Wybrane zagadnienia z zakresu prefabrykowanych fundamentów słupów linii elektroenergetycznych – cz. II

Dodatkową płytę ustojową należy tak przytwierdzić do żerdzi (rys. 6¹), aby siła działająca w kierunku y była przenoszona przez żerdź na płytę. Sam fundament zaś ustawić w taki sposób, aby wektor największej siły był przenoszony przez płyty górną i dolną fundamentu (oś x na rys. 6), a mniejszej wartości przez płytę dodatkową (oś y na rys. 6).

Albumy typizacyjne opracowane zgodnie z normą [7] nakazują, aby odległość górnej krawędzi płyty ustojowej fundamentu UP 1-7 od powierzchni ziemi wynosiła co najmniej 0,3 m, dlatego środek płyty prefabrykowanej znajduje się na głębokości 0,6 m, i to niezależnie od głębokości posadowienia słupa. Zgodnie z przedstawionym wcześniej rozkładem naprężeń w gruncie najlepiej, aby środek płyty znajdował się na 1/3 głębokości wykopu. Takie rozwiązanie zaproponowano w albumach typizacyjnych z powodów praktycznych, aby dodatkową płytę boczną można było instalować na żerdzi jak najbliżej 1/3 głębokości posadowienia słupa, a nie w pobliżu 2/3 tej głębokości, co jest pewnym kompromisem technicznym. Na podkreślenie zasługuje to, że według normy [8] odległość górnej krawędzi płyty ustojowej od powierzchni ziemi powinna wynosić 0,5 m – ze względu na maszyny rolnicze stosowane do uprawy ziemi, np. agregaty, pługi [10].

Rys. 6. Fundament typu UP 3 + UP 2; Fx, Fy – kierunek działania siły na słup [2]

Rys. 7. Fundament typu SFP 111-133: a) wykonany zgodnie z albumem, b) montaż spotykany na budowach, c) kierunki działania sił F_x [2]

Tab. 2. Zmiany charakterystycznych punktów dla fundamentu zginanego w zależności od głębokości jego posadowienia

Fundamenty typu UP 1-7 [2], składające się z płyt U bezpośrednio mocowanych do dolnej części słupa za pomocą obejmy, można mocować do żerdzi o maksymalnej sile użytkowej 12 kN. Dla żerdzi o większej sile użytkowej, a w niektórych przypadkach również mniejszej (z powodu gruntu o słabej nośności) należy stosować inne typy fundamentów – o większej powierzchni i wytrzymałości mechanicznej na uszkodzenia.

Fundament typu SFP 111-133 [2] przewidziany jest do przenoszenia siły działającej w jednej osi (np. x) na słup linii elektroenergetycznej. Składa się on z dwóch betonowych płyt prefabrykowanych (tab. 3) przytwierdzonych do żerdzi za pomocą metalowych elementów fundamentu. Zgodnie z wytycznymi podanymi w albumach typizacyjnych płyty prefabrykowane należy mocować po jednej stronie żerdzi (rys. 7a), chociaż w praktyce wykonawczej obserwuje się też inny sposób przymocowania płyt (rys. 7b). Jest to sposób analogiczny do montażu płyt w fundamencie typu UP 1-7 i nie należy go postrzegać jako błąd, ponieważ nie wpływa to na pewność posadowienia konstrukcji wsporczej.
Fundament tego typu w porównaniu z fundamentem typu UP7 [1] ma jeszcze jedną zaletę, naprężenie w gruncie może być przenoszone jednakowo w dwóch przeciwnych kierunkach (rys. 7c).

Fundament typu SFP 21-23 [1] jest przewidziany do przenoszenia siły działającej w jednej osi (np. x) na słup linii elektroenergetycznej składającej się z jednakowych żerdzi. Wykonany jest on z dwóch płyt betonowych prefabrykowanych oraz płyty dennej, instalowanych do żerdzi za pomocą metalowych elementów fundamentu (rys. 8a). Podobnie jak fundament typu SFP 111 -133 może przenosić naprężenie w gruncie w dwóch przeciwnych kierunkach. Fundamenty typu SFP nie są przystosowane do przenoszenia dwóch sił działających pod kątem 90^o, a więc w osi x i y.

W przypadku zaistnienia takich sytuacji należy zastosować inny typ fundamentu, aby zapewnić pewność posadowienia konstrukcji wsporczej.

Tab. 3. Prefabrykowane elementy betonowe stosowane w fundamentach typu SFP [1]

Rys. 8. Fundament typu SFP 21-23: a) przy jednostronnym działaniu siły F_x, b) przy dwustronnym działaniu sił F_x [1]

Rys. 9. Fundament typu SFP 111 + SP 11; F_x, F_y – kierunek działania siły na słup [2]

Fundament SFP 111-133 + SP 1-33 [2] jest rozbudowaną wersją fundamentu SFP 111-133 składającą się z czterech płyt prefabrykowanych przymocowanych do żerdzi za pomocą metalowych elementów fundamentu. Zaleca się, aby płyty przymocowane bezpośrednio do żerdzi były ustawione w kierunku działania wektora siły F_x o większej wartości (rys. 9). Fundament UP 11-17 [2] przewidziany jest do przenoszenia sił działających pod kątem 90^o na słup linii elektroenergetycznej. Składa się on z ośmiu płyt prefabrykowanych typu U-85 lub U-130 prefabrykowanych przytwierdzonych do żerdzi za pomocą metalowych elementów. Zgodnie z wytycznymi podanymi w albumach typizacyjnych kierunek działania sił powinien być taki, jak przedstawiono na rys.10. Ostatnim zagadnieniem dotyczącym fundamentów zginanych, które wymaga omówienia, są naprężenia w gruncie wywołane w osi z przez nacisk słupa wraz z izolatorami, przewodami i ich oblodzeniem oraz innych elementów zainstalowanych na żerdzi, np. gniazda bocianiego (rys. 11) [11]. Powstałe w ten sposób obciążenie w osi z musi być tak przeniesione na grunt pod stopą słupa, aby dopuszczalne naprężenie dla danego typu gruntu nie zostało przekroczone, inaczej słup będzie się pogrążał w ziemi. Aby temu zapobiec, w przypadku żerdzi wirowanych, należy zastosować płytę stopową dla fundamentów typu UP 1-7, UP 11-17 w gruncie o dużej, średniej i małej nośności. Fundament typu SFP 111-133 lub SFP 111-133+SP 1-33, jeżeli jest umieszczany w gruncie o dużej i średniej nośności, wymaga zastosowania płyty stopowej, natomiast w gruncie o średniej nośności płyty U-85 [2, 4, 5]. Płyta stopowa, U-85 lub inna, umieszczona na dnie wykopu, nie przenosi momentu obrotowego na grunt, jak to pokazano na rys. 2b.

Rys. 10. Fundament typu UP 11; F_x, F_y – kierunek działania siły na słup [2]

Rys. 11. Naprężenie pionowe wywierane na grunt przez słup linii elektroenergetycznej; F_z – nacisk słupa na grunt [2]

Podsumowanie

W artykule przedstawiono podstawowe wiadomości teoretyczne dotyczące fundamentów zginanych, aby ułatwić zrozumienie procesów zachodzących między gruntem a fundamentem słupa, a także aby bardziej świadomie korzystać z albumów typizacyjnych. Może to spowoduje, że zaprojektowane fundamenty na podstawie albumów typizacyjnych dla danego typu gruntu i słupa na etapie realizacji inwestycji w terenie nie będą „odchudzane” przez wykonawcę, bez zgody projektanta, co ma na celu zwiększenie zysku lub jak to się obecnie dyplomatycznie ujmuje w budownictwie sieciowym, w celu „wyjścia na swoje”. Niestety, jest to proceder praktykowany zwłaszcza w przypadku słupów odporowych. Zwraca się uwagę, że betonowe płyty ustojowe stanowią integralną całość z elementami stalowymi, które mocują je do słupa. Warunkiem przeniesienia przez fundament przewidzianych momentów sity, pochodzących przede wszystkim od naciągu przewodów, jest zastosowanie trwałych i odpowiednio zaprojektowanych elementów mocujących płyty fundamentu do żerdzi słupa. Wszelkie zabiegi zmierzające do obniżenia kosztów, polegające na stosowaniu elementów stalowych tańszych i słabszych niż przewidziane w projekcie fundamentu, są niedopuszczalne, gdyż powodują obniżenie nośności posadowienia.

dr inż. Józef J. Zawodniak

SEP O/Gorzów mgr inż. Rafał Nowicki

ENERGOLINIA, Poznań

Literatura

1. Album linii napowietrznych dwunapięciowych średniego napięcia z przewodami pełnoizolowanymi 50-120 mm² i niskiego napięcia z przewodami pełnoizolowanymi 25-120 mm² na żerdziach wirowanych, t. I, Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej (PTPiREE), Poznań 2004.
2. Album linii napowietrznych wielotorowych niskiego napięcia z przewodami izolowanymi samonośnymi o przekroju 25-120 mm2, PTPiREE, Poznań 2015.
3. Album linii niskiego napięcia z przewodami golymi Al. 25-95 mm² na żerdziach wirowych, PTPiREE, Poznań 1998.
4. L. Kacejko, T. Kahl, Elektroenergetyczne linie napowietrzne, PWT, Warszawa 1961.
5. Z. Konarzewski, Napowietrzne linie elektroenergetyczne. Konstrukcje i budowa, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1971.
6. S. Kończykowski, B. Mayzel, Konstrukcje wsporcze linii napowietrznych, Arkady, Warszawa 1962.
7. PN-E-05100-1:1998 Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa. Linie prądu przemiennego z przewodami roboczymi gołymi.
8. PE-EN 50341-2-22:2016 Elektroenergetyczne linie napowietrzne prądu przemiennego powyżej 1 kV – Część 2-22 Krajowe warunki normatywne dla Polski (NNA).
9. PN-EN 50341-2-22 Elektroenergetyczne linie napowietrzne prądu przemiennego powyżej 1 kV. Część 2: Zbiór normatywnych warunków krajowych (NNA).
10. J.J. Zawodniak, Projektowanie i wykonywanie inwestycji elektroenergetycznych na podstawie doświadczenia eksploatacyjnego, „Automatyka, Elektryka, Zakłócenia”, vol. 6 nr (19) 2015.
11. I. Kaługa, J.J. Zawodniak, Wymiana slupów z platformą pod gniazdo bociana w liniach nn, „Automatyka, Elektryka, Zakłócenia”, vol. 7 nr 4 (26) 2016.

¹ Numeracja ilustracji i tabel jest kontynuacją numeracji z cz. I artykułu.