CN104005407A - 一种部分预应力混凝土结构基础桩 - Google Patents

一种部分预应力混凝土结构基础桩 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种部分预应力混凝土结构基础桩,包括有环形混凝土管柱,在所述环形混凝土管柱里面设置钢筋,其特征在于:所述钢筋由沿管柱方向的纵向受力钢筋和螺旋缠绕纵向受力钢筋的螺旋筋、以及连接纵向受力钢筋的内钢箍组成,还在所述环形混凝土管柱的顶端设置法兰。本发明的有益效果是:该部分预应力混凝土结构基础桩,抗水平荷载明显提高,优化结构设计,采用先进的生产工艺,使其抗水平荷载比同截面预应力管桩提高3到5倍,可满足大荷载抗倾覆杆塔基础桩的设计要求,且结构简单实用。

Description

一种部分预应力混凝土结构基础桩
技术领域
本发明属于电力通信输送设备技术领域,尤其涉及一种部分预应力混凝土结构基础桩。 
背景技术
随着国民经济的迅速发展, 现代化电力、通信技术的不断发展,由中国主导的4G网络标准,技术成熟,具备了大规模推广的条件,目前已进入试用阶段。到2014年,中国移动TD-LTE基站将达到35万个 ,将成为世界上最大的TDD-LTE 4G网络运营商。随着需要建设大量的输电线路和移动通信基站来满足要求。故不同强度、不同弯矩、不同长度的杆塔使用广泛。传统的输电线路杆塔和移动通信杆塔的基础方式为:使用纯钢制成钢管桩,在工厂加工成型后,钢管桩桩体采用的防腐工艺,目前最好的是先对桩体进行热镀锌,然后多采用煤油沥青漆进行表面防腐处理。运往施工现场进行打桩,打桩完成后,再将杆塔运往施工现场进行组塔安装。 
现有技术主要采用钢管桩来作为杆塔基础,虽然是杆塔现阶段基础施工的一种方式,但是钢材用量特别大,基础成本非常高,钢结构件目前主要有两种防锈方式:热浸镀锌和热喷涂,这两种防锈方式最大的弱点是防锈层抗腐蚀能力差,防锈寿命的长短在很大的程度上取决于它所处环境的大气质量。研究表明:在重工业区,由于大气污染较大,空气含有大量的二氧化碳和二氧化硫,这些酸性物质很容易对防锈层进行腐蚀,所以在这些地区,热浸镀锌防腐层和喷涂防腐层一般在10年左右就会被完全破坏;而在一些空气质量较好的农村山区,热浸镀锌防腐层的寿命大概也只有20年,喷涂防腐层的寿命更短,只有15年左右。这些防腐层被完全破坏后,大约15年本身的钢结构体就会被腐蚀逐渐报废。在施工打桩过程中,如遇到个别坚硬的石子,很容易划破钢管桩桩身防腐层,从而导致桩体产生了锈蚀的源头。由于钢管桩是打入地下的,桩体一经锈蚀,难以发现,桩强度大大降低,严重影响杆塔结构的安全。由于钢材耐腐蚀性差,钢材腐蚀问题至今也是世界上难以解决的一大难题,故钢管桩基础耐腐蚀性和耐久性很难满足输电线路杆塔和移动通信杆塔使用年限50年以上的要求。 
发明内容
本发明的目的在于,克服现有技术的不足,提供了一种部分预应力混凝土结构基础桩。本技术方案从降低成本、低碳环保考虑,积极全面开展 “资源节约型、环境友好型、工业化” 输电线路和移动通信基站建设工作。全面开展“两型一化”工作,是我们贯彻落实党的十六届六中全会精神,履行公司社会责任,落实科学发展观,建设“资源节约型、环境友好型”社会的具体体现;是加快转变公司的发展模式,大力实施集团化运作、集约化发展、精细化管理、标准化建设,切实解决桩基础抗弯强度(基础水平荷载)和耐腐蚀和耐久性问题,保证桩基础使用年限在50年以上的要求,提高输电线路和移动通信基站建设效益和效率。 
为解决上述技术问题,本发明的技术方案为:一种部分预应力混凝土结构基础桩,包括有环形混凝土管柱,在所述环形混凝土管柱里面设置钢筋,其特征在于:所述钢筋由沿管柱方向的纵向受力钢筋和螺旋缠绕纵向受力钢筋的螺旋筋、以及连接纵向受力钢筋的内钢箍组成,还在所述环形混凝土管柱的顶端设置法兰。部分预应力混凝土结构桩与杆塔的连接方式为法兰连接,就位准确、强度高。部分预应力混凝土结构桩具有足够的抗弯强度和抗压强度,足以抵抗打桩时锤击所产生巨大的冲击荷载,杆塔运行时的水平力对桩基础产生的倾覆力。该桩首次用于输电线路杆塔和移动通信杆塔,至今为国内独创,开裂检验弯矩达1500kN.m,为全国最高开裂检验弯矩的部分预应力混凝土结构桩。 
本发明的进一步改进有,所述纵向受力钢筋分为预应力主筋和非预应力主筋。部分预应力混凝土结构桩的预应力钢筋和非预应力钢筋采用高强度钢筋,内部配筋量大,混凝土强度等级高,并配有一定的结构钢筋,故桩体抗弯和抗压强度非常高,与同外径的钢管桩相比,强度基本相等。 
本发明的进一步改进还有,所述预应力主筋和非预应力主筋设置在一起且均匀分布在所述环形混凝土管柱的截面圆周上。通过优化结构设计,可满足大荷载抗倾覆杆塔基础桩的设计要求。 
本发明的进一步改进还有,所述法兰与筋板、钢板圈固连,所述钢板圈与所述环形混凝土管柱固连。 
本发明的进一步改进还有,所述环形混凝土管柱的下端内径设置呈喇叭状,且大端朝下。因为喇叭状的设置,部分预应力混凝土结构桩更容易进入到泥土中。 
  
桩基础的设计依据:
(1)DL/T5154-200《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》;
(2)SDGJ62-84《送电线路基础设计技术规定》;
(3)计算公式和有关数据均来源于中国电力出版社2002年版《电力工程高压送电线路设计手册》、《国家电网公司东北电力设计院出版》;
(4)部分预应力混凝土结构桩基础的外形尺寸,按电杆无卡盘基础做抗倾覆稳定计算;
(5)地脚螺栓数量、直径、底法兰盘厚度;加强筋厚度均按DL/T 5154-2002计算;
(6)部分预应力混凝土结构桩垂直承载力按《设计手册》单桩垂直承载力计算,此时不考虑桩心土重和桩的侧土压力;
(7)部分预应力混凝土结构桩采用部分预应力结构,自身强度计算与杆体根部强度计算相对应,按GB 50010《混凝土结构设计规范》设计计算,预应力主筋抗拉强度标准值:fptk=1570N/mm2非预应力主筋抗拉强度标准值fyk=400N/mm2混凝土设计强度等级C60以上,杆体与桩体连接(见图及说明)。
(8)计算一般按塑粘土取值,承载力:100kN/m2,容量16kN/m3。 
部分预应力混凝土结构桩的设计与生产: 
桩基础设计采用中国电力规划设计协会计算机道亨软件规范设计,使部分预应力混凝土结构桩基础强度满足用户设计要求,严格按GB/T 19001—2008/ISO 9001:2008《质量管理体系  要求》的要求进行过程管理,按GB/T 4623-2006《环形混凝土电杆》进行生产和检验,所以各道工序都满足设计要求,从而保证部分预应力混凝土结构桩的质量。
部分预应力混凝土结构桩的防腐问题: 
防腐是检验桩基础寿命的重要保证,由于环形混凝土电杆的特殊结构性能,不作如何防腐处理,也可保证桩基础的使用年限在50年以上。
该桩于2014年1月15日在山东中能杆塔有限公司内进行打桩,并也顺利成功完成打桩,打桩结束后,对桩身进行了仔细观察,我公司生产的部分预应力混凝土结构桩完好无损。 
本发明的有益效果是:本发明部分预应力混凝土结构桩作为一种新型杆塔基础结构型式,与钢管桩相比,在许多方面存在着明显的优势,具体如下: 
(1)部分预应力混凝土结构桩的材料,预应力主筋采用消除应力螺旋筋钢丝,强度标准值为1 570 N/mm2,执行标准为GB/T5223-2002《预应力混凝土用钢丝》。非预应力主筋采用HRB 400,其强度标准值为400 N/mm2,执行标准为GB 1499-1998《钢筋混凝土用热轧带钢筋》。混凝土强度等级不低于C60,采用52.5级普通硅酸盐水泥。
(2)抗水平荷载明显提高,优化结构设计,采用先进的生产工艺,使其抗水平荷载比同截面预应力管桩提高3到5倍,可满足大荷载抗倾覆杆塔基础桩的设计要求。 
(3) 在钢筋配置上,选用优质的消除应力螺旋筋钢丝与Ⅲ级钢进行优化组合配置,充分发挥不同材料的力学性能,使其更加合理。 
(4)兼有预应力混凝土与普通混凝土2种结构的优越性,使其具有较好的韧性和抗裂性,更好地将裂缝、变形及破坏控制在使用条件下,结构安全可靠。 
(5)改进混凝土配合比,掺入特殊外加剂及活性材料,提高混凝土强度等级,大大提高了产品抗腐蚀性和耐久性,延长产品的使用寿命。 
(6)同样荷载受力情况下,部分预应力混凝土结构桩和钢铁管桩相比,钢材用量和价格都能降低30—40%,大大节约了社会资源,而且有明显的价格优势。 
(7)部分预应力结构桩与钢管桩相比,在寿命方面更有优势。部分预应力混凝土结构桩采用离心成型工艺,混凝土在高速离心运转的情况下,排除多余水分,经离心成型后的混凝土质地非常密实,混凝土强度得以提高,部分预应力混凝土结构可推迟混凝土表面裂缝的出现,从而很好地保护钢筋不受外界侵蚀,大大提高了预应力混凝土结构杆塔的耐久性。陕西省户县热电厂1960年架设的110kV线路,由西安电力机械厂生产的离心混凝土电杆至今还正常运行已有54年,广东省第1条110 kV超高压输电线路“流广线”,采用了南京电力线路器材厂生产的直径300 mm、长度18m的离心混凝土电杆,从1957年建成投产至今,已有57年的历史,目前这些离心混凝土电杆的状况依然良好,这就是离心混凝土结构寿命长的有力证明,比钢管桩延长使用寿命最少20年以上。 
   事实证明部分预应力混凝土结构桩在正常设计荷载条件使用下,完全能保证使用寿命在50年以上。且在后期运行中不用作任何防腐处理,与钢管桩相比大大降低了防腐费用。 
部分预应力混凝土结构桩与杆塔的连接方式为法兰连接,就位准确、强度高。防腐是检验桩基础寿命的重要保证,由于部分预应力混凝土特殊的结构性能,不作如何防腐处理,也可保证桩基础的使用年限在50年以上。部分预应力混凝土结构桩的预应力钢筋和非预应力钢筋采用高强度钢筋,内部配筋量大,混凝土强度等级高,并配有一定的结构钢筋,故桩体抗弯和抗压强度非常高,与同外径的钢管桩相比,强度基本相等, 
故部分预应力结构基础桩桩是今后桩基础施工发展的趋势。与钢管桩相比,在许多方面存在着优势。随着部分预应力结构的不断发展,在基础施工的适应范围将会不断地得到扩大。在未来相当长的时期内,部分预应力混凝土基础结构桩将会作为一种主流的基础材料,取代相当一部分的钢结构和钢管桩。可以说,部分预应力混凝土基础结构桩正步入了一个快速发展的黄金时期。因此,相比较而言,采用部分预应力混凝土基础结构桩作为基础桩基是一种见效快、造价低的有效方法,特别是在输电线路和移动通信基站的应用,优点较为突出,具有较好的经济优势,也必将产生显著的经济效益和社会效益。
附图说明
  图1为本发明的结构示意图,图2为图1的剖视图,图3为为本发明的具体安装示意图。 
图中:1-螺旋筋,2-环形混凝土管柱,3-内钢箍,4-非预应力主筋,5-预应力主筋,6-法兰,7-钢板圈,8-筋板,9-杆体底法兰,10-杆体,11-螺栓。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明,通过附图可以看出,一种部分预应力混凝土结构基础桩,包括有环形混凝土管柱2,在所述环形混凝土管柱里面设置钢筋,其特征在于:所述钢筋由沿管柱方向的纵向受力钢筋和螺旋缠绕纵向受力钢筋的螺旋筋1、以及连接纵向受力钢筋的内钢箍3组成,还在所述环形混凝土管柱2的顶端设置法兰6。所述纵向受力钢筋分为预应力主筋5和非预应力主筋6。所述预应力主筋5和非预应力主筋6设置在一起且均匀分布在所述环形混凝土管柱2的截面圆周上。所述法兰6与筋板8、钢板圈7固连,所述钢板圈7与所述环形混凝土管柱2固连。所述环形混凝土管柱的下端内径设置呈喇叭状,且大端朝下。 
当然,上述说明并非对本发明的限制,本发明也不仅限于上述举例,本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也属于本发明的保护范围。 

Claims (5)

1.一种部分预应力混凝土结构基础桩,包括有环形混凝土管柱,在所述环形混凝土管柱里面设置钢筋,其特征在于:所述钢筋由沿管柱方向的纵向受力钢筋和螺旋缠绕纵向受力钢筋的螺旋筋、以及连接纵向受力钢筋的内钢箍组成,还在所述环形混凝土管柱的顶端设置法兰。
2.根据权利要求1所述的一种部分预应力混凝土结构基础桩,其特征在于:所述纵向受力钢筋分为预应力主筋和非预应力主筋。
3.根据权利要求2所述的一种部分预应力混凝土结构基础桩,其特征在于:所述预应力主筋和非预应力主筋设置在一起且均匀分布在所述环形混凝土管柱的截面圆周上。
4.根据权利要求1所述的一种部分预应力混凝土结构基础桩,其特征在于:所述法兰与筋板、钢板圈固连,所述钢板圈与所述环形混凝土管柱固连。
5.根据权利要求1所述的一种部分预应力混凝土结构基础桩,其特征在于:所述环形混凝土管柱的下端内径设置呈喇叭状,且大端朝下。
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