Строительные материалы и изделия, применяемые при строительстве линий электропередачи, должны соответствовать проектной документации, государственным стандартам (ГОСТ) и техническим условиям (ТУ) на их изготовление. Соответствие материалов и изделий этим требованиям должно подтверждаться паспортом или сертификатом на поступившую продукцию. Наличие сопроводительной документации не исключает необходимости проверки продукции перед ее использованием.

Материалы, применяемые в процессе строительно-монтажных работ на ВЛ и служащие для изготовления конструкций, можно условно разделить на следующие виды:

конструкционные (бетон, железобетон, металл, древесина), из которых изготовляют фундаменты, опоры и другие конструкции и детали;

проводниковые, из которых изготовляют провода, грозозащитные тросы, элементы заземляющих устройств, соединительные зажимы и т. д.;

изоляционные материалы и изделия, из которых изготовляют, в частности, изоляторы, обеспечивающие изоляцию проводов друг от друга и от конструктивных элементов опор.

Массы основных строительных материалов приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Массы основных строительных материалов

При строительстве линий электропередачи бетон применяется в основном при сооружении фундаментов под переходные опоры. Рабочие характеристики бетона определяются нормируемыми марками при проектировании. Марки бетона устанавливаются по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.

По прочности на сжатие установлены следующие марки бетонов: 15, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600.

По морозостойкости – в циклах попеременного замораживания и оттаивания: 10, 15, 25, 35, 50, 100, 200, 300.

По водонепроницаемости установлены марки В-2, В-4, В-6, В-8, обеспечивающие водонепроницаемость бетона при давлении воды соответственно не менее 20, 40, 60 и 80 Па.

В соответствии со СНиП 52-01-2003 основными нормируемыми и контролируемыми показателями качества бетона являются: класс по прочности на сжатие В, класс по прочности на осевое напряжение В₍, марка по морозостойкости F, марка по водонепроницаемости W, марка по средней плотности D.

По СНиП 2.03.01–84* марки бетона по прочности на сжатие заменены на классы бетона по прочности на сжатие. Соответствие марок и классов бетонов по прочности приведено в табл. 1.2.

Классы бетона по прочности на сжатие отвечают значению гарантированной прочности бетона, МПа с обеспеченностью 0,95.

Таблица 1.2

Классы и марки бетона по прочности

Класс бетона по прочности на осевое растяжение В₍ соответствует значению прочности бетона на осевое растяжение в МПа с обеспеченностью 0,95 и принимается в пределах от 0,4 до 6.

Марка бетона по морозостойкости F соответствует минимальному числу циклов попеременного замораживания и оттаивания, выдерживаемых образцом при стандартном испытании, и принимается в пределах от 15 до 1000.

Марка бетона по водонепроницаемости W соответствует максимальному значению давления воды (МПа-10^-1), выдерживаемому бетонным образцом при испытании, и принимается в пределах от 2 до 20.

Марка по средней плотности D соответствует среднему значению объемной массы бетона в кг/м³ и принимается в пределах 200 до 5000.

По объемной массе в сухом состоянии бетон подразделяется на особо тяжелый – более 2500 кг/м³, тяжелый – от 1800 до 2500 кг/м³, легкий – от 500 до 1800 кг/м³, особо легкий – до 500 кг/м³.

Марка бетона по прочности – это предел прочности бетона при сжатии, Па, бетонного образца – куба с ребрами 200 мм после 28-суточного твердения при температуре 20 ± 2 °C и относительной влажности 90 %.

Для увеличения прочности в бетон закладывается стальная арматура, принимающая на себя растягивающие усилия. Бетон прочно сцепляется с арматурой, оба материала почти одинаково расширяются при нагревании. Это обеспечивает их совместную работу и монолитность железобетона. Однако при растяжении сталь может увеличиться в 5–6 раз больше, чем бетон, и при этом в бетоне появляются трещины, ведущие к порче конструкции. Во избежание этого при изготовлении опор ВЛ широко применяют предварительное натяжение стальной арматуры. Предварительно напряженный железобетон прочнее, легче, долговечнее и экономичнее обычного.

Показатели жесткости бетонной смеси и расход цемента для бетонных конструкций приведены в табл. 1.3 и 1.4.

Таблица 1.3

Жесткость бетонных смесей, укладываемых в различные конструкции

Таблица 1.4

Ориентировочный расход цемента в бетонных конструкциях

Коэффициенты нарастания прочности бетона при нормальных условиях твердения:

на 3-й день…………………………… 0,33

на 7-й день …………………………… 0,59

на 28-й день …………………………. 1

через 3 мес …………………………… 1,32

через 6 мес …………………………… 1,58

через 12 мес………………………….. 1,76

Для армирования железобетонных конструкций применяется сталь арматурная, отвечающая требованиям соответствующих государственных стандартов (ГОСТ 5781—82*). В зависимости от механических свойств арматурная сталь подразделяется на классы А-I (А240) гладкого профиля и А-II (А300), Ас-II (Ас300), А-III (А400), А-IV (А600), А-V (А800), А-VI (А1000) периодического профиля.

Стержни диаметром менее 10 мм поставляются в бухтах (исключение составляют стали А-IV (А600) и А-V (А800), поставляемые в прутках), а диаметром 10 мм и более – в прутках длиной от 6 до 12 м. Арматурную сталь изготавливают из углеродистой и низколегированной сталей марок, указанных в табл. 1.5.

Таблица 1.5

Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций (ГОСТ 5781-82*)

Примечания:

1. В скобках указаны условные обозначения класса арматурной стали по пределу текучести, Н/мм².

2. Профили диаметров, указанных в скобках, изготавливаются по согласованию.

Прокат для строительных стальных конструкций соответственно ГОСТ 27772—88* изготавливается из стали С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345К, С375, листовой универсальный прокат и гнутые профили – из стали С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345К, С375, С390, С390К, С440, С590, С590К. Буква С означает – сталь строительная, цифры условно обозначают предел текучести проката, буква К – вариант химического состава (табл. 1.6).

Таблица 1.6

Соответствие марок стали проката строительных стальных конструкций (ГОСТ 27772-88*)

Масса и основные размеры стержневой арматуры, арматурной проволоки, уголков, двутавров, швеллеров, полосы проката приведены в табл. 1.7–1.14.

Таблица 1.7

Стержневая арматура (ГОСТ 5781-82*)

Таблица 1.8

Арматурная проволока (ГОСТ 7348—81*)

Таблица 1.9

Уголки стальные равнополочные (ГОСТ 8509—93)

Таблица 1.10

Уголки стальные неравнополочные (ГОСТ 8510—86*)

Таблица 1.11

Двутавры стальные (ГОСТ 8239—89)

Таблица 1.12

Швеллеры стальные (ГОСТ 8240—97)

Таблица 1.13

Прокат стальной круглый (ГОСТ 2590—88)

Таблица 1.14

Полоса стальная (ГОСТ 103—76*)

В практике электросетевого строительства применяются лесные материалы, в основном круглые лесоматериалы и пиломатериалы. По размерам поперечного сечения пиломатериалы подразделяются на доски, бруски и брусья (толщина и ширина более 100 мм).

Деревянные опоры ВЛ изготовляют из сосны и лиственницы. В отдельных случаях применяют также ель, кедр, пихту. В связи с тем что непропитанная сосна гниет через 3–4 года, а ель еще быстрее, опоры ВЛ изготовляют только после пропитки древесины специальными противогнилостными веществами – антисептиками. В качестве консервантов используются высокоэффективные медно-хромо-мышьяковые (ССА) составы. Опоры, пропитанные ССА, используются при строительстве линий электропередачи напряжением 0,4—10 кВ.

Использование изоляционных свойств древесины позволяет снизить число изоляторов и отказаться от грозозащитного троса. Кроме того, при необходимости, допускается совместная подвеска линий 0,4; 10 кВ и уличного освещения. В среднем срок службы пропитанных опор, находящихся в контакте с почвой, составляет до 45 лет. Пропитанные детали не следует обрабатывать; в крайнем случае, затесанное место или просверленное отверстие необходимо тщательно антисептировать.

Лиственница зимней рубки хорошо противостоит загниванию, и ее иногда применяют непропитанной. Опоры из лиственницы служат 15–20 лет. Недостатки древесины – большие колебания прочности, пороки (сучки, косослой, трещины, гнили и пр.), гигроскопичность, уменьшение прочности при повышенной влажности, уменьшение размеров при сушке, возгорание, расщепление от ударов молнии.

Физико-механические свойства используемой древесины приведены в табл. 1.15, а объемы лесоматериалов – в табл. 1.16 и 1.17.

Таблица 1.15

Физико-механические свойства древесины

Примечание. Прочность древесины дана при стандартной влажности 12 %. С увеличением влажности прочность снижается.

Таблица 1.16

Объем круглых лесоматериалов в зависимости от длины и диаметра бревен

Таблица 1.17

Объем обрезных досок длиной 10 м

Конструкция фундаментов выбирается в соответствии с типом опоры, действующей на фундамент нагрузкой, а также характеристикой грунта, в который будет заделан фундамент.

В качестве фундаментов опор применяются монолитный бетон, сборный железобетон, сваи и в некоторых случаях – металлические фундаменты. У железобетонных опор, нижний конец стойки которых заделывается в грунт, фундаментом служит низ стойки, иногда усиленный ригелями.

Деревянные опоры всех типов устанавливаются без фундаментов.

Для стальных и некоторых видов железобетонных опор на оттяжках наибольшее распространение получили железобетонные сборные фундаменты, устанавливаемые в котлованы. При изготовлении на заводе фундаменты поступают на линию или в виде готовых к установке конструкций (подножников, свай, плит, ригелей, ростверков), или в виде отдельных деталей (рис. 1.1).

Широкое применение железобетонных подножников заводского изготовления возможно в грунтах почти всех категорий, что резко снижает трудоемкость устройства фундаментов, а также объемы земляных работ, расход бетона и в конечном счете стоимость сооружения. Применение железобетонных подножников заводского изготовления позволяет выполнять сооружение фундаментов под опоры ВЛ практически в любое время года.

Рис. 1.1. Детали сборных железобетонных фундаментов опор ВЛ: а – прямой подножник; б – наклонный подножник; в – пригрузочная плита; г – ригель; д – свая; е – ростверк; ж – анкерная плита для крепления оттяжек

С целью ограничения числа типов железобетонных подножников и свай, предназначенных для массового изготовления на заводе, они унифицированы. Шифровка фундаментов основной номенклатуры определяется буквой Ф – фундамент и цифрой, которая указывает типоразмер фундамента. Специальные фундаменты имеют после первой буквы в шифре дополнительную букву С, укороченные – К, повышенные – П. После цифры, обозначающей типоразмер фундамента, через дефис проставляется буква или цифра, указывающая на его применение:

А – под анкерно-угловые опоры; О – под стойки опор с оттяжками; 2 – под опоры с башмаками, имеющими два отверстия; 4 – под опоры с опорными башмаками, имеющими четыре отверстия. В случае установки на фундаментах неосновных вариантов наголовников (с болтами диаметром 48 мм или болтами длиной 350 мм) после буквы А основного шифра через дефис проставляются цифры соответственно 48 или 350.

Примеры шифровки:

Ф4-А – фундамент 4-го типоразмера под анкерно-угловую опору;

ФС 2–4 – фундамент специальный 2-го типоразмера под опору с башмаками, имеющими четыре отверстия, т. е. фундамент с четырьмя болтами;

ФК 1–0 – фундамент укороченный 1-го типоразмера под стойку опоры на оттяжках.

Для шифровки фундаментов дополнительной номенклатуры к шифру основного фундамента добавляют букву:

в шифре вариантов фундаментов с модернизированным оголовком после буквы А добавляется буква М – модернизированный, например Ф3-АМ, Ф5-АМ;

в шифре вариантов фундаментов со сварным или болтовым соединением стойки с нижней частью после букв ФП и ФС добавляется буква С, обозначающая сварной, или буква Б – болтовой вариант.

Например, ФПС5-А – вариант повышенного фундамента ФП5-А со сварным соединением стойки и нижней части; ФСБ2-4 – вариант специального фундамента ФС-4 с болтовым соединением стойки и нижней части.

Для изготовления железобетонных фундаментов применяется бетон марок 200, 300 и 400 (по прочности на сжатие), приготовленный на портландцементе. При наличии на трассе агрессивных к бетону грунтовых вод для приготовления бетона применяется цемент, стойкий к конкретному виду агрессии.

Для армирования железобетонных фундаментов применяется арматура из горячекатаной углеродистой или низколегированной стали. Для линий электропередачи, строящихся в районах с расчетной наружной температурой воздуха до —30 °C, разрешается применять арматуру из кипящих сталей; для линий, строящихся в районах с расчетной температурой воздуха от —30 до —40 °C, разрешается применение арматуры из полуспокойной стали, а для районов с температурой ниже —40 °C – только из стали спокойной плавки.

Для промежуточных и анкерно-угловых стальных опор основным конструктивным элементом фундаментов принят подножник грибовидной формы, а для анкерно-угловых опор и опор с оттяжками применяются подножники с наклонными стойками, ось которых является продолжением пояса опоры и оси оттяжки. Это резко снижает горизонтальные нагрузки на фундамент. Для крепления оттяжек вантовых опор применяются также составные фундаменты с навесными плитами прямоугольного сечения. Эти фундаменты получаются сочетанием грибообразного подножника и навесных плит.

Выбор типов фундаментов производится на основании установочных чертежей, разработанных для каждого типа опоры. На установочных чертежах приводятся: план расположения фундаментов; привязка ригелей, пригрузочных плит; район по гололеду и скоростной напор ветра, а для анкерно-угловых опор – угол поворота на линии. На чертежах фундаментов указывается степень уплотнения грунта засыпки.

Под анкерно-угловые опоры разработано семь типов фундаментов: Ф1-А; Ф2-А; Ф3-А; Ф4-А; Ф5-А; Ф6-А и ФС. Под промежуточные и промежуточно-угловые опоры разработаны шесть типов фундаментов: Ф1; Ф2; Ф3; Ф4; Ф5; Ф6 и фундамент типа ФС.

При прохождении трассы ВЛ в районах рек, болот, по косогорам применяются повышенные составные подножники типа ФП со сварным – С или болтовым – Б соединениями стойки с нижней частью. Основные типы, характеристики сборных железобетонных фундаментов и подножников для ВЛ 35—500 кВ приведены в табл. 1.18—1.21.

Таблица 1.18

Фундаменты под промежуточные опоры ВЛ 35—500 кВ

Таблица 1.19

Фундаменты под анкерно-угловые опоры ВЛ 35—500 кВ

Таблица 1.20

Фундаменты малозаглубленные высотой 0,7 м

Таблица 1.21

Подножники

Анкерные плиты (ПА) применяются для закрепления в грунте стальных и железобетонных опор на оттяжках. Разработаны шесть типоразмеров. Плита типа ПА1 полной длины имеет марку ПА1-2, укороченная имеет марку ПА1-1; плита типа ПА3 полной длины имеет марку ПА3-2, укороченная – ПА3-1. Анкерные плиты и анкерные балки, представляющие собой прямоугольные в плане конструкции с одним центральным ребром, приведены в табл. 1.22.

Таблица 1.22

Анкерные плиты и анкерные балки

Опорные плиты (ОП) применяются для закрепления в грунте стоек железобетонных опор в тех случаях, когда из-за больших сжимающих нагрузок или слабых грунтов необходимо увеличить площадь опорной стойки. Разработаны плиты четырех типов (марок): ОП-1; ОП-2; ОП-3, отличающиеся площадью основания и применяющиеся под центрифугированные (ЦФ) стойки опор ВЛ; плиты ОП-4 используются под вибрированные стойки ВЛ. Плиты квадратные, в плане на верхней грани имеют стакан для установки стойки.

Подпятники, устанавливаемые под стойки железобетонных опор для увеличения площади опирания стоек, приняты трех типов:

плоские подпятники диаметрами 560, 650 и 800 мм крепятся к стойкам соответствующего диаметра (марки П1, П2 и П3);

подпятники с выемкой по верхней грани применяются для анкерно-угловых опор на оттяжках, в которых стойки устанавливаются комлевой частью вверх. Подпятник П1-2 применяется для вибриро-ванных стоек, подпятник ПК-1 – для центрифугированных стоек;

подпятник П1-3 с цилиндрическим выступом по верхней грани применяется под стойки анкерно-угловых опор на оттяжках.

Марки и основные параметры опорных плит и подпятников приведены в табл. 1.23.

Таблица 1.23

Опорные плиты и подпятники

Ригели (табл. 1.24) применяются для увеличения несущей способности фундаментов и железобетонных стоек при действии горизонтальных нагрузок и выпускаются пяти типоразмеров:

Р1 – для закрепления подножников;

Р1-А и АР-5 – для закрепления железобетонных конических подножников диаметром 560/334 и 650/410 мм соответственно и цилиндрических стоек диаметром 560 мм;

АР6 и АР6-1 – для закрепления железобетонных стоек диаметром 650/410 и 800 мм соответственно;

АР7 и АР7-1 – для закрепления стоек длиной 16,4 и 19,0 м соответственно;

АР8 – для закрепления стоек диаметром 800 мм.

Таблица 1.24

Ригели

В качестве фундаментов под опоры линий электропередачи применяются также сваи. Размеры применяемых унифицированных свай зависят от нагрузок на фундамент и несущей способности грунта и по сечению колеблются от 20x20 до 40x30 см, а по длине – от 3,7 до 12 м. В зависимости от нагрузок на опору, а следовательно, и на фундамент применяют установку под пяту опоры двух или четырех свай. Для крепления пяты опоры к свае в каждой свае предусмотрены два болта, а в случае применения ростверков – по одному болту. Основные параметры свай приведены в табл. 1.25.

Таблица 1.25

Сваи для устройства фундаментов под опоры ВЛ

Винтовые стальные сваи обладают высокой несущей способностью на выдергивающие и сжимающие нагрузки вследствие погружения без нарушения структуры грунта. Строительство фундаментов с применением винтовых свай не требует копки котлованов, что приводит к снижению трудовых затрат и позволяет значительно рациональнее решать вопросы по сохранению окружающей среды. Установку опоры на фундамент из винтовых свай можно производить сразу после завинчивания, что существенно сокращает сроки строительства.

Винтовые стальные сваи с литым наконечником (СВЛ), предназначены для строительства фундаментов в талых и с сезонным промерзанием грунтах, используемые для вечномерзлых грунтов обозначаются СВЛМ. Винтовые сваи сертифицированы и выпускаются по ТУ (табл. 1.26). Для погружения в грунт может быть использована универсальная буровая машина УБМ-85 (см. табл. 4.10 гл. 4.2 «Машины для земляных и свайных работ»).

Таблица 1.26

Сваи стальные винтовые с литым наконечником

Стойки являются важнейшим элементом железобетонной опоры линий электропередачи. Стойки бывают двух видов: вибриро-ванные и центрифугированные (табл. 1.27).

Все стойки армированы предварительно напряженной арматурой. Вибрированные стойки выполняются без пустоты в комлевой части. Все конические стойки выпускаются на заводе вместе с подпятниками. Подпятники по прочности на сжатие выполняются из вибрированного бетона марки 200, по морозостойкости – М_р3150. Подпятник приваривается на заводе к нижнему концу готовой стойки.

Таблица 1.26

Стойки железобетонных опор

При сооружении линий электропередачи применяются железобетонные, стальные и деревянные опоры. По назначению опоры подразделяются на анкерные, угловые, концевые, промежуточные; по числу цепей – на одно– и двухцепные.

По конструктивному исполнению опоры делятся на свободностоящие и на оттяжках с шарнирным креплением к фундаменту. Усиливающие конструкцию опоры оттяжки могут быть и у свободностоящих опор. Могут применяться и подкосы.

Унификация и типизация опор способствуют повышению технического уровня линейного строительства. Как правило, анкерно-угловые опоры рассчитаны на угол поворота до 60°. Значения предельных углов поворота на промежуточно-угловых опорах указаны на монтажных схемах опор и в пояснительных записках. Стальные анкерно-угловые опоры применяются также в качестве концевых. Вместо повышенных промежуточных стальных опор 35 кВ рекомендуется применять опоры 110 кВ.

При наличии технико-экономических обоснований опоры могут применяться в условиях, отличных от принятых в проекте опор. Так, например, опоры для горных линий могут применяться на пересеченной местности и на равнинных участках линий, проходящих в IV и V ветровых районах, опоры для городских условий могут применяться на трассах линий вне городов, опоры для линий более высокого напряжения могут быть установлены на линиях более низкого напряжения (например, в районах с загрязненной атмосферой, при пересечении препятствий и т. п.).

Действующая в настоящее время унификация стальных опор содержит, кроме основных типов опор, специально разработанные подставки, тросостойки, траверсы и другие элементы, предназначенные для получения повышенных и косогорных опор, опор с двумя тросами и опор других модификаций, необходимых при конкретном проектировании в разнообразных условиях линейного строительства. В унификации наряду с основными типами опор показаны их модификации, полученные при различных сочетаниях опор с подставками и другими элементами. Сами же подставки и другие вспомогательные элементы отдельно не показаны. Такой прием значительно облегчает строительным организациям их выбор при комплектации конструкций опор для сооружаемых линий. Стальные анкерно-угловые опоры применяются также в качестве концевых. Допустимые углы поворота на концевых опорах указаны на монтажных схемах соответствующих опор.

Все опоры с горизонтальным расположением проводов, а также опоры со смешанным расположением проводов, у которых имеются соответствующие указания на монтажных схемах и в пояснительных записках, могут применяться также в районах с частой и интенсивной пляской проводов без сокращения пролетов. Опоры остальных типов со смешанным расположением проводов можно применять в районах с частой и интенсивной пляской проводов при сокращении пролетов в соответствии с указаниями, приведенными в проектах. На опорах ВЛ 35 кВ грозозащитные тросы С35 подвешиваются только на подходах к подстанциям. На опорах ВЛ 110 кВ предусмотрена подвеска троса С50, на опорах ВЛ 220 кВ и выше – троса С70.

Как правило, стальные опоры и стальные элементы железобетонных опор запроектированы под горячую оцинковку. Разработанные в нецинкуемом (окрашенном) варианте со сваркой элементов внахлестку обозначаются буквой Н в конце шифра опоры.

Заводами выпускаются железобетонные одно-, двух– и трех-стоечные опоры, применяемые как свободностоящие, так и с закреплением в грунте и усилением в необходимых случаях оттяжками с внутренними связями. Железобетонные анкерно-угловые опоры, как правило, в качестве концевых опор применяться не могут. Для этого разработаны специальные типы концевой железобетонной опоры.

Все промежуточные и промежуточно-угловые опоры рассчитаны на подвеску проводов в глухих зажимах. Наибольшей прочностью и долговечностью отличаются опоры из центрифугированных стоек.

Основным элементом железобетонной опоры является стойка. По способу изготовления стойки бывают центрифугированные и вибрированные. По конструктивному исполнению железобетонные опоры делятся на одностоечные свободностоящие и на оттяжках и портальные свободностоящие и на оттяжках.

Промежуточные опоры ВЛ от 6 до 220 кВ – одностоечные и представляют собой свободностоящие железобетонные стойки с закрепленными на них стальными траверсами. На некоторых типах опор дополнительно устанавливается тросостойка для крепления грозозащитного троса. Закрепление опор в грунте осуществляется путем установки их в цилиндрический котлован глубиной 2,5 м (иногда 3,5 м) с последующим заполнением пазух гравийно-песчаной смесью. Для обеспечения требуемой прочности заделки опор в слабых грунтах устанавливаются ригели, закрепленные на стойках с помощью полухомутов. Опоры состоят из стоек, траверс, тросостойки и нижней бетонной крышки.