用于输电线路的预制扩盘根键式掏挖类基础及其施工方法与流程

[0001]
本发明涉及输电线路铁塔基础技术领域，尤其涉及一种用于输电线路的预制扩盘根键式掏挖类基础及其施工方法。


背景技术：

[0002]
输电线路越来越多的穿越高山峻岭等山区地段，同时面临着盐渍土、冻土等复杂的服役环境和建筑材料匮乏的困难。预制装配式基础以快速施工、质量容易控制、耐久性良好、建筑材料集中运输的优势在工程实践中应用逐渐增多，而掏挖基础因利用原状土特性承载力高、土方作业少，避免了开挖板式基础、群桩基础等基础类型对地形和环境造成的较大面积破坏，因此广泛应用于山区输电线路和对环保要求较高的塔位中。将装配式基础和掏挖类基础结合在一起形成装配式掏挖类基础可以兼具二者的优点，具备适用范围广、施工周期短、耐久性良好、承载力高、质量易控制、地形破坏少、有利于环保的特点。
[0003]
另一方面，随着电网规模的扩大，电网的安全运行日益受到极端恶劣天气和突发灾害的威胁，容易导致电网受损破坏。在基础抢修中，采用装配式掏挖类基础可以节省较大体积的混凝土浇筑和养护时间，加快输电线路杆塔基础抢修速度，尤其是复杂山区地形下的抢修速度。
[0004]
但是，目前装配式掏挖类基础研究和应用较少，装配式基础主要为板柱式基础或者台阶式基础，而已有的原状土装配基础类型主要为钢管桩或混凝土管桩，但由于现场条件限制，输电线路中采用的沉管工艺会导致管桩与地基土之间锚固力不易控制，抗拔承载力可靠性不佳，实际应用较少。而抢修基础的主要型式为型钢混凝土掏挖类基础，除将型钢桁架代替钢筋外，仍需现场大量浇筑混凝土，混凝土养护龄期对抢修工期的限制并未得到显著的变化，同时在应用中存在以下问题：1)大体积的混凝土浇筑和养护会制约抢修或建设工期。2) 建筑材料匮乏地区，水泥、砂石和水运输存在问题。3)中、强腐蚀的塔位需要采用进行防腐设计，采用高标号的混凝土必须使用强制式搅拌机拌制，采用防腐涂料等外防护需要多道工序作业，会使得抢修施工困难程度和施工周期大大增加。4)当冬季抢修时，混凝土需要采用冬季施工措施，如遇雨雪天气，作业难度和工作量会大幅提升。
[0005]
为解决上述问题，提高装配式掏挖类基础和抢修掏挖类基础的承载性能、施工快速便捷和多类环境下的适用性，需要一种用于输电线路的预制扩盘根键式掏挖类基础。


技术实现要素：

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针对现有技术基础抗拔承载力可靠性不佳的不足，本发明目的在于提供一种用于输电线路的预制扩盘根键式掏挖类基础及其施工方法，其具有施工快捷、基础可靠性高、适用性强、环境友好等优势。
[0007]
为达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
[0008]
一种用于输电线路的预制扩盘根键式掏挖类基础，包括混凝土组合件、预应力钢筋和预制根键；所述混凝土组合件为扩盘构件，其中部为空心结构；所述混凝土组合件沿高
度方向设置有贯穿的若干预留预应力孔，沿底面方向设置有多个根键预留孔；
[0009]
多个所述混凝土组合件依次叠放在基坑内，所述预应力钢筋穿过多个混凝土组合件上对应的预留预应力孔使混凝土组合件装配组成基础主体；
[0010]
所述预制根键穿过所述根键预留孔插入基坑侧壁内；所述混凝土组合件与基坑之间间隙填充水泥浆；所述空心结构填充掏挖基坑施工余土。
[0011]
作为本发明的进一步改进，所述混凝土组合件为圆台组合件和等直径组合件中的一种或多种组合；所述混凝土组合件为正圆台或倒圆台。
[0012]
作为本发明的进一步改进，顶部的混凝土组合件预埋地脚螺栓。
[0013]
作为本发明的进一步改进，所述混凝土组合件采用轻骨料混凝土、纤维混凝土或自密实混凝土预制成型，混凝土组合件表面涂刷防腐涂料。
[0014]
作为本发明的进一步改进，所述空心结构为圆柱或圆台。
[0015]
作为本发明的进一步改进，所述混凝土组合件高度不应小于其平均直径；所述混凝土组合件强度不低于c30。
[0016]
作为本发明的进一步改进，所述预制根键采用预制混凝土根键、预制型钢混凝土根键或金属根键；所述预制根键一端为尖部，另一端设置有预埋钢板，预埋钢板中心留有连接用孔。
[0017]
作为本发明的进一步改进，所述预制根键环向对称垂直分布或采用上下层交错布置于混凝土组合件上；所述混凝土组合件内侧应设置根键顶入设备滑道。
[0018]
一种用于输电线路的预制扩盘根键式掏挖类基础的施工方法，包括以下步骤：
[0019]
预制混凝土组合件和预制根键；
[0020]
对原状土掏挖基坑至预定深度；进行混凝土组合件的依次叠放定位并安置，进行预应力钢筋穿孔，使混凝土组合件装配组成基础主体；
[0021]
分层进行预制根键的顶推，使得预制根键穿过所述根键预留孔插入基坑侧壁内；
[0022]
向混凝土组合件与基坑之间间隙灌注水泥浆；将施工余土埋入所述混凝土组合件的空心结构中。
[0023]
作为本发明的进一步改进，灌注水泥浆通过注浆导管从基坑底部开始注入水泥浆，逐步填充基础周侧空隙。
[0024]
本发明具有如下有益效果：
[0025]
本发明采用多节混凝土组合件叠放的方式代替传统的现场浇注基础，取消了在现场绑扎和下放钢筋笼，浇筑和养护混凝土的工序，仅需在基础与地基土之间灌注少量的早强速凝的砂浆或细石混凝土，缩短了施工周期。拼接根键式掏挖类基础，主要由根键与地基土承担荷载，在抢修或建设周期紧张的情况下，设计时经过验算，可以不填充砂浆和细石混凝土，由于没有砂浆及混凝土现场浇筑的工序，完成“基坑开挖、安放基础、基坑回填”后，基础可以立即承载，显著节省了施工周期。建设周期相对不紧张时，可以等砂浆或细石混凝土强度形成后，发挥基础与地基的侧摩阻力，与根键共同作用，进一步加强可靠性。取消了现场钢筋制作和绑扎、基础混凝土浇筑养护工序，节省了施工周期；可根据实际需求采用不同组合件进行灵活组合，使用于不同地质条件；根键式结构增强了土体与基础之间的协同作用，充分发挥了土体承载的作用，提高了竖向承载力及稳定性；施工余土可填入基础中空部分，减少对山区地形和环境的破坏。本发明提供的预制扩盘根键式掏挖类基础，可显著节约
施工周期，充分发挥基础与土体的协同作用，提高基础的抗水平荷载和抗倾覆能力，降低施工安全风险和工程造价，减少施工弃土和环境破坏，提高混凝土质量和基础耐久性，起到节约成本、保护环境的目的。
[0026]
进一步，对于基岩类地质可较多采用等直径组合件，对于黄土、粉土等地质可较多采用圆台组合件；可根据不同的地质条件，灵活采用不同组合件，适用性较强；
[0027]
进一步，采用根键形成仿生结构，将水平向的根键均匀分布于各个土层中，利用基础周侧土体对根键的握裹力以及紧密嵌固作用，充分发挥了原状土体承载力的作用。多层根键的布置，可以从上至下灵活布置多层根键，比传统的扩底掏挖类基础仅在基础底部设置扩大头，能在更大范围内调动地基土承载，因此承载力更高，可以缩减基础尺寸和埋深，节省造价；
[0028]
进一步，基坑为等直径成孔作业，取消了传统掏挖类基础在基坑最底部的扩孔作业，因此消除了传统掏挖类基础施工事故的主要危险源之一，同时多层根键中的最下层根键可替代扩底提高承载力的作用。
[0029]
进一步，多节分段式的拼装构件，单个构件体积和重量较小，在交通和现场条件不良的地段，可以避免采用大型运输车辆和施工机具，降低施工难度和造价；
[0030]
进一步，掏挖基础的施工余土可置于基础中空内，减少现场余土处理量，有益于环境保护；
[0031]
进一步，组合件由室内预制，可采用轻骨料混凝土、纤维混凝土等新材料新技术，避免现场制造条件差等问题，有益于新材料新技术推广。
附图说明
[0032]
图1为正圆台预制空心掏挖基础结构示意图；
[0033]
图2为倒圆台预制空心掏挖基础结构示意图；
[0034]
图3为正圆台组合件示意图；
[0035]
图4倒圆台组合件示意图；
[0036]
图5为等直径组合件示意图；
[0037]
图6为预制混凝土根键正面图；
[0038]
图7为预制混凝土根键侧面图；
[0039]
其中：1-圆台组合件、2-等直径组合件、3-预制根键、4-预应力钢筋、5-地脚螺栓、6-预埋钢板、7-预留预应力孔。
具体实施方式
[0040]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0041]
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直
接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0042]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0043]
如图1和图2所示，本发明用于输电线路的预制空心掏挖基础，包括圆台组合件1、等直径组合件2、预制根键3、预应力钢筋4。
[0044]
圆台组合件1与等直径组合件2可根据实际需求采用不同组合，两者通过预应力钢筋4进行组合连接，根键3从圆台组合件1内部外伸一定长度。基础外侧垂直连接有若干根键，根键由各组合件外伸一定长度。各组合件重心应在同一铅垂线，且预留孔应上下贯通。
[0045]
如图3至图5所示，圆台组合件1采用内空型式，中间空心部分可采用圆柱或圆台型式；圆台组合件1靠近较大直径一侧设置预制根键3，需提前预留根键顶推孔；根键预留孔两侧需留有螺栓连接孔；等直径组合件2采用圆柱型式，内部中空部分同样采用圆柱型式。
[0046]
圆台组合件1可采用正圆台或倒圆台。圆台组合件1中间为空心部分，中空部分形状可采用圆柱形或圆台形。圆台组合件1对称预留有预应力钢筋4孔；顶部圆台组合件1预埋地脚螺栓5。
[0047]
圆台组合件1在圆台变截面中直径较大的部分，预留有根键顶推孔，且预留孔沿环向均匀分布，其尺寸略大于根键尺寸；根键预留孔两侧应留有螺栓连接用孔。
[0048]
预制根键3可采用预制混凝土根键、预制型钢混凝土根键或金属根键。根键3环向对称垂直分布或采用上下层交错布置于组合基础外侧。
[0049]
组合件混凝土可采用轻骨料混凝土、纤维混凝土、自密实混凝土等新材料。
[0050]
进一步，所述基础组装完成后，对基础与周侧土空隙采用早强速凝的砂浆或细石混凝土填充；如现场条件或工期受限，根键的抗力经过计算满足基础承载力要求，也可不进行砂浆或细石混凝土填充，方便快速施工。
[0051]
进一步，所述圆台组合件1在圆台变截面中直径较大的部分，均预留有根键顶推孔，其尺寸略大于根键尺寸。圆台组合件1根键预留孔两侧应留有螺栓连接用孔。
[0052]
所述圆台组合件1需设置纵向受力筋、环向受力筋与水平向受力筋。所述圆台组合件1最大直径不应小于0.8m；圆台组合件1高度不应小于其平均直径。
[0053]
所述圆台组合件1应预留根键顶推孔，且预留孔沿环向均匀分布。所述组合件混凝土可采用轻骨料混凝土、纤维混凝土、自密实混凝土等新材料。
[0054]
所述预制根键3为具有尖端的预制钢筋混凝土构件、型钢混凝土构件或金属构件。根键底面均需预埋钢板6，钢板应对称布置在根键两侧；钢板中心留有连接孔。
[0055]
可选的，所述预制根键3是由钢筋骨架浇筑混凝土形成预制钢筋混凝土构件，所述钢筋骨架是由纵向主筋及箍筋形成的钢网结构；预制根键3所用混凝土强度等级不低于c30，钢筋骨架强度不低于hrb400。
[0056]
如图6和图7所示，预制根键3可采用预制混凝土根键、预制型钢混凝土根键或金属根键，此处仅对预制混凝土根键进行说明。预制混凝土根键按所给尺寸制作，支好模板后安放钢筋，再浇筑混凝土，养护至设计要求强度；主筋强度不低于hrb400，凝土强度等级不低
于c30。预制根键3底部两侧均伸出一部分，为预埋钢板6，预埋钢板6中心留有连接用孔。
[0057]
可选的，所述预制根键3是由型钢与钢筋焊接并浇注混凝土形成的型钢混凝土构件，混凝土强度等级不低于c30。
[0058]
可选的，所述预制根键3是由条形型钢焊接形成的十字型金属构件。
[0059]
进一步，所述根键对称垂直分布或采用上下层交错布置于组合基础外侧。
[0060]
进一步，所述根键在组合件内环向均匀分布，且每组合件内根键数量不少于四个。
[0061]
可选的，砂浆可采用早强速凝砂浆，强度不应低于m10；或采用早强速凝细石混凝土，强度不低于c30。
[0062]
预制空心掏挖基础施工过程如下：
[0063]
1、方案一：在基础外侧面和地基之间不进行砂浆和细石混凝土：
[0064]
如图1所示，预制混凝土组合件和根键；根据施工图纸进行测量定位，采用人工或机械对原状土掏挖基坑至预定深度；进行终孔检查，清理孔洞；进行底部组合件的定位并安置；进行预应力钢筋4的穿孔，确保另一端安装可靠；按照需求分段组装各组合件，并依次穿过预应力钢筋4直至顶端组合件安装完成；施加预应力；提前完成根键的预制，分层进行预制根键3的顶入工作；连接根键与圆台组合件1；施工余土埋入基础中空部分。
[0065]
2、方案二：在基础外侧面和地基之间进行砂浆和细石混凝土：
[0066]
如图2所示，预制混凝土组合件和根键；根据施工图纸进行测量定位，采用人工或机械对原状土掏挖基坑至预定深度；进行终孔检查，清理孔洞；进行底部组合件的定位并安置；进行预应力钢筋4的穿孔，确保另一端安装可靠；按照需求分段组装各组合件，并依次穿过预应力钢筋4直至顶端组合件安装完成；施加预应力；提前完成根键的预制，分层进行预制根键3的顶入工作；连接根键与圆台组合件1；对基础周边、预应力钢筋4空隙灌注早强速凝的砂浆或细石混凝土，使其紧密结合；施工余土埋入基础中空部分；养护砂浆或细石混凝土至设计强度。
[0067]
预制根键的顶推方法：
[0068]
组合基础内侧应设置根键顶入设备滑道；根键应在现场或室内提前预制完成，确保施工时使用；
[0069]
常用预制根键3顶进设备有：千斤顶，适用于桩径大于0.8m，且不大于2.0m 的基础的预制根键3顶进，顶进过程应利用双数对称布置的预制根键3，前后同时顶推两根根键，可节约施工时间；带定位支架的根键顶推设备，由反力架、千斤顶、锥压件三大部分组成，适合于直径在2.0m～3.0m范围桩径的基础的预制根键3顶进。
[0070]
预制根键3定位及顶推方法如下：
[0071]
预制根键3顶进前做好各项准备工作，如若两根对向预制根键3长度加千斤顶长度大于桩径，则需在预制根键3位置向外开孔、预留长度空间或利用预制混凝土组合件内壁作为反力支撑进行单个根键顶进；
[0072]
用吊车或人力将预制根键3吊至桩孔中，调整千斤顶、预制根键3与预制根键3预留孔之间的线形，使三者处于同一轴线上；
[0073]
开启千斤顶顶进预制根键3。预制根键3顶进施工过程中须注意观察、千斤顶、预制根键3、预留孔三者轴线变化情况，三者轴线偏差超过一定程度后立即停止顶进，调整好线形继续施工。
[0074]
预制根键3顶推保证措施：
[0075]
顶推装置采用固定支架进行定位，确保预制根键3定位准确；
[0076]
预制根键3顶推时注意监测油压数据，当油压出现异常时立即停止顶推施工；
[0077]
当油表压力读数稳定，且油量不再下降时，表示预制根键3顶进到位。
[0078]
基础组合完成后，选择在基础外侧面和地基之间进行砂浆和细石混凝土的方案，宜通过注浆导管从底部开始注入水泥浆，填充基础周侧空隙，加固基础主体结构侧壁及基底土体。
[0079]
本发明用于输电线路的预制扩盘根键式掏挖类基础，可显著节约施工周期，充分发挥基础与土体的协同作用，提高基础的抗水平荷载和抗倾覆能力，降低施工安全风险和工程造价，减少施工弃土和环境破坏，提高混凝土质量和基础耐久性，有益于环境保护。
[0080]
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在本发明的权利要求保护范围之内。