Последнее обновление 23.08.2024
Фундамент из винтовых свай под мачты и вышки
Статья расскажет о мачтовых конструкциях и вышках, их особенностях, достоинствах и недостатках, а также о проектировании фундамента из винтовых свай под мачту или вышку.
Содержание
Сегодня в строительстве широкое распространение получили металлоконструкции, которые
применяются в качестве несущих каркасов зданий, в большепролетных покрытиях, обшивках
стеновых и кровельных панелей и других инженерных сооружениях.
Металлоконструкции можно классифицировать следующим образом:
- строительные металлоконструкции: каркасы зданий, арматурные сетки, листовые сплошностенчатые конструкции, высотные сооружения;
- ограждающие конструкции, колонны;
- обслуживающие конструкции.
Высотные сооружения – сооружения, высота которых значительно превышает их размеры в
поперечном сечении. Они в большей степени работают на восприятие горизонтальных
нагрузок, при этом основным типом воздействия является ветровое.
К высотным сооружениям относят:
- опорные конструкции (мачты линий электропередач);
- мачты (вышки): телевизионные, радио- и радиорелейные, сотовой связи, осветительные, метеорологические;
- башни.
Основные составляющие мачт (вышек) и башен:
- рабочая площадка или шатер;
- ствол с лестницами, промежуточными площадками;
- фундамент.
Особенности мачтовых конструкций
Мачта (вышка) – вертикальное высотное сооружение, шарнирно или защемленно
опирающееся на фундамент и удерживаемое натянутыми и наклонно идущими к земле
стальными канатами-оттяжками в один или несколько ярусов.
Конструкции мачт:
- решетчатая трех- или четырехгранного сечения;
- листовая в виде сплошной трубы;
- комбинированные решения.
На ствол мачтовой конструкции оказывают воздействие:
- собственный вес и вес оборудования;
- вертикальная составляющая тяжения оттяжек;
- гололедные нагрузки;
- ветровые нагрузки.
Основной при расчетах является именно ветровая нагрузка, которая составляет 70-80 %
итоговой. Чем больше высота сооружения, тем выше интенсивность ветрового воздействия.
Оттяжки мачт (вышек) проектируют из стальных канатов, закрепляя их к якорям. Оттяжки разных
ярусов размещаются параллельно друг другу или сводятся в одну точку.
При параллельном размещении усилие в оттяжках снижается, как и вертикальная составляющая
воздействия на ствол, но площадь, необходимая для установки мачтовой конструкции,
увеличивается.
Плюсы и минусы мачтовых конструкций
относительно башенных
Главное достоинство мачт (вышек) – низкая цена: при высоте до 150 м мачтовая конструкция обходится
на 20-30 % дешевле башенной. С увеличением высоты сооружения этот разрыв только увеличивается.
Минусы мачт:
- для установки необходима большая площадь;
- растяжки необходимо регулировать/заменять через определенные промежутки времени;
- больше сложностей возникает при монтаже и эксплуатации технологического оборудования.
Фундамент мачты
Башни и мачты часто возводят в труднодоступных местах, а также на просадочных и
многолетнемерзлых основаниях. В связи с этим наиболее востребованное решение для фундаментов
таких конструкций – винтовые сваи.
Отдел НИОКР ГК «ГлавФундамент» разработал проект фундаментов однопролетного ячеистого
портала и мачт освещения, в рамках проекта по организации электроснабжения межвидового
полигона Южного военного округа, расположенного в Астраханской области.
Проект фундамента из винтовых свай
под ячейковый портал и мачты освещения
На основании имеющихся данных специалисты компании выполнили численный расчет несущей
способности винтовых свай.
В качестве основания принят
Песок пылеватый коричневый, светло-серый, плотный,
насыщенный морской водой, с включениями обломков раковин с прослоями суглинка.
В рамках выполнения расчетов
Проведено численное моделирование НДС грунта вокруг
винтовой сваи, сама свая моделировалась с использованием упругой модели. Были получены
полные значения деформаций грунтового массива и график зависимости осадки сваи от
передаваемой на нее нагрузки.
Проведенный анализ напряженно-деформированного состояния показал, что максимальное
сопротивление сваи по грунту и материалу превышает максимальную проектную нагрузку на
сваю при условии, что фундамент будет состоять из винтовых свай и стальных ростверков
круглой формы.
Каждая из свай будет связываться с ним при помощи 8 косынок
треугольной формы с катетами 200 мм, расположенными по стволу сваи под углом 45 градусов
по отношению друг к другу, что должно обеспечить равномерную передачу нагрузки от
конструкции к свае.
В заданных грунтовых условиях применение используемой в расчетах конструкции обеспечивает
выполнение условий по несущей способности и устойчивости.
Однопролетный ячейковый портал применяется для открытого распределительного устройства (ОРУ)
110 кВ. Обычно порталы для ОРУ такого напряжения разделяются на два типа: тяжелые и легкие.
Легкие порталы устанавливают на один фундамент, тяжелые – на четыре фундамента. Поэтому в
проекте 4 сваи образуют фундамент мобильной модульной трансформаторной подстанции. Величина
пролета – 9 000 мм, шаг – 1 630 мм.
Допустимые расчетные нагрузки на сваи:
- вертикальная – 235 кН;
- горизонтальная – 171 кН.
Фактическая нагрузка составила 146 кН и 106 кН соответственно.
На объекте также предусмотрена установка 4-х мачт освещения. Расстояние между их
фундаментами – 29 270 мм, пролет – 22 730 мм.
Под объект были рекомендованы сваи винтовые для сезоннопромерзающих грунтов широколопастные
двухлопастные со следующими характеристиками:
- диаметр лопастей – 590 мм;
- толщина лопастей – 8 мм;
- конфигурация лопастей – для песчаных грунтов;
- диаметр ствола – 133 мм;
- толщина стенки ствола – 6 мм;
- длина ствола – 5 500 мм.
Выбор толщины металлопроката обусловлен степенью коррозионной агрессивности грунтов (КАГ)
площадки строительства по отношению к металлоконструкциям (данные получены в ходе
измерений). Для уточнения правильности подбора данного параметра после выполнения
расчета
срока службы свай в грунте осуществляется проверка соответствия остаточной толщины стенки
ствола проектным нагрузкам и требованиям ГОСТ 27751 «Надежность строительных конструкций и
оснований. Основные положения».
На этапе проектирования также были индивидуально подобраны такие параметры свай, как
расстояние между лопастями, конфигурация, шаг и угол наклона лопастей.
Необходимость расчета межлопастного расстояния, шага и угла наклона лопастей обусловлена
сложной зависимостью этих параметров от грунтовых условий и характера нагрузок от строения
(подробнее в статье).
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.
