CN114263205B - 一种多年冻土区抗冻拔桩基础 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多年冻土区抗冻拔桩基础，包括与活动层对应的滑动段、与冻土层对应的转动段以及设在桩基本体（1）内部的联动机构，滑动段的外壁上设有能够上下移动的滑动板（2），转动段的外壁上设有能够向外旋转的转动板（5）；联动机构的上部与滑动板（2）连接，下部与转动板（5）连接，用于在滑动板（2）受冻拔作用向上移动时，带动转动板（5）向外旋转。本发明采用主动利用冻拔力的设计思想，将作用于活动层的切向冻胀力转化为作用于多年冻土层的扩张力，抵抗冻拔力的上拔作用，使桩基础保持稳定。本发明桩基础结构简单，便于工程化生产和机械化施工，可提高多年冻土区输电线路工程等轻型基础的可靠性和经济性，有效降低成本。

Description

一种多年冻土区抗冻拔桩基础

技术领域

本发明涉及多年冻土区桩基础技术领域，尤其涉及一种多年冻土区抗冻拔桩基础。

背景技术

我国是冻土分布大国，季节冻土区约占陆地面积的53%。冻土中由于冰的存在其物理力学性质在冻融过程中会发生复杂的变化。季节冻土在冻结过程中由于土体中自由水结冰后体积发生膨胀，会使得土体产生冻胀变形。若冻胀变形受到束缚，则会对约束产生约束力或称为冻胀力。作用于埋置在冻土中的建筑物的冻胀力可分为切向冻胀力和法向冻胀力。对于建设于季节冻土区的建筑物，如对冻胀力预估不足或没有采取处置措施则会使建筑物受到不均匀荷载，对各种工程建筑稳定性产生影响。

随着我国经济社会的不断发展，广阔的季节冻土区和多年冻土区修建了大量的输电线路工程，如青藏直流输电线路工程途径长区域的季节冻土区和多年冻土区，河西走廊季节冻土区域也修建了数条特高压输电线路，以及大量的支线线路。这些线路修建后冻土条件不可避免的要发生变化，而这种变化不可避免的对线路基础的稳定性产生影响。输电线路属于典型的点线工程，每一个点或线的安全都关系到整个线路的安全和稳定运营。

输电线路中电杆基础属于轻型基础，在土体冻胀过程中作用于电杆与土体接触面的切向冻胀力对电杆稳定性的影响巨大。由于土体冻胀过程中的冻拔作用使得接触失稳破坏的案例在输电线路工程和交通工程中广泛存在。以往对于冻拔破坏的处置方法包括：基础周围土体换填，将周围土体换填为非冻胀敏感性土体；增加基础埋置深度或在基础端部设置扩大头等。上述方法发挥了一定的作用，但受地域、施工条件等因素的影响较大，其施工方法大幅增加了施工成本且无法工厂化生产。

综上所述，现有技术的缺点包括：1、被动式处置冻拔力，应对策略落后，保持桩基础稳定性的效果差。2、扩大基础几何尺寸，工序复杂，对施工现场影响大，不利于机械化工厂化施工，施工效率低且成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多年冻土区抗冻拔桩基础，以实现增强桩基础稳定性、降低成本的目的。

为解决上述问题，本发明所述的一种多年冻土区抗冻拔桩基础包括与活动层对应的滑动段、与冻土层对应的转动段以及设在桩基本体内部的联动机构，所述滑动段的外壁上设有能够上下移动的滑动板，所述转动段的外壁上设有能够向外旋转的转动板；所述联动机构的上部与所述滑动板连接，下部与所述转动板连接，用于在所述滑动板受冻拔作用向上移动时，带动所述转动板向外旋转。

优选的，所述滑动段的外壁上具有沿纵向设置的用于容纳所述滑动板的凹槽，所述凹槽上同向设有径向贯通的矩形开口，所述联动机构的上部穿过所述矩形开口与所述滑动板的内壁相连。

优选的，所述转动板顶部通过铰链与桩身连接，所述联动机构的下部直接与所述转动板的内壁连接。

优选的，多个所述滑动板和多个所述转动板在所述桩基本体外壁上沿周向均布，所述联动机构包括位于中心位置的竖杆，位于上部连接所述竖杆与所述滑动板的上部连接件，以及位于下部连接所述竖杆与所述转动板的下部连接件。

优选的，所述上部连接件包括上部链杆和上部固定杆，所述上部链杆一端与所述竖杆铰接，另一端与所述滑动板内壁铰接，所述上部固定杆一端与所述上部链杆铰接，另一端与桩身内壁固定连接。

优选的，所述下部连接件包括下部链杆和下部固定杆，所述下部链杆一端与所述竖杆铰接，另一端与所述转动板内壁滑动连接，所述下部固定杆一端与所述下部链杆铰接，另一端与桩身内壁固定连接。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用主动利用冻拔力的设计思想，通过在活动层和多年冻土层设置滑动段和转动段，结合联动机构有效地将作用于活动层的切向冻胀力转化为作用于多年冻土层的扩张力，扩张力用于增强多年冻土层内的摩阻力，抵抗冻拔力的上拔作用，从而增强了桩基础的竖向承载力和稳定性，使桩基础保持稳定。

2、本发明桩基础结构简单，具有良好的整体性，便于工程化生产和机械化施工，能够有效缩短施工周期，可提高多年冻土区输电线路工程等轻型基础的可靠性和经济性，有效降低成本。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的多年冻土区抗冻拔桩基础的左半边的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的滑动板位置处桩身的横截面示意图。

图3为本发明实施例提供的凹槽的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的滑动板位置处的局部图。

图5为本发明实施例提供的转动板位置处的局部图。

图中：1—桩基本体，2—滑动板，31—上部固定杆，32—下部固定杆，41—上部链杆，42—下部链杆，5—转动板，61、62、63—铰链，7—矩形开口，8—竖杆，91、92、93—铰链，10—链杆端头，11—凹槽。

具体实施方式

参考图1，本发明实施例提供一种多年冻土区抗冻拔桩基础，主要包括滑动段、转动段以及设在桩基本体1内部的联动机构。桩基本体1埋置在土体中，土体上层为活动层，对应滑动段，下层为多年冻土层，对应转动段。

滑动段的外壁上设有能够上下移动的滑动板2，转动段的外壁上设有能够向外旋转的转动板5；联动机构的上部与滑动板2连接，下部与转动板5连接，在滑动板2受冻拔作用向上移动时，联动机构带动转动板5向外旋转。滑动板2和转动板5均可以按多层设置，在每一层，四个滑动板2和四个转动板5在桩基本体1外壁上沿周向均布。

在滑动段上，桩外壁上具有沿纵向设置的用于容纳滑动板2的凹槽11，滑动板2内侧能在凹槽11外侧上下滑动。滑动板2外侧与桩身外侧在同一个面上。凹槽11上同向设有径向贯通的矩形开口7，联动机构的上部穿过矩形开口7与滑动板2的内壁相连。滑动板2面积较大，覆盖住矩形开口7。

考虑到完成埋设后凹槽11内滑动板2上下会有土体，为避免土体对滑动板2的上下移动产生限制，凹槽11在整个桩上（埋设深度内）沿着上下方向贯通，这样滑动板2会随着土体的上下移动而同步移动。

在转动段上，转动板5所在位置处桩身直接径向贯通开孔，开孔大小与转动板5相适应。转动板5顶部通过铰链91与桩身连接，联动机构的下部直接与转动板5的内壁连接。转动板5所处位置落在凹槽11范围内。

本发明中，联动机构包括位于中心位置的竖杆8，位于上部连接竖杆8与滑动板2的上部连接件，以及位于下部连接竖杆与转动板5的下部连接件。

其中，上部连接件包括上部链杆41和上部固定杆31，上部链杆41一端通过铰链63与竖杆8连接，另一端通过铰链61与滑动板2内壁连接，上部固定杆31一端通过铰链62与上部链杆41连接，另一端与桩身内壁固定连接。

下部连接件包括下部链杆42和下部固定杆32，下部链杆42一端通过铰链93与竖杆8连接，另一端（链杆端头10）与转动板5内壁滑动连接，下部固定杆32一端通过铰链92与下部链杆42连接，另一端与桩身内壁固定连接。

在实际制作过程中，桩基主体可采用树脂复合材料与混凝土钢管结合结构，已达到防腐和强度要求。滑动板2、转动板5采用树脂复合材料板，满足强度和刚度要求。固定杆和链杆采用防腐处理的金属构件即可。

施工方法：

1、预制桩基，生产滑动板2、转动板5、链杆等结构。2、组装桩身和各机构以方便施工。3、开挖桩基孔，将装配完成的桩基安装在成孔中。4、回填土体，击实，完成施工。

工作原理：

完成埋设伊始，滑动板2在外面土体的作用下，位置是固定的，滑动板2位置固定，联动机构的位置就固定（即上部链杆41和上部固定杆31位置固定——竖杆8位置也就固定，竖杆8不会往下落）。

当活动层开始冻结时，由于土体作用与滑动板2上的切向冻胀力作用，滑动板2开始向上滑动，进而通过上部链杆41带动竖杆8向下移动。随后带动安装于多年冻土位置处的下部链杆42转动，通过下部链杆42的运动，链杆端头10向上滑动，使转动板5向外侧转动。转动板5向外侧转动后对土体产生扩张力，扩张力增大后摩阻力也增大（如果极端情况下外侧土体非常紧实，变形会很小，但是转动板5与土体的摩擦力同样会增大，仍然会增大摩阻力），进而限制了整个桩身的向上运动的趋势，从而保持了桩身在切向冻拔力作用下的稳定性。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种多年冻土区抗冻拔桩基础，其特征在于，该桩基础包括与活动层对应的滑动段、与冻土层对应的转动段以及设在桩基本体（1）内部的联动机构，所述滑动段的外壁上设有能够上下移动的滑动板（2），所述转动段的外壁上设有能够向外旋转的转动板（5）；所述联动机构的上部与所述滑动板（2）连接，下部与所述转动板（5）连接，用于在所述滑动板（2）受冻拔作用向上移动时，带动所述转动板（5）向外旋转。

2.如权利要求1所述的桩基础，其特征在于，所述滑动段的外壁上具有沿纵向设置的用于容纳所述滑动板（2）的凹槽（11），所述凹槽（11）上同向设有径向贯通的矩形开口（7），所述联动机构的上部穿过所述矩形开口（7）与所述滑动板（2）的内壁相连。

3.如权利要求1所述的桩基础，其特征在于，所述转动板（5）顶部通过铰链与桩身连接，所述联动机构的下部直接与所述转动板（5）的内壁连接。

4.如权利要求1所述的桩基础，其特征在于，多个所述滑动板（2）和多个所述转动板（5）在所述桩基本体（1）外壁上沿周向均布，所述联动机构包括位于中心位置的竖杆（8），位于上部连接所述竖杆（8）与所述滑动板（2）的上部连接件，以及位于下部连接所述竖杆与所述转动板（5）的下部连接件。

5.如权利要求4所述的桩基础，其特征在于，所述上部连接件包括上部链杆（41）和上部固定杆（31），所述上部链杆（41）一端与所述竖杆（8）铰接，另一端与所述滑动板（2）内壁铰接，所述上部固定杆（31）一端与所述上部链杆（41）铰接，另一端与桩身内壁固定连接。

6.如权利要求4所述的桩基础，其特征在于，所述下部连接件包括下部链杆（42）和下部固定杆（32），所述下部链杆（42）一端与所述竖杆（8）铰接，另一端与所述转动板（5）内壁滑动连接，所述下部固定杆（32）一端与所述下部链杆（42）铰接，另一端与桩身内壁固定连接。

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