CN114396192B - 用于大型输电塔的插入式钢管混凝土柱脚及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢管混凝土技术领域，具体涉及一种用于大型输电塔的插入式钢管混凝土柱脚及其施工方法。本发明包括由下而上依序布置的底部桩基锚固墩、基础承台以及插入式钢管混凝土；插入式钢管混凝土的顶部管口构成灌浆口，灌浆口内同轴布置压板，灌浆口上方还布置有锚板，锚板与压板之间通过中间杆连接彼此；该钢管混凝土柱脚还包括轴向拉杆及用于张拉轴向拉杆的拉紧螺母。本发明的插入式钢管混凝土柱脚具备构造简单、传力可靠、占用空间小、施工方便的优点，能为柱脚的正常可靠使用提供基础保障。本发明还提供一种基于上述插入式钢管混凝土柱脚的施工方法，以切实的提升施工的效率性、准确性和可靠性。

Description

用于大型输电塔的插入式钢管混凝土柱脚及其施工方法
技术领域
本发明属于钢管混凝土技术领域，具体涉及一种用于大型输电塔的插入式钢管混凝土柱脚及其施工方法。
背景技术
钢管混凝土是在钢管内部浇筑混凝土形成的组合结构；此时，其内部混凝土受到外部钢管的约束作用，其抗压性能显著提高，而外部钢管受到内部混凝土的侧向支撑，局部稳定性能显著改善。与纯钢结构和纯钢筋混凝土结构相比，钢管混凝土结构具有承载力高、塑形和抗震性能优越、节省材料和施工简便等优点，近年来应用广泛。在输电塔施工作业中，大型钢管混凝土的末端插入混凝土基础的连接施工属于罕见施工方式，应用较少；尤其是末端斜向插入基础的施工方式更为罕见，很多操作多为摸索性施工，为钢管混凝土杆塔在输变电工程中的应用造成阻碍。然而，在实际操作时，插入混凝土基础的钢管混凝土又大多为斜柱设计，易产生对混凝土外壳不利的较大拉应力，致混凝土外壳开裂。另外，由于钢管内部多加筋肋，且钢管倾斜，一方面容易形成大小不等的均匀腔体，进而使得混凝土浇筑过程中极易产生内部脱空；另一方面，使得当钢管混凝土内砂浆在凝固后，水平面状的灌浆面与上下层钢管的法兰配合处也即转换节点所在的斜面彼此相交，也会使得转环节点所在区域一部分被混凝土覆盖而另一部分脱空；结合前述混凝土外壳开裂，最终造成该区域应力失衡，产生应力分布缺陷，从而对输电塔施工质量造成严重影响，亟待解决。
发明内容
本发明的其中一个目的是克服上述现有技术的不足，提供一种用于大型输电塔的插入式钢管混凝土柱脚，其具备构造简单、传力可靠、占用空间小、施工方便的优点，能为柱脚的正常可靠使用提供基础保障，最终确保大型输电塔的使用性能满足设计所需。本发明的另一个目的在于提供一种基于上述插入式钢管混凝土柱脚的施工方法，以切实的提升施工的效率性、准确性和可靠性。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种用于大型输电塔的插入式钢管混凝土柱脚，其特征在于：包括由下而上依序布置的底部桩基锚固墩、基础承台以及由基础承台处斜向上施工形成的插入式钢管混凝土；所述插入式钢管混凝土的顶部管口构成灌浆口，灌浆口内同轴布置有用于压平灌浆面的直径与灌浆口内径吻合的压板，所述灌浆口上方还布置有锚板，锚板与压板之间通过中间杆连接彼此，且压板和/或中间杆上布置有连通插入式钢管混凝土管腔与外部环境的连通孔；该钢管混凝土柱脚还包括轴向拉杆，所述轴向拉杆底端固定在基础承台的配合法兰或插入式钢管混凝土的底端法兰处，轴向拉杆顶端沿插入式钢管混凝土的轴向延伸后贯穿锚板板面；轴向拉杆的顶端布置用于张拉轴向拉杆的拉紧螺母，拉紧螺母底端面与锚板上板面间形成抵紧配合。
优选的，所述中间杆外形呈与插入式钢管混凝土的轴线彼此同轴的直管状；中间杆的管腔轴向贯穿锚板与压板，从而形成所述连通孔。
优选的，所述压板的上板面处凹设有孔径上粗下细的二段式阶梯孔状的安装孔，安装孔的大孔径段孔径与中间杆外径吻合，中间杆的管腔直径与安装孔的小孔径段孔径吻合，中间杆底端与安装孔间形成可轴向插拔的孔轴插接式的止口配合。
优选的，灌浆口的管腔内同轴布置有孔径小于灌浆口内径的缩颈台阶，缩颈台阶的台阶面构成用于限制压板最大下压行程的限位部。
优选的，所述轴向拉杆为两端均布置外螺纹段的钢绞线。
优选的，一种应用所述用于大型输电塔的插入式钢管混凝土柱脚的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、在插入式钢管混凝土的内部混凝土浇筑完成后，通过调整固定在锚板上的拉紧螺母来首次张拉轴向拉杆，此时张拉力通过锚板及中间杆传递给灌浆口内的压板，实现对内部混凝土的压实功能；
S2、待S1步骤完成后，在插入式钢管混凝土的外部浇筑混凝土外壳，在内部混凝土已经凝固后且混凝土外壳尚未凝固前，通过拉紧螺母二次张拉轴向拉杆，直至混凝土外壳完全凝固；随后拆卸锚板，露出灌浆口，以便进行上层钢管混凝土的钢管的装配操作。
优选的，所述S2步骤中，先拆除拉紧螺母，再轴向拆除锚板及中间杆，随后在轴向拉杆处套入垫片，之后重新拧入拉紧螺母，最终完成预应力基础；垫片的布置位置与灌浆口的法兰安装路径彼此空间避让。
本发明的有益效果在于：
1)、在传统插入式钢管混凝土基础的设计上，本发明通过增设彼此配合的压板也即抗剪件、锚板及沿管周布置的轴向拉杆，即在钢管混凝土的内部混凝土浇筑完成后，通过调整固定在锚板上的拉紧螺母张拉钢绞线的同时给锚板施压，从而将力通过中间杆传递给下部的压板，以利用钢绞线正施给内部混凝土以压力，来挤压内部混凝土，达到通过挤压效应排除混凝土内部多余气泡并将混凝土填充满角落的目的，最终避免了钢管混凝土脱空现象的发生。通过上述构造，也就保证了钢管混凝土整体的应力一致性和均衡性，避免了因内部结构造成混凝土填充不均导致的脱空现象所引起的应力分布缺陷问题，其工作强度也能得到有效保证。此外，待完成钢管内部及混凝土外壳浇筑后，通过锚板二次张拉轴向拉杆，以利用内部混凝土来反施给钢绞线以拉力；等混凝土外壳部分完成养护，在轴向拉杆的顶端固定垫片并拆卸拉紧螺栓及锚板，即可形成完整的预应力基础。上述二次张拉操作，可保证预应力基础的抗裂性能，以此能够更好的抵抗由倾斜插入预应力基础的插入式钢管混凝土产生的对混凝土外壳不利的较大拉应力。
综上，本发明具备构造简单、传力可靠、占用空间小、施工方便的优点，能为柱脚的正常可靠使用提供基础保障，最终确保大型输电塔的使用性能满足设计所需。
2)、下层钢管混凝土的钢管与上层钢管混凝土的钢管之间通常需先形成法兰配合，而锚板需要伸出钢管之外以便和轴向拉杆配合，因此锚板的存在显然阻碍了该法兰配合的正常装配，同时锚板刚好位于混凝土的正常灌浆路径上。因此，实际操作时，锚板在施工中是需要拆卸掉的。锚板的拆卸可以直接拆卸本身，也可以拆卸掉中间杆。对于中间杆而言，或直接暴力破拆，或者如本发明所述，采用可拆卸的孔轴插接结构。使用孔轴插接结构的优势在于：一方面，早期灌浆后对灌浆面的下压力，可以通过中间杆底端与压板的孔肩之间的抵压作用来实现；另一方面，后期在拆卸时，只需轴向拔出，即可轻松去掉多余的中间杆和锚板，方便进行后续的上层钢管混凝土的钢管装配，操作简便快捷。当然，中间杆本身也可以分为多节结构，也即将孔轴插接的节点上移至中间杆的杆身上，同样可实现上述功能。
3)、对于连通孔而言，其可以直接贯穿压板，也可以沿中间杆的管腔贯穿整个压板和锚板，只需能实现对多余空气和浆液的排除效果即可。
4)、灌浆口内也可考虑布置限位部，从而限制压板的最大下行距离，进而在保证钢管内满浆的同时，又避免过度排浆，使用极为简便可靠。同时，压平灌浆面后，灌浆面是与灌浆口的径向截面彼此平行或重合的；限位部迫使压板压低了灌浆口内的灌浆面的高度，从而使得上层的钢管混凝土在浇筑内部混凝土时，其与本发明的内部混凝土的接驳点位于法兰配合面下方，也即接驳点刚好错开了法兰连接的转换节点所在位置，这也就进一步的保证了相对脆弱的转换节点周围区域的应力一致性和均衡性，成效显著。
附图说明
图1和图2为混凝土外壳尚未浇筑前，本发明的立体结构示意图；
图3为图2的半剖结构示意图；
图4为锚板、压板、中间杆及轴向拉杆的配合状态示意图；
图5为图2的I部分局部放大图；
图6为混凝土外壳浇筑后，本发明的外形结构图。
本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：
10-底部桩基锚固墩 20-基础承台
30-插入式钢管混凝土 30a-灌浆口 30b-缩颈台阶
31-压板 32-锚板 33-中间杆 34-连通孔
35-轴向拉杆 36-拉紧螺母
40-混凝土外壳
具体实施方式
为便于理解，此处结合图1-6，对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：
本发明在完全成型后，通常外围还需包覆一层混凝土外壳40，最终形成如图6所示的预应力基础。而在包覆图6所示混凝土外壳40之前，本发明的构造参照图1-5所示，其中：
参照图1-3所示的，本发明包括由下而上依序布置的底部桩基锚固墩10、基础承台20以及插入式钢管混凝土30；图6中增设一层混凝土外壳40。底部桩基锚固墩10与插入式钢管混凝土30顶端设计的锚板32之间沿圆周方向布置轴向拉杆35，也即钢绞线。通过插入式钢管混凝土30的底端法兰的法兰孔与顶部处锚板32的预设孔洞来约束钢绞线的安装路径。锚板32与钢绞线通过拉紧螺母36固定，并通过调节拉紧螺母36来张拉钢绞线。
实际设计时，插入式钢管混凝土30的顶端管口形成灌浆口30a，且灌浆口30a处设计有与锚板32配合使用的圆形的压板31，压板31直径吻合灌浆口30a的内径，用于压实管腔内混凝土，且在基础浇筑完成后保留在灌浆口30a的管腔内充当抗剪件。灌浆口30a内可布置如图5所示的缩颈台阶30b，从而明确压板31的最大下行距离，避免过度压浆的状况发生。
在图3-4中可看出，压板31上部中心有向锚板32处延伸的中间杆33，以便固接锚板32。具体设计时，中间杆33可以为二段式可拆卸套筒结构，也可以直接与压板31处的安装孔间形成孔轴插接式的可拆卸时配合关系，目的都是实现锚板32及中间杆33的便拆性，以便适时和压板31分离。在图4中可看出，压板31、锚板32及中间杆33彼此同轴，且压板31上还开设有连通插入式钢管混凝土30管腔与外部环境的连通孔34。连通孔34由中间杆33的管腔同轴贯穿压板31和锚板32形成，也可以单独布置在压板31上。
在必要时，可考虑插入式钢管混凝土30的钢管由两段分体管通过内外法兰结合紧固螺栓连接而成。在两段分体管上均相应的布置加筋肋，以增加整体结构刚度。此外，各层插入式钢管混凝土30的钢管的法兰配合面可以是单层法兰，也可以是内外双层法兰结构，此处就不再赘述。
至此，在传统插入式钢管混凝土30基础的设计上，本发明通过增设压板31、锚板32及沿管周布置的钢绞线三者配合，即在内部混凝土浇筑完成后，通过调整固定在锚板32上的拉紧螺母36张拉钢绞线的同时给锚板32施压，从而将力通过中间杆33传递给下部的压板31，以利用钢绞线正施给内部混凝土以压力，来挤压内部混凝土。通过上述方式，本发明可依靠挤压效应排除内部混凝土中多余气泡并将该内部混凝土填充满角落，避免脱空现象的发生。待完成内部混凝土及混凝土外壳浇筑后，内部混凝土凝固而混凝土外壳尚未凝固时，可通过锚板32二次张拉钢绞线，利用内部混凝土来反施给钢绞线以拉力，来保证钢绞线在混凝土外壳内的成型效果以及混凝土外壳成型后的基础稳定性。等全部混凝土部分完成养护，拆卸拉紧螺栓及锚板32，并在钢绞线端部固定垫片以便填充锚板32位置。当上述流程完成后，所形成的如图5所示的整体基础就能够更好的抵抗对混凝土外壳不利的拉应力，该拉应力主要由倾斜插入基础的插入式钢管混凝土30产生。
当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (7)

1.一种用于大型输电塔的插入式钢管混凝土柱脚，其特征在于：包括由下而上依序布置的底部桩基锚固墩(10)、基础承台(20)以及由基础承台(20)处斜向上施工形成的插入式钢管混凝土(30)；所述插入式钢管混凝土(30)的顶部管口构成灌浆口(30a)，灌浆口(30a)内同轴布置有用于压平灌浆面的直径与灌浆口(30a)内径吻合的压板(31)，所述灌浆口(30a)上方还布置有锚板(32)，锚板(32)与压板(31)之间通过中间杆(33)连接彼此，且压板(31)和/或中间杆(33)上布置有连通插入式钢管混凝土(30)管腔与外部环境的连通孔(34)；该钢管混凝土柱脚还包括轴向拉杆(35)，所述轴向拉杆(35)底端固定在基础承台(20)的配合法兰或插入式钢管混凝土(30)的底端法兰处，轴向拉杆(35)顶端沿插入式钢管混凝土(30)的轴向延伸后贯穿锚板(32)板面；轴向拉杆(35)的顶端布置用于张拉轴向拉杆(35)的拉紧螺母(36)，拉紧螺母(36)底端面与锚板(32)上板面间形成抵紧配合。
2.根据权利要求1所述的一种用于大型输电塔的插入式钢管混凝土柱脚，其特征在于：所述中间杆(33)外形呈与插入式钢管混凝土(30)的轴线彼此同轴的直管状；中间杆(33)的管腔轴向贯穿锚板(32)与压板(31)，从而形成所述连通孔(34)。
3.根据权利要求2所述的一种用于大型输电塔的插入式钢管混凝土柱脚，其特征在于：所述压板(31)的上板面处凹设有孔径上粗下细的二段式阶梯孔状的安装孔，安装孔的大孔径段孔径与中间杆(33)外径吻合，中间杆(33)的管腔直径与安装孔的小孔径段孔径吻合，中间杆(33)底端与安装孔间形成可轴向插拔的孔轴插接式的止口配合。
4.根据权利要求1所述的一种用于大型输电塔的插入式钢管混凝土柱脚，其特征在于：灌浆口(30a)的管腔内同轴布置有孔径小于灌浆口(30a)内径的缩颈台阶(30b)，缩颈台阶(30b)的台阶面构成用于限制压板(31)最大下压行程的限位部。
5.根据权利要求1所述的一种用于大型输电塔的插入式钢管混凝土柱脚，其特征在于：所述轴向拉杆(35)为两端均布置外螺纹段的钢绞线。
6.一种应用如权利要求1或2或3或4或5所述用于大型输电塔的插入式钢管混凝土柱脚的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、在插入式钢管混凝土(30)的内部混凝土浇筑完成后，通过调整固定在锚板(32)上的拉紧螺母(36)来首次张拉轴向拉杆(35)，此时张拉力通过锚板(32)及中间杆(33)传递给灌浆口(30a)内的压板(31)，实现对内部混凝土的压实功能；
S2、待S1步骤完成后，在插入式钢管混凝土(30)的外部浇筑混凝土外壳，在内部混凝土已经凝固后且混凝土外壳尚未凝固前，通过拉紧螺母(36)二次张拉轴向拉杆(35)，直至混凝土外壳完全凝固；随后拆卸锚板(32)，露出灌浆口(30a)，以便进行上层钢管混凝土的钢管的装配操作。
7.根据权利要求6所述的一种用于大型输电塔的插入式钢管混凝土柱脚的施工方法，其特征在于：所述S2步骤中，先拆除拉紧螺母(36)，再轴向拆除锚板(32)及中间杆(33)，随后在轴向拉杆(35)处套入垫片，之后重新拧入拉紧螺母(36)，最终完成预应力基础；垫片的布置位置与灌浆口(30a)的法兰安装路径彼此空间避让。
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