一种混凝土塔柱基础及其施工方法与流程

本发明涉及一种混凝土塔柱基础及其施工方法。

背景技术：

风力发电机塔、通信信号塔及输电线路铁塔的塔柱基础目前大部分均采用实体现浇扩展基础（实体现浇基础型式），其整体混凝土材料用量很大，基础基本均为构造配筋时，仍大幅超出实际受力需要的钢筋用量，材料浪费严重。此外，实体现浇扩展基础现浇完成后需要长时间养护，待基础混凝土达到一定强度后才能进行塔柱或塔架的安装施工，但每一个塔柱或塔架的基础工程及塔柱或塔架的安装工程量都很小，所以造成了很小的工程却仍然需要很长的施工周期。若对传统的实体现浇扩展基础进行预制然后再现场吊装基础，则面临运输成本和吊装成本太高的问题，而且由于塔柱基础几何尺寸经常会超过可运输的限高、限宽，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箱形混凝土塔柱基础及其施工方法，要解决风力发电机塔柱、通信信号塔柱及输电线路塔架基础材料浪费严重、综合建造成本高的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种箱形混凝土塔柱基础，其特征在于，包括：

基础底板，基础底板为混凝土板。

基础核心柱，基础核心柱为混凝土柱，其放置在基础底板上并与基础底板刚性连接。

核心墙板，核心墙板为混凝土墙板，其放置在基础底板上并与基础底板刚性连接，同时其还与基础核心柱刚性连接，其在基础核心柱的四周设置一圈、并且以基础核心柱为圆心沿径向放射状布置、并且数量至少三片，核心墙板与基础核心柱一起形成了基础核心结构。

外围墙板，外围墙板为混凝土墙板，其放置在基础底板上并与基础底板刚性连接，同时其还与核心墙板刚性连接，其设置在基础核心结构的周围、将基础核心结构围在中间、形成外围封闭的墙体结构。

基础顶板，基础顶板为混凝土板，其放置在基础核心柱、核心墙板、以及外围墙板上，并且与基础核心柱、核心墙板、以及外围墙板刚性连接。

优选的，所述基础顶板为与基础核心柱连接部位厚度大、与外围墙板连接部位厚度小的棱锥体型式或圆锥体型式。

优选的，所述核心墙板为与基础核心柱连接部位厚度大、与外围墙体连接部位厚度小的梯形截面型式。

优选的，所述箱形混凝土塔柱基础中心高、四周矮。

优选的，所述基础核心柱的上端向上穿过基础顶板、高出基础顶板的上表面。

优选的，所述基础底板为预制混凝土板，基础核心柱为预制混凝土柱，核心墙板为预制混凝土墙板，外围墙板为预制混凝土墙板，基础顶板为预制混凝土板。

优选的，所述基础底板与基础核心柱、核心墙板之间采用灌浆套筒连接，灌浆套筒预留在基础核心柱的底部和核心墙板的底部。

优选的，所述基础顶板与基础核心柱、核心墙板之间采用预留灌浆缝连接或采用预留预埋件后用钢构件连接。

优选的，所述外围墙板与基础底板采用灌浆套筒连接，灌浆套筒预留在外围墙板的底部；外围墙板与基础顶板之间采用预留灌浆缝连接或采用预留预埋件后用钢构件连接；外围墙板与核心墙板之间采用预留灌浆缝连接或采用预留预埋件后用钢构件连接。

优选的，所述基础核心柱与核心墙板为一个一体化的整体预制构件；或者是基础核心柱与核心墙板各自为独立的预制构件，基础核心柱与核心墙板之间采用预留灌浆缝连接或采用预留预埋件后用钢构件连接。

一种箱形混凝土塔柱基础的施工方法，其特征在于步骤如下：步骤一、在塔柱基础设计位置吊装基础底板；步骤二、在设计位置吊装基础核心柱，基础核心柱与基础底板通过预留灌浆套筒连接；步骤三、吊装核心墙板，核心墙板与基础核心柱形成基础核心结构，核心墙板与基础核心柱相交的地方通过预留拼接缝、现场浇筑水泥基灌浆料连接，核心墙板下部预留灌浆套筒与基础底板连接；步骤四、吊装外围墙板，外围墙板与核心墙板相交位置预留拼接缝、通过现场浇筑水泥基灌浆料与核心墙板连接成整体，外围墙板底部预留灌浆套筒与基础底板连接成整体；步骤五、在基础核心结构内部的箱形封闭空间内填充配重材料到核心墙板标高处后，吊装基础顶板，基础顶板与所有核心墙板、外围墙板及基础核心柱相交位置预留拼接缝，现场浇筑细石混凝土或水泥基灌浆料与所有核心墙板、外围墙板及基础核心柱连接成整体；步骤六、张拉基础核心柱竖向预应力。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明的优点一是降低了塔柱基础的材料用量，最大限度的利用材料强度，降低基础的综合造价。

传统的混凝土的实体现浇扩展基础体积巨大，重量也极大，整体混凝土材料用量很大，基础基本均为构造配筋时，仍大幅超出实际受力需要的钢筋用量，材料浪费严重。采用本发明的箱型基础可大幅度降低整个基础的混凝土用量、钢筋用量，大幅度节省了工程整体造价。箱型基础的箱型空腔内可回填现场开挖土方，整体基础的配重与实体现浇扩展基础相当，不影响基础的抗倾覆性能。同时由于基坑开挖出的土方大部分都重新回填回基础，大幅度减小了渣土外运的工程量，节省基础的综合建造成本。

本发明的优点二在于发明一种可采用预制化、工业化生产的高耸塔柱结构基础。

传统的风力发电机塔柱、通信信号塔柱及输电线路塔架的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，在此种特殊荷载作用下，造成塔柱基础底面积较大，所以实体现浇扩展基础的面积一般都很大，不能直接预制，即使预制，也面临尺寸过大造成的运输困难甚至无法运输的问题。而本发明的箱型基础可简单的拆分成特别适合预制的小尺寸平面墙板构件，尺寸较小的墙板构件便于运输。先在工厂分块预制，然后运输至工程建设场地拼装成整体，拼装完成的塔柱基础具有整体受力特点，可实现与实体现浇扩展基础相同的结构功能。

本发明的优点三在于大幅度缩减了各种塔柱基础的施工周期。

实体现浇扩展基础的施工过程中需要绑扎钢筋、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。而本发明采用模块化预制的基础形式，可以将这三个施工工序转移至预制工厂，可以与施工现场的其他施工工序同步进行，甚至提前预制，大幅度压缩施工现场的施工周期，并降低施工过程中天气情况对施工进度的影响。

本发明的优点四是降低了塔柱基础的预制件重量，方便运输。

混凝土的实体现浇扩展基础体积巨大，重量极大，如果改成预制，运输成本极高，因此预制拼装方案很不经济，而本发明设计成整体箱型结构，并采用高强混凝土的模块化预制构件，可大幅度降低整个基础的混凝土用量，进而降低预制构件的重量，所以方便了运输及现场吊装，大幅度节省了工程整体造价。

本发明是一种可节省材料用量，综合建造成本低，可采用预制化、工业化生产的技术，其结构体系采用整体箱型结构，利用箱形结构形式的综合刚度大的特点，形成整体性的刚度很大的基础结构，由于将原有实体基础变为箱形结构后，原有基础的大部分空间变为箱形基础的空洞部分，因此可以大幅度节省基础混凝土用量，同时不降低基础的整体刚度。同时由于基坑开挖出的土方大部分都重新回填回基础，大幅度减小了渣土外运的工程量，节省基础的综合建造成本。

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是箱形混凝土塔柱基础的立体示意图。

图2是箱形混凝土塔柱基础的内部结构示意图。

图3是箱形混凝土塔柱基础中心高、四周矮时的立体示意图。

图4是箱形混凝土塔柱基础中心高、四周矮时的内部结构示意图。

图5是箱形混凝土塔柱基础中心高、四周矮时的断面结构示意图。

图6是箱形混凝土塔柱基础中的核心墙板为梯形截面型式的示意图。

图7是基础顶板与基础核心柱连接部位厚度大、与外围墙板连接部位厚度小的示意图。

附图标记：1－基础核心柱、2－核心墙板、3－外围墙板、4－基础底板、5－基础顶板。

具体实施方式

实施例参见图1-7所示，这种箱形混凝土塔柱基础，采用将所有墙板分块预制再拼装的施工工艺，包括：

基础底板4，基础底板4为预制混凝土板，其放置在地基上。

基础底板一般厚度不小于100mm。基础底板4四周可向外围墙板3外侧悬挑一定长度（即基础底板4在外围墙板3外侧留出有悬挑边），也可与外围墙板3齐平。为增加基础底板刚度，同时节约材料用量，基础底板可采用密肋空心板，此外，也可采用实心板。

基础核心柱1，基础核心柱1为预制混凝土柱，其放置在基础底板4上并与基础底板4刚性连接。

基础核心柱1的直径需满足上部塔柱底部的锚栓连接锚固需求，或其他柱脚连接措施的构造需求。基础核心柱可根据需要设置成空心柱，也可以是实心柱，柱形状可以是圆柱形，也可以是圆台形，柱截面可以设置成圆形，也可以是正多边形。基础核心柱1的截面需满足上部塔柱结构传递荷载的承载力需求。为增加基础核心柱的抗裂、抗弯能力，可在基础核心柱1内设置竖向预应力。基础核心柱1可作为独立预制件预制生产，也可以根据运输能力及吊装能力将基础核心柱沿通过塔柱中心的垂直面等分为不少于两个的预制块，现场通过预留灌浆缝拼接为整体，当然，也可以采用其他可靠的方法。

核心墙板2，核心墙板2为预制混凝土墙板，其放置在基础底板4上并与基础底板4刚性连接，同时其还与基础核心柱1刚性连接，其在基础核心柱1的四周设置一圈、并且以基础核心柱为圆心沿径向放射状布置、并且数量至少三片，核心墙板2与基础核心柱1一起形成了基础核心结构。

核心墙板2也叫基础核心墙。核心墙板2的厚度一般不小于100mm。一般来说，每一片核心墙板2与基础核心柱1各自为独立的预制构件，核心墙板2与基础核心柱1可采用预留灌浆缝连接，或采用预留预埋件后用钢构件连接，或采用其他可靠的方法将核心墙板2与基础核心柱1连接成整体。此外，在运输条件允许的情况下，核心墙板2也可以与基础核心柱1一体化作为一个整体预制件。

外围墙板3，外围墙板3为预制混凝土墙板，其放置在基础底板4上并与基础底板4刚性连接，同时其还与核心墙板2刚性连接，其设置在基础核心结构的周围、将基础核心结构围在中间、形成外围封闭（或者叫四周封闭）的墙体结构。外围墙板厚度一般不小于100mm。

基础顶板5，基础顶板5为预制混凝土板，其放置在基础核心柱1、核心墙板2、以及外围墙板3上，并且与基础核心柱1、核心墙板2、以及外围墙板3刚性连接。

优选的，所述基础底板4与基础核心柱1、核心墙板2之间采用灌浆套筒连接，灌浆套筒预留在基础核心柱1的底部和核心墙板2的底部。此外，也可采用其他可靠的连接方法将基础底板4与基础核心结构、外围墙板3相连。

优选的，所述基础顶板5与基础核心柱1、核心墙板2之间可采用预留灌浆缝连接或采用预留预埋件后用钢构件连接，当然，也可采用其它可靠方法将基础顶板5与基础核心结构连接成整体。

优选的，所述外围墙板3与基础底板4采用灌浆套筒连接，灌浆套筒预留在外围墙板3的底部；外围墙板3与核心墙板2可采用预留灌浆缝连接，也可采用预留预埋件后用钢构件连接，或采用其他可靠的方法将外围墙板3与核心墙板2连接成整体；外围墙板3与基础顶板5之间采用预留灌浆缝连接或采用预留预埋件后用钢构件连接。

优选的，本实施例中，外围墙板3的两侧侧边、与核心墙板2的其中一侧侧边、以及相邻的外围墙板3的两侧侧边刚性连接在一起。在其它实施例中，也可以采用外围墙板3的中部与核心墙板2的其中一侧侧边刚性连接在一起，外围墙板3的两侧侧边与相邻的外围墙板3的两侧侧边刚性连接在一起的形式。

为增加本发明的整体刚度，作为优选的实施例，参见图7，所述基础顶板5为与基础核心柱1连接部位厚度大、与外围墙板3连接部位厚度小的圆锥体型式，即基础顶板5做成中心厚四周薄的形式。此外，在其它实施例中也可以做成棱锥体型式。

为增加本发明的整体刚度，作为优选的实施例，参见图3、图4、图5，所述箱形混凝土塔柱基础中心高、四周矮。

为增加本发明的整体刚度，作为优选的实施例，参见图6，所述核心墙板2为与基础核心柱1连接部位厚度大、与外围墙体3连接部位厚度小的梯形截面型式。

所述基础核心柱1的上端向上穿过基础顶板5、高出基础顶板5的上表面，即可根据需要可将基础核心柱1向上加长超出基础顶板5的上表面一定长度，如此可部分替代上部的塔柱结构，节约塔柱结构材料用量，节省综合造价。

此外，根据运输能力及吊装能力，可将基础底板4及基础顶板5沿通过塔柱中心的垂直面等分为不少于两个的预制块，现场可以通过预留浆缝拼接为整体，当然，也不限于此方法。

所述基础核心柱1与核心墙板2可以为一个一体化的整体预制构件；或者是基础核心柱1与核心墙板2各自为独立的预制构件，基础核心柱1与核心墙板2之间采用预留灌浆缝连接或采用预留预埋件后用钢构件连接。

每一片外围墙板3都作为一个独立的预制件预制生产。

为了平衡本发明自重大幅减小的问题，增强基础抗倾覆能力，施工时，可以根据需要在本发明的基础核心结构内部的箱形封闭空间内填充回填土等配重材料（即在基础核心柱1、核心墙板2、以及外围墙板3围成的封闭空间内填充回填土等配重材料），补偿基础重量，提高箱形基础抗倾覆性能后，再拼装基础顶板5。

以某工程为例，本发明的施工过程如下：

1、在塔柱基础设计位置吊装基础底板4，基础底板4底板厚度取250mm，分成两块吊装，两块基础底板之间通过预留拼接缝，现场浇筑水泥基灌浆料将两块底板拼成整体。

2、在设计位置吊装基础核心柱1，基础核心柱1为高度4500mm、内径6000mm、外径7000mm的空心混凝土柱，基础核心柱1与基础底板4通过预留灌浆套筒连接。

3、吊装核心墙板2，核心墙板2与基础核心柱1形成基础核心结构，核心墙板2厚度均为250mm，核心墙板2与基础核心柱1相交的地方通过预留拼接缝、现场浇筑水泥基灌浆料连接，核心墙板2下部预留灌浆套筒与基础底板4连接。核心墙体高度3500mm。

4、吊装外围墙板3，外围墙板3与核心墙板2相交位置预留拼接缝，通过现场浇筑水泥基灌浆料与核心墙板连接成整体；外围墙板3底部预留灌浆套筒与基础底板4连接成整体。外围墙板3厚度250mm，高度3500mm。

5、在本发明的基础核心结构内部的箱形封闭空间内填充回填土等配重材料到核心墙板标高处后，吊装基础顶板5，基础顶板5与所有核心墙板2、外围墙板3及基础核心柱1相交位置预留拼接缝，现场浇筑细石混凝土或水泥基灌浆料与所有核心墙板2、外围墙板3及基础核心柱1连接成整体。

6、张拉基础核心柱竖向预应力。

此外，这种箱形混凝土塔柱基础也可以根据需要取消所有预制构造，将整个箱型基础在现场现浇。