CN109944269B - 一种抗冻拔装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种抗冻拔装置及其施工方法，所述装置包括底盘，螺杆，止推轴承，六角螺母，顶推针板，链杆，链杆为铁质链杆，其铰接在螺母受力点与顶推针板的受力点上。对接杆，对接杆为铁质杆，其通过卯榫结构对接在螺杆上部。插杆，插杆为铁杆，其插进对接杆上部预留圆孔中做力臂、用以旋转螺杆。本装置各部分均可预制，现场可以快速组装。本装置各部分均可预制，现场可以快速组装。施工方法采用汽油手提钻预钻孔，装置整体放入钻孔中，通过螺杆的螺旋产生对顶板针板的顶推力，使得顶推针板扎进孔侧壁土体。本发明大幅减少了抗冻拔措施的施工难度、缩短施工周期、缩减综合建造成本、增大基础抗拉拔能力。

Description

一种抗冻拔装置及其施工方法

技术领域

本发明属于土木建筑领域，具体涉及涉及一种抗冻拔装置及其施工方法。

背景技术

在东北多年冻土地区及季节性冻土地区，每年经历冻融循环后会发生严重的冻拔病害，部分电力线杆基础的抗拔力不足，导致线杆倾斜严重，甚至倒塌，电力部门每年对线杆扶正加固要花费大量的人力物力，每年产生的维护费用较高。针对这一现象，若选择合理的抗冻拔措施，可大幅减小线杆的冻拔病害，对于线杆冻拔病害的改良，需要在线杆基础抗冻拔方向上着手。

冻土活动层是指多年冻土中夏季发生融化，冬季冻结的表层。当电线杆基础埋设在冻土活动层中时，在负温条件下，土体中的孔隙水分与迁移水分发生冻结，使土体体积膨胀，土颗粒之间会发生相对位移，当土体与电杆基础接触的土体冻结膨胀受到基础的限制时，便对基础产生冻胀力，在法向冻胀力与切向冻胀力的作用下，杆体被拔起，经历正温后，杆体基础底部与侧壁土体发生融化，土体体积减小，线杆基础会发生沉降或者倾斜。

为了减小冻拔病害，工程中常用的措施包括以下几种：(1)换填法：在冻土活动层范围内将强冻胀性土换填为非冻胀性或弱冻胀性材料，同时做好隔水措施。(2)保温法：采用保温措施，降低冻深从而起到减弱冻胀作用。(3)减小冻胀力法：增大桩身表面的光滑程度，减弱切向冻胀力。(4)改变基础结构法：改进基础结构形式，增大桩身的锚固力来抵抗冻拔作用。上述前三种措施的原理主要是降低土体与桩基之间的胶结力，从而减小土体的切向冻胀力。第四种措施的原理主要是通过改进桩基础的结构形式来改变其受力方式，增大桩土之间的锚固力，这种措施是施工简便且效果持续长久的抗冻拔措施。

输电线路杆塔的现有抗冻拔基础结构常见的形式分为锥柱基础、灌注桩基础、扩大型基础桩等、这些基础大部分为实体现浇基础型式，其施工过程分为基坑开挖、浇筑混凝土、养护、安装上部结构。

在冻土地区，多年冻土具有热稳定性差、厚层地下冰和高含冰量冻土所占比重大、以及水热活动强烈等特性，会给杆塔基础特别是大开挖基础的施工带来影响，夏季施工时，活动层中地下水分活动剧烈，基坑开挖后地下水会迅速涌入基坑中，形成水坑，导致基础施工困难。此外，浇筑混凝土过程中，混凝土会发生水化反应，放出大量热，对多年冻土层造成热扰动。混凝土要经过一定时间的养护才能满足强度要求，在养护过程中导致基础的施工不连续，且养护完成后上部结构的施工简易，上部结构安装工程量较小，导致结构整体的施工周期长，施工机械要多次运输到施工现场，产生多余的机械运输费用，这一系列过程耗费工时较长，且混凝土用量较大，造价较高。

综上所述，在寒冷地区冻土地带，线杆基础在冻融循环过程中产生冻拔病害，合理选择节约高效的桩基础形式，既能避免现有大开挖基础施工过程中的缺点，也能达到良好的防冻拔效果。因此开发仿生学锚拉式抗冻拔基础不仅能解决冻拔问题，而且对于多年冻土温度场的保护具有积极的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗冻拔装置及其施工方法，要解决电力线杆抗冻拔基础施工周期长，施工造价高，抗冻拔能力不足的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种抗冻拔装置及其施工方法，其特征在于，包括：

底盘，底盘为圆钢板，其水平放置在钻孔底部。

螺杆，螺杆为铁制螺杆，其上部中央部分开方形卯槽，其下部不刻螺纹、与连接在底盘上的止推轴承对接、竖直放置在底盘上。

止推轴承，止推轴承为铸造凸台圆形座轴承，其与底盘通过螺栓连接，其与螺杆下部不刻螺纹处过盈对接。

六角螺母，六角螺母为铁质六角螺母，其互不相邻的三条边焊接铰接点，其按一定间距套进螺杆，其与顶推针板铰接。

顶推针板，顶推针板为钢板，其外壁焊接根键，其内壁焊接铰接点、与六角螺母铰接，其在螺杆的外围均布三片、并且以基础螺杆为圆心沿径向放射状布置，每相邻两片之间角度为120°。

链杆，链杆为铁质链杆，其铰接在六角螺母受力点与顶推针板的受力点上。

对接杆，对接杆为铁质杆，其通过下部的方形榫头对接在螺杆上部方形卯槽内。

插杆，插杆为铁杆，其插进对接杆上部预留圆孔中做力臂、用以旋转螺杆。

一种抗冻拔装置及其施工方法，其特征在于，施工步骤如下：

步骤一、采用汽油地钻机在基础选点处钻出所需尺寸的坑体，汽油地钻机双人手提操作。

步骤二、组装抗冻拔装置，止推轴承通过螺栓固定在底盘上，螺杆底部不刻螺纹处过盈对接止推轴承，将三个六角螺母按一定间距套进螺杆上，每个六角螺母有三个铰接点，相邻铰接点与螺母中心点的连线夹角呈120°，每片顶推针板上有三个铰接点，将链杆一端连接在六角螺母的铰接点处，另一端连接在顶推针板的铰接点处，共需连接9根链杆，待组装完毕后，将顶推针板收紧，内壁贴靠螺杆。

步骤三、抗冻拔装置收紧状态下整体放进坑体内，底盘与坑底接触，放平，对接杆与螺杆对接，将插杆插进对接杆，旋转插杆，螺杆转动，止推轴承限制住螺杆的竖向位移，此时螺纹的传动使三个螺母发生同步的竖向位移，与螺母铰接的链杆在铰点作用下发生转动，当链杆与螺杆处于垂直状态时，顶推针板处于张开状态，顶推针板外壁的根键顶推进坑侧壁土体内。

步骤四、在顶推针板张开后，内侧形成的空隙处填充石块及砂土，待装置内部空隙处填满后压实挤密。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明的优点一是施工过程采用人力操作手提式汽油地钻机钻孔，汽油地钻机在大型施工机械难以进入或者没有供电的区域内工作，且作业半径小，避免了常规技术中需要采用挖掘机等大型机械开挖基坑、施工成本大等问题，对地下多年冻土的扰动较少，对于多年冻土的保护和热稳定性的维持以及经济成本的节约均具有积极的作用。

本发明的优点二在于组成本发明装置的各部件可预制，且各部件拼装快速简单。现场利用手提钻成孔后可直接将抗冻拔装置下放至钻孔底部，通过旋转螺杆使顶推针板撑开，待顶推针板的根键顶推进钻孔侧壁土体内，便可以向顶推针板内壁围成的空隙中填埋石块。整个装置埋设过程施工简单快捷，省去了传统的抗冻拔措施要开挖基坑、埋设、甚至需要浇筑混凝土，养护等大量时间，极大的缩短了整体的施工周期，简化了施工流程，节省了时间成本。

本发明的优点三在于本发明抗冻拔装置借鉴仿生学理论，将装置设计为根式外形，根键插进侧壁土体中犹如植物根系，与钻孔侧壁周围土体形成挤密作用，提高了基础与周围土体的黏合作用，同时整个装置在撑开顶推针板后，顶推针板内侧形成的空隙中填充的石块经过压实挤密的作用后，抗冻拔装置的侧摩阻力得以提高，进一步增大了整个装置的抗拔力与抗倾覆性。此类根式抗拉拔装置在杆塔抗拉拔基础类型中属于创新思路。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是核心部件间的连接示意图；

图3是顶推针板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本发明的技术方案：

底盘8，底盘为圆钢板，其水平放置在钻孔底部。底盘直径要小于顶推针板处于张开状态时的直径，底盘的厚度一般不小于30mm，保证底盘有一定的质量，这样可以稳固住装置整体，并扶正基础螺杆，使装置主体处于竖直状态。

止推轴承7，止推轴承为铸造凸台圆形座轴承，其与底盘通过螺栓连接，其与螺杆下部不刻螺纹处过盈对接，这样螺杆在止推轴承的作用下与底盘形成整体，止推轴承可以起到限制螺杆竖向位移的作用，使得螺杆可以轻松转动而不发生上下移动。

螺杆3，螺杆为铁制螺杆，其上部中央部分开方形卯槽、用于与对接杆的方形榫头快速对接，其下部不刻螺纹、与连接在底盘上的止推轴承对接、与底盘处于垂直状态。螺杆主要起到传动作用，螺纹形式选择梯形螺纹。

六角螺母4，六角螺母为铁质螺母，其互不相邻的三条边焊接铰接点，其按一定间距套进螺杆，其与顶推针板铰接，核心螺母上的铰接点作为受力点，焊接要牢固。

顶推针板5，顶推针板为钢板，其外壁焊接根键，其内壁焊接铰接点、与六角螺母铰接，其在螺杆的外围均布三片、并且以基础螺杆为圆心沿径向放射状布置，每相邻两片之间角度为120°。顶推针板外侧根键要尖锐，这样当六角螺母在螺杆的转动下向下移动，带动铰接的链杆转动，使顶推针板外侧的根键进入土体时的摩擦力减小。顶推针板挤入土体后做仿生学根式锚拉基础使用，可根据上部结构物形式在顶推针板上部焊接不同形式的对接板，用作预埋基础。

链杆6，链杆为铁质链杆，其铰接在六角螺母受力点与顶推针板的受力点上，当装置的顶推针板张开时，链杆与螺杆处于垂直状态，当装置的顶推针板处于收紧状态时，链杆会贴紧螺杆。

对接杆2，对接杆为铁质杆，其通过下部的方形榫头对接在螺杆上部方形卯槽内。对接杆对接在螺杆上，高度可以参照人力旋转施工较舒适的高度所调整。

插杆1，插杆为铁杆，其插进对接杆上部预留圆孔中做力臂、用以旋转螺杆，当坑内侧壁土体较硬时，可以选择长度较长的插杆，延长力臂达到省力效果。

通过对接秆2的转动，螺杆同时会发生转动，螺杆一端连接止推轴承并固定在底盘上，保证螺杆在转动期间不发生竖向位移，而三个六角螺母在螺纹都传动作用下产生同步的竖向位移，通过六角螺母与链杆的铰接、链杆与顶推针板的铰接，使在六角螺母在发生竖直向下的位移时，链杆的张开对顶推针板会产生顶推的作用，使顶推针板外侧的根键扎入侧壁土中，与周围土体形成挤密作用，提高了基础与周围土体的黏合作用，保证了基础与周边土体的整体受力，极大的增加了基础的抗拔力。

为了增加本发明的整体刚度，各部分材料的强度与刚度可做适当调整。

为了平衡本发明自重大幅减小的问题，增强基础抗倾覆能力，当顶推针板顶推进入土体后，在顶推针板内侧形成的空隙中填充石块与砂土。

上述抗冻拔装置及其施工方法，施工步骤如下：

步骤一、采用汽油地钻机在基础选点处钻出所需尺寸的坑体，汽油地钻机双人手提操作。

步骤二、组装抗冻拔装置，止推轴承通过螺栓固定在底盘上，螺杆底部不刻螺纹处过盈对接止推轴承，将三个六角螺母按一定间距套进螺杆上，每个六角螺母有三个铰接点，相邻铰接点与螺母中心点的连线夹角呈120°，每片顶推针板上有三个铰接点，将链杆一端连接在六角螺母的铰接点处，另一端连接在顶推针板的铰接点处，共需连接9根链杆，待组装完毕后，将顶推针板收紧，内壁贴靠螺杆。

步骤三、抗冻拔装置收紧状态下整体放进坑体内，底盘与坑底接触，放平，

对接杆与螺杆对接，将插杆插进对接杆，旋转插杆，螺杆转动，止推轴承限制住螺杆的竖向位移，此时螺纹的传动使三个螺母发生同步的竖向位移，与螺母铰接的链杆在铰点作用下发生转动，当链杆与螺杆处于垂直状态时，顶推针板处于张开状态，顶推针板外壁的根键顶推进坑侧壁土体内。

步骤四、在顶推针板张开后，内侧形成的空隙处填充石块及砂土，待装置内部空隙处填满后压实挤密。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的内容和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种抗冻拔装置，其特征在于，包括：

底盘(8)，底盘(8)为圆钢板，其水平放置在钻孔内；

螺杆(3)，螺杆(3)为铁制螺杆，其上部中央部分开方形卯槽，其下部不刻螺纹、与连接在底盘上的止推轴承对接、竖直放置在底盘上；

止推轴承(7)：止推轴承(7)为铸造凸台圆形座轴承，其与底盘(8)通过螺栓连接，其与螺杆(3)下部不刻螺纹处过盈对接；

六角螺母(4)，六角螺母(4)为铁质六角螺母，其互不相邻的三条边焊接铰接点，其按一定间距套进螺杆(3)，其与顶推针板(5)铰接；

顶推针板(5)，顶推针板(5)为钢板，其外壁焊接根键，其内壁焊接铰接点、与六角螺母(4)铰接，其在螺杆(3)的外围均布三片、并且以基础螺杆(3)为圆心沿径向放射状布置，每相邻两片之间角度为120°；

链杆(6)，链杆(6)为铁质链杆，其铰接在六角螺母(4)受力点与顶推针板(5)的受力点上；

对接杆(2)，对接杆(2)为铁质杆，其通过下部的方形榫头对接在螺杆(3)上部方形卯槽内；

插杆(1)，插杆(1)为铁杆，其插进对接杆(2)上部预留圆孔中做力臂、用以旋转螺杆(3)。

2.根据权利要求1所述的抗冻拔装置，其特征在于所述螺杆下部分与止推轴承对接，止推轴承保证螺杆自由转动但不产生竖向位移。

3.根据权利要求1所述的抗冻拔装置，其特征在于顶推针板外侧焊接的根键采用仿生学原理仿生树根扎根土体。

4.根据权利要求1所述的抗冻拔装置，其特征在于顶推针板顶部焊接与上部结构对接的不同结构的连接板，预留螺丝孔。

5.根据权利要求1所述的抗冻拔装置，其特征在于，插杆做力臂使用，插杆的长度可调节。

6.一种如权利要求1所述的抗冻拔装置的施工方法，其特征在于，现场采用汽油手提钻预钻圆孔，抗冻拔装置各部分预制，现场进行组装，抗冻拔装置整体放进钻孔内，通过人力旋转螺杆使顶推针板张开，顶推针板外侧的根键扎入侧壁土中，在大型施工机械难以进入的场地或者没有供电的区域内通过人力完成抗冻拔装置的施工；

具体步骤为：

步骤一、采用汽油地钻机在基础选点处钻出所需尺寸的坑体，汽油地钻机双人手提操作；

步骤二、组装抗冻拔装置，止推轴承通过螺栓固定在底盘上，螺杆底部不刻螺纹处过盈对接止推轴承，将三个六角螺母按一定间距套进螺杆上，每个六角螺母有三个铰接点，相邻铰接点与螺母中心点的连线夹角呈120°，每片顶推针板上有三个铰接点，将链杆一端连接在六角螺母的铰接点处，另一端连接在顶推针板的铰接点处，共需连接9根链杆，待组装完毕后，将顶推针板收紧，内壁贴靠螺杆；

步骤三、抗冻拔装置收紧状态下整体放进坑体内，底盘与坑底接触，放平，对接杆与螺杆对接，将插杆插进对接杆，旋转插杆，螺杆转动，止推轴承限制住螺杆的竖向位移，此时螺纹的传动使三个螺母发生同步的竖向位移，与螺母铰接的链杆在铰点作用下发生转动，当链杆与螺杆处于垂直状态时，顶推针板处于张开状态，顶推针板外壁的根键顶推进坑侧壁土体内；

步骤四、在顶推针板张开后，内侧形成的空隙处填充石块及砂土，待装置内部空隙处填满后压实挤密。

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