一种用于水田的预制装配式基础结构及其设计方法与流程

本发明涉及输电线路基础，特别是涉及一种用于水田的预制装配式基础结构及其设计方法。

背景技术：

1、随着我国人口的增长和经济的发展，对能源的的需求不断增加，国家对输电线路工程的建设也更加重视。但由于我国地大物博且跨度较大，气候和地质条件多样，要想进一步发展我国输电体系的建设，就要面对各种复杂的环境条件。其中在东北地区水田地质条件基础施工时存在夏季场地受限、施工组织困难，冬季烧炭养护有隐患，安全风险大，质量难保证、施工成本高等问题，并且由于水田环境冬夏季干湿交替，腐蚀问题严重，因此已有的金属装配式基础不适用于水田环境。

2、线路施工中使用的传统现浇钢筋混凝土柱下独立基础施工过程繁琐复杂，存在施工过程的周期长、在施工中容易对环境产生污染、资源的利用率低、基础的质量不易保证、需要劳动力过大等缺点，因此对装配式基础的研究与应用成为了新时期经济建设和可持续发展的必要趋势。而预制装配式基础具有标准化生产，施工工艺简单，施工速度快，能满足特殊施工环境，避免现场湿作业，提高工程质量等优势，可以完美解决水田地质条件铁塔基础施工困难等问题。目前输电线路施工中现有装配式基础大多为针对沙漠地区的装配式钢结构基础、冻土地区的装配式空心桩基础和装配式混凝土基础，以上基础有较多的钢材构件裸露和装配连接的空隙较大，在东北水田地区难以使用。

3、而随着对装配式基础的重视，不少学者对现有装配式基础进行了改进和优化，设计出了应用于不同适用环境的新式装配式基础。例如：

4、中国专利(专利号cn202211645717.2)公开的一种榫卯结构预应力装配式基础结构，其中提出了一种采用锚固机构连接不同部件的榫卯预应力装配式基础；中国专利(专利号cn202122118959.3)公开了盘式榫卯装配式基础，其中提出了一种连接简单、组装快捷的卯榫结构拼装的装配式基础，但是这种结构降低了节点处有效面积，基础抗剪切能力可能会变差；以上现有专利技术方案中卯榫拼装结构的缝隙在东北水田环境下较易进水腐蚀。

5、中国专利(专利号cn202210778116.2)公开了后张力预应力拼装变电站装配式柱下独立基础及其设计方法，其中提出了一种通过预应力筋连接的水平分块的装配式柱下独立基础；中国专利(专利号cn202210313264.7)公开了模块化偏心装配式基础，其中提出了一种由穿钉螺栓连接的偏心装配式基础。中国专利(专利号cn202120310302.4)公开了一种新型输电线路装配式基础，其中提到了一种由和立柱和若干阶梯形基础基座组成，后用螺栓连接的装配式基础；以上现有专利技术方案中的基础有大量金属构件外露，在水田环境易受腐蚀。

6、中国专利(专利号cn202210694788.5)公开了一种水田用格构式角钢输电塔装配式基础及其施工方法，其中提出了一种通过锚固在钢筋混凝土底板的预埋螺纹钢棒连接，带有混凝土壳的水田用格构式角钢输电塔装配式基础，但是这种基础采用凹形分体结构，制作复杂，施工时需要精准对接凹槽，操作困难，且没有对外露的金属件设置混凝土保护帽，在水田地区金属件易被腐蚀。

7、中国专利(专利号cn201621447766.5)公开了一种用于输电塔的装配式基础，其中提出了一种采用水平加劲筋的钢支架板条装配式基础；中国专利(专利号cn201621446990.2)公开了一种输电线路铁塔装配式基础，其中提出了一种底部采用锚杆固定的钢支架板条装配式基础；中国专利(专利号cn201120190330.3)公开了输电线铁塔偏心装配式基础，其中提出了一种在支架周围铺设加筋土工合成材料的偏心支架板条装配式基础，这些专利都是对角锥支架型装配式基础进行了改进，主要适用于质地松散、流动性大的风沙地区，对于东北水田地区，钢架板条基础在潮湿环境中太易遭受腐蚀。

8、中国专利(专利号cn201621446990.2)公开了高压输电线路铁塔螺旋锚装配式基础；中国专利(专利号cn201721232361.4)公开了装配式复合螺旋锚杆板式基础；这两个专利技术方案都提出了一种由螺旋锚杆和基础板连接组成的装配式基础；中国专利(专利号cn202211566156.7)公开了一种输电线路装配式岩石锚杆基础及施工方法，提出了一种将装配式基础与岩石锚杆基础进行优化组合的装配式基础。但这些基础都主要适用于土层以下为岩石地基的山地地区。

9、因此，如何开发一种用于水田的预制装配式基础结构及其设计方法，可适用于东北水田地质条件的输电塔施工是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种用于水田的预制装配式基础结构及其设计方法，旨在解决在东北地区水田地质条件基础施工时存在的夏季场地受限、施工组织困难；冬季烧炭养护浇筑的混凝土有隐患，安全风险大，质量难保证、施工成本高、腐蚀严重等问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的一个方面提供了一种用于水田的预制装配式基础结构，包括：

4、预制底板，

5、预制主柱，所述预制主柱底部周向具有板式扩展结构；所述板式扩展结构的板面上设有预留通孔且平行位于所述预制底板顶端；

6、预埋金属连接件一和预埋金属连接件二，所述预埋金属连接件一一端预埋在所述预制底板内部，另一端贯穿所述预留通孔，并延伸至所述板式扩展结构上方形成裸露段一；所述预埋金属连接件二预埋在所述预制主柱内部，其顶端自所述预制主柱顶端穿出，并延伸至所述预制主柱上方形成裸露段二；

7、吊装环，所述吊装环包括吊装环一和吊装环二，所述吊装环一螺纹连接在所述裸露段一顶部以将所述板式扩展结构与所述预制底板紧固；所述吊装环二螺纹连接在所述裸露段二顶部；

8、保护帽，所述保护帽包括保护帽一和保护帽二；所述保护帽一可封盖固定在所述裸露段一及所述吊装环一外部，所述保护帽二可封盖固定在所述裸露段二及所述吊装环二外部。

9、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供的一种用于水田的预制装配式基础结构，通过将现有技术中的整个基础结构沿纵向拆分成预制主柱和预制底板，预制底板预埋金属连接件，预制主柱底部板式扩展结构形成的台阶处设置预留通孔，现场装配时，通过预留通孔、预埋金属连接件一和吊装环一进行连接形成整个柱下独立基础。在预制主柱顶部通过预埋金属连接件二固定连接吊装环二；吊装环一和吊装环二起到方便分体吊装预制主柱和预制底板的作用；吊装环一、预埋金属连接件一顶部的裸露段一可由保护帽一进行隔离阳光、空气和水，以实现防腐保护；吊装环二、预埋金属连接件二顶部的裸露段二可由保护帽二进行隔离阳光、空气和水，以实现防腐保护；因此，本发明的预制装配式基础结构可适用于东北水田冷热交替腐蚀的地质环境条件，具有耐用性强、施工便捷且周期短、施工成本低的优点。

10、作为上述技术方案的进一步改进，所述预制主柱及所述预制底板均为混凝土或钢筋混凝土结构。

11、钢筋混凝土结构预制主柱和预制底板可防止吊装时混凝土构件出现开裂。

12、作为上述技术方案的进一步改进，所述预埋金属连接件一和所述预留通孔均为多个且数量相同，多个所述预埋金属连接件一和多个所述预留通孔的位置一一对应。

13、作为上述技术方案的进一步改进，所述预制主柱上部为圆形或方形柱状结构。

14、作为上述技术方案的进一步改进，还包括紧固组件，所述紧固组件包括所述吊装环一、金属垫板和紧固螺母，所述金属垫板抵接在所述板式扩展结构顶端且套设在所述裸露段一上；所述紧固螺母螺纹连接在所述裸露段一上且紧固在所述金属垫板顶端，以将所述预制主柱与所述预制底板紧固连接；所述吊装环一紧固在所述紧固螺母顶端以构成防松紧固结构。

15、金属垫板起到了增大有效接触面积的作用，可防止紧固螺母紧固的同时相应板式扩展结构顶面局部受压破坏；吊装环一与紧固螺母构成的防松紧固结构可提高预制装配式基础结构的整体稳固性。

16、作为上述技术方案的进一步改进，所述金属垫板和所述紧固螺母均为多个；所述金属垫板和所述紧固螺母自所述预制主柱顶端至所述吊装环二底端依次套设在所述裸露段二上。

17、作为上述技术方案的进一步改进，所述裸露段一、所述裸露段二、所述吊装环一和所述吊装环二的外壁面均设置防腐保护层。防腐保护层进一步提高了裸露段一、裸露段二、吊装环一和吊装环二的抗腐蚀性。

18、作为上述技术方案的进一步改进，所述板式扩展结构顶端对应所述裸露段一侧方预埋有可与所述保护帽一固定连接的连接立柱一；所述预制主柱顶端对应所述裸露段二侧方预埋有可与所述保护帽二固定连接的连接立柱二。

19、作为上述技术方案的进一步改进，所述预埋金属连接件一为l型锚栓；所述预埋金属连接件二为地脚螺栓。

20、本发明的另一个方面提供了一种用于水田的预制装配式基础结构的设计方法，包括前述一种用于水田的预制装配式基础结构，具体步骤为：

21、步骤一：选取实际工程中输电塔刚性基础的设计条件及地质参数进行基础结构的底板和主柱的设计；

22、步骤二：按照设计条件，设计柔性基础；考虑装配式基础分块吊装时混凝土构件易开裂，在相同的荷载条件下对步骤一中所设计刚性基础的底板、主柱及主柱底部板式扩展结构形成的台阶处进行配筋，并对基础结构尺寸进行调整，以设计成柔性基础结构；

23、步骤三：以步骤二中柔性基础结构的底板上平面为基准对其进行拆分，形成钢筋混凝土结构的预制主柱和预制底板，得到柔性装配式基础结构；并进行金属连接件的设计。

24、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种用于水田的预制装配式基础结构及其设计方法，具有以下优点及有益效果：

25、1、本发明提供的一种用于水田的预制装配式基础结构，与现有现浇式基础结构相比，施工更加便利，工厂预制，现场吊装，避免夏季现场浇筑混凝土，缩短施工时间，减少征地时间。冬季工厂养护，避免现场养护一氧化碳中毒，减少冬季防冻混凝土的使用，降低了成本。

26、2、本发明提供的一种用于水田的预制装配式基础结构，在同等地质条件下，按刚性基础-柔性基础-装配式基础的顺序设计，满足装配式功能要求的同时，节约了混凝土的用量，降低了材料的成本。

27、3、本发明提供的一种用于水田的预制装配式基础结构，无金属连接件外露，抗冻融循环能力更强，能适应东北水田冷热交替腐蚀环境。