铁塔单桩联合基础及其施工方法与流程

1.本发明涉及铁塔基础领域，尤其是一种铁塔基础及其施工方法。


背景技术：

2.输电线路的铁塔最常见的为四腿铁塔，现有的四腿铁塔基础常规采用每个塔腿下一个基础的方式，将铁塔上的荷载传递到地基中，如公告号为cn203411988u的实用新型专利，但随着线路建设，存在以下几种情况四腿铁塔塔腿采用独立基础难于建设的困难：
3.1、沿城市及城市周边道路建设的四腿铁塔，因路边下埋设有市政水电管线，无法建设四个基础；
4.2、线路经过生态环境保护区、水源地、水产养殖基地等对动土区域及范围均有限制，四腿基础无法满足要求；
5.3、山区水电送出线路场地狭窄，孤立山包或悬崖边无法建设四个独立基础；
6.4、生态环境脆弱的高原或戈壁场地，建设四个独立基础对塔基环境破坏严重，无法满足环水保要求；
7.5、地质条件坚硬，地基开挖困难，采用小截面独立基础机械开挖空间受限，采用大截面独立基础造成投资增加；
8.6、地质条件差，地形坡度大的塔位采用四个独立基础开挖风险高，且环境破坏大；
9.7、冻胀等级和深度较大区域，四腿独立基础中冻胀力对基础上拔影响较大，造成工程量大幅增加；以上问题目前常用的基础型式均难以解决。


技术实现要素：

10.本发明所要解决的技术问题是提供一种铁塔单桩联合基础及其施工方法，减少场地条件对于铁塔基础的限制，同时降低铁塔基础对周边的影响。
11.本发明公开的铁塔单桩联合基础，包括一根基桩和多根塔脚连接梁，所述基桩位于多根塔脚连接梁的中间，各所述塔脚连接梁一端均与基桩相连接、另一端向外发散延伸形成延伸部，所述延伸部设置有用于连接铁塔腿的塔脚连接结构。
12.优选地，所述基桩的底部设置有基础扩大头。
13.优选地，所述塔脚连接梁水平设置。
14.优选地，所述塔脚连接梁从基桩至延伸部倾斜向上设置。
15.优选地，各所述塔脚连接梁连接于基桩的同一水平高度上。
16.优选地，各所述塔脚连接梁连接于基桩的不同水平高度上。
17.优选地，所述塔脚连接结构为地脚螺栓，所述地脚螺栓底部连接有锚板，所述锚板位于塔脚连接梁的钢筋下方。
18.优选地，所述塔脚连接梁为混凝土或者型钢材料。
19.所述的铁塔单桩联合基础的施工方法，包括如下步骤：
20.设计铁塔单桩联合基础；
21.按照基桩的设计开挖基坑，并开挖塔脚连接梁的沟槽；
22.绑扎钢筋，设置塔脚连接梁，完成后按铁塔根开固定预埋地脚螺栓作为塔脚连接结构，支立模板，浇筑混凝土形成铁塔单桩联合基础。
23.优选地，在设计铁塔单桩联合基础时，在塔脚连接梁的塔脚连接结构上加载荷载，根据铁塔各工况计算的上拔力最不利、下压力最不利、水平力最不利情况确定加载荷载的大小和方向。
24.优选地，在设计铁塔单桩联合基础时，根据年平均气温条件计算基础作用力，以此基础作用力计算塔脚连接梁挠度，设计塔脚连接梁预抬值大于计算出的塔脚连接梁挠度。
25.本发明的有益效果是：本技术的铁塔单桩联合基础仅在铁塔中心开挖和浇筑一个基础，此基础大大减少基础占地及开挖，减少场地条件对于铁塔基础的限制，同时降低铁塔基础对周边的影响和破坏，能够有效解决背景技术中所述的城市地下管线多、山区四个独立基础建设困难、保护区动土区域限制、冻胀对基础上拔影响大等难题。
附图说明
26.图1是本技术的一种实施方式的示意图；
27.图2是本技术的另一种实施方式的图；
28.图3是本技术的计算示例示意图。
29.附图标记：基础扩大头1，基桩2，塔脚连接梁3，塔脚连接结构4。
具体实施方式
30.下面对本发明进一步说明。
31.本发明公开的铁塔单桩联合基础，包括一根基桩2和多根塔脚连接梁3，所述基桩2位于多根塔脚连接梁3的中间，各所述塔脚连接梁3一端均与基桩2相连接、另一端向外发散延伸形成延伸部，所述延伸部设置有用于连接铁塔腿的塔脚连接结构4。
32.其中，塔脚连接梁3上的塔脚连接结构4用于连接铁塔的塔脚，塔脚连接结构4通常为地脚螺栓，也可采用现有的其他连接方式，塔脚连接梁3的数量可根据塔脚数量确定，目前绝大多数铁塔塔脚为四个，即塔脚连接梁3的数量通常也为四个，整个基础的基桩2数量则仅为一个，其位于各个塔脚连接梁3的中间位置，各个塔脚的作用力通过塔脚连接梁3传递至基桩2处，由基桩2稳定承受。由于仅设置一个基桩2，因此，减少场地条件对于铁塔基础的限制，同时降低铁塔基础对周边的影响和破坏。
33.该铁塔单桩联合基础的施工方法，包括如下步骤：
34.设计铁塔单桩联合基础；
35.按照基桩2的设计开挖基坑，并开挖塔脚连接梁3的沟槽；
36.绑扎钢筋，设置塔脚连接梁3，完成后按铁塔根开固定预埋地脚螺栓作为塔脚连接结构4，支立模板，浇筑混凝土形成铁塔单桩联合基础。
37.设计时，需要兼顾考虑铁塔和场地条件，基础既要达到铁塔的安装需求，又要与场地条件相适配，场地条件包含周边环境、地质地形等方面因素；开挖基坑和沟槽时，可以采用机械或者人工开挖，由于所需基坑和沟槽相对面积较小，因此可以一定程度上降低工程量。塔脚连接梁3为混凝土或者型钢材料。若塔脚连接梁3采用混凝土，则塔脚连接梁3也要
绑扎钢筋，基桩2和塔脚连接梁3的钢筋可以分开绑扎，不过优选方式是基桩2钢筋与塔脚连接梁3钢筋同时绑扎，并保证有效锚固连接，若塔脚连接梁3采用型钢，可以将型钢与基桩2 钢筋连接，保证稳定性。支立模板时，模板需要固定牢固，可采取措施保证基桩2和塔脚连接梁3尺寸及钢筋保护层厚度。优选的，模板固定后复核基桩2高程、塔脚连接梁3高程及方向、基础根开、地脚螺栓根开等尺寸，复核无误后浇筑基础混凝土，混凝土应边浇筑边振捣，地脚螺栓周围混凝土浇筑振捣需保证地脚螺栓位置不变，混凝土浇筑完成后再复核基桩 2高程、塔脚连接梁3高程及方向、基础根开、地脚螺栓根开等尺寸，无误后按相应规范进行混凝土养护。
38.基桩2的稳定性尤为重要，为提高基桩2的稳定性，在本技术的优选实施方式中，所述基桩2的底部设置有基础扩大头1，基础扩大头1可以提高基桩2受力性能，无论是基础的受压、上拔、受弯性能都能提升。基础扩大头1本身可以不配置钢筋，但是需要通过钢筋和混凝土与基桩2浇筑为一体。
39.基础主要受压和受弯，仅在铁塔前后侧均上拔的情况下存在上拔荷载，绝大部分为受压，因此，通常情况下，塔脚连接梁3可以水平设置也可以从基桩2至延伸部倾斜向上设置，同时，所述塔脚连接梁3可连接于基桩2的同一水平高度上，也可以连接于基桩2的不同水平高度上，具体可以根据需求搭配，例如，各个塔脚连接梁3的延伸部根据地形和铁塔需求可以设置为不同的高度，如图1所示，当塔脚连接梁3连接于基桩2的同一水平高度上时，可以通过调整塔脚连接梁3的长度和倾斜角度来调整延伸部的高度，进而调整塔脚连接结构4 的高度和位置以适配塔脚，如图2所示，当塔脚连接梁3为水平设置时，可以通过调整各个塔脚连接梁3的连接高度和长度，来调整塔脚连接结构4的高度和位置以适配塔脚。
40.在设计铁塔单桩联合基础时，在塔脚连接梁3的塔脚连接结构4上加载荷载，根据铁塔各工况计算的上拔力最不利、下压力最不利、水平力最不利情况确定加载荷载的大小和方向，从而保证基础的稳定性。
41.如图3所示，某110kv直线塔同一工况下四个塔腿作用力如下：
42.腿号竖向力(kn)x向水平力(kn)y向水平力(kn)a-111.844.3-13.66b330.26-31.09-31.57c61.32-7.8-9.71d-387.56-35.04-35.65
43.上表荷载为最大上拔和最大下压荷载工况对应各塔腿上的基础作用力，竖向力负值表示下压，正值表示上拔。将上表中abcd四个荷载加载图3中相应塔腿上，计算出桩基受力和横梁受力，然后根据桩基础规范和混凝土规范计算计算桩基2和塔脚连接梁3规格，包括截面尺寸和钢筋数量等，最终确定出桩基2直径为1.2m，钢筋采用26根22mm，塔脚连接梁3 尺寸规格为根部高0.9m，宽0.6m，上下平面各6根28mm钢筋。
44.为了保证连接横梁受力后不因向下挠曲影响塔脚高度，在设计铁塔单桩联合基础时，根据年平均气温条件计算最大基础作用力，以此最大基础作用力计算塔脚连接梁3挠度，将计算出的塔脚连接梁3挠度作为设计塔脚连接梁3的预抬值。通过设计的塔脚连接梁3的预抬值，可以确保塔脚连接梁3在承受荷载后，处于准确高度位置，保证塔脚高度位置准确。
45.同样以图3所示的110kv直线塔为例，计算挠度的工况条件为风速5m/s，导地线不覆冰，年平均气温为5℃，此塔年平均温下作用力为：
46.腿号竖向力(kn)x向水平力(kn)y向水平力(kn)a-3.910.15-0.48b11.56-1.09-1.11c2.15-0.27-0.34d-13.56-1.23-1.25
47.最终计算出塔脚连接梁3的预抬值为8mm，在直线塔中，因风荷载计算方向不同，各塔腿均会出现相同的最大荷载，因此各个塔脚连接梁3的预抬值相同。
48.塔脚连接结构4通常为地脚螺栓，地脚螺栓需要一定的锚固长度，从而保证受力性能，为了避免因地脚螺栓锚固长度而引起塔脚连接梁3高度增加，所述地脚螺栓底部连接有锚板，所述锚板位于塔脚连接梁3的钢筋下方，通过锚板承受地脚螺栓的上拔力。