ЭКСПЛУАТАЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ ОПОР ВЛ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРНОГО РЕГИОНА.
ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ

Василий Боровицкий, заместитель главного инженера ОАО «Тюменьэнерго» г. Тюмень

Для северных регионов России характерны большая обводненность и заболоченность местности, пучинистые грунты и грунты с большими удельными сопротивлениями, резкие годовые и суточные перепады температур. Специалисты «Тюменьэнерго» вынуждены преодолевать эти неблагоприятные обстоятельства, находя и отрабатывая решения и технологии, которые позволят гарантировать надежную работу электрических сетей.
Василий Геннадьевич Боровицкий рассказывает о мерах, которые помогают сегодня тюменским энергетикам справиться с одной из самых острых проблем северных регионов – с разрушением железобетонных фундаментов опор ВЛ.

Массовое строительство ВЛ в 1980–1990 годы в малоизученном в тот момент северном регионе, когда в работу вводилось зачастую более тысячи километров линий в год, создало ряд проблем их эксплуатации из-за неполного учета геологических и климатических условий территории при проектировании и сооружении ВЛ. Эти проблемы приходится решать специалистам компании «Тюменьэнерго», в хозяйстве которой протяженность воздушных линий напряжением 35–220 кВ составляет более 17 тыс. км по трассе и около 24,5 тыс. км по цепям. В 1992–2000 гг. институт «Энергосетьпроект» (Москва) проводил научно-исследовательские работы, направленные на выявление основных причин аварийного состояния ВЛ в районах Ноябрьских электрических сетей «Тюменьэнерго». Результаты исследований показали, что аварийное состояние опор ВЛ вызвано комплексным воздействием различных природных факторов (обводнением грунтов, деградацией мерзлоты в месте установки опор, морозным пучением, ветровыми нагрузками на элементы конструкций опор) и эксплуатационных нагрузок, как статических (от веса проводов, горизонтального тяжения на анкерно-угловых опорах), так и динамических, возникающих при ветровых нагрузках и приводящих к низкочастотным колебаниям системы «провод – гирлянда изоляторов – конструкция опоры – свайный фундамент».
Наиболее серьезный ущерб ВЛ тюменского региона наносит повреждение фундаментов опор из-за морозного пучения, а также разрушение бетона свай из-за резких перепадов температур и воздействия агрессивной среды в местах разлива нефти, обводнения с примесями химических компонентов, используемых в процессе нефтедобычи.

РАЗРУШЕНИЕ БЕТОНА СВАЙ

Бетон фундаментных свай разрушается под воздействием окружающей среды, например, в местах разлива нефти, обводнения с примесями химических компонентов и т.п., влагонасыщенной почвы и резких перепадов температур.

Фото 1. Ремонт фундаментов опор

Для ремонта, который проводится по методике, предложенной институтом «Уралэнергосетьпроект», применяется труба диаметром 720 мм с толщиной стенки 8 мм, разрезанная вдоль пополам. Длина трубы определяется длиной разрушенной части плюс 0,5 м. Перед производством работ поверхность сваи очищается от земли, половинки труб соединяются с помощью болтового или сварного соединения и планок. Труба бетонируется, для чего используется бетон марки М400, смесь уплотняется вибрированием. Наружную поверхность трубы покрывают битумом в два слоя.
Многолетнее применение данного метода ремонта показывает его эффективность и небольшую стоимость.

МОРОЗНОЕ ПУЧЕНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

Для погружения свай в грунт до заданной глубины применяется буроопускной способ погружения с использованием лидерных скважин и дозабивкой последнего метра сваи в ненарушенный грунт. При этом между стенкой скважины и поверхностью сваи возникает зона неуплотненного грунта. Под воздействием смерзания-оттаивания грунт на глубину его промерзания уплотняется в зоне от границы сезонного промерзания и выше. По мере увеличения площади соприкосновения уплотненных грунтов в зоне промерзания, усиливается действие касательных сил морозного пучения, и, как показывает опыт эксплуатации, через 5–6 лет в пучинистых грунтах начинается выход сваи – до 5 см за сезон (рис. 1).

При выдавливании сваи из ненарушенного грунта (из зоны дозабивки) величина ее ежегодного выхода растет за счет сил, приложенных к торцу сваи и возникающих при расширении замерзающей жидкости в водонасыщенных грунтах, которые заполняют пространство лидерной скважины. Величина этих сил во много раз превышает вертикальную составляющую касательных сил морозного пучения и может превышать 50 тс на сваю. В результате ежегодный выход свай увеличивается до 20–25 см и более, фундамент теряет несущую способность, что может привести к падению опор под воздействием ветровых нагрузок.
На протяжении целого ряда лет сотрудники «Тюменьэнерго», институтов «Энергосетьпроект» (Москва) и «Уралэнергосетьпроект» (Екатеринбург) совместно работают над проблемой морозного пучения фундаментов опор, и в настоящее время применяются опробованные методы и технологии для ее решения.

Обваловка грунтом фундаментов опор

Фото 2. Обваловка грунтом фундаментов опор

Метод обваловки фундаментов опор на высоту, исключающую оттаивание зоны сезонного промерзания грунта, применяется на ВЛ, находящихся вблизи карьеров, в которых ведется разработка и намыв грунта.

Установка термостабилизаторов – сезонно-охлаждающих устройств (СОУ) вблизи свай фундамента

Фото 3. Установка термостабилизаторов – сезонно-охлаждающих устройств (СОУ) вблизи свай фундамента

Стабилизация температурного режима вечномерзлых грунтов обеспечивает устойчивость грунтовых и свайных оснований объектов. Использование СОУ, в которых в качестве хладагента используется газообразный аммиак, позволяет остановить процесс морозного пучения свайных фундаментов, однако акты вандализма ограничивают применение этой технологии на неподконтрольных территориях в отсутствие надзора.

Усиление фундаментов крестовыми сваями

Фото 4. Усиление фундаментов крестовыми сваями

Технология, разработанная «Энергосетьпроектом» (Москва), используется в сезоннопромерзающих грунтах и заключается в следующем:

• выбуривается лидерная скважина на глубину три метра;
• свая опускается в лидерную скважину и забивается до отметки плиты сваи 1 метр над уровнем поверхности;
• производится сборка тяги анкерного устройства (допускается применение звеньев промежуточных регулируемых типа ПРР 30-1 с разрушающей нагрузкой 30,0 тс);
• на плиту сваи устанавливается кондуктор-удлинитель, внутрь которого пропускается тяга анкерного устройства, свая дозабивается на глубину три метра в ненарушенный грунт (плита сваи находится на дне пробуренной скважины);
• после отсоединения кондуктора-удлинителя монтируется узел крепления анкерного устройства на фундаменте укрепляемой опоры и соединяется с тягой анкерного устройства через регулируемое устройство;
• после регулировки устройства в сборе лидерная скважина засыпается выбуренным грунтом.

Применение винтовых свай

Фото 5. Применение винтовых свай

Винтовые сваи, выпускаемые ООО «Завод винтовых свай» (г. Алапаевск), заслуживают внимания после устранения замечаний по их доработке – герметизации. В «Тюменьэнерго» планируется при реконструкции ВЛ в качестве эксперимента выполнить единичные фундаменты с применением винтовых свай для дальнейшего наблюдения и определения их эффективности.

Сооружение поверхностных (лежневых) фундаментов и перестановка опор

Фото 6. Сооружение поверхностных (лежневых) фундаментов и перестановка опор

В настоящее время существуют проекты и технические решения для поверхностных фундаментов всех используемых типов опор и оттяжек, разработанные институтом «Уралэнергосетьпроект» (г. Екатеринбург).
Поверхностные фундаменты применяются на местности с ровным рельефом (без косогоров, склонов и т.п.). Монтаж такого фундамента не требует применения сваебоя и может быть выполнен даже в летнее время, но требует большего количества материалов по сравнению с монтажом типовых фундаментов.
В настоящее время в энергокомпании действует долгосрочная программа перевода фундаментов опор воздушных линий электропередачи, подверженных морозному пучению, на поверхностный тип установки на лежнях.

Экстремальные климатические условия заставляют тюменских энергетиков пересматривать традиционные методы эксплуатации и обслуживания воздушных линий. В ОАО «Тюменьэнерго» постоянно ведутся экспериментальные исследования инновационных технологий, испытания современной техники и оборудования, опробование новых методов работы, чтобы в итоге обеспечить стабильное энергоснабжение потребителей.