ЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

Многолетний опыт эксплуатации ВЛ в сложных природно-климатических и инженерно-геологических условиях северных регионов показывает, что большая часть аварий на ВЛ, связанных с падением опор, происходит из-за потери несущей способности вследствие морозного пучения или разрушения свайных фундаментов опор ВЛ. Специалисты ОАО «Тюменьэнерго» совместно с ОАО «Институт «Энергосетьпроект» (г. Москва) на протяжении ряда лет работают над проблемой морозного пучения. Результатом этой работы стало то, что в настоящее время успешно применяется ряд эффективных технических решений по фундаментам опор ВЛ.

Повышение несущей способности и надежности воздушных линий электропередачи

Основным конструктивным элементом опор воздушных линий электропередачи (ВЛ) является свайное основание. Безаварийный режим работы основного оборудования электросетевого комплекса в значительной степени зависит от того, насколько высокой несущей способностью и надежностью обладает основание опор.

Ежегодно наблюдаются десятки случаев морозного пучения фундаментов опор ВЛ. Анализ показывает, что на севере Тюменской области, где большинство ВЛ построены на металлических трубчатых и железобетонных сваях, аварийность вызвана деформациями фундаментов опор из-за интенсивного морозного пучения, а также криогенного разрушения свай, причем если железобетонные сваи подвергались разрушению из-за так называемого морозного выветривания, то металлические трубчатые сваи подвергались разрушению из-за замерзания воды во внутренней полости. Морозное пучение приводит к потере несущей способности фундаментов опор ВЛ, деформации металлоконструкций опор.

Работы по исследованию конструкций фундаментов на основе свай разных типов с различной формой сечения, работы по исследованию изменений физико-механических и прочностных свойств грунтов, вызванных погружением свай различных типов, натурные испытания свай и технологий их погружения в различные типы талых и многолетнемерзлых грунтов были начаты институтом «Энергосетьпроект» в начале 1990-х годов. Целью этих научно-исследовательских изысканий было выявление причин возникновения морозного пучения фундаментов и разработка мероприятий по снижению аварийности ВЛ на севере Тюменской области.

В рамках научно-исследовательской работы, проводимой в ОАО «Тюмень-энерго», впервые был применен экспериментальный способ закрепления фундаментов опор ВЛ, подвергшихся интенсивному морозному пучению, анкерными устройствами с использованием свай открытого профиля крестовидного сечения. За период с 1995 по 2006 год по разработанной технологии с применением крестовидных свай были укреплены свайные фундаменты опор ВЛ 110–500 кВ в районах обслуживания филиалов ОАО «Тюменьэнерго» Ноябрьские электрические сети и Северные электрические сети на участках линий общей протяженностью более 500 км. Регулярно проводившиеся натурные обследования выявили резкое снижение, а в большинстве случаев прекращение деформации усиленных фундаментов опор ВЛ.

Сопоставление результатов исследований выполнялось на основании опыта применения железобетонных свай сплошного квадратного сечения и трубчатых металлических свай кольцевого сечения, а также лопастных металлических свай открытого профиля крестовидного сечения.

Одновременно с разработками способов восстановления несущей способности фундаментов велись разработки инновационных конструкций фундаментов опор ВЛ. Среди прочих рассматривался вопрос применения металлических свай открытого профиля.

За пятнадцатилетний период были выполнены многочисленные работы по исследованию конструкций фундаментов на основе свай разных типов с различной формой сечения, сопоставительные натурные статические испытания свай крестовидного, сплошного и замкнутого (кольцевого) сечения, исследование изменений физико-механических и прочностных свойств грунтов, вызванных погружением свай различных типов, натурные испытания свай разомкнутого профиля (двутаврового и крестовидного сечения), замкнутого (кольцевого) и свай сплошного сечения на действие сил морозного пучения при сезонном промерзании грунтов, натурные испытания технологии погружения свай вышеперечисленных сечений в различные типы талых и многолетнемерзлых грунтов.

ОАО «Тюменьэнерго» в декабре 2010 года заключило с институтом «Энергосетьпроект» договор на выполнение научно-исследовательской работы по разработке технического проекта, включающего методику расчета и конструкторскую документацию на унифицированные конструкции инновационных фундаментов опор на основе металлических свай открытого профиля крестовидного сечения для устройства и реконструкции ВЛ 35–220 кВ.

В рамках этого договора институтом «Энергосетьпроект» в октябре 2011 года по результатам выполнения научно-исследовательской работы были разработаны методика расчета и конструкторская документация на унифицированные конструкции инновационных фундаментов опор на основе металлических свай открытого профиля крестовидного сечения для устройства и реконструкции ВЛ 35–220 кВ.

В основу разрабатываемой расчетно-конструкторской документации положены результаты научных исследований, опытного и производственного внедрения инновационных металлических свай крестовидного сечения при устройстве и реконструкции фундаментов опор ВЛ на севере Тюменской области.

В настоящее время по результатам научных исследований в институте «Энергосетьпроект» разрабатывается и будет реализована в конце 2013 года инновационная конструкция металлической сваи крестовидного сечения. Анализ результатов исследований и опытного внедрения крестовидных свай выявил их преимущества по следующим показателям: высокая несущая способность в различных типах грунтов; устойчивость к воздействию сил морозного пучения; устойчивость против криогенного разрушения и технологичность погружения в различные типы грунтов. Эта работа одобрена Научно-техническим советом Единой энергетической системы.

Методика расчета инновационных фундаментов опор ВЛ на основе металлических свай открытого профиля крестовидного сечения была разработана с учетом принятых замечаний рецензентов (ОАО «Фундаментпроект», ОАО «Фирма ОРГРЭС», дирекция «Энергосетьпроект» ОАО «Инженерный центр энергетики Урала», ОАО «Тюменьэнерго») и предназначена для проектно-изыскательских организаций, которые осуществляют проектирование строительства фундаментов линий электропередачи в неблагоприятных геотехнических и геокриологических природных условиях.