CN110241840A - 一种预制壳体螺旋锚复合基础及施工方法 - Google Patents

Abstract

一种预制壳体螺旋锚复合基础及施工方法，所述基础包括连接立柱及设置在连接立柱底部的壳体，所述连接立柱由若干实心圆台通过固定件拼接而成，所述壳体为底部开口的半球形结构，壳体自下而上由底部壳体管片、中间层壳体管片及顶部壳体管片组成，所述底部壳体管片的底部设置有支撑座，所述顶部壳体管片为圆形结构，顶部壳体管片的顶部一体设置有与连接立柱固定连接的过渡圆台，所述底部壳体管片、中间层壳体管片及顶部壳体管片通过固定件固定连接；所述中间层壳体管片由至少三层壳体管片构成；他具有挖面积小、抗冻胀、方便运输及现场组装，具备输电线路基础上拔、下压综合受力需求且技术经济指标合理等特点。

Description

一种预制壳体螺旋锚复合基础及施工方法

技术领域

本发明涉及输电线路杆塔预制基础设计技术领域，具体涉及一种预制壳体螺旋锚复合基础及施工方法。

背景技术

以中国西北地区为代表的沙化地区生态脆弱，沿线输电线路等基建工程建设过程中带来的基础开挖施工过程往往导致周边植被发生不可逆转的破坏，所以尽量减少基础开挖覆盖面积是该类地区环保工作的迫切要求；且该类地区冬季最低气温可低至零下30摄氏度以上，带来严重的基础冻胀问题,此外，中国西北沙化地区幅员辽阔，水资源缺乏，由于需要远距离运输，大体量整体运输带来的成本过高，因此客观条件要求输电线路基础施工优先考虑预制装配式基础。

以中国古代桥梁建筑中的拱桥为代表，拱、壳结构在承受上部荷载时由于存在合理拱轴线，使得结构本体尽量承受压力，避免产生弯矩作用，这对于以混凝土为代表的抗压能力较强材料具有先天优势，故引入壳体基础形式可以显著提高单位体积基础承受下压荷载的能力；且壳体结构天然的弧形曲面是降低甚至消除低温地区冻胀上拔力影响的有效方法。输电线路基础在承受下压荷载的同时对上拔作用也有明显要求。螺旋锚结构被证明是在粘土及沙土地区抵抗基础上拔荷载的有效结构形式。故，若能有效结合壳体和螺旋锚两类结构形式，将具有显著的复合受力优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种开挖面积小、抗冻胀、方便运输及现场组装，具备输电线路基础上拔、下压综合受力需求且技术经济指标合理的预制壳体螺旋锚复合基础及施工方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种预制壳体螺旋锚复合基础，所述基础包括连接立柱及设置在连接立柱底部的壳体，所述连接立柱由若干实心圆台通过固定件拼接而成，所述壳体为底部开口的半球形结构，壳体自下而上由底部壳体管片、中间层壳体管片及顶部壳体管片组成，所述底部壳体管片的底部设置有支撑座，所述顶部壳体管片为圆形结构，顶部壳体管片的顶部一体设置有与连接立柱固定连接的过渡圆台，所述底部壳体管片、中间层壳体管片及顶部壳体管片通过固定件固定连接；所述中间层壳体管片由至少三层壳体管片构成。

进一步地，所述底部壳体管片的支撑座上等距开设有若干通孔，所述通孔内竖直设置有与通孔数量对应的螺旋锚。

进一步地，所述固定件为管片卡轨螺栓，所述底部壳体管片及中间层壳体管片的上下左右四个连接端面的外表面上开设有供管片卡轨螺栓穿过的若干圆弧形卡孔，所述顶部壳体管片及实心圆台的上下两个连接端面的外表面上开设有若干供管片卡轨螺栓穿过的圆弧形卡孔。

一种预制壳体螺旋锚复合基础的施工方法，所述的施工方法包括如下步骤：

1）按照输电线路的基础受力需求，采用岩土工程设计通用有限元软件进行精细化建模及分析计算，并根据分析计算确定壳体的具体尺寸；

2）根据步骤1）中确定的壳体尺寸对壳体进行预制，预制过程中预先布设卡孔，再根据单件运输尺寸及重量的控制要求，将壳体合理拆分为多个管片；

3）在施工目标地采用常规开挖机械形成一个近圆台体开挖面，并根据尺寸采用旋挖机械下旋固定环向螺旋锚基础；

4）根据螺旋锚的位置，用吊装机械安装就位底部壳体管片，环向穿孔卡轨螺栓，拧固螺帽实现环向紧固，在底部壳体管片内填充并初步压实本层土体；

5）使用吊装机械依次安装中间层壳体管片，并环向、径向穿孔卡轨螺栓，拧固螺帽实现环向和径向紧固，初步压实本层土体；

6）中间层壳体管片完成安装后并压实该层土体后，在靠近该层壳体内表面的环周土体采用厚度约200mm的沙土回填，并安装顶部壳体管片，对整个壳体结构进行封体安装；

7）对实心圆台竖向穿设卡轨螺栓并紧固连接完成立柱的安装；

8）在基础整体安装完成后对预留螺纹的螺旋锚基础加设螺帽紧固，并反向预压基础结构，完成对壳内土体的压实，回填基础周边土体至设计标高，完成基础整体施工安装。

进一步地，所述步骤8）中，为了保证基础在下压过程中和内部土体协同受力，在反向预压基础结构过程中，是以螺旋锚为支撑点对基础进行反向预压，以确保壳体内部土体和壳体结构紧密接触。

本发明的有益技术效果在于：本发明开挖面积小、抗冻胀、方便运输及现场组装，具备输电线路基础上拔、下压综合受力需求合理，符合特殊地区的环境要求，能显著改善结构受力且具有技术经济指标等特点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明所述的管片卡轨螺栓的连接结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

如图1-2所示，本发明所述的一种预制壳体螺旋锚复合基础，所述基础包括连接立柱1及设置在连接立柱1底部的壳体2，所述连接立柱1由若干实心圆台3通过固定件拼接而成，所述壳体2为底部开口的半球形结构，壳体2自下而上由底部壳体管片4、中间层壳体管片5及顶部壳体管片6组成，所述底部壳体管片4的底部设置有支撑座7，所述顶部壳体管片6为圆形结构，顶部壳体管片6的顶部一体设置有与连接立柱1固定连接的过渡圆台8，所述底部壳体管片4、中间层壳体管片5及顶部壳体管片6通过固定件固定连接；所述中间层壳体管片5由至少三层壳体管片构成。

参照图1所示，所述底部壳体管片4的支撑座7上等距开设有若干通孔，所述通孔内竖直设置有与通孔数量对应的螺旋锚9。

参照图2所示，所述固定件为管片卡轨螺栓10，所述底部壳体管片4及中间层壳体管片5的上下左右四个连接端面的外表面上开设有供管片卡轨螺栓10穿过的若干圆弧形卡孔，所述顶部壳体管片6及实心圆台3的上下两个连接端面的外表面上开设有若干供管片卡轨螺栓10穿过的圆弧形卡孔。

在具体现场安装过程方面，具体的施工方法包括如下步骤：

1）按照输电线路的基础受力需求，采用岩土工程设计通用有限元软件进行精细化建模及分析计算，并根据分析计算确定壳体的具体尺寸；

首先，在通过有限元精细化分析明确壳体结构承压的可行性及具体尺寸参数确定上，采用PLAXIS 3D有限元软件，选取可以同时考虑剪切硬化和压缩硬化影响的HS模型本构模型，合理开展有限元网格划分，将受力工况分为上拔和下压综合水平力作用，同时为了模拟螺旋锚基础对壳体的约束作用，在上拔工况下在壳体底部环状均布弹性支撑，确保计算结果符合现实结构受力。

在底部螺旋锚尺寸及数量的确定上，依据现行《架空输电线路基础设计技术规程》中对螺旋锚的承载力计算规定，并综合壳体底部环的周长限制，考虑上拔承载力重复体积折减影响。

在预制管片的连接上，借鉴盾构式隧道管片间的连接方式，着重测算了块体间连接在上拔工况下的承载力控制点-第一截立柱的连接处，以及基于有限元分析得到的应力分布结果确定的环向应力极值处的螺栓承载力需求，进而明确螺栓的尺寸、数量及排布。

2）根据步骤1）中确定的壳体尺寸对壳体进行预制，预制过程中预先布设卡孔，再根据单件运输尺寸及重量的控制要求，将壳体合理拆分为多个管片；

3）在施工目标地采用常规开挖机械形成一个近圆台体开挖面，并根据尺寸采用旋挖机械下旋固定环向螺旋锚基础；

4）根据螺旋锚的位置，用吊装机械安装就位底部壳体管片，环向穿孔卡轨螺栓，拧固螺帽实现环向紧固，在底部壳体管片内填充并初步压实本层土体；

5）使用吊装机械依次安装中间层壳体管片，并环向、径向穿孔卡轨螺栓，拧固螺帽实现环向和径向紧固，初步压实本层土体；

6）中间层壳体管片完成安装后并压实该层土体后，在靠近该层壳体内表面的环周土体采用厚度约200mm的沙土回填，并安装顶部壳体管片，对整个壳体结构进行封体安装；

7）对实心圆台竖向穿设卡轨螺栓并紧固连接完成立柱的安装；

8）在基础整体安装完成后对预留螺纹的螺旋锚基础加设螺帽紧固，并反向预压基础结构，完成对壳内土体的压实，回填基础周边土体至设计标高，完成基础整体施工安装。

所述步骤8）中，为了保证基础在下压过程中和内部土体协同受力，在反向预压基础结构过程中，是以螺旋锚为支撑点对基础进行反向预压，以确保壳体内部土体和壳体结构紧密接触。

在施工单元的分块划分中特别注意控制单件重量，目前该基础形式的最大单件体为底部带边壳体环，按照目前1/4切分的方式，其单件混凝土量在0.46m³，重量控制在1.1吨左右，属于普遍适用的吊装设备量程范围。

本发明开挖面积小、抗冻胀、方便运输及现场组装，具备输电线路基础上拔、下压综合受力需求合理，符合特殊地区的环境要求，能显著改善结构受力；合理对比技术经济指标，综合预制工艺要求、施工难度、混凝土等级、开挖体量等因素，测算得到其综合经济指标相比传统板式开挖基础下降约11.4%。由于该壳体类基础天然的弧形曲面、施工分层填充过程中的局部填沙处理，使得该基础具有良好的抗冻胀性能，特别适用于本工程沿线涉及到强冻胀甚至特强冻胀的区域。又由于该基础底部直径小于常规板式基础，可以显著减小面积，对于本工程沙化较为明显的脆弱生态地区具有显著的社会环境效应。

本文中所描述的具体实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种预制壳体螺旋锚复合基础，其特征在于，所述基础包括连接立柱及设置在连接立柱底部的壳体，所述连接立柱由若干实心圆台通过固定件拼接而成，所述壳体为底部开口的半球形结构，壳体自下而上由底部壳体管片、中间层壳体管片及顶部壳体管片组成，所述底部壳体管片的底部设置有支撑座，所述顶部壳体管片为圆形结构，顶部壳体管片的顶部一体设置有与连接立柱固定连接的过渡圆台，所述底部壳体管片、中间层壳体管片及顶部壳体管片通过固定件固定连接；所述中间层壳体管片由至少三层壳体管片构成。

2.根据权利要求1所述的预制壳体螺旋锚复合基础，其特征在于，所述底部壳体管片的支撑座上等距开设有若干通孔，所述通孔内竖直设置有与通孔数量对应的螺旋锚。

3.根据权利要求2所述的预制壳体螺旋锚复合基础，其特征在于，所述固定件为管片卡轨螺栓，所述底部壳体管片及中间层壳体管片的上下左右四个连接端面的外表面上开设有供管片卡轨螺栓穿过的若干圆弧形卡孔，所述顶部壳体管片及实心圆台的上下两个连接端面的外表面上开设有若干供管片卡轨螺栓穿过的圆弧形卡孔。

4.一种如权利要求3所述的预制壳体螺旋锚复合基础的施工方法，其特征在于，所述的施工方法包括如下步骤：

1）按照输电线路的基础受力需求，采用岩土工程设计通用有限元软件进行精细化建模及分析计算，并根据分析计算确定壳体的具体尺寸；

2）根据步骤1）中确定的壳体尺寸对壳体进行预制，预制过程中预先布设卡孔，再根据单件运输尺寸及重量的控制要求，将壳体合理拆分为多个管片；

3）在施工目标地采用常规开挖机械形成一个近圆台体开挖面，并根据尺寸采用旋挖机械下旋固定环向螺旋锚基础；

4）根据螺旋锚的位置，用吊装机械安装就位底部壳体管片，环向穿孔卡轨螺栓，拧固螺帽实现环向紧固，在底部壳体管片内填充并初步压实本层土体；

5）使用吊装机械依次安装中间层壳体管片，并环向、径向穿孔卡轨螺栓，拧固螺帽实现环向和径向紧固，初步压实本层土体；

6）中间层壳体管片完成安装后并压实该层土体后，在靠近该层壳体内表面的环周土体采用厚度约200mm的沙土回填，并安装顶部壳体管片，对整个壳体结构进行封体安装；

7）对实心圆台竖向穿设卡轨螺栓并紧固连接完成立柱的安装；

8）在基础整体安装完成后对预留螺纹的螺旋锚基础加设螺帽紧固，并反向预压基础结构，完成对壳内土体的压实，回填基础周边土体至设计标高，完成基础整体施工安装。

5.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于，所述步骤8）中，为了保证基础在下压过程中和内部土体协同受力，在反向预压基础结构过程中，是以螺旋锚为支撑点对基础进行反向预压，以确保壳体内部土体和壳体结构紧密接触。