一种井字形预制混凝土塔柱基础及其施工方法与流程

本发明属于预制结构领域，特别是一种井字形预制混凝土塔柱基础及其施工方法。

背景技术：

高耸塔柱基础具有承受轴向压力较小，同时承受弯矩较大的特点，风力发电机塔柱、通信信号塔柱及输电线路塔架的基础目前大部分均采用现浇基础的形式。

在此种特殊荷载作用下，塔柱基础在施工过程中会遇到以下问题：

一、采用现浇基础的形式时，现浇基础的施工过程中需要基坑开挖、绑扎钢筋、浇筑混凝土、混凝土养护等一系列过程，并且施工过程中的这三个过程占据整个基础施工周期的80%以上。同时由于现场现浇施工工序长，在施工期间受施工场地天气情况影响较为严重。现浇基础完成后，混凝土还需要长时间的养护，并且需要待基础混凝土达到一定强度后才能进行塔柱的安装施工。由于每一个塔柱的基础工程及塔柱安装工程量都很小，但由于现浇基础需要长时间进行养护，造成很小的基础工程却仍然需要很长的施工周期。

二、混凝土实体扩展基础体积巨大，整个基础重量极大，预制后运输成本极高，因此预制拼装方案很不经济。就算对传统的塔柱扩展基础进行预制然后进行现场吊装，还会面临运输成本和吊装成本太高的问题。同时由于基础几何尺寸超过可运输的限高和限宽，甚至面临尺寸过大造成的运输困难甚至无法运输的问题，导致预制完成后根本无法运输到工程现场。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种井字形预制混凝土塔柱基础及其施工方法，要解决现有的

的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种井字形预制混凝土塔柱基础，包括设置在地基之上、承载塔柱底部的基础主体，所述基础主体由预制混凝土构件连接而成，包括核心块柱、井字梁和基础底板，

所述核心块柱的横截面为正四边形，核心块柱四周的侧端面的角部边沿位置处均连接有垂直该侧端面的井字梁，每个侧端面设有两个井字梁，连接于相对侧的侧端面的井字梁轴线对正并同轴；

轴线对正并同轴的两个井字梁以及夹设在两者之间的核心块柱通过贯穿三者的预应力束连接成整体，所述核心块柱内预设有与预应力束相适应的柱预应力孔道，所述井字梁内预设有与预应力束相适应的梁预应力孔道；

相邻的井字梁的侧端面之间均满堂连接有水平的基础底板。

所述正四边形的边长不小于两倍井字梁的宽度与塔柱底部的直径之和。

所述井字梁的两个端部分别为与核心块柱连接的近柱端和远离柱体的远柱端，所述近柱端的端面高度不大于核心块柱的高度。

所述井字梁为变截面梁，近柱端的尺寸大于远柱端的尺寸。

所述井字梁的两个侧端面上分别预设有通长的键槽，该键槽的宽度与基础底板的厚度相适应并且基础底板的边部插入键槽内。

所述键槽位于井字梁的横截面高度的中下部使井字梁的横截面呈工字型，所述井字梁以键槽为界分为下翼缘和上翼缘，所述下翼缘的高度以满足抗剪承载力需求为准；

所述预应力束包括位于井字梁的下翼缘内、按直线布置的下预应力束以及位于上翼缘内、按局部曲线布置的上预应力束，所述下预应力束的设置位置以保证其混凝土保护层的厚度为准，上预应力束的设置位置以保证其混凝土保护层的厚度为准。

所述核心块柱的中心设有埋置连接塔柱的预留孔洞或锚固连接塔柱的预埋锚栓。

所述核心块柱为单体预制构件或沿通过核心块柱中心的垂直面等分为多个预制分块并拼合连接的组合预制构件；所述井字梁为单体预制构件或者沿井字梁的长度方向划分为多个预制分块并拼合连接的组合预制构件；所述基础底板为单体预制构件或者沿平行于底板外侧边缘的方向划分为多个预制分块并拼合连接的组合预制构件。

所述井字梁与核心块柱连接的接触面均通过沿横向和竖向分别设置相应的抗剪键进行连接，各预制构件的预制分块之间的接触面也均通过沿横向和竖向分别设置相应的抗剪键进行连接。

一种井字形预制混凝土塔柱基础的施工方法，施工步骤如下：

步骤一、根据设计要求在工厂内预制核心块柱、井字梁和基础底板并运至施工现场；

步骤二、在地基待安装塔柱的位置上开挖基坑；

步骤三、将核心块柱吊装至基坑内并安装；

步骤四、将井字梁按设计要求顺序依次吊装至井字梁的四周待安装位置；

步骤五、将对应的柱预应力孔道与梁预应力孔道对齐，并在对应的孔道内依次贯穿预应力束；

步骤六、张拉所有井字梁中的预应力束，并在所有的预应力孔道内灌浆密实；

步骤七、在相邻井字梁之间依次吊装基础底板；

步骤八、回填基坑。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

一、本发明是一种可采用预制化、工业化生产的高耸塔柱结构基础。根据基础各部分的功能和受力特点，采用模块化预制的基础型式，即将基础分割成先在工厂分块预制尺寸较小并便于运输的预制模块，预制模块运输至工程建设场地，通过预应力束拼装成整体。拼装完成的基础具有整体受力特点，实现与原始实体扩展基础相同的结构功能。

二、本发明由于是全预制构件可以大幅度缩减各种塔柱基础的施工周期。本发明可以将绑扎钢筋、浇筑混凝土、混凝土养护等现浇施工工序转移至预制工厂，预制模块的安装与施工现场的其他施工工序同步进行，并降低施工过程中天气情况对施工进度的影响，施工过程简便，节省人力物力，大幅度缩减了各种塔柱基础的施工周期。

三、本发明可以降低预制混凝土基础的预制件重量，方便运输。本发明预制模块可采用高强混凝土的预制构件，大幅度降低整个基础的混凝土用量，大幅度节省工程整体造价，进而降低预制构件的重量，方便运输及现场吊装。当基础构件外形尺寸足够大时，在满足受力需求的前提下，还可以采用中空的箱型预制构件，降低预制构件自重，进一步降低整个工程的预制成本、运输成本和吊装成本。

四、本发明基础的预制模块还可以进行再分割以进一步降低预制混凝土基础的预制件重量，方便运输及现场吊装，再分割的预制模块之间使用经过设计的抗剪键进行连接以进一步增强预制构件之间的整体性。

五、根据高耸塔柱基础具有承受轴向压力较小，同时承受弯矩较大的特点，本发明中的预制模块共分为核心块柱、井字梁和基础底板三个主要组成部分，核心块柱主要承载塔柱荷载并与塔柱连接；塔柱周围设置了根据基础整体受力满足基础的整体抗剪及抗冲切要求的井字梁，井字梁在核心块柱周围排布成井字，并通过预应力束将轴线对正并同轴的井字梁和核心块柱连接为一体，预应力束上下设置两道受力合理进一步增强基础的承载力。基础底板通过键槽嵌入井字梁之间，施工时只需将在基坑内由外之内推进嵌入，施工方便快捷。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1 是本发明井字形预制混凝土塔柱基础的结构示意图。

图2 是一种核心块柱实施例的结构示意图。

图3 是另一种核心块柱实施例的结构示意图。

图4 是井字梁的结构示意图。

图5是核心块柱和井字梁待连接的结构示意图。

图6是图5中穿入预应力束后连接的结构示意图。

图7是核心块柱和井字梁连接后的结构示意图。

附图标记：1-核心块柱、2-井字梁、2.1-近柱端、2.2-远柱端、2.a-下翼缘、2.b-上翼缘、3-基础底板、4-预应力束、4.1-下预应力束、4.2-上预应力束、5-柱预应力孔道、6-梁预应力孔道、7-键槽、8-预留孔洞。

具体实施方式

实施例参见图1所示，一种井字形预制混凝土塔柱基础，包括设置在地基之上、承载塔柱底部的基础主体，所述基础主体由预制混凝土构件连接而成，包括核心块柱1、井字梁2和基础底板3。

本实施例中所述核心块柱1的横截面为正四边形，核心块柱四周的侧端面的角部边沿位置处均连接有垂直该侧端面的井字梁2，每个侧端面设有两个井字梁2，连接于相对侧的侧端面的井字梁2轴线对正并同轴。正四边形的边长不小于两倍井字梁2的宽度与塔柱底部的直径之和，保证基础对塔柱底部的承载力。

井字梁2的两个端部分别为与核心块柱连接的近柱端2.1和远离柱体的远柱端2.2，所述近柱端2.1的端面高度不大于核心块柱的高度。本实施例中所述井字梁2为变截面梁，近柱端2.1的尺寸大于远柱端2.2的尺寸，近柱端的横截面高度根据基础整体受力分析确定，需要满足基础的整体抗剪及抗冲切要求。远柱端的横截面高度根据结构构造要求设置。

在其它实施例中核心块柱还可以是正六边形，井字梁依旧设置在每个角部的边沿位置处。

相邻的井字梁2的侧端面之间均满堂连接有水平的基础底板3，本实施例中所有基础底板3均位于同一标高。井字梁2的两个侧端面上分别预设有通长的键槽7，该键槽7的宽度与基础底板3的厚度相适应并且基础底板3的边部插入键槽7内。基础底板的厚度及配筋应按地基净反力设计计算。

参见图4所示，本实施例中键槽7位于井字梁的横截面高度的中下部使井字梁的横截面呈工字型，所述井字梁以键槽为界分为下翼缘2.a和上翼缘2.b，所述下翼缘2.a的高度以满足抗剪承载力需求为准。

参见图5-7所示，轴线对正并同轴的两个井字梁2以及夹设在两者之间的核心块柱1通过贯穿三者的预应力束4连接成整体，所述核心块柱1内预设有与预应力束4相适应的柱预应力孔道5，所述井字梁2内预设有与预应力束4相适应的梁预应力孔道6。

本实施例中，所述预应力束4包括位于井字梁2的下翼缘2.a内、按直线布置的下预应力束4.1以及位于上翼缘2.b内、按局部曲线布置的上预应力束4.2，所述下预应力束2.a的设置位置以保证其混凝土保护层的厚度为准，上预应力束4.2的设置位置以保证其混凝土保护层的厚度为准。

本实施例中的核心块柱1的中心设有埋置连接塔柱的预留孔洞8或锚固连接塔柱的预埋锚栓。

在实际使用中，根据运输能力及吊装能力可将核心块柱为单体预制构件，也可以参见图2-3所示为两种实施例沿通过核心块柱中心的垂直面等分为多个预制分块并拼合连接的组合预制构件。图2是两个相同的两块预制分块拼接的预制构件，图3是四个相同的四块预制分块拼接的预制构件。组合预制构件的预制分块之间的接触面均通过沿横向和竖向分别设置相应的抗剪键进行连接，抗剪键截面大小由接触面剪力设计值控制。

同样的，需要根据运输能力及吊装能力可将长度小重量轻的井字梁可作为单体预制构件，也可以沿井字梁的长度方向划分为多个预制分块并拼合连接的组合预制构件，组合预制构件的预制分块之间的接触面均通过沿横向和竖向分别设置相应的抗剪键进行连接，抗剪键截面大小由接触面剪力设计值控制。

特别是当井字梁截面过大时，在满足抗弯强度、抗剪强度、抗冲切强度的情况下，井字梁可采用箱型截面形式，预制过程中在截面中部设置塑料泡沫内膜，替换井字梁中部不需要的混凝土截面，以减轻井字梁自重。

同样的，井字梁与核心块柱连接的接触面也可以通过沿横向和竖向分别设置相应的抗剪键进行连接，抗剪键截面大小由接触面剪力设计值控制。

同样的，需要根据运输能力及吊装能力可将基础底板作为单体预制构件，当基础底板面积较大，不便于预制、运输或安装时，也可以为沿平行于底板外侧边缘的方向划分为多个预制分块并拼合连接的组合预制构件，每个预制块的宽度根据预制、运输、安装需求综合确定。组合预制构件的预制分块之间的接触面均通过沿横向和竖向分别设置相应的抗剪键进行连接，抗剪键截面大小由接触面剪力设计值控制。

本发明中的预制构件均使用高强混凝土进行预制制作，其标号至少为C30。

这种井字形预制混凝土塔柱基础的施工方法，施工步骤如下：

步骤一、根据设计要求在工厂内预制核心块柱1、井字梁2和基础底板3并运至施工现场；

步骤二、在地基待安装塔柱的位置上开挖基坑；

步骤三、将核心块柱1吊装至基坑内并安装；

步骤四、将井字梁2按设计要求顺序依次吊装至井字梁的四周待安装位置；

步骤五、将对应的柱预应力孔道5与梁预应力孔道6对齐，并在对应的孔道内依次贯穿预应力束4；

步骤六、张拉所有井字梁中的预应力束4，并在所有的预应力孔道内灌浆密实；

步骤七、在相邻井字梁2之间施工确保基础底板的底面与地基密实接触、可靠的将基础压力传递至地基的垫层，垫层可以为砂垫层、砂石垫层、砂浆垫层或素混凝土垫层，在相邻井字梁2之间依次吊装基础底板3，安装基础底板时只需在基坑内将基础底板对准键槽推入到底即可；

步骤八、回填基坑。