного проектирования были созданы трехмерные модели.

По результатам численного моделирования можно сделать вывод, что максимальные эквивалентные напряжения (180 МПа) не превышают значение расчетного сопротивления стали (235 МПа). Следовательно, условие по обеспечению несущей способности стальных элементов выполняется с запасом.

4.4. Расчет элементов ростверка по деформациям

В соответствии с СП 63.13330.2012 расчет металлических элементов по деформациям производят из условия, по которому прогибы или перемещения конструкций от действия внешней нагрузки не должны превышать предельно допустимых значений прогибов или перемещений.

Было установлено, что условие по деформации выполняется.

4.5. Выводы и рекомендации

Результаты расчетов свидетельствуют о возможности применения рекомендованных многолопастных составных винтовых свай и металлических ростверков.

Для окончательных расчетов несущую способность винтовых свай было рекомендовано принимать по результатам испытаний свай статической нагрузкой в соответствии с ГОСТ 5686-2012 «Грунты. Методы полевых испытаний грунтов сваями».

Источник