Фундамент из винтовых свай под мачты и вышки

Промышленное строительство Проектирование


Статья расскажет о мачтовых конструкциях и вышках, их особенностях, достоинствах и недостатках, а также о проектировании фундамента из винтовых свай под мачту или вышку.

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, фундамент на винтовых сваях под мачту

Фундамент мачты

Башни и мачты часто возводят в труднодоступных местах, а также на просадочных и вечномерзлых основаниях. В связи с этим наиболее востребованное решение для фундаментов таких конструкций – винтовые сваи.

Отдел НИОКР компании «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 специалистами компании в системах автоматизированного проектирования, базирующихся на методе конечных элементов, был выполнен численный расчет несущей способности винтовых свай по двум группам предельных состояний.

В качестве основания свай был принят песок пылеватый коричневый, светло-серый, плотный, насыщенный морской водой, с включениями обломков раковин с прослоями суглинка. 

В рамках выполнения расчетов по первой группе было проведено численное моделирование НДС грунта вокруг винтовой сваи, сама свая моделировалась в рамках упругой модели. Были получены полные значения деформаций грунтового массива и график зависимости осадки сваи от передаваемой на нее нагрузки.

В результате выполнения расчетов по второй группе предельных состояний были получены деформации и эквивалентные напряжения, возникающие в теле сваи под действием осевой вдавливающей 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; 

  • боковая – 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 27751-2014 «Межгосударственный стандарт. 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 «Особенности расчета двухлопастных винтовых свай»).

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 винтовых свай»).



Была ли информация для Вас полезной?
0
0
0

Статьи по теме