CN110820793A - 一种用于湿陷性黄土地区的复合基础及施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于湿陷性黄土地区的复合基础及施工方法，包括埋设在地面下的板式基础和螺旋锚，所述板式基础包括竖直方向上依次布置的主柱、台阶和底板，所述螺旋锚竖直安装连接板式基础，所述底板的底面上连接有多个混凝土桩，所述多个混凝土桩沿底板的底面边沿竖直布置，混凝土桩一端连接底板，另一端向下延伸至土体内，用于通过阻力配合螺旋锚约束板式基础的偏移性沉降，在板式基础的下方以混凝土桩设置在底板四角，利用混凝土桩基与湿陷性黄土下方的非湿陷性土质形成摩擦阻力，对板式基础的周向施加约束力，起到维持整体基础稳定和防止上部土体遇水后基础发生偏移性沉降的作用，保证了复合基础在湿陷性黄土地区的也能够稳定使用。

Description

一种用于湿陷性黄土地区的复合基础及施工方法

技术领域

本申请涉及输电设施领域，特别涉及一种用于湿陷性黄土地区的复合基础及施工方法。

背景技术

基础是输电线路重要的组成部分，保证其施工安全，降低施工成本，缩短施工周期，增加其经济性是输电线路发展的必然趋势；综合考虑经济性、安全性、环保水保问题和工期等诸多因素，在不同的条件下选用适宜的基础型式具有重要意义。我国的甘肃和宁夏一带存在大量的湿陷性黄土地区，该种土质遇水后易发生沉降，侧摩阻参数明显降低，严重威胁输电塔基础的安全；目前一般采用板式基础，底板下部设置1m～1.5m厚2:8灰土垫层，上部设置0.5m厚2:8灰土隔水层；对于一基1100kV的转角塔基础，2:8灰土方量可达1000m³，大大增加基础投资；而且，采用灰土的地区农作物难以生长，会破坏现有耕地，带来严重的环保问题。

螺旋锚基础在海外工程的拉线基础中得到了广泛应用，该基础型式可以显著降低土方开挖量、施工难度和施工成本，螺旋锚能够利用其周向螺旋形的幅板稳固的嵌入在土体中，提供更好的抗拉拔能力，利用板式基础配合下方的螺旋锚形成复合基础，能够起到维持整体基础稳定和防止上部土体遇水后整体基础发生沉降的作用；但是，发明人发现，螺旋锚设置在主柱正下方以及底板下方，虽然其能够提供部分上拔承载力，但无法提供下压的承载力，由于板式基础埋设较浅，在周围湿陷性黄土遇水后板式基础会发生不均匀沉降，导致整体无法保持水平状态而出现倾斜，螺旋锚和桩基础在上部土体遇水的情况下难以起到维持整体基础稳定的功能，无法阻止基础的偏移性倾斜沉降，难以满足湿陷性等级较高的黄土地区。

发明内容

本申请的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种用于湿陷性黄土地区的复合基础及施工方法，在板式基础的下方以混凝土桩设置在底板四角，利用混凝土桩基与湿陷性黄土下方的非湿陷性土质形成摩擦阻力，对板式基础的周向施加约束力，起到维持整体基础稳定和防止上部土体遇水后基础发生偏移性沉降的作用，保证了复合基础在湿陷性黄土地区的也能够稳定使用。

为了实现上述目的，采用以下技术方案：

一种用于湿陷性黄土地区的复合基础，其包括埋设在地面下的板式基础和螺旋锚，所述板式基础包括竖直方向上依次布置的主柱、台阶和底板，所述螺旋锚竖直安装连接板式基础，所述底板的底面上连接有多个混凝土桩，所述多个混凝土桩沿底板的底面边沿竖直布置，混凝土桩一端连接底板，另一端向下延伸至土体内，用于通过阻力配合螺旋锚约束板式基础的偏移性沉降。

进一步地，所述螺旋锚的顶端穿过底板探入台阶内，所述底板和台阶共同配合连接螺旋锚，所述螺旋锚用于配合板式基础约束主柱的竖直位置。

进一步地，所述螺旋锚有多个，沿主柱轴线呈中心对称布置。

进一步地，所述主柱、台阶和底板同轴设置，且三者的横截面积依次增大，形成台阶状，所述主柱顶端用于对接外部线路塔架。

进一步地，所述的底板的下方设置有混凝土垫层，用于承载板式基础。

进一步地，所述主柱的上方布置有防水层，所述防水层位于主柱顶端和主柱底端之间，且其横截面积大于底板的横街面积，用于阻挡外部水源到达底板区域。

进一步地，所述混凝土桩相对于主柱轴线呈中心对称布置，混凝土桩轴线距离主柱轴线的长度大于螺旋锚轴线距离主柱轴线的长度。

本申请还提供一种上述符合基础的施工方法，具体步骤如下：

根据板式基础的底面大小开挖基坑；

在基坑内对应底板布置将螺旋锚打入土体，顶部露出；

在基坑内对应底板布置钻孔，并制作钢筋笼下放至孔内，浇注混凝土形成混凝土桩，顶部露出；

在基坑底部浇筑混凝土垫层，并绑扎板式基础对应的钢筋，将螺旋锚和混凝土桩顶部连接板式基础钢筋；

支护模板，浇注混凝土形成板式基础；

基坑回填。

进一步地，在基坑回填时，回填至防水层标高处时铺设防水层后，继续回填。

进一步地，所述底板、台阶、主柱对应的钢筋依次绑扎，并依次浇注成型。

与现有技术相比，本申请具有的优点和积极效果是：

(1)整个复合基础可以使用全机械施工，大大提高了施工效率，减少人力的使用，更大程度的保护人员的安全；螺旋锚杆为成品，质量可靠易控制。采用螺旋锚，减少了土方开挖量。螺旋锚杆对原状土的破坏较小，相比人工挖孔基础，更环保，也更便捷。底板四角设置的钢筋混凝土桩可以保证基础稳定，防止其发生沉降，提高基础安全性；

(2)混凝土桩设置在底板的正下方，螺旋锚设置在主柱正下方以及底板下方，提供部分上拔承载力，混凝土桩配合螺旋锚能够为板式基础提供周向的支撑，防止上部基础周围湿陷性黄土遇水后发生不均匀沉降，能够使复合基础整体轴线保持竖直稳定状态，适用于湿陷性等级较高的黄土地区；

(3)螺旋锚基础、混凝土桩与板式基础组合使用，能够显著提高基础的抗拔承载能力和整体稳定性，减小基础埋深，降低施工工程量，缩短工期，防止整体基础因周围湿陷性黄土遇水后发生沉降。对于地质条件为湿陷性黄土的的地区，具有很高的应用价值，也可用于普通土质地区；

(4)混凝土分布在底板底面的边沿位置，优选为多个混凝土桩相对于主柱轴线呈中心对称布置，混凝土桩轴线距离主柱轴线的长度大于螺旋锚轴线距离主柱轴线的长度，在底板部分区域受到湿陷性黄土的影响而即将发生偏移性沉降时，该部分对应的混凝土桩通过下端非湿陷性黄土区域的摩擦阻力对底板进行支撑，避免沉降，其他部分对应的混凝土桩也能够通过摩擦阻力辅助对底板进行支撑，从直接支撑和间接约束两方面保证了底板的水平稳定，避免偏移性沉降导致的板式基础轴线倾斜；

(5)由于湿陷性黄土危害深度一般为6m以内，本申请采用板式基础埋深在4.5m左右，设置的螺旋锚和混凝土桩在底板下方可达6m以上，整体基础埋深可达10m以上；因此，螺旋锚和混凝土桩在上部土体遇水的情况下，下部接触非湿陷性黄土仍能提供摩擦阻力，从而可以起到维持整体基础稳定的功能，阻止基础沉降。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本申请实施例1中复合基础的正视结构示意图；

图2为本申请实施例1中复合基础的主柱配筋示意图；

图3为本申请实施例1中复合基础的底板配筋示意图。

其中，200主柱，400台阶，600底板，800混凝土垫层，1000螺旋锚，1200混凝土保护帽，2000混凝土桩，3000为防水层，1主柱主筋，2主柱箍筋，3台阶主筋，4底板主筋，5环板，6锚叶，7锚头。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术中所介绍的，现有技术螺旋锚设置在主柱正下方以及底板下方，虽然其能够提供部分上拔承载力，但无法提供下压的承载力，由于板式基础埋设较浅，在周围湿陷性黄土遇水后板式基础会发生不均匀沉降，导致整体无法保持水平状态而出现倾斜，螺旋锚和桩基础在上部土体遇水的情况下难以起到维持整体基础稳定的功能，无法阻止基础的偏移性倾斜沉降，难以满足湿陷性等级较高的黄土地区，针对上述技术问题，本申请提出了一种用于湿陷性黄土地区的复合基础及施工方法。

实施例1

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-3所示，提出了一种用于湿陷性黄土地区的复合基础。

复合基础如图1、图2和图3所示。图1是板式基础-混凝土桩-螺旋锚构成的复合基础正视示意图，该基础型式包含主柱200、台阶400、底板600、混凝土桩2000、防水层3000、混凝土垫层800和螺旋锚1000。其中主柱、台阶、底板和混凝土桩均为钢筋混凝土结构，在竖直方向上依次布置，800为素混凝土结构。主柱200、台阶400、底板600和混凝土垫层800组成板式基础部分，2000为桩基础部分，所述底板的底面上连接有多个混凝土桩，所述多个混凝土桩沿底板的底面边沿竖直布置，混凝土桩一端连接底板，另一端向下延伸至土体内。

板式基础部分可以单独抵抗水平力和下压力，并且提供部分上拔承载力。

1000为螺旋锚结构部分，螺旋锚可提供很大上拔承载力，但难以提供有效的下压承载力。

对于地质为土体的地区，本实施方式在很小基础埋深的情况下，通过螺旋锚杆提供很大上拔承载力，可以避免采用人工开挖土方量较大的问题，也可大大提高基础的经济性并且显著降低施工工期；在不同地区不同施工条件下，可以选择采用一根螺旋锚杆或多根螺旋锚杆组成螺旋锚杆组来适应不同情况；

混凝土桩既可以承受拉力，也可以承受压力，可以有效维持基础稳定，并且其布置在底板的底面边沿位置，能够以更大的力臂对底板施加支撑力和下拉约束力，防止湿陷性黄土遇水后基础发生沉降；

另外，由于混凝土分布在底板底面的边沿位置，优选为多个混凝土桩相对于主柱轴线呈中心对称布置，混凝土桩轴线距离主柱轴线的长度大于螺旋锚轴线距离主柱轴线的长度，在底板部分区域受到湿陷性黄土的影响而即将发生偏移性沉降时，该部分对应的混凝土桩通过下端非湿陷性黄土区域的摩擦阻力对底板进行支撑，避免沉降，其他部分对应的混凝土桩也能够通过摩擦阻力辅助对底板进行支撑，从直接支撑和间接约束两方面保证了底板的水平稳定，避免偏移性沉降导致的板式基础轴线倾斜。

螺旋锚的顶端可以采用倒角状，便于安装；螺旋锚杆体施工前应平直、除油和除锈，安放杆体时应防止扭压和弯曲；螺旋锚安装过程中，要保证锚杆的自移速度与钻机的进给速度匹配，锚头7朝下，锚叶6配合土体转动，防止锚杆脱离钻机或杆体变形，提高螺旋锚的安装速度和安全性；螺旋锚接头处要牢固，可以采用卡扣式接头，也可采用其他接头方式，在本实施例中，采用如图1中所示的环板5配合底板和台阶。提高其可靠性，安全性。

所述的主柱配筋包括主柱主筋1、主柱箍筋2，按照如图2所示的配筋对其进行绑扎即可，所述台阶对应的台阶主筋3和底板对应的底板主筋4如图3所示，对其进行配筋绑扎即可，混凝土桩为构造设置，采用构造配筋即可。

如图1-图3所示，各部分的尺寸，A为底板宽度，F为底板埋深，Q为主柱露头，c为主柱宽度，r为混凝土保护层厚度，t为混凝土垫层一边超出底板的尺寸，y为混凝土垫层厚度，M为防水层厚度，H为防水层埋深；根据需求和施工标准进行配置即可，在此不再赘述。

实施例2

本申请的另一典型实施例中，提供一种实施例1所述的复合基础的施工方法，采用如下步骤：

根据板式基础的底面大小开挖基坑；

在基坑内对应底板布置将螺旋锚打入土体，顶部露出；

在基坑内对应底板布置钻孔，并制作钢筋笼下放至孔内，浇注混凝土形成混凝土桩，顶部露出；

在基坑底部浇筑混凝土垫层，并绑扎板式基础对应的钢筋，将螺旋锚和混凝土桩顶部连接板式基础钢筋；

支护模板，浇注混凝土形成板式基础；

基坑回填，回填至防水层标高处时铺设防水层后，继续回填至与地面平齐。

具体的，基坑开挖时需根据塔位基础的具体地质条件适当放坡，地质条件差的应采取适当的基坑支护措施，防止基坑坍塌，保障施工人员的人身安全。

基坑开挖好后应及时施工，尽量缩短基坑暴露时间，板式基础部分下方须浇筑混凝土垫层，混凝土垫层需达到设计强度后，方可浇制混凝土板式基础；混凝土垫层厚度不小于100mm，混凝土强度不低于C15。

基坑回填土时基坑内不得有水及杂物，回填土中树根杂草须清除；回填土应分层夯实，每层厚200～300mm。

防水层参照屋面防水做法，选用技术较先进、性能较优异的高聚物改性沥青卷材及涂料、合成高分子卷材及涂料、弹塑性密封材料及新型刚性防水材料。

本申请将钢筋混凝土主柱和底板浅埋于土体中，将螺旋锚和细桩打入下层土体，借助螺旋锚和混凝土桩，将周围土体形成一个整体，提高基础的稳定性。对于上拔力，主要由板式基础和螺旋锚基础共同承受；对于下压力和水平力，主要由板式基础来承受；对于部分沉降时受到的偏移式压力，由混凝土桩来承受；由于螺旋锚基础可以提供较大的上拔承载力，对原状土体的破坏小，施工难度小，因此，本基础方案特别适用于上拔力控制基础尺寸的情况，例如终端塔。

使用螺旋锚，土方开挖量小，施工简便，承载力好。钢筋混凝土桩设置在底板四角的正下方，直径0.3m～0.6m，起到维持整体基础稳定的作用。特别是整体基础遇水后易发生沉降，此时桩起到支撑上部基础的作用，防止整体基础下移。上部设置隔水层，厚度0.2m～0.3m为宜，防水层采用建筑防水设计方案替代2：8灰土隔水层方案，起到保护环境的作用；当基础为上拔力控制时，采用本发明方案还可以显著减小基础底板尺寸，大大降低土方开挖量和钢筋混凝土材料量，具有明显的经济效益。

本申请采用较小埋深，显著地减少了土方开挖量，降低施工难度和钢筋混凝土材料量，缩短施工周期，提高了整体基础安全性；本方案避免使用大量的2：8灰土，保护环境；克服了采用2：8灰土方案时，需要面临水量很大灰土下部土体遇水的风险。

优选的，所述的板式基础埋设在地面以下的竖直高度为4.5m左右，螺旋锚和混凝土桩的竖直长度为6m；当然，也可以根据实际需求，适当增加或减小混凝土桩和螺旋锚的长度。

由于湿陷性黄土危害深度一般为6m以内，本申请采用板式基础埋深在4.5m左右，设置的螺旋锚和混凝土桩在底板下方可达6m以上，整体基础埋深可达10m以上；因此，螺旋锚和混凝土桩在上部土体遇水的情况下，下部接触非湿陷性黄土仍能提供摩擦阻力，从而可以起到维持整体基础稳定的功能，阻止基础沉降。

本基础方案整体埋深可达10m以上，比采用2：8灰土的方案稳定性和安全性更高。同时，螺旋锚为成品，且成本较低，可以使用全机械施工，提高了施工效率。综上，本发明的基础设计方案比传统方案经济性更高，安全性更好，且环境友好。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于湿陷性黄土地区的复合基础，其包括埋设在地面下的板式基础和螺旋锚，所述板式基础包括竖直方向上依次布置的主柱、台阶和底板，所述螺旋锚竖直安装连接板式基础，其特征在于，所述底板的底面上连接有多个混凝土桩，所述多个混凝土桩沿底板的底面边沿竖直布置，混凝土桩一端连接底板，另一端向下延伸至土体内，用于通过阻力配合螺旋锚约束板式基础的偏移性沉降。

2.如权利要求1所述的用于湿陷性黄土地区的复合基础，其特征在于，所述螺旋锚的顶端穿过底板探入台阶内，所述底板和台阶共同配合连接螺旋锚，所述螺旋锚用于配合板式基础约束主柱的竖直位置。

3.如权利要求2所述的用于湿陷性黄土地区的复合基础，其特征在于，所述螺旋锚有多个，沿主柱轴线呈中心对称布置。

4.如权利要求1所述的用于湿陷性黄土地区的复合基础，其特征在于，所述主柱、台阶和底板同轴设置，且三者的横截面积依次增大，形成台阶状，所述主柱顶端用于对接外部线路塔架。

5.如权利要求4所述的用于湿陷性黄土地区的复合基础，其特征在于，所述的底板的下方设置有混凝土垫层，用于承载板式基础。

6.如权利要求5所述的用于湿陷性黄土地区的复合基础，其特征在于，所述主柱的上方布置有防水层，所述防水层位于主柱顶端和主柱底端之间，且其横截面积大于底板的横街面积，用于阻挡外部水源到达底板区域。

7.如权利要求1所述的用于湿陷性黄土地区的复合基础，其特征在于，所述混凝土桩相对于主柱轴线呈中心对称布置，混凝土桩轴线距离主柱轴线的长度大于螺旋锚轴线距离主柱轴线的长度。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的用于湿陷性黄土地区的复合基础的施工方法，其特征在于，步骤如下：

根据板式基础的底面大小开挖基坑；

在基坑内对应底板布置将螺旋锚打入土体，顶部露出；

在基坑内对应底板布置钻孔，并制作钢筋笼下放至孔内，浇注混凝土形成混凝土桩，顶部露出；

在基坑底部浇筑混凝土垫层，并绑扎板式基础对应的钢筋，将螺旋锚和混凝土桩顶部连接板式基础钢筋；

支护模板，浇注混凝土形成板式基础；

基坑回填。

9.如权利要求8所述的施工方法，其特征在于，在基坑回填时，回填至防水层标高处时铺设防水层后，继续回填。

10.如权利要求8所述的施工方法，其特征在于，所述底板、台阶、主柱对应的钢筋依次绑扎，并依次浇注成型。

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