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

Особенности мачтовых конструкций
Плюсы и минусы мачтовых конструкций относительно башенных
Фундамент мачты
Проект фундамента из винтовых свай под ячейковый портал и мачты освещения

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.

Фундамент из винтовых свай под мачты и вышки

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.