Опора, заглиблена в ґрунт: як перевіряють закладення

Про яку схему мова

Стійка, закладена в ґрунт, працює як стрижень у пружному середовищі. У фундаменті на плиті опір дає маса бетону й тиск під підошвою, а тут горизонтальну силу й момент від вітру приймає боковий опір ґрунту по глибині закладення. Тому для схеми важливі діаметр чи ширина стійки в ґрунті й властивості ґрунту, а не маса фундаменту.

Схема зустрічається у двох виглядах. Перший: невисока опора, яку опускають у котлован і заливають бетоном навколо нижньої частини, про це в статті Фланцеве чи прямостояче кріплення опор освітлення. Другий: висока опора на фланці стоїть на одиночній стійці-фундаменті, яка є сталевою трубою у свердловині, заповненою бетоном. Підземну частину такої стійки перевіряють так само, як опору без фланця, а фланцевий вузол вгорі розраховують окремо.

Типи фундаментів під щогли, вежі й опори ЛЕП, вибір за ґрунтом і закладні розібрано в статті Фундаменти для щогл, веж і опор ЛЕП, а що саме передають на стику з фундаментом, у статті Фундамент під опору за ДБН В.2.1-10. Тут лише перевірка закладення.

Які дані потрібні для перевірки

Для перевірки потрібні навантаження від опори й дані про ґрунт. Навантаження беруть на рівні поверхні ґрунту окремо для кожної групи граничних станів, бо коефіцієнти надійності в них різні.

Перша група: стійкість проти перекидання

Стійка під горизонтальною силою повертається навколо точки на певній глибині: вище неї ґрунт чинить опір з одного боку, нижче з протилежного. Перевірка така: розрахункова горизонтальна сила не повинна перевищувати граничну силу Qu, помножену на коефіцієнт умов роботи закладення й поділену на коефіцієнт надійності за призначенням.

Гранична сила залежить від глибини й ширини закладення, питомої ваги ґрунту, кута тертя й зчеплення, тертя ґрунту об стінки стійки й ригелів, якщо вони є. Для першої групи беруть розрахункові значення ґрунту, які трохи нижчі за нормативні: у прикладі кут внутрішнього тертя зменшено з 29° до 26°. Положення точки повороту теж виходить із розрахунку: у прикладі вона лягла на глибину близько 0,69 від закладення, тобто приблизно 3,4 м із 5 м.

Сама перевірка проста за змістом: порівнюють діючу силу з граничною й дивляться, на скільки відсотків вона її використовує. Складніше знайти граничну силу, і саме її методику й коефіцієнти проєктувальник основи звіряє з чинною редакцією норм.

Друга група: кут повороту стійки

Навіть коли ґрунт не руйнується, стійка під вітром повертається, а за нею нахиляється вся опора. Тому перевіряють деформації: кут повороту стійки під нормативним навантаженням не повинен перевищувати граничного. Гранична величина залежить від того, що стоїть на опорі: її задають норми, виробник обладнання чи завдання на проєктування (докладніше про допустимий крен у статті Фундамент під опору за ДБН В.2.1-10).

Для стійки без ригелів кут повороту в прикладі рахували за формулою: кут β дорівнює 0,75 · Q · (6α + 3) · υ, поділеному на добуток модуля деформації ґрунту E й квадрата глибини закладення d. Тут Q — поперечна сила для другої групи, α — відношення приведеної висоти H до глибини d, υ — безрозмірний коефіцієнт, який беруть із графіка за відношенням розрахункової ширини до глибини. Розрахункова ширина більша за діаметр стійки, бо в роботу втягується й ґрунт поряд із нею.

Кожна тисячна радіана повороту означає 1 мм зсуву на метр висоти. Тому навіть невеликий кут на високій опорі дає помітне відхилення верху, до якого додається прогин самої опори. У прикладі для зменшення залишкових деформацій ґрунту біля поверхні верхню частину отвору закладено залізобетонною «пломбою».

Умовний числовий приклад

Приклад умовний: стійка діаметром 1,5 м у свердловині, закладення 5 м, пісок середньої крупності, без ригелів. Значення переведено з тонно-сил у кілонютони й округлено.

Труба з бетонним заповненням: перевірка міцності

Якщо стійка є сталевою трубою, заповненою бетоном, окремо перевіряють міцність її перерізу. Момент у підземній частині не дорівнює моменту на поверхні ґрунту: від поверхні вглиб він спершу росте, бо плече від сили ще збільшується, а далі спадає, коли ґрунт починає його приймати. Тому розглядають переріз на тій глибині, де момент найбільший, а не біля поверхні.

Переріз вважають сталебетонним. Приймають, що перерізи лишаються плоскими, що бетон у розтягнутій зоні не працює, а розтяг сприймає труба. У стиснутій зоні працюють і бетон, і сталь. Дослідами встановлено, що від бетонного заповнення при згині виграш невеликий, тому його враховують коефіцієнтами, лише трохи більшими за одиницю. Моменти в перерізі порівнюють із несучою здатністю на згин за відповідним розділом норм на сталезалізобетонні конструкції.

У зоні поверхні ґрунту, де труба зазнає вологи й повітря, потрібен захист від корозії; докладніше про цинкування в розділі Гаряче цинкування.

Хто що виконує

Проєктувальник основ і фундаментів вибирає схему закладення, глибину й діаметр, визначає розрахункові характеристики ґрунту за вишукуваннями й виконує перевірки, описані вище. Це його розділ проєкту, а не наш.

Ми виготовляємо опори, щогли, сталеві палі-оболонки й закладні та розробляємо креслення КМ і КМД: проєктування КМ і КМД, виготовлення металоконструкцій. Проєкт фундаменту виконуємо за окремим замовленням і за окрему оплату, або лише передаємо навантаження на фундамент: момент, поперечну й поздовжню силу на рівні ґрунту для обох груп граничних станів. Монтаж виконує партнерська будівельна компанія.

Що надіслати для перевірки закладення

Для перевірки потрібно:

• висота й тип опори, перелік обладнання з масою й площею під вітром;
• вітровий район, ожеледь і тип місцевості;
• навантаження на рівні ґрунту для обох груп граничних станів, якщо їх уже розраховано;
• звіт інженерно-геологічних вишукувань: розріз, властивості ґрунтів, рівень води, глибина промерзання;
• допустимий кут повороту верху опори від виробника обладнання, якщо він жорсткіший за нормативний.

Нормативи й чинність

Перевірку закладення проєктувальник основ узгоджує з чинними редакціями документів (зі змінами): ДБН В.2.1-10:2018 «Основи і фундаменти будівель та споруд. Основні положення», ДБН В.1.2-2:2006 «Навантаження і впливи. Норми проектування», ДБН В.2.6-198:2014 «Сталеві конструкції. Норми проектування» та ДБН В.2.6-160:2010 «Сталезалізобетонні конструкції. Основні положення». Метод і коефіцієнти, які наведено в прикладі, потрібно звірити з чинним текстом норм: стаття не замінює проєкт.