Пересмотр подходов к проектированию фундаментов

Page 1
background image

Page 2
background image

20

ВОЗДУШНЫЕ 

Линии

Январь–февраль 2012

  

|

  

www.tdworld.com, www.tdworld.ru

Пересмотр подходов к 
проектированию фундаментов

AEP реализует подход к проектированию фундаментов с 
учётом показателей надёжности.

Т. Дэвид Пэрриш (T. David Parrish) 

и

 

Дж. Келли Блэдсоу (J. Kelly Bledsoe), 

American Electric Power

Энтони М. Дигиоя Младший (Anthony M. Digioia Jr.), 

Digioia, Gray&Associates, LLC 

П

роектирование

 

фундаментов

 

опор

 

линий

 

элек

-

тропередачи

 

связано

 

со

 

многими

 

трудностями

Линия

 

электропередачи

 

представляет

 

собой

 

сложную

 

систему

 

взаимодействующих

 

между

 

собой

 

компонентов

опор

фундаментов

проводов

изо

-

ляторов

грозозащитных

 

тросов

 

и

 

линейной

 

арматуры

Линия

 

может

 

состоять

 

из

 

опор

 

многих

 

типов

для

 

кото

-

рых

 

существует

 

такое

 

же

 

множество

 

разновидностей

 

фундаментов

Кроме

 

того

линия

 

электропередачи

 

может

 

проходить

 

по

 

местности

которая

 

из

 

равнинной

 

становится

 

холмистой

 

или

 

горной

ЛЭП

 

также

 

может

 

пересекать

 

несколько

 

геологических

 

районов

таких

на

-

пример

как

 

карстовые

 

районы

неустойчивые

 

склоны

а

 

также

 

территории

где

 

проводятся

 

подземные

 

разра

-

ботки

что

 

может

 

вызвать

 

различные

 

сложности

 

проек

-

тирования

 

фундаментов

 

опор

которые

 

определяются

 

характером

 

геоподосновы

Таким

 

образом

процесс

 

проектирования

 

фундамента

 

на

 

каждом

 

своём

 

этапе

 

требует

 

применения

 

не

 

только

 

современных

 

технологий

 

проведения

 

подобных

 

работ

но

 

и

 

творческого

 

подхода

Это

 

особенно

 

актуально

 

при

 

определении

 

инженерно

-

геологических

 

расчётных

 

параметров

необходимых

 

для

 

проектирования

 

фундаментов

 

опор

.

Проектирование

 

по

 

допускаемым

 

напряжениям

Как

 

и

 

в

 

случае

 

со

 

всеми

 

другими

 

процессами

 

про

-

ектирования

осуществляемыми

 

на

 

основе

 

современ

-

ных

 

технологических

 

возможностей

в

 

настоящее

 

вре

-

мя

 

постоянно

 

проводятся

 

научно

-

исследовательские

 

и

 

опытно

-

конструкторские

 

работы

 

по

 

созданию

 

новых

 

и

 

инновационных

 

концепций

направленных

 

на

 

улучше

-

ние

 

процесса

 

проектирования

 

фундаментов

Подобные

 

Полномасштабная

 

испытательная

 

установка

 

для

 

изучения

 

поведения

 

фундаментов

проведённого

 

в

 

рамках

 

проекта

 ETT/CREZ, 

имеющего

 

целью

 

оценку

 

потенциала

 

различных

 

районов

перспективных

 

для

 

разработки

 

конкурентоспособных

 

возобновляемых

 

источников

 

энергии


Page 3
background image

21

ВОЗДУШНЫЕ 

Линии

www.tdworld.ru, www.tdworld.com

  

|

  

Январь–февраль 2012

работы

 

были

 

успешно

 

проведены

 

с

 

целью

 

совершен

-

ствования

 

процесса

 

проектирования

 

фундаментов

 

для

 

мостовых

 

переходов

В

 

настоящее

 

время

 

это

 

же

 

про

-

исходит

 

с

 

технологиями

 

проектирования

 

фундаментов

 

опор

 

линий

 

электропередачи

Этот

 

процесс

 

осущест

-

вляется

 

параллельно

 

с

 

изменениями

 

в

 

строительной

 

сфере

связанными

 

в

 

первую

 

очередь

 

с

 

использовани

-

ем

 

одностоечных

 

бетонных

 

и

 

стальных

 

конструкций

.

За

 

последние

 30 

лет

 

Научно

-

исследовательский

 

институт

 

электроэнергетики

 

США

 (EPRI) 

оказывал

 

значительную

 

финансовую

 

поддержку

 

ряду

 

научно

-

исследовательских

 

проектов

 

по

 

совершенствованию

 

проектирования

 

фундаментов

До

 

начала

 

организации

 

и

 

проведения

 

институтом

 

электроэнергетики

 

США

 

этих

 

исследований

 

наиболее

 

распространённым

 

в

 

практике

 

проектирования

 

фундаментов

 

был

 

метод

 

расчёта

 

по

 

допускаемым

 

напряжениям

 (ASD).

В

 

соответствии

 

с

 ASD-

методом

проектировщики

 

фундаментов

 

выполняют

 

предварительную

 

оценку

 

его

 

размеров

определяют

 

предельную

 

расчётную

 

несущую

 

способность

 

фундамента

 

и

 

рассчитывают

 

его

 

номи

-

нальную

 

рабочую

 

несущую

 

способность

 

путём

 

деления

 

предельного

 

значения

 

на

 

коэффициент

 

запаса

 

прочно

-

сти

Если

 

рабочая

 

несущая

 

способность

 

оказывается

 

меньше

 

или

 

больше

 

расчётной

 

нагрузки

проектиров

-

щик

 

выполняет

 

новую

уточняющую

 

оценку

 

размеров

 

фундамента

и

 

далее

 

процедура

 

повторяется

 

до

 

тех

 

пор

пока

 

не

 

будут

 

получены

 

приемлемые

 

соотношения

 

между

 

расчётными

 

нагрузками

 

и

 

номинальной

 

несущей

 

способностью

 

изучаемого

 

объекта

.

Самой

 

большой

 

сложностью

с

 

которой

 

сталкива

-

ется

 

проектировщик

осуществляя

 

расчёт

 

по

 

допускае

-

мым

 

напряжениям

является

 

неопределённость

 

коэф

-

фициента

 

запаса

 

прочности

  (

надёжности

), 

поскольку

 

однозначного

 

подхода

 

к

 

процедуре

 

выбора

 

коэффици

-

ентов

 

запаса

 

прочности

  (

надёжности

не

 

существует

Инженер

-

проектировщик

 

выбирает

 

тот

 

или

 

иной

 

коэф

-

фициент

 

на

 

основании

 

своих

 

знаний

 

и

 

опыта

.

Существует

 

множество

 

моделей

 

проектирования

 

фундаментов

среди

 

которых

 

можно

 

назвать

 

такие

как

 

программа

 

анализа

 

и

 

расчёта

 

фундаментов

 MFAD, 

а

 

также

 

программы

 Caisson, LPILE 

и

 Hansen (

модель

 

Хансена

). 

Недавно

 EPRI 

провёл

 

исследование

резуль

-

таты

 

которого

 

показали

что

 

применяемые

 

на

 

практике

 

коэффициенты

 

надёжности

  (

запаса

 

прочности

варьи

-

ровались

 

от

 2,0 

до

 4,0 

при

 

использовании

 

программы

 

MFAD, 

значения

 

соответствующих

 

коэффициентов

 

со

-

ставляли

 

от

 1,0 

до

 2,5 

при

 

использовании

 

программы

 

Caisson, 

соответственно

 

от

 2,0 

до

 3,0 

для

 

метода

 LPILE 

и

наконец

принимались

 

равными

 1,1 

для

 

модели

 

Хан

-

сена

Эти

 

модели

 

чаще

 

всего

 

применяются

 

при

 

про

-

ектировании

 

буронабивных

 

свай

 

одностоечных

 

труб

-

чатых

 

стальных

 

опор

Такой

 

диапазон

 

коэффициентов

 

надёжности

 

приводит

 

к

 

значительным

 

различиям

 

как

 

в

 

стоимости

 

заложения

так

 

и

 

в

 

показателях

 

надёжности

 

фундаментов

В

 

связи

 

с

 

этим

а

 

также

 

в

 

соответствии

 

с

 

требованиями

 

эволюционного

 

процесса

 

совершенство

-

вания

 

технологии

Институт

 EPRI 

и

 

Федеральное

 

управ

-

ление

 

скоростных

 

шоссейных

 

дорог

 

США

 

инициировали

 

процесс

 

разработки

 

нового

 

подхода

 

к

 

проектированию

 

Модели

 

проектирования

 

фундаментов

Самыми

 

распространёнными

 

моделями

 

проектирования

 

фундаментов

 

являются

 

следующие

 

виды

 

приме

-

няемой

 

в

 

США

 

продукции

: MFAD, Caisson, LPILE 

и

 

модель

 

Хансена

.

• 

Модель

 

проектирования

 

фундаментов

 MFAD 

была

 

разработана

 

Научно

-

исследовательским

 

институтом

 

электроэнергетики

 

США

 (EPRI) 

для

 

решения

 

практических

 

задач

 

использования

 

буронабивных

 

свай

применяемых

 

в

 

качестве

 

фундаментов

 

трубчатых

 

стальных

 

опор

а

 

также

 

при

 

определении

 

глубины

 

прямого

 

заложения

 

трубчатых

 

стальных

 

опор

 

в

 

зернистых

 

связанных

 

грунтах

 

и

 

при

 

использовании

 

технологии

 

обратного

 

заполнения

 

фундамента

 

закладной

 

части

 

трубчатой

 

опоры

 

бетоном

В

 

соответствии

 

с

 

моделью

 MFAD, 

действующим

 

со

 

стороны

 

закладной

 

части

 

сваи

 

или

 

опоры

 

составляющим

 

изгибающего

 

момента

горизонтальной

 

перерезывающей

 

и

 

вертикальной

 

сжимающей

 

нагрузок

 

противодействие

 

оказывает

 

сочетание

 

горизонтального

 

давления

 

слоёв

 

связного

 

и

 

скального

 

грунта

сопротивление

 

вертикальному

 

сдвигу

 

по

 

окружности

а

 

также

 

сопротивление

 

боковому

 

сдвигу

 

и

 

опрокидывающему

 

моменту

 

в

 

основании

 

фундамента

Первоначально

 

программа

 

рассчитывает

 

номинальную

 

несущую

 

способность

 

фундамента

Проектная

 

несущая

 

способность

 

учитывает

 

поправочный

  (

на

 

неучтённые

 

факторы

коэффициент

 

0,63. 

Программа

 

разработана

 

таким

 

образом

чтобы

 

в

 

расчётах

 

учитывались

 

такие

 

факторы

как

 

прогиб

вращение

изгибающий

 

момент

напряжения

 

сдвига

 

и

 

горизонтальная

 

реакция

 

грунта

 

по

 

всей

 

глубине

 

заложения

 

фундамента

 

и

 

основания

 

буронабивной

 

сваи

 

опоры

 

или

 

её

 

закладной

 

части

Модель

 

проектирования

 

фундаментов

 MFAD 

была

 

лицензирована

 

компаниями

 DiGioia, Gray&Associates, LLC, 

действовавшими

 

от

 

имени

 EPRI.

• 

Модель

 

проектирования

 

фундаментов

 Caisson 

была

 

разработана

 Alain Peyrot 

и

 Tarun Naik, 

представляющими

 

Университет

 

штата

 

Висконсин

Модель

 

также

 

предназначена

 

для

 

проектирования

 

буронабивных

 

свай

 

трубчатых

 

стальных

 

опор

Согласно

 

данной

 

модели

 

приложенным

 

моментной

 

и

 

срезающим

 

нагрузкам

 

противопоставляется

 

исключительно

 

горизонтальное

 

давление

 

слоя

 

нескального

 

грунта

. Caisson 

лицензирована

 

компанией

 Power Line 

Systems.

• 

Модель

 

проектирования

 

фундаментов

 LPILE 

была

 

разработана

 Lynn Reese 

из

 

Университета

 

штата

 

Техас

. LPILE 

представляет

 

собой

 

специализированную

 

программу

использующую

 

процедуры

 

анализа

 

поведения

 

опоры

 

или

 

буронабивной

 

сваи

находящихся

 

под

 

действием

 

горизонтальных

 

нагрузок

Передаваемым

 

со

 

стороны

 

опоры

 

на

 

грунт

 

моментной

 

и

 

перерезывающим

 

составляющим

 

нагрузок

 

противопоставляется

 

исключительно

 

горизонтальное

 

давление

 

слоев

 

нескального

 

и

 

скального

 

грунтов

которые

 

имеют

 

нелинейные

 

взаимосвязи

Программа

 

рассчитывает

 

прогиб

вращение

изгибающий

 

момент

перерезывающую

 

силу

 

и

 

реакцию

 

грунта

 

по

 

всей

 

глубине

 

сваи

. LPILE 

лицензирована

 

компанией

 Ensoft Inc.

• 

Модель

 

Хансена

 (J. B. Hansen) 

была

 

разработана

 

в

 1961 

году

Подробное

 

описание

 

модели

 

Хансена

 

содержится

 

в

 

его

 

книге

 Earth Pressure Calculation, 

опубликованной

 

в

 1961 

году

 

издательством

 Danish Technical Press. 

По

 

модели

 

Хансена

 

действующим

 

на

 

грунт

 

со

 

стороны

 

опоры

/

сваи

 

моментной

 

и

 

перерезывающим

 

нагрузкам

 

противопоставляется

 

исключительно

 

горизонтальное

 

давление

 

слоя

 

нескального

 

грунта

Модель

 

Хансена

 

можно

 

применять

 

в

 

форме

 

табулированных

 

данных

 

в

 

сочетании

 

с

 

уравнением

 

горизонтального

 

давления

выведенным

 

Хансеном

 

в

 

его

 

труде

изданном

 

в

 1961 

году

.


Page 4
background image

22

ВОЗДУШНЫЕ 

Линии

Январь–февраль 2012

  

|

  

www.tdworld.com, www.tdworld.ru

фундаментов

 

опор

 

линий

 

электропередачи

 

и

 

фунда

-

ментов

 

мостов

 

на

 

базе

 

учёта

 

показателей

 

надёжности

В

 

последние

 

годы

 

компания

 AEP 

также

 

приступила

 

к

 

реализации

 

подобного

 

подхода

.

Проектирование

 

на

 

основании

 

калибровки

 

и

 

испытаний

Говоря

 

простым

 

языком

подход

 

к

 

проектированию

 

на

 

основе

 

показателей

 

надёжности

 

предоставляет

 

инженерам

-

проектировщикам

 

фундаментов

 

модель

 

для

 

рационального

 

принятия

 

решений

 

с

 

несколькими

 

возможностями

:

• 

учёта

 

вариативности

 

нагрузки

 

на

 

фундамент

 

и

 

проч

-

ности

 

фундамента

;

• 

координации

 

уровня

 

надёжности

 

фундамента

 

с

 

уровнем

 

надёжности

 

других

 

компонентов

 

линии

 

электропередачи

;

• 

возможность

 

оптимизации

 

стоимости

 

фундаментов

 

путём

 

установления

 

единого

 

уровня

 

надёжности

 

фундаментов

.

Среди

 

существующих

 

в

 

настоящее

 

время

 

воз

-

можных

 

подходов

 

к

 

проектированию

 

фундаментов

 

опор

 

на

 

основе

 

показа

-

телей

 

надёжности

 AEP 

применяет

 

тот

в

 

соответствии

 

с

 

которым

 

снижение

 

предельной

 

прочности

 

фундамента

 

на

 

5% 

допускается

 

исключительно

 

для

 

случая

 

возникновения

 

предельных

 

на

-

грузок

 (

таких

 

как

 

экстремальный

 

ветер

 

или

 

ветер

 

с

 

гололёдом

), 

соответствую

-

щим

 

периоду

 

повторяемости

 

один

 

раз

 

в

 50 

лет

В

 

свою

 

очередь

 

значение

 

предельной

 

расчётной

 

прочности

 

при

 

использовании

 

данной

 

модели

 

проек

-

тирования

 

фундамента

 

снижается

 

на

 

5%, 

благодаря

 

чему

 

предельно

 

допу

-

стимая

 

прочность

 

фундамента

 

стано

-

вится

 

равной

 

номинальной

 

прочности

 

фундамента

помноженной

 

на

 

величи

-

ну

 

калиброванного

 

фактора

Возникает

 

вопрос

каким

 

об

-

разом

 

инженеры

-

проектировщики

 

фундаментов

 

определяют

 

коэффи

-

циенты

 

сопротивления

 

для

 

каждой

 

модели

 

проектирования

 

фунда

-

мента

которую

 

они

 

в

 

настоящее

 

время

 

применяют

 

на

 

практике

Ответ

 

заключается

 

в

 

следующем

каждая

 

модель

 

проектирования

 

фундамента

 

должна

 

быть

 

откали

-

брована

 

по

 

результатам

 

испытаний

 

на

 

полномасштабную

 

нагрузку

 

на

 

фундамент

Процедура

 

калибров

-

ки

 

предлагает

 

последовательный

 

и

 

основанный

 

на

 

статистике

 

метод

 

определения

 

коэффициентов

 

на

-

дёжности

 

для

 

модели

 

проектирова

-

ния

:

1 — 

сбор

 

имеющихся

 

данных

 

испытаний

 

с

 

приложением

 

полно

-

масштабной

 

нагрузки

 

на

 

фунда

-

мент

включая

 

свойства

 

нескаль

-

ного

 

и

 

скального

 

грунтов

 

по

 

месту

 

заложения

 

фундамента

данные

 

лабораторных

 

испытаний

 

и

 

по

-

левые

 

данные

 

о

 

соотношении

 

ве

-

личин

 

приложенной

 

нагрузки

 

и

 

значений

 

измеренного

 

смещения

Для

 

допустимой

 

статистической

 

корреляции

 

требуется

 

проведение

 

примерно

 20—25 

испытаний

 

на

 

полномасштабную

 

нагрузку

;

2   — 

на

 

основании

 

данных

упомянутых

 

в

 

п

. 1, 

опреде

-

ляется

 

номинальная

 

несущая

 

способность

 

для

 

каж

-

дого

 

испытываемого

 

фундамента

;

3 — 

для

 

каждого

 

испытываемого

 

фундамента

 

состав

-

ляется

 

график

 

зависимости

 

прилагаемой

 

нагрузки

 

на

 

уровне

 

земли

 (

грунта

в

 

зависимости

 

от

 

значения

 

параметра

 

ожидаемой

 

несущей

 

способности

опре

-

делённой

 

согласно

 

калибруемой

 

модели

 

проектиро

-

вания

 

фундамента

;

4 — 

производится

 

подбор

 

по

 

методу

 

наименьших

 

ква

-

дратов

 

для

 

тех

 

параметров

график

 

взаимозависи

-

мости

 

которых

 

был

 

составлен

 

согласно

 

п

. 3, 

и

 

опре

-

деляется

 

точка

 

перегиба

 

получаемой

 

зависимости

;

5  

— 

на

 

основании

 

данных

полученных

 

согласно

 

п

. 4, 

рассчитывается

 

коэффициент

 

сопротивления

 

для

 

калибруемой

 

модели

 

проектирования

 

фундамента

.

К

 

счастью

, EPRI 

уже

 

осуществил

 

большую

 

часть

 

ис

-

Фундаменты

 

для

 

линий

 

электропередачи

 

яв

-

ляются

 

финансовоёмкой

 

позицией

В

 

настоящее

 

время

 

потребитель

 

чаще

 

всего

 

пытается

 

сэко

-

номить

 

на

 

качестве

 

материалов

 

и

 

объёмах

 

работ

Подобный

 

подход

 

приводит

 

к

 

ухудшению

 

качества

 

строящихся

 

объектов

Предложен

-

ный

 

в

 

рассматриваемой

 

статье

 

подход

 

к

 

проектированию

 

фундамен

-

тов

 

опор

 

ВЛ

 

интересен

 

и

 

важен

 

тем

что

 

уже

 

на

 

этапе

 

проектирова

-

ния

 

можно

 

получить

 

значительную

 

экономию

 

капитальных

 

затрат

не

 

ухудшая

 

качества

 

строительства

.

КОММЕНТАРИЙ

Дмитрий Шаманов, директор по 
продажам в России и странах СНГ 
Ensto Utility Networks:

Для

 

проектирования

 

фундаментов

 

требуется

 

оценка

 

ожидаемых

 

нагрузок

 

на

 

фундаменты

величины

 

которых

 

зависят

 

от

 

их

 

типов

условий

 

заложения

которые

 

определяются

 

геоло

-

гией

 

разреза

результатами

 

глубинных

 

исследований

 

грунта

выполняемых

 

как

 

в

 

полевых

так

 

и

 

в

 

лабораторных

 

условиях

.


Page 5
background image

23

ВОЗДУШНЫЕ 

Линии

www.tdworld.ru, www.tdworld.com

  

|

  

Январь–февраль 2012

следовательской

 

работы

необходимой

 

для

 

определе

-

ния

 

коэффициентов

 

сопротивления

 

для

 

фундаментов

 

одностоечных

 

опор

 

линий

 

электропередачи

Коэффи

-

циенты

 

сопротивления

применяемые

 

к

 

буронабивным

 

сваям

 

для

 

трубчатых

 

стальных

 

одно

-

стоечных

 

опор

были

 

установлены

 

в

 

ходе

 

вышеупомянутого

 

процесса

 

калибровки

 

для

 

следующих

 

широко

 

применяемых

 

моделей

 

проектирова

-

ния

 

фундаментов

 

для

 

расчёта

 

буро

-

набивных

 

свай

 

одиночных

 

опор

:

• 

в

 

программе

 MFAD 5,0 — 

коэффи

-

циент

 

сопротивления

 

принят

 0,63;

• 

в

 

программе

 Caisson — 

коэффи

-

циент

 

сопротивления

 0,43;

• 

в

 

модели

 

Хансена

 — 

коэффици

-

ент

 

сопротивления

 0,71;

• 

в

 

программе

 LPILE — 

коэффици

-

ент

 

сопротивления

 0,84.

По

 

существу

в

 

подходе

 

к

 

проекти

-

рованию

 

фундамента

 

на

 

основе

 

по

-

казателей

 

надёжности

 

применяются

 

коэффициенты

 

сопротивления

осно

-

ванные

 

на

 

результатах

 

испытаний

 

на

 

полномасштабную

 

нагрузку

 

на

 

фун

-

дамент

а

 

при

 

использовании

 

расчёта

 

по

 

допускаемым

 

напряжениям

 

приме

-

няются

 

коэффициенты

 

надёжности

которые

 

являются

 

субъективными

 

и

 

в

 

зависимости

 

от

 

модели

 

проектиро

-

вания

 

фундамента

 

могут

 

значительно

 

варьироваться

 

у

 

разных

 

проектиров

-

щиков

Таким

 

образом

реализация

 

подхода

 

к

 

проектированию

 

фундамен

-

та

 

на

 

основе

 

показателей

 

надёжности

 

позволяет

 

установить

 

обоснованный

 

уровень

 

надёжности

оптимизировать

 

проектирование

 

фундаментов

 

и

 

сокра

-

тить

 

стоимость

 

строительства

.

Влияние

 

метода

 

проектирования

 

на

 

стоимость

 

фундамента

Применение

 

двух

 

различных

 

подходов

 

к

 

проек

-

тированию

 

фундаментов

 — 

по

 

методу

 

допускаемых

 

напряжений

 

и

 

на

 

основе

 

показателей

 

надёжности

 — 

могут

 

по

 

своим

 

результатам

 

значительно

 

отличать

-

ся

 

друг

 

от

 

друга

 

в

 

зависимости

 

от

 

набора

 

расчётных

 

нагрузок

 

и

 

глубинного

 

среза

 

грунта

Для

 

сравнения

 

рассмотрим

 

фундамент

 

для

 

буронабивной

 

сваи

 

диа

-

метром

 6 

футов

 (1,8 

м

для

 

стальной

 

одностоечной

 

опоры

рассчитанный

 

по

 

методу

 

допускаемых

 

на

-

пряжений

а

 

также

 

с

 

применением

 

метода

 

на

 

основе

 

показателей

 

надёжности

 

и

 

модели

 

проектирования

 

MFAD 5,0. 

В

 

качестве

 

расчётных

 

критериев

 

эксплуа

-

тационных

 

характеристик

 

фундамента

 

применяются

 

следующие

:

• 

допустимое

 

смещение

 

по

 

верху

 

бетона

 

в

 

дюйма

 (102 

мм

);

• 

допустимое

 

невосстановимое

 

смещение

 

по

 

верху

 

бетона

 

в

 2 

дюйма

 (51 

мм

);

• 

допустимое

 

угловое

 

отклонение

 

по

 

верху

 

бето

-

на

 

в

 2 

градуса

;

• 

необратимое

 

смещение

 

по

 

верху

 

бетона

 

в

 

градус

.

При

 

применении

 

как

 

метода

 

расчёта

 

допускае

-

мых

 

напряжений

так

 

и

 

подхода

 

на

 

основе

 

показате

-

лей

 

надёжности

 

к

 

проектированию

 

буронабивных

 

свай

 

для

 

одиночных

 

трубчатых

 

стальных

 

опор

 

проектиров

-

щики

 

должны

 

определить

 

критерии

 

эксплуатационных

 

характеристик

 

фундамента

такие

 

как

 

допустимое

 

боко

-

вое

 

смещение

 

и

 

угловое

 

отклонение

 

по

 

верху

 

бурона

-

Цель

 

подхода

 

к

 

проектированию

 

фундаментов

 

на

 

основе

 

показате

-

лей

 

надёжности

 

состоит

 

в

 

построении

 

распределения

 

нагрузки

 

на

 

фундамент

 

и

 

распределения

 

прочности

 

фундамента

 

до

 

достиже

-

ния

 

допустимого

 

уровня

 

надёжности

В

 

области

 

перекрытия

 

гра

-

фиков

 

нагрузка

 

на

 

фундамент

 

может

 

превысить

 

прочность

 

фун

-

дамента

что

 

может

 

привести

 

к

 

потере

 

им

 

несущей

 

способности

.

Глубинный

 

срез

 

грунта

 

и

 

геотехнические

 

расчётные

 

параметры

 (

пример

 

проекти

-

рования

)


Page 6
background image

24

ВОЗДУШНЫЕ 

Линии

Январь–февраль 2012

  

|

  

www.tdworld.com, www.tdworld.ru

Результаты

 

двух

 

испытаний

 

опор

 

с

 

непосредственным

 

погружени

-

ем

 

в

 

грунт

 

по

 

проекту

 ETT/CREZ 

показали

 

схожую

 

взаимосвязь

 

меж

-

ду

 

прилагаемым

 

моментом

 

и

 

смещением

 

по

 

поверхности

 

грунта

.

бивной

 

сваи

Важно

 

установить

 

правильные

 

критерии

 

характеристик

поскольку

 

чрезмерно

 

жёсткие

 

критерии

 

характеристик

независимо

 

от

 

того

по

 

боковому

 

смеще

-

нию

 

или

 

угловому

 

отклонению

могут

 

значительно

 

по

-

влиять

 

на

 

размер

 

сваи

.

Глубинный

 

разрез

 

грунта

 

состоит

 

из

  (

сверху

 

вниз

): 

слоя

 

мелкозернистого

 

песка

 

средней

 

плотности

 

глуби

-

ной

 7 

футов

 (2,1 

м

), 

слоя

 

глины

 

средней

 

и

 

высокой

 

плот

-

ности

 

глубиной

 8 

футов

 (2,4 

м

и

 

слоя

 

бедного

 

скально

-

го

 

грунта

На

 

основании

 

данного

 

глубинного

 

разреза

в

 

соответствии

 

с

 

подходом

 

к

 

проектированию

 

на

 

основе

 

показателей

 

надёжности

 

и

 

применением

 

программы

 

MFAD 

и

 

коэффициента

 

прочности

 0,63, 

определяется

 

требуемая

 

глубина

 

заложения

 

фундамента

 

в

 21 

фут

 

(6,4 

м

). 

Расчёт

 

по

 

методу

 

допускаемых

 

напряжений

 

с

 

применением

 

программы

 MFAD 

и

 

коэффициентами

 

прочности

 2, 3 

и

 4 

даёт

 

значения

 

глубины

 

заложения

 

фундамента

 

в

 22 

фута

 (6,7 

м

), 25 

футов

 (7,6 

м

и

 27 

футов

 (8,2 

м

). 

Таким

 

образом

в

 

зависимости

 

от

 

прини

-

маемого

 

коэффициента

 

надёжности

 

вариация

 

глубины

 

заложения

 

фундамента

в

 

соответствии

 

с

 

подходом

 

к

 

проектированию

 

на

 

основе

 

показателей

 

надёжности

на

 

1—6 

футов

 (0,3—1,8 

м

меньше

чем

 

глубина

опреде

-

ляемая

 

по

 

методу

 

допускаемых

 

напряжений

С

 

учётом

 

предположительной

 

стоимости

 

строительных

 

работ

 

в

 1000 

долл

США

/

фут

 (3290 

долл

США

/

м

), 

экономия

 

расходов

 

на

 

заложение

 

одного

 

фундамента

 

будет

 

со

-

ставлять

 

от

 1000 

до

 6000 

долларов

.

Опыт

 

реализации

 

подхода

 

к

 

проектированию

 

на

 

основе

 

показателей

 

надёжности

Компания

 AEP 

впервые

 

применила

 

подход

 

к

 

про

-

ектированию

 

на

 

основе

 

показателей

 

надёжности

 

в

 

2007 

году

 

в

 

ходе

 

реализации

 

проекта

 

по

 

строительству

 

двухцепной

 

линии

 

электропередачи

 345 

кВ

 

в

 

округе

 

Кенеди

штат

 

Техас

США

С

 

того

 

времени

 

этот

 

подход

 

был

 

успешно

 

реализован

 

в

 

нескольких

 

других

 

проектах

включая

 

проект

 ETT/CREZ (

по

 

определению

 

районов

 

разработки

 

конкурентоспособных

 

источников

 

возобнов

-

ляемой

 

энергии

).

Данный

 

проект

 

представляет

 

собой

 

программу

 

строительства

 

в

 

штате

 

Техас

 

линии

 

электропередачи

 

протяжённостью

 400 

миль

 (644 

км

и

 

служит

 

превос

-

ходным

 

примером

 

реализации

 

подхода

 

к

 

проектирова

-

нию

 

опор

 

с

 

непосредственным

 

заложением

 

оснований

 

в

 

грунт

Поскольку

 

имеющаяся

 

база

 

данных

 

по

 

испы

-

таниям

 

на

 

полномасштабную

 

нагрузку

 

на

 

фундамент

 

не

 

содержала

 

информации

 

по

 

испытаниям

 

для

 

опор

 

с

 

непосредственным

 

заложением

 

оснований

 

в

 

грунт

 

и

 

последующим

 

заполнением

 

бетоном

команда

реали

-

зующая

 

проект

 ETT/CREZ, 

приняла

 

решение

 

о

 

прове

-

дении

 

двух

 

испытаний

Результаты

 

двух

 

испытаний

 

на

 

полномасштабную

 

нагрузку

 

на

 

фундамент

 

подтвердили

 

необходимость

 

применения

 

модели

 

проектирования

 

фундамента

 MFAD 5 

и

 

коэффициента

 

откалиброванной

 

прочности

 

в

 0,63.

Воспользуйтесь

 

всеми

 

преимуществами

Подход

 

к

 

проектированию

 

фундаментов

 

опор

 

линий

 

электропередачи

 

имеет

 

много

 

преимуществ

 

по

 

сравне

-

нию

 

с

 

методом

 

расчёта

 

по

 

допускаемым

 

напряжениям

среди

 

которых

 

можно

 

назвать

 

оптимизацию

 

процесса

 

проектирования

 

фундаментов

 

и

 

сравнительно

 

равно

-

мерный

 

уровень

 

надёжности

.

T. David Parrish

 (tdparrish@aep.com) 

является

 

ру

-

ководителем

 Transmission Line Standards Group 

компа

-

нии

 American Electric Power 

в

 

г

Гаханна

штат

 

Огайо

США

Его

 

группа

 

отвечает

 

за

 

все

 

стандарты

 

по

 

про

-

ектированию

строительным

 

работам

 

и

 

материалам

спецификации

нормативы

 

и

 

чертежи

имеющие

 

от

-

ношение

 

к

 

линиям

 

электропередачи

Т

. D. Parrish — 

инженер

-

проектировщик

 

строительных

 

конструкций

 

и

 

имеет

 

опыт

 

в

 

проектировании

 

опор

 

и

 

фундаментов

 

в

 

электроэнергетической

 

промышленности

Он

 

закончил

 

Университет

 

г

Акрон

 

со

 

степенью

 

бакалавра

 

в

 

области

 

гражданского

 

строительства

 

и

 

является

 

зарегистриро

-

ванным

 

профессиональным

 

инженером

 

в

 13 

штатах

.


Page 7
background image

25

ВОЗДУШНЫЕ 

Линии

www.tdworld.ru, www.tdworld.com

  

|

  

Январь–февраль 2012

Подход

 

к

 

п р о е к т и р о

-

ванию

 

фун

-

д а м е н т н ы х

 

конструкций

 

в

 

США

 

существенно

 

отличается

 

от

 

принятого

 

в

 

РФ

Отечественные

 

нормы

 

допускают

 

меньше

 

неопре

-

делённости

большинство

 

коэф

-

фициентов

учитывающих

 

условия

 

проведения

 

работ

и

 

принимаемых

 

в

 

отечественной

 

практике

 

коэф

-

фициентов

 

надёжности

 

жёстко

 

регламентируются

 

строительны

-

ми

 

нормами

 

и

 

правилами

.

Используемая

 

в

 

отечествен

-

ных

 

нормах

 

методика

 

расчёта

 

свай

 

на

 

совместное

 

действие

 

вертикальной

горизонтальной

 

сил

 

и

 

момента

 

является

 

анало

-

гом

 

рассматриваемой

 

в

 

статье

 

Модели

 

Хансена

Существенным

 

отличием

 

является

 

задание

 

коэф

-

фициента

 

жёсткости

 

основания

 

(

коэффициента

 

пропорциональ

-

ности

через

 

механические

 

харак

-

теристики

 

грунтов

тогда

 

как

 

в

 

отечественных

 

нормативных

 

до

-

кументах

 

для

 

подобных

 

расчётов

 

задаются

 

физические

 

характери

-

стики

 

грунта

Необходимо

 

отметить

что

 

в

 

рамках

 

НИОКР

 EPRI 

для

 

опре

-

деления

 

коэффициентов

 

на

-

дёжности

 

было

 

проведено

 

до

-

статочно

 

большое

 

количество

 

натурных

 

полномасштабных

 

ис

-

пытаний

 

фундаментов

 

опор

 

в

 

раз

-

личных

 

грунтовых

 

условиях

В

 

РФ

 

при

 

централизованном

 

сборе

 

и

 

си

-

стематизации

 

результатов

 

испы

-

таний

 

свай

 

на

 

каждом

 

конкретном

 

объекте

 

можно

 

было

 

бы

 

внести

 

по

-

правки

 

в

 

существующие

 

норматив

-

ные

 

документы

 

или

 

разработать

 

новые

 

документы

  (

например

в

 

формате

 

Стандарта

 

организации

с

 

учётом

 

особенностей

 

конкретно

-

го

 

направления

 

в

 

энергетической

 

отрасли

Кроме

 

того

в

 

большин

-

стве

 

случаев

 

при

 

проектировании

 

с

 

учётом

 

результатов

 

натурных

 

испытаний

 

грунтов

 

со

 

сваями

 

раз

-

личного

 

типа

 

материалоёмкость

 

фундаментных

 

конструкций

 

сокра

-

щается

 

на

 15–20% 

за

 

счёт

 

полу

-

чения

 

расчётных

 

данных

 

не

 

по

 

та

-

бличным

 

обобщённым

 

значениям

 

с

 

учётом

 

коэффициентов

 

условий

 

работы

а

 

по

 

результатам

 

непо

-

средственных

 

испытаний

 

для

 

кон

-

кретных

 

грунтов

.

В

 

целом

 

статья

 

является

 

ин

-

тересной

 

и

 

показывает

как

 

уве

-

личение

 

финансирования

 

НИОКР

 

приводит

 

к

 

уменьшению