CN115653016A - 一种寒区桩柱基础防冻拔装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种寒区桩柱基础防冻拔装置及其安装方法，所述装置包括底座、稳固筒、限位板、滑套、弹簧、导轨、滚珠，其中：所述底座的顶面设置有垂直穿透底座的稳固筒和若干块可上下移动的限位板；所述限位板靠近桩基础一侧固定有带齿轮的滑套，滑套下方通过弹簧与底座相连；所述稳固筒的筒身外表面安装有与齿轮相匹配的导轨；所述稳固筒与桩身空隙处充填有滚珠。该装置不仅能有效防止输电线路杆塔基础因冻土切向冻胀力产生的上拔力而失稳倾斜，同时能够避免因冻土复融导致桩基下沉失稳，进而破坏输电线路，解决了多年冻土和季节性冻土的塔基稳定性问题。

Description

一种寒区桩柱基础防冻拔装置及其安装方法

技术领域

本发明属于桩基工程技术领域，涉及一种桩柱基础防冻拔装置，具体涉及一种寒区桩柱基础防冻拔装置及其安装方法。

背景技术

我国多年冻土面积约占国土面积的22％，尤其东北地区，多年冻土分布广泛，由于冻土分布的区域性及高含水性，导致位于其中的公路工程、输油工程以及电力桩柱工程出现了严重的冻胀、融沉、冻拔等冻害问题。

对于正处于冻土区的桩柱，就会受到因土体变形隆起而产生冻胀力，置于地层下的桩柱部分与土体直接作用，土体在冻胀融沉过程中，桩柱底部的不等量位移容易造成桩柱发生冻拔现象，会导致桩柱倾倒而带来工程危害。

为了防止桩柱倾斜，通常会将埋土深度增加，但是，由于桩柱与地层接触面积小及切向冻拔力过大，即便埋土深度深入冻土层，在使用过程中，经过冻土的冻融循环作用，依然无法避免桩柱产生上拔倾倒，由此造成严重的工程危害，需要消耗大量的人力物力来恢复。

目前，针对冻土区塔基防冻拔的施工技术和研究仍然存在很大的劣势，具体表现为：（1）在多年冻土地区安装的输电线路塔大部分采用大开挖，换土直埋的方法，即预先将冻土地区的季节性冻土挖去，形成基坑，然后在基础坑中浇筑混凝土基础，等浇筑养护完成后，将电杆插入其中，再将新土填入基坑中，并用机械进行夯实。但这种方式很难解决冻土地区桩基因受水平和竖向的荷载组合作用导致的上拔作用，从而致使桩基因受冻融循环作用发生倾斜或倒塌的倾覆问题。（2）由于现场浇筑混凝土过程中产生的水化热会导致冻土周围温度升高，产生冻土复融，导致桩基的不稳，甚至会直接造成桩基的失稳破坏。（3）采用开挖回填的方式将会在一定程度上破坏寒区原本薄弱的生态环境，致使冻土退化。（4）现场施工过程中因为受施工活动包括车辆行驶以及长时间的材料堆积等对多年冻土的扰动作用，所导致的冻土承载能力下降的问题；同时，现有冻土地区的施工方法会加剧施工成本。

冻土地区传统的施工方法采用的是大开挖换填土的现浇混凝土桩基，但这种施工方法很难解决桩基因受冻土区冻胀力产生的上拔作用而导致的倾覆问题；同时现浇混凝土由于水化热的产生，导致周围冻土的复融，降低冻土的承载力；除此之外，导致冻土地区冻拔和融沉现象的因素中施工的扰动和材料堆积也常常被忽视。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种寒区桩柱基础防冻拔装置及其安装方法，该装置不仅能有效防止输电线路杆塔基础因冻土切向冻胀力产生的上拔力而失稳倾斜，同时能够避免因冻土复融导致桩基下沉失稳，进而破坏输电线路，解决了多年冻土和季节性冻土的塔基稳定性问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种寒区桩柱基础防冻拔装置，包括底座、稳固筒、限位板、滑套、弹簧、导轨、滚珠，其中：

所述底座的顶面设置有垂直穿透底座的稳固筒和若干块可上下移动的限位板；

所述限位板靠近桩基础一侧固定有带齿轮的滑套，滑套下方通过弹簧与底座相连；

所述稳固筒的筒身外表面安装有与齿轮相匹配的导轨；

所述稳固筒与桩身空隙处充填有滚珠；

所述寒区桩柱基础防冻拔装置的运行方式是通过将限位板与土体相接触，冻结期限位板带动滑套在导轨上进行竖直向上的移动，融沉期受侧摩阻力的作用限位板带动滑套在导轨上进行竖直向下的移动。

一种上述寒区桩柱基础防冻拔装置的安装方法，包括如下步骤：

步骤一、开挖桩周土体至冻土层深度，采用螺栓链接的方式将底座与桩基础固定在一起埋深至冻土层处；

步骤二、在底座顶面位置处开孔并贯通底座，在开孔位置处插入稳固筒；

步骤三、在稳固筒及桩基础空隙处采用滚珠回填；

步骤四、在稳固筒远离桩基础一侧安装导轨；

步骤五、在底座顶面位置处开孔并贯通底座，将限位板插入孔内，在限位板靠近桩基础一侧安装滑套；

步骤六、回填基坑土，回填至基坑2/3高度处，采用砂砾石换填替代基坑土回填。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

对本发明的寒区桩柱基础防冻拔装置进行填埋施工时，当活动层发生冻融循环时，限位板受到冻土所施加向上的切向冻拔力，此时限位板带动滑套向上运动减弱冻拔作用，而且通过设置稳固筒，避免桩柱基础与活动层直接接触而使桩柱基础发生冻拔现象，由此，通过本发明的寒区桩柱基础防冻拔装置能够有效分离桩柱基础与活动层土体，将冻拔作用转移到限位板上，进而能够有效避免冻土对桩柱基础造成危害，有效防止桩柱基础倾倒，避免工程事故。

附图说明

图1为寒区桩柱基础防冻拔装置的结构示意图，图中：1-滑套、2-桩周土体、3-砂砾石换填层、4-可上下移动的限位板、5-滚珠、6-桩基础、7-稳固筒、8-导轨、9-弹簧、10-底座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

冬季活动层土体受温度的影响发生单向冻结，在桩土接触界面产生不等量位移，使桩发生冻拔破环，针对这种问题本发明提供了一种寒区桩柱基础防冻拔装置，如图1所示，所述装置包括底座10、稳固筒7、限位板4、滑套1、弹簧9、导轨8、滚珠5，其中：

所述底座10与桩基础6固定，固定方式采取装配式固定，将底座分为两部分，连接处通过螺接固定；

所述底座10的顶面设置有垂直穿透底座10的稳固筒7，用于安装导轨8以及为在稳固筒7内测灌注钢制滚珠5提供边界约束，稳固筒7材质选取硬质EPS或者XPS保温板，安装导轨8的方式采用粘合剂粘合在稳固筒7远离桩基础一侧；

所述底座10的顶面设置有若干块垂直穿透底座10的可上下移动的限位板4，其作用是用于安装滑套1和隔离桩周土体，限位板4的材料选用为憎水钢制材料，每块限位板4靠近桩基础一侧固定有带齿轮的滑套1，滑套1的安装方式为焊接，将滑套1通过焊接与限位板4固定在一起；

所述底座10的顶面及滑套1的底面设置链接杆，用于连接弹簧9，弹簧9的作用是进一步消减切向冻胀力；

所述底座10的顶面安装有与齿轮相匹配的导轨8，其位置位于滑套1靠近桩基础一侧、稳固筒7远离桩基础一侧，导轨8的固定方式选用粘结剂粘合，将导轨8（无轨一侧）粘结在稳固筒7上；

所述稳固筒与桩基础空隙处充填滚珠5，其目的是防止冻结过程中由于水平冻胀力过大，造成稳固筒及桩身的破环，滚珠5的材质选用钢制；

所述限位板4远离桩基础一侧采用砂砾石3换填部分替代原土。

一种上述寒区桩柱基础防冻拔装置的安装方法，包括如下步骤：

步骤一、底座采用装配式结构，将底座与桩身相连，结合部位采用螺栓预紧，开挖基坑至冻土层，将底座及桩基础埋深至冻土层处。

步骤二、在底座顶面位置处开孔（穿透底座）插入稳固筒，接口位置处采用螺纹连接。

步骤三、在稳固筒及桩基础空隙处采用滚珠回填，用于承担水平冻胀力。

步骤四、在稳固筒远离桩基础一侧安装导轨，其固定在稳固筒上，导轨固定方式采用粘合剂粘合在稳固筒远离桩基础一侧。

步骤五、在底座顶面处开孔（贯穿底座），将限位板插入孔内，在限位板靠近桩基础一侧通过焊接方式将滑套焊接于限位板上。

步骤六、回填基坑土，回填至基坑2/3高度处，采用砂砾石换填替代基坑土回填。

当活动层土体受温度影响发生单向冻结时，会在桩土接触界面产生切向冻胀力和水平冻胀力。本发明减轻冻拔的结构理念如下：

1、安装完结构之后，由桩与桩周土接触转变为桩周土与限位板接触。受切向冻胀力影响，可上下移动的限位板4带动滑套1沿着导轨8向上移动，同时滑套1由于受弹簧9的约束，可以进一步减弱切向冻胀力的影响。

2、在限位板4远离桩基础的一侧通过部分采用砂砾石换填的方式，由于砂砾石粒径较大，渗透性良好，在其孔隙处不易储集水分，通过改善土壤的渗透性和含水率，进一步减轻因含水率和温度为主要因素产生的冻胀力，从而减弱桩基冻拔。

本发明通过设置防冻拔结构和采取砂砾石换填的共同作用方式，可以大大改善桩基工程冻拔破环的问题。

Claims (8)

1.一种寒区桩柱基础防冻拔装置，其特征在于所述装置包括底座、稳固筒、限位板、滑套、弹簧、导轨、滚珠，其中：

所述底座的顶面设置有垂直穿透底座的稳固筒和若干块可上下移动的限位板；

所述限位板靠近桩基础一侧固定有带齿轮的滑套，滑套下方通过弹簧与底座相连；

所述稳固筒的筒身外表面安装有与齿轮相匹配的导轨；

所述稳固筒与桩身空隙处充填有滚珠。

2.根据权利要求1所述的寒区桩柱基础防冻拔装置，其特征在于所述稳固筒的材质选取硬质EPS或者XPS保温板。

3.根据权利要求1所述的寒区桩柱基础防冻拔装置，其特征在于所述限位板的材料选用憎水钢制材料。

4.根据权利要求1所述的寒区桩柱基础防冻拔装置，其特征在于所述滚珠为钢制滚珠。

5.根据权利要求1所述的寒区桩柱基础防冻拔装置，其特征在于所述导轨粘合在稳固筒远离桩基础一侧。

6.根据权利要求1所述的寒区桩柱基础防冻拔装置，其特征在于所述滑套通过焊接的方式与限位板固定在一起。

7.一种权利要求1-6任一项所述寒区桩柱基础防冻拔装置的安装方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、开挖桩周土体至冻土层深度，将底座与桩基础固定在一起埋深至冻土层处；

步骤二、在底座顶面位置处开孔并贯通底座，在开孔位置处插入稳固筒；

步骤三、在稳固筒及桩基础空隙处采用滚珠回填；

步骤四、在稳固筒远离桩基础一侧安装导轨；

步骤五、在底座顶面位置处开孔并贯通底座，将限位板插入孔内，在限位板靠近桩基础一侧安装滑套；

步骤六、回填基坑土，回填至基坑2/3高度处，采用砂砾石换填替代基坑土回填。

8.根据权利要求7所述的寒区桩柱基础防冻拔装置的安装方法，其特征在于所述底座与桩基础固定方式采取装配式固定，将底座分为两部分，连接处通过螺接固定。

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