CC BY
157
15. Рудых О.Л. К расчёту температурно-влажностного режима оснований методом конечных элементов // Вопросы повышения надёжности и эффективности работы железнодорожного транспорта: тез. научно-техн. конф. 23-26 ноября 1982 /НИИЖТ. Новосибирск, 1982 . С. 76-77.
16. Чистотинов Л.В. Миграция влаги в промерзающих нево-
донасыщенных грунтах. М.: Наука, 1973. 144 с. 17. Рудых О.Л. Расчёт тепло- и массопереноса земляного полотна методом конечного элемента // Вопросы земляного полотна и геотехники на железнодорожном транспорте: межвуз. сб. научн. тр./ДИИТ. Днепропетровск, 1981. Вып. 219/30. С. 58-62.
УДК 621.311.001.57
УСТОЙЧИВОСТЬ ОПОР ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ОБВОДНЁННЫХ И СЛАБЫХ ГРУНТАХ
Л.В.Снитко1
Костанайский инженерно-педагогический университет им. М. Дулатова, Казахстан, г. Костанай, ул. Чернышевского, 59.
Предложена конструкция мембранных фундаментов для стальных и железобетонных опор линий электропередачи напряжением 35 - 110 кВ, расположенных в обводнённых и слабых грунтах, как один из способов повышения их устойчивости при воздействии горизонтальных сдвигающих сил. Ил.1. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: опора; устойчивость; линии электропередачи; фундамент.
THE STABILITY OF ELECTRIC POWER TRANSMISSION LINE SUPPORTS LOCATED
IN THE WATER-BEARING AND WEAK GROUNDS
L.V.Snitko
Kostanai Engineering Pedagogical University named after M.Dulatov 59 Chernyshevskii St., Kostanai, Kazakhstan
The author proposes the membrane foundation construction for steel and concrete supports of electric power transmission lines with the voltage of 35 - 110 кУ, located in water-bearing and weak grounds as one of the ways to increase their stability under the influence of horizontal shifting forces. 1 figure. 9 sources.
Key words: support; stability; electric power transmission lines; foundation.
В системах электроснабжения крупных потребителей электроэнергии, а также сельских регионов основным видом питающих линий являются воздушные линии (ВЛ) напряжением 35-110 кВ. Надёжность систем электроснабжения указанных объектов во многом определяется надёжностью ВЛ, которая, в свою очередь, определяется надёжностью её составляющих: проводов и тросов, линейной изоляции и арматуры, опор и фундаментов.
Особенностью ВЛ как элементов систем электроснабжения является их сильная подверженность влиянию климатических воздействий, по сравнению с другими составляющими систем электроснабжения.
К таким климатическим воздействиям, прежде всего, относятся ветер, гололёд и грозовые явления. Эти воздействия создают определённую механическую нагрузку на элементы ВЛ и во многом определяют их конструкцию. Механическая прочность элементов ВЛ должна обеспечивать их надёжную работу при воздействии расчётных внешних механических нагрузок [1].
Надёжность ВЛ во многом определяется конструкцией их опор и фундаментов, причём надёжная работа этих элементов во многом зависит от свойств грунта, в который они устанавливаются.
Грунт в электроустановках играет довольно значи-
тельную роль, так, например, его электропроводящие свойства во многом определяют конструкцию заземляющих устройств и расход материалов на них. Механические свойства грунта определяют как трудоёмкость при производстве земельных работ, связанных с установкой опор и фундаментов (скальные или песчаные грунты), так и устойчивость опор и фундаментов в грунте при различных климатических воздействиях.
Свойства грунта во многом определяют конструкцию фундаментов и способы закрепления опор. Важной задачей является выполнение закрепления опор и фундаментов в слабых грунтах, к которым, прежде всего, относятся обводнённые и болотистые грунты. Задача закрепления опор и фундаментов в указанных грунтах имеет множество решений, но к настоящему времени окончательно не решена.
Выбор способа закрепления опор и фундаментов решается параллельно с выбором трассы ЛЭП. При выборе трассы стараются избегать установки опор на участках со слабыми грунтами. Однако из-за недостаточного изучения грунтов на трассе, а также из-за того, что свойства грунтов подвержены сезонным и годовым колебаниям, в ряде случаев происходит установка опор в слабые грунты или ослабление грунтов при эксплуатации.
Анализ повреждения ВЛ из-за падения или накло-
1Снитко Людмила Владимировна, старший преподаватель, тел.: 831422507406, e-mail: [email protected] Snitko Lyudmila Vladimirovna, a senior lecturer, tel.: 831422507406, e-mail: [email protected]
на опор показывает, что основной причиной, вызывающей такие повреждения, является неудовлетворительное закрепление опор в грунте. Наиболее частые отказы ВЛ по этой причине имеют место в осенне-весенние периоды (замерзание и оттаивание грунтов, часто связанное с их обводнением), в периоды паводков, ливневых дождей и ураганных ветров.
Поэтому правильный выбор способов закрепления опор, особенно в слабых и обводнённых грунтах, в значительной степени определяет надёжную и безопасную эксплуатацию систем электроснабжения, а также затраты на их эксплуатацию [2].
При слабых грунтах ветровые нагрузки вызывают отклонение опор от вертикали, что в свою очередь увеличивает механическую нагрузку на опоры. Особенно чувствительны к таким отклонениям железобетонные опоры, для которых наклоны вдоль и поперёк трассы ВЛ значительно снижают прочность бетона ствола опоры, а также способствуют образованию трещин в бетоне и проникновению влаги к арматуре опоры.
Исследования показали, что при наклоне опор только на 20 несущая способность их уменьшается на 8-10%, поэтому на отклонение опор от вертикального положения установлены жёсткие допуски - отклонение верха опоры от вертикального положения по высоте должно быть не более 1:150.
Процесс подтопления территорий Республики Казахстан подземными водами в последнее десятилетие принял массовый характер. По данным КазГИИ, на территории Казахстана подтапливается более 124 городов и поселков; подвержены процессу подтопления такие города республики, как Астана, Кзыл-Орда, Павлодар, Петропавловск, Костанай и др. Если ранее были подвержены процессу подтопления города и населённые пункты, расположенные по берегам рек, то в последние годы к ним добавились такие пустынные города, как Жесказган, Новый Узень и др. Подтопление территорий происходит как за счёт естественных, так и искусственных факторов. Подтоплению подвержены также обширные территории вне городов. В [3] указано, что город Костанай находится на границе трёх областей: первой области 11-го региона - потенциально подтопляемой, восьмой области 11-го региона и частично первой области III-го региона - подтопляемой в естественном состоянии. Город Аркалык почти полностью расположен в пределах восьмой области 11-го региона, т.е. территории его могут быть интенсивно затопляемыми при наличии трещиновато-сти в глинных или покровных отложениях, покрывающих глины. Для Костанайской, Тургайской, Акмолинской и некоторых других областей Республики Казахстан характерны периодические колебания уровня грунтовых вод с периодичностью 7 - 10 лет. Это приводит к тому, что некоторые участки линии электропередачи, в частности, напряжением 35 - 110 кВ, оказываются в зоне затопления. Процесс проектирования и строительства высоковольтной линии занимает около двух лет, а если при изысканиях в период, предшествующий проектированию, грунтовые воды находились
на низком уровне, то трасса ВЛ, выбранная по таким участкам территории, в последующем может оказаться в зонах частичного или полного затопления по причине непредвиденного подъёма грунтовых вод в последующие периоды эксплуатации ВЛ. Это объясняется недостаточной изученностью процесса изменения уровня грунтовых вод с периодическим выходом их на поверхность.
Наиболее опасными в отношении затопления местами являются пойменные участки озёр. Так, например, после весеннего паводка 1994 года в северной части Костанайской области оказались в зоне затопления участки ВЛ 35 кВ «Калининская - Моховое» длиной 2,7 км, «Сосновый Бор - Янушевка» - 1,8 км, «Баканская - Карасу» - 4,6 км, «Тюнгур - Карамурза» - 3,1 км, а также ВЛ 220 кВ «Тимирязево - Ленинское» протяженностью 5,6 км. После прохождения весеннего паводка названные ВЛ остались в зоне затопления, т.е. опоры этих ВЛ находились в воде в летнее и осеннее время.
По данным проектно-конструкторского бюро ТОО «Костанайстройэлектроремонт» в Костанайской области Казахстана до 150 свободностоящих промежуточных опор линий электропередачи напряжением 35110 кВ ежегодно теряют устойчивость в результате обводнения грунтов из-за подъёма грунтовых вод, весенних паводков и осенней распутицы.
Опыт эксплуатации линий электропередачи, а также известные из литературы данные исследований показали, что одной из наиболее часто встречающихся причин нарушения работоспособности линий электропередачи, расположенных на обводнённых участках трассы, является потеря устойчивости опор линий электропередач напряжением 35-110 кВ. В большинстве случаев это касается прямых свободностоящих железобетонных опор линий электропередачи, установленных как в сверлёные, так и в копаные котлованы без ригелей и с ригелями, в копаные котлованы с банкетками. Хотя опрокидывание стальных опор не наблюдалось, но наблюдались случаи потери устойчивости железобетонных подножников, на которые опирались опоры вследствие просадки обводнённых и слабых грунтов.
Согласно практике строительства линий электропередачи напряжением 35-500 кВ основным типом фундамента для промежуточных металлических опор является железобетонный подножник с прямой стойкой [1; 4].
Горизонтальному смещению такого фундамента отпор грунта оказывает небольшое сопротивление по причине малой боковой поверхности контакта поднож-ника с грунтом [4], а основное сопротивление возникает в результате воздействия сил трения поверхности грунта о поверхность опорной плиты.
Но в обводнённом грунте силы трения значительно уменьшаются, и основное влияние на горизонтальное смещение фундамента и его поворот относительно вертикального положения оказывает отпор грунта, воздействующий на боковую поверхность фундамента. Использование ригеля в сильно обводнённом грун-
те незначительно увеличивает сопротивление смещению и соответственно устойчивость фундамента. Под действием на опору провода и гирлянды изоляторов ветровой нагрузки, переменной по величине и направлению, происходит раскачивание стойки, передающееся на фундамент, что увеличивает вероятность его смещения в обводнённом грунте.
С целью увеличения отпора грунта горизонтальному перемещению фундамента представляется целесообразным на базе типового железобетонного подножника Ф4-2, применяемого для установки опор в обводненных грунтах, изготовить фундамент с четырьмя или двумя прямоугольными или треугольными рёбрами (мембранами), расположенными вертикально перпендикулярно опорной плите и центральной стойке в одной или двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через вертикальную ось симметрии фундамента (рисунок).
При наличии только двух рёбер (мембран) последние играют роль ригеля сплошного по всей высоте фундамента и располагаются вдоль линии электропередач [5].
Рёбра условно названы мембранами, т.к. их толщина не превышает 0,1 длины наименьшей стороны ребра, а сам фундамент предлагается называть мембранным [6].
Для повышения устойчивости железобетонных опор на участках трассы, подверженных систематическому затоплению, предложено устанавливать стойку опоры в мембранный фундамент с трубчатой стойкой, в которую при монтаже опоры вставляется железобетонная стойка опоры с последующим бетонированием. Базой для такого фундамента предложено использовать стандартный железобетонный подножник ФС1-4 для особо слабых грунтов [7] с тем лишь отличием, что центральную стойку квадратного сечения предлагается заменить трубчатой стойкой, предназначенной для установки в неё нижней части железобетонной стойки опоры (рисунок).
плане составляют 2,7х3,5м. Фундамент предусматривается располагать длинной стороной опорной плиты вдоль линии электропередачи.
В качестве базового стандартного подножника предлагается использовать также составной фундамент ФСС1-4 высотой 3,2м с глубиной заделки в грунт на 3,0 м и размерами сторон опорной плиты 3,5 х 3,5м
Мембранный фундамент предусматривает наличие двух рёбер (мембран). Мембраны располагаются вдоль линии электропередачи, что превращает их в ригель шириной 3,5 м и высотой 3,0 м, в значительной степени препятствующий горизонтальному смещению и повороту опоры в грунте.
Высота трубчатой стойки фундамента 3,2 м, внутренний диаметр равен диаметру стандартной стойки опоры, увеличенному на величину зазора для бетонирования. Толщина стенки трубчатой стойки фундамента равна 55 мм. Трубчатая стойка предусматривается сквозной до основания фундамента, чтобы стойка опоры проходила насквозь до упора в дно котлована, таким образом обеспечивается глубина заложения в грунт нижней части стойки опоры на 3 м.
Теоретически доказано, что при наличии прямоугольных мембран площадь контакта с грунтом у фундамента на базе подножника Ф4-2 увеличивается в 3,56 раза по сравнению с фундаментом этого типа без мембран, что соответственно увеличивает отпор грунта горизонтальному смещению фундамента. При использовании двух ригелей АР-5 это соотношение составляет 1,75 раза, и при этом не обеспечивается контакт с грунтом по всей части фундамента, расположенного в грунте. Пропорционально вышеуказанным соотношениям увеличиваются нормальные и касательные силы, препятствующие горизонтальному сдвигу и повороту фундамента в направлении, перпендикулярном плоскости мембраны.
Теоретически доказано, что мембранный фундамент с прямоугольными мембранами на базе типового подножника Ф4-2 при воздействии на него горизон-
—О
а б
Мембранный фундамент с прямой стойкой квадратного сечения (а) и с полой стойкой круглого или квадратного сечения (б)
На фундамент указанной конструкции получен инновационный патент на изобретение, и предлагается его внедрение при проектировании линий электропередач напряжением 35-110 кВ.
Размеры основания (подошвы) фундамента в
тальных сдвигающих сил, действующих в плоскости мембраны, по нормальным критическим напряжениям более устойчивый, чем типовой железобетонный под-ножник в 6 раз, а по критическим касательным напряжениям сдвига - более чем в 1,3^2,3 раза.
Для определения толщины стенки мембраны последнюю рассматриваем как пластину толщиной I, консольно закреплённую в нижней части. На основе решения задачи об изгибе консольной балки [8] выведена зависимость для определения величины.
t = K, ■ b ■
i
3 ■ с,
Н«
где I - толщина мембраны, м; Ь - высота мембраны, м;
[стшг] - допускаемое напряжение на изгиб материала мембраны, кН/м2;
с1 - расчетное удельное сцепление между частицами грунта, кН/м ;
К1 - поправочный коэффициент, учитывающий величину касательных сил сопротивления грунта горизонтальному сдвигу и повороту фундамента.
Учитывая характер изменения изгибающего момента по высоте мембраны, а также распределения нормальных напряжений изгиба, представляется целесообразным предложить изготовление мембраны трапецеидальной формы по высоте [9].
Трапецеидальная форма мембраны способствует увеличению поверхности контакта с грунтом и соответственно увеличению касательных сил сопротивления горизонтальному смещению фундамента.
Библиографический список
1. Андриевский В.Н., Голованов А.Т., Зеличенко А.С. Эксплуатация воздушных линий электропередачи. М.: Энергия, 1976. 616 с.
2. Крылов С.В. Обзор нарушений в работе воздушных линий электропередачи при сильном ветре и гололеде. М.: Энергетик. 2006. №9. С. 17-22.
3. Ашинбаев М.У., Пустогачёв В.А., Сарсенова З.И. Исследование по проектированию и устройству оснований и фундаментов на подтопляемых территориях (на примере г. Ак-молы) // Отчёт по научно-техническому проекту. УКД 624.131.23. Алматы, 1997. 70 с.
4. Крюков К.П., Курносов А.И., Новгородцев Б.П. Конструкция и расчёт металлических и железобетонных опор линий электропередачи. Изд. 2-е. Л.: Энергия, 1975. 456с.
5. Снитко Л.В., Утегулов Б.Б., Ткаченко В.В. Разработка мембранного фундамента для опор линий электропередачи// Материалы научной конференции молодых учёных, студентов и школьников «VI Сатпаевские чтения». Павлодар, 2006. Т. 7. 122-126 с.
6. Федосеев В.И. // Сопротивление материалов. М.: Наука, 1964. 540 с.
7. Реут М.А., Рокотяна С.С. // Справочник по проектированию линий электропередачи. М.: Энергия, 1980. 296 с.
8. Справочник проектировщика. Расчётно-теоретический. М., 1961. 1040 с.
9. Снитко Л.В. К вопросу о повышении устойчивости опор ЛЭП в обводнённых и слабых грунтах // Поиск. Научный журнал министерства образования и науки РК. Алматы, 2008. №2. С. 307-310.
УДК 504.54:711.4
ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ В АСПЕКТЕ ВНЕДРЕНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОРИЕНТИРОВАННОГО ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ
С.В.Солодянкина1
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрена проблема недостаточности проработки ландшафтно-экологического аспекта в современной системе градостроительного планирования. Обоснована необходимость глубокого комплексного анализа природных особенностей территории на предварительном этапе территориального планирования или параллельно с ним. Приведены примеры подходов к выделению ландшафтно-экологического каркаса трех различных городов. Ил. 3. Библиогр. 13 назв.
Ключевые слова: ландшафтно-экологическое картографирование городских территорий.
TOWN-PLANNING DESIGNING IN THE ASPECT OF THE INTRODUCTION OF TOOLS OF ECOLOGICALLY
ORIENTED TERRITORIAL PLANNING
S.V.Solodyankina
Irkutsk State Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074
The author examines the problem of insufficient working out of the landscape and ecological aspect in the modern system of town-planning. She proves the necessity of a deep complex analysis of natural features of territories at the preliminary stage of the territorial planning or in parallel to it. The author presents the examples of approaches to allot a landscape and ecological carcass of three different cities. 3 figures. 13 sources.
Key words: landscape and ecological mapping of city territories.
1Солодянкина Светлана Викторовна, кандидат географических наук, доцент-совместитель кафедры архитектуры и градостроительства, тел.: (3952)426795, e-mail: [email protected]
Solodyankina Svetlana Victorovna, a candidate of geographical sciences, an associate professor of the Chair of Architecture and Town-planning, tel.: (3952)426795, e-mail: [email protected]
