لنگر و پرتگاه: تحلیل فنی روش‌های ساخت پایه برای برج‌های خطوط انتقال هوایی

کارایی و انعطاف‌پذیری یک سیستم انتقال نیروی برق سربار - شریان‌های یک جامعه صنعتی مدرن - اساساً بر اساس شبکه‌های فولادی مرتفع قابل مشاهده در برابر خط افق نیست., و نه هادی های تنیده ای که مسیرهای خود را در سراسر چشم انداز دنبال می کنند, اما بر غیب, اتصال مهندسی شده بین برج و خود زمین ایجاد شده است. پایه و اساس الف خط انتقال برج مسلماً مهمترین عنصر ساختاری است, وظیفه ترجمه انبوه را دارد, مجتمع, و اغلب بارهای خارجی دینامیک تولید شده توسط باد, یخ, تنش هادی, و فعالیت لرزه ای به توزیع تنش قابل کنترل در خاک یا سنگ بستر. این رشته ای است که ساخت و ساز از علم ژئوتکنیک جدایی ناپذیر است و در آن انتخاب نوع شناسی پی مناسب کمتر یک اولویت است و بیشتر پاسخی قطعی به اثر انگشت منحصر به فرد زمین شناسی سایت است.. شکست در سطح پایه, اغلب نه از طریق فروپاشی سازه بلکه از طریق خزش تدریجی خاک یا بالا آمدن فاجعه آمیز رخ می دهد., می تواند باعث خرابی های آبشاری در کل کریدور انتقال شود, توجیه لزوم تحلیل فنی دقیق و اجرای بی عیب و نقص در هر مرحله از پی سازی.

1. ضرورت ژئوتکنیکی: بارگذاری منحصر به فرد و خطر زیرسطحی

فرآیند طراحی برای هر پایه خط هوایی باید با درک عمیق مشخصات بردار بار آغاز شود, نمایه ای به طور قابل توجهی متفاوت از آنچه در سازه های مدنی ساکن مانند ساختمان ها مشاهده می شود. بر خلاف آسمان خراش, که در درجه اول بارهای فشاری عمودی را تجربه می کند, a انتقال برج بنیاد تحت سلطه است نیروهای بالابرنده (بیرون کشیدن پایه از زمین), بسیار زیاد برش جانبی, و واژگونی بارهای لحظه ای ناشی از باد وارد بر سازه برج و تجمع یخ بر روی هادی ها است. این گذرا, نیروهای نامتقارن نیاز به راه حل پایه ای دارند که نه تنها برای ظرفیت باربری بلکه به دلیل توانایی آن در مقاومت در برابر استخراج و چرخش بهینه شده است., مقاومتی که تقریباً به طور کامل از مقاومت برشی متحرک و جرم خاک اطراف ناشی می شود.

طرح پایه, از این رو, به طور برگشت ناپذیر به نتایج یک جامع گره خورده است بررسی ژئوتکنیکی. مهندس باید شرایط زیرسطحی را دقیقاً کمیت کند, که, در سراسر زمین های وسیع و ناهمگون که توسط راهروهای انتقال معمولی عبور می کند, می تواند در عرض چند صد متر به شدت تغییر کند. تکنیک هایی مانند تست نفوذ استاندارد (SPT) و تست نفوذ مخروط (CPT) ارائه پارامترهای حیاتی - چگالی نسبی, مقاومت برشی ($\فی دلار, $c$), تراکم پذیری, و عمق سطح ایستابی - که همه ورودی های اولیه مدل انتخاب پی هستند. وجود نرم, خاک رس بسیار پلاستیکی, ماسه سست مستعد روانگرایی تحت بارگذاری لرزه ای, یا تهاجمی, سطح اسیدی آب زیرزمینی اساساً عمق پی مورد نیاز را تعیین می کند, اندازه, و ترکیب مواد. برای مثال, در مناطقی که با خاک رس با انعطاف پذیری بالا مشخص می شود, که در آن نوسانات رطوبت فصلی باعث تغییر حجم چرخه ای می شود (تورم و کوچک شدن), محلول فونداسیون عمیق که به زیر ناحیه فعال تغییر رطوبت ختم می شود، برای جلوگیری از حرکت طولانی مدت و ناپایداری ساختاری در پایه های برج ضروری است., چالشی که ساده است, پایه های کم عمق نمی توانند به طور قابل اعتمادی رسیدگی کنند.

فرآیند انتخاب یک ماتریس پیچیده ریسک در مقابل هزینه است, جایی که محدودیت های ژئوتکنیکی مرزهای امکان سنجی را تعیین می کند. فونداسیون باید حجم کافی از توده خاک را بسیج کند تا در برابر ظرفیت بالا بردن محاسبه شده با ضریب ایمنی اجباری مقاومت کند., عاملی که به دلیل ماهیت بحرانی دارایی انتقال، همواره بالاتر از آن چیزی است که برای فشرده سازی لازم است.. این اصل بسیج توده خاک مستقیماً به محدودیت طراحی اولیه منجر می شود: فونداسیون باید به اندازه کافی عمیق یا به اندازه کافی گسترده باشد تا حجم مورد نیاز اصطبل را درگیر کند, خاک منسجم. نادیده گرفتن پیچیدگی های لایه بندی خاک - وجود یک لایه ضعیف زیرین, یا انتقال ناگهانی از سنگ بستر مناسب به خاک باقیمانده بسیار فرسوده - نشان دهنده یک شکست مهندسی اساسی و غیرقابل قبول است., به ناچار منجر به تسویه حساب بیش از حد می شود, اعوجاج زاویه ای, یا شکست کامل در شرایط اوج بارگذاری طوفان. پایه است, در اصل, یک لنگر پیچیده, و قدرت نگهداری آن کاملاً به خواص ژئوتکنیکی توده زمینی که درگیر می شود بستگی دارد.

2. تیپولوژی پی و مکانیک طراحی: مقاومت در برابر بالا آمدن و لحظه

بارگیری تخصصی دکل های انتقال منجر به توسعه انواع فونداسیون های متمایز شده است., هر کدام برای مقابله با حالت های شکست خاص مرتبط با شرایط خاص خاک بهینه شده اند. انتخاب بین این انواع یک تصمیم بسیار مهم و عمیقا فنی است, بر اساس گزارش ژئوتکنیکی و هندسه خاص خود برج (به عنوان مثال،, اکستنشن بدن, فاصله پاها, و نیروهای برشی پایه).

Spread Footing (پد و دودکش) مکانیک

The پد و دودکش (پ&C) پایه, شکلی از پایه های بتن مسلح, در مناطقی که با کم عمق مشخص می شوند، شایع ترین نوع باقی می ماند, صالح, و خاک های منسجم با سطح آب نسبتاً کم. طراحی آن بر اساس اصل به حداکثر رساندن وزن توده پی و حجم مخروط خاک مقاوم است.. تحت بارگذاری بالابر, مقاومت از طریق دو مکانیسم اصلی بسیج می شود:

1. مقاومت در برابر وزن: وزن مرده لنت بتنی, پر کردن خاک که مستقیماً روی پد قرار دارد, و وزن خود دودکش.

2. مقاومت برشی (مخروط بالابرنده): مکانیسم اولیه, با تجزیه و تحلیل فروستوم معکوس محاسبه می شود (مخروط) خاک متحرک شده توسط اصطکاک در امتداد سطح شکست که از لبه لنت به سمت بالا و خارج گسترش می یابد.. مقاومت متحرک به شدت به تنش موثر و پارامترهای مقاومت برشی وابسته است ($\فی دلار و $c$) از خاک. چالش ساختاری تضمین “پانچ از طریق” حالت شکست - جایی که قفس لنگر یا دودکش از لایه بتنی عبور می کند - قبل از اینکه مقاومت کامل خاک بسیج شود رخ نمی دهد., نیاز به تقویت سنگین و کنترل دقیق بر مقاومت کششی بتن و تنش اتصال بین میلگرد و زمینه بتن.

پایه های عمیق: اسکله و شمع حفر شده

در مقابل P&پایه سی, اسکله حفاری (کیسون) پایه و پایه های شمع انتخاب ضروری برای ضعیف هستند, خاک های بسیار تراکم پذیر, یا زمانی که لایه باربر صالح در عمق قابل توجهی قرار دارد, اغلب بیش از $10 \متن{ متر}$.

اسکله حفاری عالی است زیرا مقاومت بالابرنده آن به شدت به آن متکی است اصطکاک پوست (یا برشی جانبی)- نیروی اصطکاک ایجاد شده بین سطح استوانه ای عمودی محور بتن و خاک اطراف. این اغلب با استفاده از تجربی محاسبه می شود $\آلفا دلار-روش ها یا استرس موثر $\بتا دلار-روش ها, با تکیه بر مقاومت برشی زهکشی نشده خاک رس یا تنش موثر ماسه, به ترتیب. مزیت اسکله این است که به دلیل عمق زیاد فرورفتگی، مقاومت فوق العاده ای در برابر لحظه واژگونی ایجاد می کند., توزیع بارهای جانبی در سطح بسیار بزرگتر از یک پایه کم عمق. فرآیند ساخت اسکله - که شامل حفاری سوراخ با قطر بزرگ است, قرار دادن قفس میلگرد, و ریختن بتن (اغلب از روش ترمی در زیر آب یا دوغاب بنتونیت استفاده می کنند)- مجموعه منحصر به فرد خود از خطرات را معرفی می کند, به ویژه خطر غارنوردی در لایه های خاک ناپایدار یا تشکیل شیره (بتن ضعیف شده در پایه) که ظرفیت باربری انتهایی را به خطر می اندازد.

زمانی که عمق مورد نیاز به اقشار شایسته زیاد باشد یا دسترسی محدود باشد, پایه های شمع (رانده یا بی حوصله) به راه حل ضروری تبدیل شود. شمع های رانده شده (شمع های H فولادی یا شمع های لوله) اغلب در ماسه های سست یا خاک رس های نرم مورد توجه قرار می گیرند زیرا فرآیند رانندگی خاک اطراف را فشرده می کند, در واقع افزایش استرس موثر و, در نتیجه, بالا بردن و ظرفیت باربری. شمع های حوصله انعطاف پذیری را در اندازه ارائه می دهند و در محیط هایی که رانندگی غیرعملی است ضروری هستند (به عنوان مثال،, مناطق بسیار شهری یا نزدیکی به سازه های حساس) یا جایی که بتن باید مستقیماً در یک سوکت سنگ قرار داده شود تا از طریق ترکیبی از باربری انتهایی و چسبندگی سنگ به بتن، به ظرفیت فشاری و بالابری عظیم دست یابد.. تجزیه و تحلیل پیچیده گروه های شمع, که در آن کارایی شمع های فردی با اقدام گروهی کاهش می یابد (همپوشانی لامپ های استرس), طراحی را پیچیده تر می کند, نیاز به تکرار ساختاری-ژئوتکنیکی چند بعدی برای اطمینان از قابلیت اطمینان.

3. واقعیت های عملی ساخت و ساز از راه دور و کنترل کیفیت

انتقال از یک طراحی مهندسی معتبر به یک پایه کاربردی در این زمینه، چالش‌های ساختمانی عمرانی را معرفی می‌کند., با این واقعیت که راهروهای انتقال اغلب از راه دور عبور می کنند تشدید می شود, زمین های صعب العبور, اغلب مایل ها از برق قابل اعتماد یا جاده های آسفالت شده فاصله دارند. خود فرآیند ساخت و ساز - به ویژه توالی و کنترل کیفیت حفاری, تقویت, و مراحل بتن ریزی - برای برآوردن مشخصات طراحی بسیار مهم است.

پایداری حفاری و آبگیری

فاز اولیه, حفاری, مملو از خطرات ژئوتکنیکی است, مخصوصاً برای انواع فونداسیون عمیق یا در مناطقی با سطح آب بالا. استانداردهای ایمنی مستلزم شیب های جانبی پایدار یا پایه های مناسب است (جعبه های سنگر یا ورق شمع) برای جلوگیری از فروپاشی, یک نگرانی مهم نه تنها برای ایمنی کارگران، بلکه برای حفظ یکپارچگی خاک که در نهایت مقاومت برشی را فراهم می کند.. در محیط های پر آب, موثر آبگیری کاملا ضروری است. وجود آب در حین ریختن بتن باعث رقیق شدن خمیر سیمان می شود, مقاومت نهایی بتن را کاهش می دهد, و سنگدانه های ریز را شستشو می دهد, اساساً دوام و ظرفیت ساختاری فونداسیون را به خطر می اندازد. تکنیک های آبگیری, مانند نقاط چاه یا sumping, باید پیوسته باشد, کاهش موثر سطح آب در زیر پایه گودبرداری تا زمانی که بتن قرار گرفته و به مقاومت کافی برسد. عدم حفظ کف گودبرداری خشک, به ویژه هنگام قرار دادن لایه کور کننده مهم (بتن بدون چربی) یا خود بتن سازه ای, مفروضات طراحی برای مقاومت بتن و چسبندگی به خاک باربر را باطل می کند.

قفس های تقویتی و طراحی مخلوط بتن

ساخت و ساز از قفس تقویتی- شبکه پیچیده میلگرد فولادی - تحمل بسیار بالا و مونتاژ دقیق را می طلبد. طراحی پایه های برج شامل میلگردهایی با قطر زیاد است که در معرض نیروهای کششی و فشاری بسیار زیاد است, به خصوص در قسمت دودکش که لحظه انتقال می یابد. قفس باید به طور صلب مونتاژ شود تا در برابر دست زدن و فشار بتن تازه بدون تغییر شکل مقاومت کند.. بسیار مهم, the پوشش بتنی-فاصله بین سطح میلگرد و سطح خارجی بتن- باید به شدت حفظ شود. پوشش ناکافی اجازه رطوبت را می دهد, اکسیژن, و یون های خورنده (کلریدها, سولفات ها) برای نفوذ و شروع خوردگی میلگرد, منجر به افزایش حجم می شود, پوسته ریزی بتن, و از دست دادن فاجعه بار استحکام کششی در فونداسیون, نیاز به پوشش بتنی عظیم (اغلب $75 \متن{ میلی متر}$ یا بیشتر) در محیط های خاکی تهاجمی.

The طراحی مخلوط بتن خود یک فرآیند تخصصی است که برای شرایط دور و محیط تهاجمی طراحی شده است. مخلوط باید مقاومت فشاری بالا را متعادل کند (معمولا $25 \متن{ مگاپاسکال}$ به $40 \متن{ مگاپاسکال}$) با ماندگاری بالا. در خاک های غنی از سولفات یا مناطق ساحلی, سیمان باید با استفاده از فرمول خاص سیمان مقاوم در برابر سولفات (نوع V) یا ترکیب مواد پوزولانی (خاکستر بادی, سرباره) برای چسباندن آهک آزاد مضر و جلوگیری از تشکیل ترکیبات انبساطی که باعث تخریب بتن می شود. علاوه بر این, کنترل کیفیت در طول بچینگ یا حمل و نقل از راه دور بتن - آزمایش اسلامپ برای کارایی, تست محتوای هوا برای مقاومت در برابر یخ زدگی, و رعایت دقیق نسبت آب به سیمان ($\متن{w}/\متن{ج}$) اطمینان از استحکام طولانی مدت و نفوذپذیری کم - یک دستور عملیاتی مداوم است که به دلیل چالش های دسترسی به سایت نمی توان آن را کاهش داد..

4. اطمینان, عمر خدمات, و استراتژی های کاهش پیشرفته

بنیاد یک دارایی بلند مدت است, انتظار می رود که در طول عمر خط انتقال قابل اعتماد عمل کند, اغلب 50 به 100 سال ها. بنابراین، مراحل پایانی ساخت و ساز و مدیریت عمر مفید بعدی باید به شدت بر روی آزمایش‌های اطمینان دقیق و کاهش دوام پیشرفته تمرکز کند..

تست ارتقاء و معیارهای پذیرش

برای دکل های انتقال حیاتی (به عنوان مثال،, برج های زاویه ای, سازه های بن بست) یا زمانی که ساخت و ساز در شرایط نامشخص خاک رخ می دهد, شالوده باید طی شود تست بار بالا بردن در مقیاس کامل. این شامل اتصال یک سیستم جک هیدرولیک کالیبره شده به پیچ های لنگر پایه برج و اعمال تدریجی بار بالابرنده طراحی است., اغلب بیش از $1,000 \متن{ kN}$ یا $100 \متن{ تن}$. عملکرد پی با اندازه گیری جابجایی عمودی نظارت می شود (بیرون کشیدن) تحت بار. معیارهای پذیرش معمولاً با حداکثر نشست مجاز در بار طراحی و تأیید اینکه ظرفیت نهایی با ضریب ایمنی مشخص شده مطابقت دارد یا بیش از آن است، تعریف می شود. (اغلب $1.5$ به $2.0$ برابر بار اوج بالا بردن). این آزمایش مخرب یا نزدیک به مخرب نتیجه نهایی را فراهم می کند, اثبات ملموس مبنی بر اینکه مفروضات نظری طراحی ژئوتکنیکی با موفقیت تکرار شده و در واقعیت تثبیت شده است..

دوام و کنترل خوردگی

عمر طولانی فونداسیون به طور ذاتی با دوام بتن و کنترل خوردگی اجزای فولادی مرتبط است.. فراتر از رعایت دقیق $\متن{w}/\متن{ج}$ نسبت ها و پوشش بتنی مناسب, استراتژی‌های کاهش تخصصی ممکن است در محیط‌های بسیار تهاجمی مورد نیاز باشد:

1. پوشش ها و آسترهای محافظ: در خاکهای به شدت اسیدی یا غنی از آلی, سطح بتن می تواند مورد حمله شیمیایی قرار گیرد. در چنین مواردی, پوشش (به عنوان مثال،, اپوکسی) یا آستر (به عنوان مثال،, پی وی سی) ممکن است روی دودکش و سطوح بتنی مدفون اعمال شود تا ماتریس بتن را از عناصر تهاجمی جدا کند..

2. حفاظت کاتدی (CP): برای محیط های بسیار خورنده, به ویژه برای پایه های شمع فولادی یا پیچ و مهره های لنگر در معرض, حفاظت کاتدی (CP) ممکن است اجرا شود. این شامل معرفی یک آند قربانی است (منیزیم یا روی) یا یک سیستم جریان تحت تاثیر برای جابجایی پتانسیل الکتروشیمیایی سازه فولادی, جلوگیری از انحلال آهن و توقف فرآیند خوردگی, بدین ترتیب یکپارچگی ساختاری بلند مدت اجزای فلزی سیستم فونداسیون تضمین می شود.

روش‌های تحقیق و ساخت و ساز دقیقی که برای هر پایه‌ای اعمال می‌شود - از ترس عمیق اولیه از عدم قطعیت زمین‌شناسی تا گواهی نهایی مقاومت در برابر بالارفتن - عوامل غیرقابل مذاکره برای قابلیت اطمینان کل شبکه برق هستند.. پایه یک لنگر تغییر ناپذیر است, و عملکرد ماندگار آن سکوت است, تعهد ضروری مهندس برای تداوم زندگی مدرن.