Формула для встановлення похилих наземних полюсів

У цьому документі викладено найпоширеніші події, що спричиняють передчасне руйнування полюсних конструкцій, особливо на похилій місцевості, та надано інженерам-розробникам ліній полюсів перевірений метод розрахунку належної глибини встановлення полюсів та розташування на схилах.

Слуги інженерних мереж несуть високовольтні дроти передачі, дроти розподілу нижчої напруги, лінії зв'язку та трансформатори. Схильні стовпи більш схильні до розтріскування, внаслідок чого трансформатор падає і завдає шкоди людям або пошкоджує майно. Навіть лінії розподілу напруги можуть призвести до серйозних травм. Гілки дерев, які торкаються лінії електропередач, можуть підсилити дерево та землю навколо нього, створюючи небезпечну ситуацію.

Не все так незвично бачити нахилені лінії електропередач; частіше це розподільні стовпи, які несуть меншу кількість енергії до будинків та комерційних об'єктів. Розподільні стовпи можуть піддаватися формульним підходам до установки, які можуть ігнорувати ґрунти, вагові навантаження та, найчастіше, схили. Стовпи часто встановлюють на похилому грунті або з боків канав, оскільки необхідно дотримуватися певного вільного місця від доріг та приватної власності. Проблема встановлення стовпів на схилах полягає у втраті бокової опори ґрунту на низхідній стороні стовпа.

Будь-яка кількість подій може скомпрометувати підтримку полюсів і викликати кілька типів занепокоєння - ерозія води від сильного дощу, більша вага нових, важчих компонентів та ліній зв'язку, встановлених на стовпах, пошкодження конструкцій або крижані бурі, що додають ваги проводам, і сильний вітер лише декілька.

Наступні фото (Фотографії 1 та 2), взяті з обох кінців лінії полюса, показують вплив снігової бурі на розподільні лінії. Земля була вологою і недостатньо замерзлою, щоб підтримувати стовпи. Зверніть увагу на сильно схилений стовп B, встановлений на крутому схилі без відступу. Це наочна ілюстрація проблеми встановлення стовпів на схилах. Зрозуміло, що полюс A і полюс D розташовані майже на рівній площі. Їх закладення стабільне з достатньою міцністю, щоб запобігти нахилу. Очевидно, що полюси A і D сприяють підтримці полюсів B і C. Якби всі чотири ці полюси були встановлені на схилі, подібному до полюса B, і ніякої додаткової опори з сусідніх полюсів не було надано, вони, швидше за все, вийшли б з ладу і потрапили в дорога.

Фотографії демонструють поступовий збій, оскільки кількість опори слабшає в міру поглиблення канави. Як і в цьому випадку, помилки трапляються в середині розділу. Коли довжина прольоту подвоюється, напруження піднімається в чотири рази, пошкоджуючи наступні полюси, поки дріт не лягає на землю, зупиняючи збільшення натягу.

Шторми завдадуть більшої шкоди лініям, що йдуть в одному напрямку. Східні та західні лінії будуть пошкоджені одним штормом, тоді як північні та південні не будуть. Але наступна буря, ну чекай і сподівайся. Це сталося в бурю "Страсної п'ятниці" 24 березня 1978 року в 24 округах штату Іллінойс. Більшість північних та південних ліній були зруйновані, втративши потужність близько мільйона людей. Це тому, що штормовий фронт зазвичай рухається - і завдає шкоди - в одному напрямку.

Інші причини пошкодження полюса

Після шторму набувають практичні причини не переустановлювати стовпи, щоб вони могли витримати наступний. Кріпильні стовпи можуть бути останніми у списку комунального підприємства після вжиття всіх заходів для відновлення живлення. Простіше піти доцільним маршрутом і викопати іншу яму для скидання стовпа, але часто яма недостатньо глибока, іноді тому, що звичайна вишка копача не може заглибитись глибше 10 футів. Отвір можна засипати подрібненим заповнювачем, але це незначне поліпшення, є трудомістким і трудомістким, і все одно може вийти з ладу.

Поляки, поставлені десятки років тому, особливо у сільській місцевості, мають більшу вагу, ніж передбачали їх оригінальні конструкції. Є більше і більше провідників і більше ліній зв'язку та передачі даних. Коли додаються нові волоконно-оптичні лінії, старі мідні кабелі часто залишають на стовпах. Наприклад, угода про спільний користувач може передбачати, що користувач повинен платити за зміну стовпів для просвіту та більших навантажень, але це спонукало б користувачів ховати свої лінії під землею, а комунальне підприємство втрачало б щорічну плату за полюс.

Підхід до встановлення полюсів на похилій землі

Для стовпів, встановлених на постійно схиленому грунті або у верхній частині дорожньої канави, спостерігається втрата бічної опори ґрунту на низхідній стороні стовпа. Рис.1 ілюструє цю втрату підтримки та те, як її можна замінити. Це ускладнюється, якщо стовп відводиться назад від вершини схилу або схил закінчується неглибокою канавою або такою з нерівномірним перерізом.

Якщо ніякої коригування для цієї втраченої опори не буде зроблено, ці стовпи будуть схилятися до нижнього схилу і в деяких випадках падати. Незвично бачити кілька стовпів на вершині дорожньої канави, які схиляються до дороги. Це особливо актуально для багатофазних ліній, де полюси сильно навантажені, і потрібні вищі полюси вищого класу, але використовуються стандартні глибини встановлення.

У деяких випадках, коли стовпи сильно навантажені, а міцність ґрунту знижена через дощ, відлигу чи інші причини, вони можуть впасти на дорогу. Якщо міцність грунту сусідніх стовпів також не знижена, ці сусідні стовпи можуть зайняти частину навантаження і запобігти повному обваленню (див. Фотографії 1 та 2).

У цій роботі пропонується підхід для визначення додаткової глибини встановлення, необхідної для компенсації цієї втрати підтримки в цих ситуаціях. Надані рішення є лише наближенням необхідної додаткової глибини встановлення. Точне рішення неможливе і не гарантоване з кількох причин.

По-перше, часто немає жодної інформації про властивості ґрунту, крім візуального спостереження за поверхнею на ділянці під час розміщення стовбурів персоналом, не навченим властивостям ґрунту. Крім того, поверхня землі не завжди знаходиться на акуратному, постійному схилі, а також не чітко визначена вершина або форма канави. Існують також невизначеність поверхні руйнування та наближення оцінки нахилу грунту.

Ми включаємо метод компенсації ефекту відведення стовпа від вершини схилу, а також метод компенсації канав, які є поверхневими або досить вузькими, щоб зменшити додаткову глибину встановлення, необхідну для безперервного схилу.

Не було спроб проаналізувати ситуацію, коли сила завжди знаходиться у напрямку до схилу вгору, наприклад, невеликий кут, що не змінюється, або конструкція крана. Однак, якщо застосовуються представлені тут рішення, результати повинні бути більш ніж адекватними та дещо надто консервативними. Не потрібна додаткова глибина встановлення для схилів, рівних ніж співвідношення 2 горизонтальних до 1 вертикальних, або для канав, менших критичної глибини. Зрозуміло, конструкціям з хлопцями не потрібна додаткова глибина настройки.

Чи підходить стандартна глибина?

Перш ніж вирішити, яку додаткову глибину встановлення використовувати, слід визначити, чи є стандартна глибина відповідною глибиною для рівної землі. Для слабкого полюса, який не навантажений до своєї потужності, може бути достатньо чогось менше стандартної глибини. Для компенсації похилого грунту може не знадобитися додаткова глибина налаштування.

Для дуже міцного стовпа, навантаженого майже до потужності, слід враховувати додаткову глибину навіть на рівній землі. Глибина встановлення цих коригувань вважається “нормальною глибиною налаштування”, яка використовується для всіх наступних розрахунків та графіків. Якщо для нормальної глибини встановлення використовується поліпшена засипка, її слід також використовувати для стовпів, що вимагають додаткової глибини налаштування.

Ось спрощений метод визначення, чи потрібно полюс встановлювати глибше. Припускається, що клин ґрунту потрібно переміщати збоку і вгору, щоб стовп нахилявся. Цей клин вважається глибиною половини нормальної глибини встановлення полюса (приблизно в точці обертання) з нахилом від двох горизонтальних до однієї вертикальної.

Коли грунт, що підтримує стовп, виходить з ладу, стовп падає, і, падаючи, під лінією землі знаходиться точка, навколо якої полюс по суті обертається. Візуалізуйте це, як вершина стовпа йде в один бік, а приклад йде в інший бік, обертаючись так, ніби великий штифт або вісь проходив крізь стовп приблизно на половині шляху між лінією землі та прикладом. Фактична точка обертання рідко знаходиться в цьому теоретичному місці, але вона не буде сильно змінюватися на більшості ґрунтів.

Жодне з цих припущень не є точним, але вони спрощують математику і забезпечують розумну глибину клину та розумний нахил для звичайних ґрунтів. Точка повороту полюса в рівномірних ґрунтах перевищує половину заданої глибини, а нахил клину буде змінюватися залежно від властивостей ґрунту. Враховуючи ці наближення, результати все ще є обґрунтованими та послідовними.

Передбачається, що опором руху є тертя вздовж обох трикутних сторін клину. Це розумне наближення фактичного опору. Він ігнорує будь-яку кривизну поверхні руйнування та тертя уздовж основи клину. На додаткову глибину налаштування вони впливатимуть менше, ніж на бічне тертя, тому результат буде на безпечній стороні. Висновок рівнянь та ілюстрація наведені в Рис.2.

Розрахунки глибини

Рис.3 є графічним рішенням для додаткової глибини встановлення для стовпів із нормальною глибиною встановлення від 6 до 12 футів на суцільних схилах, від 1 горизонтальної до 1 вертикальної до 12 горизонтальної до 1 вертикальної та без будь-якого відступу. Глибина встановлення завжди вимірюється на стороні полюса, що спускається вниз.

Якщо стовпи встановлюються на деякій відстані від вершини схилу, ця додаткова опора дозволяє зменшити збільшену глибину встановлення. Коли зниження дорівнює звичайній глибині налаштування, додаткова глибина налаштування більше не потрібна.

Графічні рішення для стовпів з відступами від однієї ноги до нормальної глибини встановлення та нормальної глибини встановлення від 6 до 12 футів та схилів грунту від 1 горизонтальної до 1 вертикальної до 10 горизонтальної до 1 вертикальної показані в Рис. 4.1a через Рис. 4.7а. Кількість наданих приростів повинна бути достатньою, щоб забезпечити розумну інтерполяцію для проміжних значень. Діапазон, мабуть, перевищує те, що більшість людей вважали б актуальним.

Більш ефективним методом визначення додаткової глибини встановлення є програмування рівнянь у ручний пристрій для прийняття змінних глибини налаштування, нахилу та відступу та обчислення необхідної додаткової глибини встановлення.

Якщо канава менша або вужча за певну критичну глибину або ширину, можна додатково зменшити глибину встановлення. Ця критична глибина зображена графічно у Рис. 4.1b через Рис. 4.7б. Критична ширина Cw - це критична глибина Cd, помножена на нахил плюс 2 або Cw = Cd (s + 2), де s - горизонтальна відстань для однієї ноги падіння.

Включена схема, що показує типову канаву, розділену на одну четверту вертикально та горизонтально (див Рис.5). Якщо фактична канава менша або вужча за критичну канаву, або неправильний переріз, можна оцінити зменшення в кожному напрямку та підрахувати кількість 1/16 частин площі, що зменшують критичну площу, і відрегулювати додаткове налаштування глибина відповідно. Включено чотири приклади, що використовують різні частки критичної глибини та ширини.

Очікується, що розміри дробової канави будуть визначені візуальним спостереженням, хоча можуть бути використані вимірювальні прилади. У більшості реальних ситуацій для розподільчих ліній це регулювання буде незначним і його часто можна ігнорувати.

Міркування щодо ґрунту

Для більшості звичайних ґрунтів нахил, що перевищує 1,5 до 1 або навіть 2 до 1, не підтримується. Для деяких дуже м’яких глинистих, мулових і мулистих пісків цей максимальний ухил може бути від 3 до 1. Якщо на ґрунтах подібної природи зустрічаються круті схили, слід припустити, що через ерозію, дію морозу-відлиги, діяльність тварин і сили тяжіння, вони погіршуватимуться до нижчих значень (див Рис.6). Найкращий підхід - уникати такої ситуації. Якщо уникнути цього неможливо, глибину встановлення полюса слід регулювати, як показано на малюнку. На дуже довгих схилах це може виявитись неможливим.

Польове застосування: Точно вимірюйте схили

Єдиними новими вимогами до вибивання, крім звичайної діяльності з вибивання ліній, є вимірювання нахилу, відступу, глибини канави та іноді ширини канави. Після певного досвіду більшість із цих вимірювань зазвичай можна зробити просто і, можливо, з достатньою точністю шляхом візуальної оцінки. У незвичних умовах для всіх цінностей слід використовувати більш досконалі засоби.

Нахил є найбільш критичним елементом, і його слід вимірювати з певною мірою точності, крім візуального спостереження, або принаймні візуальні спостереження слід періодично перевіряти. На щастя, більшість людей оцінюють схили крутіше, ніж вони є насправді, і результатом є більша посадка, ніж потрібно, і з безпечної сторони.

Відступ можна виміряти будь-якою кількістю вимірювальних приладів. Простий спосіб вимірювання ухилу - це використання двох планок або навіть дворових палиць. Один проводиться вертикально, а другий - горизонтально, і відповідні вимірювання реєструються та перетворюються у нахил, H/V. Або горизонтальну планку можна зробити незмінною, наприклад, три-чотири фути, а вертикальну планку відкалібрувати для безпосереднього зчитування схилу (див. Рис.7). Доступно багато інших методів.

Глибину канави можна виміряти за допомогою GPS або ручного рівня та стрижня рівня або будь-якої іншої вертикальної шкали. Для канав, менших або вужчих, ніж критичні розміри канав, математичне рішення для всіх різних варіацій стає надто складним і не може бути виправданим. Пропонується дизайнеру візуально оцінити форму та розміри канави та порівняти її Рис.5 і відповідно відрегулюйте.

Висновок

Представлена інформація повинна надавати проектувальникам лінії інформацію, необхідну для узгодженого визначення додаткових глибинних стовпів, необхідних на похилому грунті, щоб компенсувати опору, втрачену на стороні нижнього схилу стовпа.

Подяка

Цей документ натхненний керівництвом нині покійної Марлін Шепперс, яка пішла у відставку 10 квітня 1998 року, після 42 років роботи як високоповажного інженера-конструктора та проектувальника в Stanley Consultants. Марлін відстоював мирські проблеми, такі як стійкість полюса або їх відсутність, наставники дизайнерів ліній, включаючи ведучого цієї статті, простим методом поступового регулювання глибини встановлення полюса при зіткненні з похилою місцевістю.

Застереження

Тут представлені ідеї однієї людини. Інші можуть вибрати інше. Тут немає наміру включати достатньо довідкових матеріалів для повного проектування. Кожен, хто вирішить використовувати ці концепції, повинен спочатку ретельно переглянути власні ідеї, перш ніж прийняти рішення прийняти, відхилити або змінити.