一种可重复使用的杆塔装配式基础及临时过渡杆塔的制作方法

1.本实用新型涉及电力工程领域，具体说是一种可重复使用的杆塔装配式基础及临时过渡杆塔。


背景技术：

2.随着用电负荷日益增加，电网建设规模快速增长，输电线路的迁改、增容改造等工程越来越多，输电线路过渡杆、塔的使用较为普遍。在输电线路施工中，经常遇到“临时过渡”施工，即为了保证组立新建铁塔和架设线路施工中临近带电线路的安全距离，所采取的新建临时过渡塔的方法。受到杆塔型号、呼称高、排列方式等限制，拆除的过渡杆、塔被重复利用的可能性低。使用的现浇混凝土基础，不但成本高、浇筑及养护期长，浇筑后及养生期的内部质量不能保证达到设计要求，对于预制混凝土装配基础又存不适应重复使用，过渡基础采用灌注桩基础废弃后无法完全清除，造成环境污染和材料施工机械等费用的浪费；预制混凝土装配式基础只适用于直线杆塔，不适用于耐张、转交杆塔。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型提供一种可重复使用的杆塔装配式基础及临时过渡杆塔，以解决以往过渡塔时使用的现浇混凝土基础，制作成本高、浇筑及养护期长，浇筑后及养生期的内部质量不能保证达到设计要求，对于预制混凝土装配基础又存在不适应重复使用；过渡基础采用灌注桩，基础废弃后无法完全清除，造成环境污染和材料施工机械等费用的浪费；预制混凝土装配式基础只适用于直线杆塔，不适用于耐张、转交杆塔的问题。
4.第一方面，本实用新型提供一种可重复使用的杆塔装配式基础，包括：主柱以及若干层工字钢；
5.所述主柱用于连接杆塔；
6.所述若干层工字钢顶部连接所述主柱底部，互相邻近的两层所述工字钢两端方向互相垂直，相邻的两层所述工字钢之间通过螺栓连接；
7.所述主柱与所述工字钢安装在地面设置的坑内。
8.优选地，所述若干层工字钢的层数至少为4层。
9.优选地，所述若干层工字钢中最底层所述工字钢数量至少为7个，最顶层工字钢数量至少为3个，其余层所述工字钢每层最少为2个。
10.优选地，所述若干层工字钢中第1层与第2层所述工字钢的长度至少为2.2米，其余层所述工字钢的长度至少为3米。
11.第二方面，本实用新型提供一种临时过渡杆塔，包括：可调钢管杆、横担以及杆塔装配式基础；
12.所述可调钢管杆顶端的侧壁上安装有用于连接线路的所述横担；
13.所述可调钢管杆的底端通过法兰盘连接所述杆塔装配式基础；
14.所述可调钢管杆可以调节高度。
15.优选地，所述横担包括：第一横担、第二横担以及地线横担；
16.所述第一横担用于连接35kv以下线路，所述第二横担用于连接110kv以下线路；
17.所述地线横担用于连接地线。
18.优选地，所述第一横担在所述可调钢管杆的侧壁上对称安装有两个；
19.所述第二横担在所述可调钢管杆的侧壁上相对安装有两个；
20.所述第一横担与所述第二横担之间夹角为直角。
21.优选地，所述可调钢管杆包括：头管、3米管、8米管、10米管以及尾管；
22.所述横担安装在所述头管上，所述尾管通过所述法兰盘连接所述杆塔装配式基础；
23.所述头管、3米管、8米管、10米管以及尾管中任意两个可以通过螺纹结构互相连接。
24.本实用新型具有如下有益效果：
25.本实用新型提供一种可重复使用的杆塔装配式基础及临时过渡杆塔，通过利用工字钢搭建装配式基础，解决了以往过渡塔时使用的现浇混凝土基础，制作成本高、浇筑及养护期长，浇筑后及养生期的内部质量不能保证达到设计要求，对于预制混凝土装配基础又存在不适应重复使用；过渡基础采用灌注桩，基础废弃后无法完全清除，造成环境污染和材料施工机械等费用的浪费；预制混凝土装配式基础只适用于直线杆塔，不适用于耐张、转交杆塔的问题。
附图说明
26.通过以下参考附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：
27.图1是本实用新型实施例中可重复使用的杆塔装配式基础的主视图。
28.图2是本实用新型实施例中可重复使用的杆塔装配式基础的左视图。
29.图3是本实用新型实施例中临时过渡杆塔的结构示意图。
30.图4是本实用新型实施例中可调钢管杆的俯视图。
31.在图中：1-主柱，2-工字钢，3-法兰盘，4-连接板，5-第一横担，6-第二横担，7-头管，8-3米管，9-8米管，10-10米管，11-尾管，12-地线横担。
具体实施方式
32.以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是值得说明的是，本实用新型并不限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本实用新型。
33.此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本实用新型的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。
34.同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。
35.图1是本实用新型实施例中可重复使用的杆塔装配式基础的主视图。图2是本实用
新型实施例中可重复使用的杆塔装配式基础的左视图。如图1、图2所示，一种可重复使用的杆塔装配式基础，包括：主柱1以及若干层工字钢2；主柱1用于连接杆塔；若干层工字钢2顶部连接主柱1底部，互相邻近的两层工字钢2两端方向互相垂直，相邻的两层工字钢2之间通过螺栓连接；主柱1与工字钢2安装在地面设置的坑内。
36.在本实用新型及图1、图2中，若干层工字钢2的层数至少为4层。
37.在本实用新型及图1、图2中，若干层工字钢2中最底层工字钢2数量至少为7个，最顶层工字钢2数量至少为3个，其余层工字钢2每层最少为2个。
38.在本实用新型及图1、图2中，若干层工字钢2中第1层与第2层工字钢2的长度至少为2.2米，其余层工字钢2的长度至少为3米。
39.在本实用新型实施例中，主柱1的本体为钢制圆柱体，其顶部可以通过法兰盘3与杆塔进行连接，主柱1底部安装有连接板4，连接板4为长方形钢板。工字钢2设置为4层，第1层工字钢2处于连接板4底部，第1层工字钢2的顶部与连接板4通过螺栓连接固定，螺栓采用6.8级螺栓。
40.相邻的两层工字钢2之间通过螺栓连接，即上层工字钢2的底部连接下层工字钢2的顶部。第1层工字钢2数量为3个，能够更好承受主柱1及杆塔重量，防止中间塌陷。第2层以及第3层工字钢2每层的数量为2个，同一层的工字钢2平行排列，相邻两层工字钢2互相垂直设置，使得在相同材料用量情况下，基础的承载力及稳定性最高，且便于现场施工。第4层，即最底层的工字钢2数量为7个。第1层与第2层的工字钢2长度都为2.2m，第3层与第4层工字钢2长度为3米。
41.在安装时，需要在地面上预先设置一个深度为4-6米左右的坑，将连接完成的工字钢2及主柱1放置在坑内，再用沙土进行填埋，填埋完成后，将杆塔底部通过法兰盘3与主柱1顶部连接完成即可。在拆卸时，将杆塔与主柱1法兰盘3分离，将装配式基础从坑内取出，主柱1与工字钢2在拆卸后即可分装保存重复使用。
42.在本实用新型实施例中，杆塔装配式基础要能够承载110kv以下临时过渡杆塔，需要结合导线基本参数，以及风速、覆冰条件等，对导线比载、地线比载等，进行荷载组合及计算、倾覆稳定性计算。
43.其中，常用规格的导线lgj240/55参数如下表1所示，地线gj-50参数如下表2所示，耐张绝缘子串参数如下表3所示，地线金具参数表如下表4所示。
44.表1：导线lgj240/30参数表
[0045][0046]
表2：地线gj-50参数表
[0047][0048]
表3：耐张绝缘子串参数表
[0049][0050]
表4：地线金具参数表
[0051]
编号名称型号数量质量1直角挂板zs-1010.902楔形线夹nx-211.83钢线卡子jk-210.3
[0052]
在杆塔呼称高24m、单回路、转角0-30
°
、基本风速30m/s、覆冰10mm的条件下，导线比载、地线比载的计算结果如下：
[0053]
一、导线比载
[0054]
(1)自重比载
[0055][0056]
式中：γ为导线比载；q为导线计算重量；g为重力加速度；a为导线截面积。
[0057]
(2)冰重比载
[0058][0059]
式中：b为覆冰厚度；d为架空线直径；a为架空线截面积。
[0060]
(3)垂直总比载
[0061]
γ3(10，0)＝γ1(0，0)+γ2(10，0)＝36.515
×
10-3
+30.19
×
10-3
＝66.705
×
10-3
mpa/m
[0062]
(4)无冰风压比载
[0063]
①
安装有风(假设风向垂直)
[0064][0065]
式中：βc为架空线风荷载调整系数；αf为风速不均匀系数；μ
sc
为架空线体型系数；d为架空线直径；wv为风压；a为架空线截面积；θ为风向与线路方向夹角。
[0066]
②
外过电压、内过电压
[0067][0068]
最大风速(30m/s)：
[0069]
①
强度：
[0070][0071]
②
风偏：
[0072][0073]
(5)覆冰风压比载
[0074][0075]
式中：b为覆冰风载增大系数。
[0076]
(6)无冰综合比载
[0077]
①
安装有风
[0078][0079]
②
外过电压、内过电压
[0080][0081]
最大风速(30m/s)：
[0082]
①
强度：
[0083][0084]
②
风偏：
[0085][0086]
(7)覆冰综合比载
[0087][0088]
二、地线比载
[0089]
(1)自重比载
[0090][0091]
式中：γ为导线比载；q为导线计算重量；g为重力加速度；a为导线截面积。
[0092]
(2)冰重比载
[0093][0094]
式中：b为覆冰厚度；d为架空线直径；a为架空线截面积。
[0095]
(3)垂直总比载
[0096]
γ3(10，0)＝γ1(0，0)+γ2(10，0)＝77.81
×
10-3
+96.53
×
10-3
＝174.34
×
10-3
mpa/m
[0097]
(4)无冰风压比载
[0098]
①
安装有风(假设风向垂直)
[0099][0100]
式中：βc为架空线风荷载调整系数；αf为风速不均匀系数；μ
sc
为架空线体型系数；d为架空线直径；wv为风压；a为架空线截面积；θ为风向与线路方向夹角。
[0101]
②
外过电压、内过电压
[0102][0103]
最大风速(30m/s)：
[0104]
①
强度：
[0105][0106]
②
风偏：
[0107]
[0108]
(5)覆冰风压比载
[0109][0110]
式中：b为覆冰风载增大系数。
[0111]
(6)无冰综合比载
[0112]
①
安装有风
[0113][0114]
②
外过电压、内过电压
[0115][0116]
最大风速(30m/s)：
[0117]
①
强度：
[0118][0119]
②
风偏：
[0120][0121]
(7)覆冰综合比载
[0122][0123]
三、荷载组合及计算
[0124]
1.最大风，无冰，未断线
[0125]
(1)绝缘子风荷载
[0126][0127]
式中：pj绝缘子风荷载；n1为绝缘子串数；n2为每串绝缘子片数；μs构件体形系数；μz风压高度变化系数；w0基本风压；aj每片绝缘子受风面积。
[0128]
(2)导线金具重
[0129]gj
＝137.15
×
9.8＝1344.07n
[0130]
式中：g为导线金具重。
[0131]
(3)导线风压
[0132]
pd＝γ4×a×
lh＝34.935
×
10-3
×
297.57
×
400＝4158.24n
[0133]
式中：pd为导线风压；lh为水平档距；a为架空线截面积。
[0134]
(4)导线重量
[0135]
gd＝γ1×a×
lv＝36.515
×
10-3
×
297.57
×
650＝7062.75n
[0136]
式中：gd为导线重量；lv为垂直档距；a为架空线截面积。
[0137]
(5)导线张力
[0138]
转角导线断线张力取最大的70％，地线为80％
[0139][0140]
式中：td为导线张力；t
p
为计算拉断力；k为断线张力系数；导线x取70。
[0141]
(6)导线角度荷载
[0142][0143]
式中：p
jiao
为架空线角度荷载。
[0144]
(7)导线不平衡荷载(未断线，荷载值为0)
[0145]
(8)地线风压
[0146]
pb＝γ4×a×
lh＝79.13
×
10-3
×
56.3
×
400＝1782n
[0147]
(9)地线重量
[0148]
gb＝γ1×a×
lv＝77.81
×
10-3
×
56.3
×
650＝2847.46n
[0149]
(10)地线金具重量
[0150]gj
＝3.0
×
9.8＝29.4n
[0151]
(11)跳线侧金具重
[0152]gjt
＝61.97
×
9.8＝607.31n
[0153]
(12)跳线侧金具风压
[0154][0155]
(13)地线张力
[0156][0157]
(14)地线角度荷载
[0158][0159]
(15)地线不平衡张力为0
[0160]
荷载汇总
[0161] 竖直方向平行横担方向(角度荷载+风压)地线2876.869080.6+10862.6上导线8406.8214798.24+20098.78中导线8406.8214798.24+20098.78下导线8406.8214798.24+20098.78
[0162]
2.杆身风荷载
[0163]
标准值：
[0164][0165]
式中：w0为基本风压；μs构件体形系数；μz风压高度变化系数；βz风压调整系数；d为沿结构风向投影面积。
[0166]
3.基础作用力
[0167]
运行情况：最大风速30m/s，无冰，未断线
[0168]
底部连接法兰盘外径1200mm，内径900mm。
[0169]
在本实用新型实施例中，主柱1下方连接的四层工字钢2共由13根工字钢2组成，每层工字钢2通过螺栓连接，第1层、第2层工字钢2长度为2.2米，第3层、第4层工字钢2长度为3米，则装配式基础承载力计算结果如下：
[0170]
①
承载力计算(下压稳定计算)
[0171]v0
＝3.14
×
0.452×
2.2+2.2
×
2.2
×
0.8+3.04
×
3.04
×
0.8
[0172]
＝12.67m3[0173]
基础重量(材料为型钢)：
[0174]
qf＝2.2
×6×
197
×
9.8+3.04
×7×
197
×
9.8+3.14
×
(0.45
2-0.4322)
×
2.2
×
7.85
×
9.8＝75.167kn
[0175]
下压力(考虑后装横担重量，将塔身重乘以系数1.1)：
[0176]
n＝∑g＝3484.17+8406.82
×
3+153400
×
1.1＝197.44kn
[0177]
基础上方土重和基础重量：
[0178]
g＝(b2h
0-v0)γs+qf＝(3.042×
3.8-12.67)
×
18.8+75.167
[0179]
＝497.283kn
[0180]
式中：h0为基础埋深；v0为基础体积；γs为基础底面以上土加权平均重度；b为基础边长尺寸；qf为基础重量。
[0181][0182]
式中：n为杆身总重量；γg为永久荷载分项系数；a为基础底面积；m
x
作用于基础底面或承台顶面刀方向上的力矩；my作用于基础底面或承台顶面y方向上的力矩；w
x
基础底面绕x轴的抵抗矩；wy基础底面绕y轴的抵抗矩。
[0183]
地基承载力设计值：
[0184]
fa＝f
ak
+ηbγ(h-3)+ηdγs(h
0-0.5)
[0185]
＝180+0+1.0
×
18.8
×
(3.8-0.5)＝242.04kpa
[0186][0187]
式中：fa为修正后的地基承载力设计值；f
ak
为地基承载力设计值；ηb、ηd为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数；γ为基础底面以下的土重度；γs为基础底面以上土加权平均重度；h为基础宽度；h0为基础埋深。
[0188]
∴满足要求
[0189]
四、倾覆稳定性计算(按无台阶浅基础进行计算)：
[0190][0191]
b0＝k0b＝1.12
×
0.9＝1m
[0192][0193]
0.8a1a0fa＝0.8
×
3.04
×
3.4
×
242.04＝2001.38＞y
[0194][0195][0196][0197][0198]
γfs0h0＝1.6
×
[19.942
×
40+34.896
×
(36+29+24)]
[0199]
＝3903.424＜4683.12
[0200]
式中：y为基础底面横向力；f为下压力；g0为基础重量；γf为基础附加分项系数；s0为上部结构水平作用力；f
β
为内摩擦角系数；a为底板侧面宽度；a0为底板侧面计算宽度；b为主柱侧面宽度；b0为主板侧面计算宽度；e被动土压力；e为偏心距；θ为基底展开角；h0为架空线距基础顶面距离。
[0201]
∴满足要求
[0202]
五、法兰盘连接
[0203]
法兰螺栓最大拉力：
[0204][0205]
∴选用48mm直径螺栓
[0206]
板上均布荷载：
[0207][0208]
板中弯矩：
[0209][0210]
法兰板厚度：
[0211]
[0212]
取δ＝25mm。
[0213]
法兰肋板：
[0214]
剪应力
[0215]
∴
[0216]
正应力
[0217]
∴
[0218]
∴肋板厚度选用40mm。
[0219]
本实用新型装配式基础满足输电线路电压等级为35-110千伏过渡施工；转角度数为0
°‑
30
°
的耐张塔；35千伏呼称高为18米、21米；110千伏呼称高为：21米、24米的杆塔。
[0220]
本实用新型可重复使用的杆塔装配式基础较以往基础施工具有以下优点：1.施工周期短。装配式基础安装施工只需一天即可完成基础施工并投入使用，而普通混凝土基础施工需要养生期25天，还受到天气、地质、材料、人工、机械等多方面的制约。2.人员、机械、物料的大幅降低。装配式基础施工只需5-6人即可完成安装，机械只需要一辆钩机和一辆自备吊负责装配式基础的运输和基础开挖回填工作。3.物料方面：装配式基础一次投入重复使用，不涉及到钢筋的采购加工，砂、石、水泥的采购运输和现场搅拌。本实用新型具有通用性强；储存、运输、组装方便快捷；施工周期短；适用范围广；施工占地少；土地及环境破坏小；不但可用于临时过渡，还可用于倒塔抢修；大幅降低基础施工成本，能够带来的经济效益和社会效益显著，提高作业人员在登高作业中的安全。
[0221]
图3是本实用新型实施例中临时过渡杆塔的结构示意图。图4是本实用新型实施例中可调钢管杆的俯视图。如图3、图4所示，一种临时过渡杆塔，包括：可调钢管杆、横担以及杆塔装配式基础；可调钢管杆顶端的侧壁上安装有用于连接线路的横担；可调钢管杆的底端通过法兰盘3连接杆塔装配式基础；可调钢管杆可以调节高度。
[0222]
在本实用新型及图3、图4中，横担包括：第一横担5、第二横担6以及地线横担12；第一横担5用于连接35kv以下线路，第二横担6用于连接110kv以下线路；地线横担12用于连接地线。
[0223]
在本实用新型及图3、图4中，第一横担5在可调钢管杆的侧壁上对称安装有两个；第二横担6在可调钢管杆的侧壁上相对安装有两个；第一横担5与第二横担6之间夹角为直角。
[0224]
在本实用新型及图3、图4中，可调钢管杆包括：头管7、3米管8、8米管9、10米管10以及尾管11；横担安装在头管7上，尾管11通过法兰盘3连接杆塔装配式基础；头管7、3米管8、8米管9、10米管10以及尾管11中任意两个可以通过螺纹结构互相连接。
[0225]
在本实用新型实施例中，可调钢管杆的中间部分为多节不同长度钢管组合连接，可以通过增加或减少连接的钢管节数来调节其高度。头管7位于整个可调钢管杆的最顶部，头管7侧壁上两个相对的方向分别安装第一横担5，另外两个相对的方向安装第二横担6，每个方向的横担向下纵向还安装有两个与上方相同的横担。地线横担12有4个，分别安装在头管7侧壁上的第一横担5与第二横担6上方。每个第一横担5、第二横担6以及地线横担12分别
通过横担连接点与头管7连接。装配式基础包括主柱1以及至少4层工字钢2，在安装时，在地面上预先设置深度为4-6米深的坑，工字钢2及主柱1置于坑内填埋固定。将可调钢管杆通过任意组合连接到合适高度，如将头管7底部连接3米管8，再依次连接8米管9，8米管9连接10米管10，最后连接尾管11，将钢管杆设置成3米、8米、10米能够方便吊装，局部屈曲承载力更高，且通过增加或减少3米、8米、10米管来调整的呼称高度具有普遍适用性。将顶部要连接对应荷载的横担转向连接导线方向，将尾管11的底端通过法兰盘3与主柱1顶部连接固定，最后分别将导线、地线与对应荷载的横担连接好。在使用完成后，将可调钢管杆与主柱1分离，再将钢管杆按节拆开便于运输保存重复使用。
[0226]
在本实用新型实施例中，在使用中，若连接的导线为35kv，则在安装时将连接35kv导线的横担朝向导线连接方向，若改为110kv连接，则只需将可调钢管杆的方向向左或向右旋转90度，即可将110kv横担转向导线连接方向，同理，通过旋转可调钢管杆，可以将连接35kv以下或110kv以下导线横担的位置进行转换。
[0227]
本实用新型设计结构满足以下国家执行标准：[1]gb50017-2017.钢结构设计标准[s].北京：建筑工业出版社，2018。[2]gb50545-2010.110kv～750kv架空输电线路设计规范[s].北京：中国计划出版社，2015.[3]gb50205-2020钢结构工程施工质量验收标准[m].北京：中国电力出版社，2013.[4]gb50007-2011.建筑地基基础设计规范[s].北京：中国建筑工业出版社，2012.[5]dl/t5219-2014.架空输电线路基础设计技术规程[s].北京：中国计划出版社，2015.[6]dl/t5130-2001，架空送电线路钢管杆设计技术规定[s].北京：中国电力出版社，2002.[7]dl/t5154-2012.架空输电线路杆塔结构设计技术规定[s].北京：中国计划出版社，2013.[8]中国电力工程顾问集团有限公司.电力工程设计手册：架空输电线路设计[m].北京：中国电力出版社，2019.[9]220kv输电线路钢管杆标准化设计图集钢管杆杆型图[m].中国水利水电出版社，2017.[10]国家能源局.电力建设工程预算定额(2018年版)-输电线路工程[m].北京：中国电力出版社，2018.[11]陈祥和，刘在国，肖琦.输电杆塔及基础设计(第三版)[m].北京：中国电力出版社，2020.[12]赵明华.土力学与基础工程(第四版)[m].武汉：武汉理工大学出版社，2014.[13]戴国欣.钢结构(第5版)[m].武汉：武汉理工大学出版社，2019。其适用范围广，具有极大推广价值。
[0228]
本实用新型通过不同规格钢管连接、并配有不同规格的横担，能够满足35-110千伏输电工程不同呼高过渡杆塔的需求，同时可用做抢修施工，具有适用范围广的特点。杆塔装配式基础采用工字钢2通过螺栓连接，施工简便、周期短。运输、施工方便、可重复利用，经济效益和生态效益显著。
[0229]
以上实施例仅为表达本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。