CN108301427A - 一种架空输电线路phc管桩基础基桩与承台的法兰连接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种预制PHC管桩，其外壁外围一体预设带内肋约束钢管，还包含锚固法兰套设固定于所述带内肋约束钢管，本发明还提供一种架空输电线路PHC管桩基础基桩与承台法兰的连接结构预制PHC管桩伸入基础承台，其伸入的部分的外部设置复合螺旋箍筋；所述预制PHC管桩、基础承台、复合螺旋箍筋及承台纵向钢筋现场浇筑成型。本方案取消填芯混凝土，缩短施工周期，减小建筑成本。
Description
技术领域
本发明属于建筑设计领域，特别涉及一种架空输电线路PHC管桩基础基桩采用锚固法兰与承台连接的结构型式，该型式具有安装简单、施工方便和承载力高等特点。
背景技术
随着工业与民用建筑（包括构筑物）结构体量和结构高度的不断增加，基础承受的荷载也大大增大，这对基础连接节点构造可靠性提出了更高要求。PHC管桩基础具有桩身质量好、环境污染小、施工速度快、机械化程度高等显著优势，在实际工程中得到了广泛应用，并主要应用于承载竖向下压荷载。
对于承受较大上拔荷载和水平荷载的建筑物（构筑物）基础，如架空输电线路杆塔基础，其基础中PHC管桩与承台的连接构造需进行重点研究。PHC管桩基础基桩与承台连接当采用不截桩方式时，传统的连接方法需在管桩端板焊接绕管桩中心呈环向均匀分布的连接钢板，连接钢板用以焊接锚入承台钢筋，连接钢板和锚入承台钢筋数量及规格根据荷载大小进行计算，与此同时在管桩内部浇筑一定长度填芯混凝土，PHC管桩通过锚入承台钢筋以及填芯混凝土与桩内壁的粘结来实现与基础承台的连接。架空输电线路多采用PHC管桩基础与承台不截桩连接方式，若直接利用上述传统连接方法，则在实施过程中存在一定问题。如：架空输电线路基础施工条件较其他工业和民用建筑差，采用电焊焊接连接钢板和锚入承台钢筋，施工电源难以保障，焊接质量不能完全得到保障，且施工现场不易检测焊接质量；填芯混凝土与管桩内壁之间的粘结强度设计值通常较难准确计算，主要原因是管桩内壁存在一层浮浆层，加之打桩施工后管桩内腔往往会积水且内壁泥浆清理困难，加上管桩内径往往较小，造成填芯混凝土施工环境和质量稳定性差，造成了填芯混凝土与管桩内壁之间的粘结力不可靠，其他建筑工程基本采用现场试验来确定粘结强度，但架空输电线路基础呈点状分布，地域分布广，地形条件迥异，地质条件也千差万别，在离散性很大的客观情况下开展足够样本量且具有统计意义的现场试验较为困难。
PHC管桩沉桩方式有锤击和静压两种，架空输电线路常采用锤击施工方法。锤击施工法桩顶标高控制较为困难，传统基桩与承台连接方式为基桩深入承台底面纵向受力钢筋下一定长度，但这种方式在个别基桩超打时，需增大承台底面纵向受力钢筋下承台混凝土厚度来实现超打基桩与承台的连接，这样往往造成工程经济性较差，且当架空输电线路PHC管桩基础基桩数量较多时，控制全部基桩与承台的有效连接变的尤为困难，另外各基桩桩顶标高不一致时，基础承台底部纵向钢筋绑扎施工困难。
架空输电线路PHC管桩基础承受上拔和水平荷载作用时，基桩在承台底面处承受最大的拉力、弯矩和剪力，该处截面控制PHC管桩选型，其他任意截面往往可远远满足受力，若仅为满足基桩在承台底面处受力而增大管桩截面或增加预应力配筋，则会造成巨大的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提出一种架空输电线路PHC管桩基础基桩采用锚固法兰与承台连接的结构型式，旨在解决上述背景中承台与基桩在上拔荷载作用下连接施工困难及可靠性不足、锤击施工桩顶标高控制困难、基桩在基础承台底面局部位置强度不足等问题。
本发明所采用的技术手段如下所述。
本发明首先提供一种预制PHC管桩，其特征在于：其外壁外围一体预制带内肋约束钢管，所述带内肋约束钢管上端预留第一安装孔；还包含锚固法兰，所述锚固法兰包含水平环板、竖向钢管及加劲肋，所述竖向钢管上开设有第二安装孔；包含普通螺栓，所述锚固法兰套设于带内肋约束钢管上，第一安装孔和第二安装孔相对，并通过普通螺栓连接固定。
其中，所述带内肋约束钢管的第一安装孔下方设置第三安装孔，所述第二安装孔下方设置第四安装孔；包含有镦头螺钉，其一端具有螺纹部分，另一端为无螺纹部分；所述第三安装孔和第四安装孔相对，并通过镦头螺钉连接。
预制工厂预制PHC管桩，预制时将带内肋约束钢管连同PHC管桩其他材料一同进行加工成整体。
本发明还提供一种架空输电线路PHC管桩基础基桩与承台法兰的连接结构，包含预制PHC管桩、所述预制PHC管桩的外壁外围一体预设带内肋约束钢管，所述带内肋约束钢管上端预留第一安装孔，及第一安装孔下方的第三安装孔；
还包含锚固法兰，所述锚固法兰包含水平环板、竖向钢管，所述竖向钢管上开设有第二安装孔，及第二安装孔下方的第四安装孔；
还包含普通螺栓，所述锚固法兰套设于带内肋约束钢管上，第一安装孔和第二安装孔相对，并通过普通螺栓连接固定；
还包含有镦头螺钉，其一端具有螺纹部分，另一端为无螺纹部分；所述第三安装孔和第四安装孔相对，并通过镦头螺钉连接；
还基础承台、复合螺旋箍筋及承台纵向钢筋；
所述预制PHC管桩伸入基础承台高度H，其伸入的部分的外部设置复合螺旋箍筋；所述预制PHC管桩、基础承台、复合螺旋箍筋及承台纵向钢筋现场浇筑成型。
其中，所述预制PHC管桩端部伸入基础承台的高度H为300~500mm。
其中，所述承台纵向钢筋于预制PHC管桩伸入基础承台的部分截断，底部纵筋在PHC管桩处加工成环向方式，构成抱箍式纵向钢筋，纵筋环向弧长根据其与PHC管桩相对位置确定。
进一步讲：所述抱箍式纵向钢筋直径大于基础承台底部承台纵向钢筋直径2mm至4mm。
本发明中所述锚固法兰的钢材等级选用Q345及以上；所述水平环板外径D1根据PHC管桩承受荷载确定，承受荷载越大则D1取值越大，水平环板内径D2等于PHC管桩的外径；竖向钢管内径与PHC管桩外径相同；水平环板、竖向钢管与带内肋约束钢管的钢管厚度相同；所述加劲肋为直角三角形，其两个锐角为保证焊接质量需切角，一条直角边与水平环板采用角焊缝焊接，宽度为水平环板宽减5mm，另一条直角边与竖向钢管采用角焊缝焊接，高度为3倍普通螺栓孔径；加劲肋数量同螺栓数量确定。
其中，所述带内肋约束钢管的钢材等级选用Q345及以上，由钢管和内肋两部分组成；带内肋约束钢管的钢管壁厚根据PHC管桩受力确定，且不小于20mm，钢管长度为L=（1000+H）mm；内肋约束钢管的内肋形式为圆环，圆环焊接于带内肋约束钢管的钢管内壁，外径为带内肋约束钢管的钢管内径，内径根据其外径至其PHC管桩螺旋箍筋边缘的尺寸确定，厚度不小于16mm，内肋间距优选为100mm。
其中，所述普通螺栓和镦头螺钉均为8.8级M24规格，普通螺栓分布圆距离PHC管桩桩顶2倍螺栓孔径，镦头螺钉分布圆距离PHC管桩桩顶5倍螺栓孔径；普通螺栓数量根据PHC管桩桩身抗拉承载力确定，并考虑螺栓受力不均匀等因素取单颗螺栓受力折减系数0.85，且其数量为4的倍数；镦头螺钉按0.5倍PHC管桩桩身抗拉承载力确定，其数量为4的倍数；锚固法兰竖向钢管高度为7倍螺栓孔径；镦头螺钉含镦共计长度为120mm，端头螺纹长度为锚固法兰竖向钢管和带内肋约束钢管的钢管壁厚之和，无螺纹部分及镦头伸入基础承台混凝土，作为PHC管桩与基础承台混凝土可靠连接的构造措施。
其中，所述复合螺旋箍筋，由内层螺旋箍筋、外层螺旋箍筋及架立钢筋三部分组成；复合螺旋箍筋配置高度以内层螺旋箍筋与锚固法兰水平环板的加劲肋在位置上恰好不相碰确定，其内层螺旋箍筋的螺旋内径为锚固法兰水平环板外径D1减100mm，外层螺旋箍筋的螺旋内径为D1加100mm，两层螺旋箍筋采用架立钢筋连接；复合螺旋箍筋钢筋材质选用HPB300，内外层螺旋箍筋直径不小于承台内箍筋直径，架立钢筋直径为螺旋筋直径加6mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点。
1、桩头设置带内肋约束钢管，提高了锤击施工下的桩头的承载力，提高了管桩拉弯承载力和抗剪承载力。
2、采用锚固法兰的锚固型式，受力性能稳定，施工方便，同时可有效降低基础承台高度，节约了工程量及工程投资。
3、连接锚固法兰与带内肋约束钢管的普通螺栓数量可根据PHC管桩受力灵活调整，同样锚固法兰外径可根据PHC管桩受力灵活调整。
4、取消填芯混凝土（含填芯内纵向钢筋及箍筋），缩短施工周期，减小建筑成本。
5、不需要机械接头和锚固钢筋，节约成本，简化施工。
6、PHC管桩伸入承台高度H可在300~500mm范围内灵活调整，避免了锤击打桩机械施工误差带来的承台尺寸变化，避免了桩头标高一致带来的基础承台底部纵向钢筋绑扎困难。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2a为基础承台抱箍式纵向钢筋配置示意图。
图2b为基础承台中每一根抱箍式纵向钢筋结构示意图。
图3为Ⅰ—Ⅰ剖面示意图。
图4为Ⅱ—Ⅱ剖面示意图。
图5为Ⅲ—Ⅲ剖面示意图。
图6为Ⅳ—Ⅳ剖面示意图。
图7为锚固法兰三维示意图。
图8a为带内肋约束钢管三维示意图。
图8b为内肋的三维示意图。
图9为普通螺栓与钢管连接示意图。
图10为镦头螺钉与钢管连接示意图。
图11a为复合螺旋箍筋俯视图。
图11b为架立筋三维示意图。
图12为复合螺旋箍筋三维示意图。
附图标记说明
1—PHC管桩；2—基础承台；3—普通螺栓；4—锚固法兰；5—带内肋约束钢管；6—复合螺旋箍筋、7—抱箍式纵向钢筋；8—镦头螺钉；9—承台纵向钢筋；10—管桩内预应力筋；11—管桩内螺旋箍筋。
具体实施方式
如图1，其为本发明提供的一种架空输电线路PHC管桩基础基桩与承台的连接结构，包含下部预制PHC管桩1，上部基础承台2，其中所述预制PHC管桩1于工厂预制成型，其与基础承台2现场一体浇筑成整体的连接结构。
本发明中的预制PHC管桩1的重点改进在于，其外壁外围一体预制带内肋约束钢管5，请同时结合图8所示，所述带内肋约束钢管5由钢管5-1和内肋5-2两部分组成，带内肋约束钢管5的预制PHC管桩1于预制工厂预制而成，其制作工序为现有技术，只是外围大部分套设钢管。该带内肋约束钢管5设置有上端预留第一安装孔5-3，第一安装孔5-3下方设置第三安装孔5-4。所述带内肋约束钢管5的钢材等级选用Q345及以上，由钢管5-1和内肋5-2两部分组成；带内肋约束钢管5的钢管壁厚根据PHC管桩受力确定，且不小于20mm，钢管长度为L=（1000+H）mm；内肋约束钢管的内肋形式为圆环，圆环焊接于带内肋约束钢管的钢管内壁，外径为带内肋约束钢管的钢管内径，内径根据其外径至其PHC管桩螺旋箍筋边缘的尺寸确定，厚度不小于16mm，内肋间距优选为100mm。
还包含锚固法兰4，请结合图7所示，所述锚固法兰4包含水平环板4-1、竖向钢管4-2及加劲肋4-3，所述竖向钢管4-2上开设有第二安装孔4-4，所述第二安装孔4-4下方设置第四安装孔4-5。所述锚固法兰4的钢材等级选用Q345及以上；所述水平环板4-1外径D1根据PHC管桩承受荷载确定，承受荷载越大则D1取值越大，水平环板内径D2等于PHC管桩1的外径；竖向钢管4-2内径与PHC管桩1外径相同；水平环板4-1、竖向钢管4-2与带内肋约束钢管5的钢管厚度相同；所述加劲肋4-3为直角三角形，其两个锐角为保证焊接质量需切角，一条直角边与水平环板采用角焊缝焊接，宽度为水平环板宽减5mm，另一条直角边与竖向钢管采用角焊缝焊接，高度为3倍普通螺栓孔径；加劲肋数量同螺栓数量确定。
还包含普通螺栓3，如图9所示，其与钢管5-1的第一安装孔5-3相配合，所述锚固法兰4套设于带内肋约束钢管5上，第一安装孔5-3和第二安装孔4-4相对，并通过普通螺栓3连接固定。
还包含有镦头螺钉8，如图10所示，其与钢管5-1的第三安装孔5-4相配合，所述镦头螺钉8一端具有螺纹部分，另一端为无螺纹部分；所述第三安装孔5-4和第四安装孔4-5相对，并通过镦头螺钉8连接。
其中，普通螺栓和镦头螺钉螺杆方向垂直于PHC管桩轴心方向，镦头螺钉无螺纹部分及镦头伸入基础承台混凝土，作为PHC管桩与基础承台混凝土可靠连接的构造措施；管桩顶部无需设置填芯混凝土（含填芯内纵向钢筋及箍筋）所述普通螺栓3和镦头螺钉8均为8.8级M24规格，普通螺栓分布圆距离PHC管桩桩顶2倍螺栓孔径，镦头螺钉分布圆距离PHC管桩桩顶5倍螺栓孔径；普通螺栓数量根据PHC管桩桩身抗拉承载力确定，并考虑螺栓受力不均匀等因素取单颗螺栓受力折减系数0.85，且其数量为4的倍数；镦头螺钉按0.5倍PHC管桩桩身抗拉承载力确定，其数量为4的倍数；锚固法兰竖向钢管高度为7倍螺栓孔径；镦头螺钉含镦共计长度为120mm，端头螺纹长度为锚固法兰竖向钢管和带内肋约束钢管的钢管壁厚之和，无螺纹部分及镦头伸入基础承台混凝土，作为PHC管桩与基础承台混凝土可靠连接的构造措施。
基于上述预制PHC管桩1结构，本发明提供了一种架空输电线路PHC管桩基础基桩与承台法兰的连接结构，进一步包含基础承台2、复合螺旋箍筋6及承台纵向钢筋9；所述预制PHC管桩1伸入基础承台2高度H，该高度H为300~500mm；部设置复合螺旋箍筋6；如图11a、11b和图12所示，所述复合螺旋箍筋6，由内层螺旋箍筋6-1、外层螺旋箍筋6-2及架立钢筋6-3三部分组成；复合螺旋箍筋配置高度以内层螺旋箍筋与锚固法兰水平环板的加劲肋在位置上恰好不相碰确定，其内层螺旋箍筋的螺旋内径为锚固法兰水平环板外径D1减100mm，外层螺旋箍筋的螺旋内径为D1加100mm，两层螺旋箍筋采用架立钢筋连接；复合螺旋箍筋钢筋材质选用HPB300，内外层螺旋箍筋直径不小于承台内箍筋直径，架立钢筋直径为螺旋筋直径加6mm。
如图2a至图6所示，所述承台纵向钢筋9于预制PHC管桩1伸入基础承台2的部分截断，底部纵筋在PHC管桩1处加工成环向方式，构成抱箍式纵向钢筋7，其具体形式如图2b所示，第一号抱箍式纵筋7-1、第二号抱箍式纵筋7-2、第三号抱箍式纵筋7-3和第四号抱箍式纵筋7-4构成中心环状，纵筋环向弧长根据其与PHC管桩1相对位置确定。
所述预制PHC管桩1、基础承台2、复合螺旋箍筋6及承台纵向钢筋9现场浇筑成型。所述抱箍式纵向钢筋直径大于基础承台底部承台纵向钢筋9直径2mm至4mm。
本发明的结构的受力机理如下：上拔和水平荷载由上部架空输电线路杆塔结构传递于PHC管桩基础，PHC管桩基础通过基础承台将荷载传递于PHC管桩基桩，其中锚固法兰、普通螺栓、镦头螺钉以及带内肋约束钢管是实现荷载从基础承台传递于PHC管桩基桩的重要载体和关键受力部件；带内肋约束钢管同时有效提高了基础承台底面最大拉弯受力部位的承载力。
本发明的施工步骤是：预制工厂预制PHC管桩，预制时将带内肋约束钢管连同PHC管桩其他材料一同进行加工成整体；PHC管桩加工完成后运至施工现场开展锤击施工，并以桩顶标高高于基础承台底部标高H作为停锤标准，打桩完成后在伸入基础承台部分的外部放置预先绑扎的复合螺旋箍筋，同时在PHC管桩桩顶安装锚固法兰，后续按顺序完成承台钢筋绑扎、混凝土浇筑工作，实现本发明PHC管桩基础基桩与承台的连接结构。
Claims (10)
1.一种预制PHC管桩（1），其特征在于：其外壁外围一体预制带内肋约束钢管（5），所述带内肋约束钢管（5）上端预留第一安装孔（5-3）；
还包含锚固法兰（4），所述锚固法兰（4）包含水平环板（4-1）、竖向钢管（4-2）及加劲肋（4-3），所述竖向钢管（4-2）上开设有第二安装孔（4-4）；
包含普通螺栓（3），所述锚固法兰（4）套设于带内肋约束钢管（5）上，第一安装孔（5-3）和第二安装孔（4-4）相对，并通过普通螺栓（3）连接固定。
2.如权利要求2所述的一种预制PHC管桩（1），其特征在于：所述带内肋约束钢管（5）的第一安装孔（5-3）下方设置第三安装孔（5-4），所述第二安装孔（4-4）下方设置第四安装孔（4-5）；
包含有镦头螺钉（8），其一端具有螺纹部分，另一端为无螺纹部分；
所述第三安装孔（5-4）和第四安装孔（4-5）相对，并通过镦头螺钉（8）连接。
3.一种架空输电线路PHC管桩基础基桩与承台法兰的连接结构，其特征在于：
包含预制PHC管桩（1）、所述预制PHC管桩（1）的外壁外围一体预设带内肋约束钢管（5），所述带内肋约束钢管（5）上端预留第一安装孔（5-3），及第一安装孔（5-3）下方的第三安装孔（5-4）；
还包含锚固法兰（4），所述锚固法兰（4）包含水平环板（4-1）、竖向钢管（4-2），所述竖向钢管（4-2）上开设有第二安装孔（4-4），及第二安装孔（4-4）下方的第四安装孔（4-5）；
还包含普通螺栓（3），所述锚固法兰（4）套设于带内肋约束钢管（5）上，第一安装孔（5-3）和第二安装孔（4-4）相对，并通过普通螺栓（3）连接固定；
还包含有镦头螺钉（8），其一端具有螺纹部分，另一端为无螺纹部分；所述第三安装孔（5-4）和第四安装孔（4-5）相对，并通过镦头螺钉（8）连接；
还基础承台（2）、复合螺旋箍筋（6）及承台纵向钢筋（9）；
所述预制PHC管桩（1）伸入基础承台（2）高度H，其伸入的部分的外部设置复合螺旋箍筋（6）；所述预制PHC管桩（1）、基础承台（2）、复合螺旋箍筋（6）及承台纵向钢筋（9）现场浇筑成型。
4.如权利要求3所述的一种架空输电线路PHC管桩基础基桩与承台法兰的连接结构，其特征在于：所述预制PHC管桩（1）端部伸入基础承台（2）的高度H为300~500mm。
5.如权利要求4所述的一种架空输电线路PHC管桩基础基桩与承台法兰的连接结构，其特征在于：所述承台纵向钢筋（9）于预制PHC管桩（1）伸入基础承台（2）的部分截断，底部纵筋在PHC管桩（1）处加工成环向方式，构成抱箍式纵向钢筋（7），纵筋环向弧长根据其与PHC管桩（1）相对位置确定。
6.如权利要求5所述的一种架空输电线路PHC管桩基础基桩与承台法兰的连接结构，其特征在于：所述抱箍式纵向钢筋直径大于基础承台底部承台纵向钢筋（9）直径2mm至4mm。
7.如权利要求3至6中任一权利要求所述的一种架空输电线路PHC管桩基础基桩与承台法兰的连接结构，其特征在于：所述锚固法兰（4）的钢材等级选用Q345及以上；所述水平环板（4-1）外径D1根据PHC管桩承受荷载确定，承受荷载越大则D1取值越大，水平环板内径D2等于PHC管桩（1）的外径；竖向钢管（4-2）内径与PHC管桩（1）外径相同；水平环板（4-1）、竖向钢管（4-2）与带内肋约束钢管（5）的钢管厚度相同；所述加劲肋（4-3）为直角三角形，其两个锐角为保证焊接质量需切角，一条直角边与水平环板采用角焊缝焊接，宽度为水平环板宽减5mm，另一条直角边与竖向钢管采用角焊缝焊接，高度为3倍普通螺栓孔径；加劲肋数量同螺栓数量确定。
8.如权利要求7所述的一种架空输电线路PHC管桩基础基桩与承台法兰的连接结构，其特征在于：所述带内肋约束钢管（5）的钢材等级选用Q345及以上，由钢管和内肋（5-2）两部分组成；带内肋约束钢管（5）的钢管壁厚根据PHC管桩受力确定，且不小于20mm，钢管长度为L=（1000+H）mm；内肋约束钢管的内肋形式为圆环，圆环焊接于带内肋约束钢管的钢管内壁，外径为带内肋约束钢管的钢管内径，内径根据其外径至其PHC管桩螺旋箍筋边缘的尺寸确定，厚度不小于16mm，内肋间距优选为100mm。
9.如权利要求8所述的一种架空输电线路PHC管桩基础基桩与承台法兰的连接结构，其特征在于：所述普通螺栓（3）和镦头螺钉（8）均为8.8级M24规格，普通螺栓分布圆距离PHC管桩桩顶2倍螺栓孔径，镦头螺钉分布圆距离PHC管桩桩顶5倍螺栓孔径；
普通螺栓数量根据PHC管桩桩身抗拉承载力确定，并考虑螺栓受力不均匀等因素取单颗螺栓受力折减系数0.85，且其数量为4的倍数；
镦头螺钉按0.5倍PHC管桩桩身抗拉承载力确定，其数量为4的倍数；锚固法兰竖向钢管高度为7倍螺栓孔径；镦头螺钉含镦共计长度为120mm，端头螺纹长度为锚固法兰竖向钢管和带内肋约束钢管的钢管壁厚之和，无螺纹部分及镦头伸入基础承台混凝土，作为PHC管桩与基础承台混凝土可靠连接的构造措施。
10.如权利要求9所述的一种架空输电线路PHC管桩基础基桩与承台法兰的连接结构，其特征在于：所述复合螺旋箍筋（6），由内层螺旋箍筋（6-1）、外层螺旋箍筋（6-2）及架立钢筋（6-3）三部分组成；
复合螺旋箍筋配置高度以内层螺旋箍筋与锚固法兰水平环板的加劲肋在位置上恰好不相碰确定，其内层螺旋箍筋的螺旋内径为锚固法兰水平环板外径D1减100mm，外层螺旋箍筋的螺旋内径为D1加100mm，两层螺旋箍筋采用架立钢筋连接；复合螺旋箍筋钢筋材质选用HPB300，内外层螺旋箍筋直径不小于承台内箍筋直径，架立钢筋直径为螺旋筋直径加6mm。
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