本發(fā)明屬于預制結構領域，特別是一種井字形預制混凝土塔柱基礎及其施工方法。

背景技術：

高聳塔柱基礎具有承受軸向壓力較小，同時承受彎矩較大的特點，風力發(fā)電機塔柱、通信信號塔柱及輸電線路塔架的基礎目前大部分均采用現(xiàn)澆基礎的形式。

在此種特殊荷載作用下，塔柱基礎在施工過程中會遇到以下問題：

一、采用現(xiàn)澆基礎的形式時，現(xiàn)澆基礎的施工過程中需要基坑開挖、綁扎鋼筋、澆筑混凝土、混凝土養(yǎng)護等一系列過程，并且施工過程中的這三個過程占據(jù)整個基礎施工周期的80%以上。同時由于現(xiàn)場現(xiàn)澆施工工序長，在施工期間受施工場地天氣情況影響較為嚴重?，F(xiàn)澆基礎完成后，混凝土還需要長時間的養(yǎng)護，并且需要待基礎混凝土達到一定強度后才能進行塔柱的安裝施工。由于每一個塔柱的基礎工程及塔柱安裝工程量都很小，但由于現(xiàn)澆基礎需要長時間進行養(yǎng)護，造成很小的基礎工程卻仍然需要很長的施工周期。

二、混凝土實體擴展基礎體積巨大，整個基礎重量極大，預制后運輸成本極高，因此預制拼裝方案很不經(jīng)濟。就算對傳統(tǒng)的塔柱擴展基礎進行預制然后進行現(xiàn)場吊裝，還會面臨運輸成本和吊裝成本太高的問題。同時由于基礎幾何尺寸超過可運輸?shù)南薷吆拖迣?，甚至面臨尺寸過大造成的運輸困難甚至無法運輸?shù)膯栴}，導致預制完成后根本無法運輸?shù)焦こ态F(xiàn)場。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種井字形預制混凝土塔柱基礎及其施工方法，要解決現(xiàn)有的

的技術問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種井字形預制混凝土塔柱基礎，包括設置在地基之上、承載塔柱底部的基礎主體，所述基礎主體由預制混凝土構件連接而成，包括核心塊柱、井字梁和基礎底板，

所述核心塊柱的橫截面為正四邊形，核心塊柱四周的側端面的角部邊沿位置處均連接有垂直該側端面的井字梁，每個側端面設有兩個井字梁，連接于相對側的側端面的井字梁軸線對正并同軸；

軸線對正并同軸的兩個井字梁以及夾設在兩者之間的核心塊柱通過貫穿三者的預應力束連接成整體，所述核心塊柱內(nèi)預設有與預應力束相適應的柱預應力孔道，所述井字梁內(nèi)預設有與預應力束相適應的梁預應力孔道；

相鄰的井字梁的側端面之間均滿堂連接有水平的基礎底板。

所述正四邊形的邊長不小于兩倍井字梁的寬度與塔柱底部的直徑之和。

所述井字梁的兩個端部分別為與核心塊柱連接的近柱端和遠離柱體的遠柱端，所述近柱端的端面高度不大于核心塊柱的高度。

所述井字梁為變截面梁，近柱端的尺寸大于遠柱端的尺寸。

所述井字梁的兩個側端面上分別預設有通長的鍵槽，該鍵槽的寬度與基礎底板的厚度相適應并且基礎底板的邊部插入鍵槽內(nèi)。

所述鍵槽位于井字梁的橫截面高度的中下部使井字梁的橫截面呈工字型，所述井字梁以鍵槽為界分為下翼緣和上翼緣，所述下翼緣的高度以滿足抗剪承載力需求為準；

所述預應力束包括位于井字梁的下翼緣內(nèi)、按直線布置的下預應力束以及位于上翼緣內(nèi)、按局部曲線布置的上預應力束，所述下預應力束的設置位置以保證其混凝土保護層的厚度為準，上預應力束的設置位置以保證其混凝土保護層的厚度為準。

所述核心塊柱的中心設有埋置連接塔柱的預留孔洞或錨固連接塔柱的預埋錨栓。

所述核心塊柱為單體預制構件或沿通過核心塊柱中心的垂直面等分為多個預制分塊并拼合連接的組合預制構件；所述井字梁為單體預制構件或者沿井字梁的長度方向劃分為多個預制分塊并拼合連接的組合預制構件；所述基礎底板為單體預制構件或者沿平行于底板外側邊緣的方向劃分為多個預制分塊并拼合連接的組合預制構件。

所述井字梁與核心塊柱連接的接觸面均通過沿橫向和豎向分別設置相應的抗剪鍵進行連接，各預制構件的預制分塊之間的接觸面也均通過沿橫向和豎向分別設置相應的抗剪鍵進行連接。

一種井字形預制混凝土塔柱基礎的施工方法，施工步驟如下：

步驟一、根據(jù)設計要求在工廠內(nèi)預制核心塊柱、井字梁和基礎底板并運至施工現(xiàn)場；

步驟二、在地基待安裝塔柱的位置上開挖基坑；

步驟三、將核心塊柱吊裝至基坑內(nèi)并安裝；

步驟四、將井字梁按設計要求順序依次吊裝至井字梁的四周待安裝位置；

步驟五、將對應的柱預應力孔道與梁預應力孔道對齊，并在對應的孔道內(nèi)依次貫穿預應力束；

步驟六、張拉所有井字梁中的預應力束，并在所有的預應力孔道內(nèi)灌漿密實；

步驟七、在相鄰井字梁之間依次吊裝基礎底板；

步驟八、回填基坑。

與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明具有以下特點和有益效果：

一、本發(fā)明是一種可采用預制化、工業(yè)化生產(chǎn)的高聳塔柱結構基礎。根據(jù)基礎各部分的功能和受力特點，采用模塊化預制的基礎型式，即將基礎分割成先在工廠分塊預制尺寸較小并便于運輸?shù)念A制模塊，預制模塊運輸至工程建設場地，通過預應力束拼裝成整體。拼裝完成的基礎具有整體受力特點，實現(xiàn)與原始實體擴展基礎相同的結構功能。

二、本發(fā)明由于是全預制構件可以大幅度縮減各種塔柱基礎的施工周期。本發(fā)明可以將綁扎鋼筋、澆筑混凝土、混凝土養(yǎng)護等現(xiàn)澆施工工序轉移至預制工廠，預制模塊的安裝與施工現(xiàn)場的其他施工工序同步進行，并降低施工過程中天氣情況對施工進度的影響，施工過程簡便，節(jié)省人力物力，大幅度縮減了各種塔柱基礎的施工周期。

三、本發(fā)明可以降低預制混凝土基礎的預制件重量，方便運輸。本發(fā)明預制模塊可采用高強混凝土的預制構件，大幅度降低整個基礎的混凝土用量，大幅度節(jié)省工程整體造價，進而降低預制構件的重量，方便運輸及現(xiàn)場吊裝。當基礎構件外形尺寸足夠大時，在滿足受力需求的前提下，還可以采用中空的箱型預制構件，降低預制構件自重，進一步降低整個工程的預制成本、運輸成本和吊裝成本。

四、本發(fā)明基礎的預制模塊還可以進行再分割以進一步降低預制混凝土基礎的預制件重量，方便運輸及現(xiàn)場吊裝，再分割的預制模塊之間使用經(jīng)過設計的抗剪鍵進行連接以進一步增強預制構件之間的整體性。

五、根據(jù)高聳塔柱基礎具有承受軸向壓力較小，同時承受彎矩較大的特點，本發(fā)明中的預制模塊共分為核心塊柱、井字梁和基礎底板三個主要組成部分，核心塊柱主要承載塔柱荷載并與塔柱連接；塔柱周圍設置了根據(jù)基礎整體受力滿足基礎的整體抗剪及抗沖切要求的井字梁，井字梁在核心塊柱周圍排布成井字，并通過預應力束將軸線對正并同軸的井字梁和核心塊柱連接為一體，預應力束上下設置兩道受力合理進一步增強基礎的承載力?；A底板通過鍵槽嵌入井字梁之間，施工時只需將在基坑內(nèi)由外之內(nèi)推進嵌入，施工方便快捷。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

圖1 是本發(fā)明井字形預制混凝土塔柱基礎的結構示意圖。

圖2 是一種核心塊柱實施例的結構示意圖。

圖3 是另一種核心塊柱實施例的結構示意圖。

圖4 是井字梁的結構示意圖。

圖5是核心塊柱和井字梁待連接的結構示意圖。

圖6是圖5中穿入預應力束后連接的結構示意圖。

圖7是核心塊柱和井字梁連接后的結構示意圖。

附圖標記：1-核心塊柱、2-井字梁、2.1-近柱端、2.2-遠柱端、2.a-下翼緣、2.b-上翼緣、3-基礎底板、4-預應力束、4.1-下預應力束、4.2-上預應力束、5-柱預應力孔道、6-梁預應力孔道、7-鍵槽、8-預留孔洞。

具體實施方式

實施例參見圖1所示，一種井字形預制混凝土塔柱基礎，包括設置在地基之上、承載塔柱底部的基礎主體，所述基礎主體由預制混凝土構件連接而成，包括核心塊柱1、井字梁2和基礎底板3。

本實施例中所述核心塊柱1的橫截面為正四邊形，核心塊柱四周的側端面的角部邊沿位置處均連接有垂直該側端面的井字梁2，每個側端面設有兩個井字梁2，連接于相對側的側端面的井字梁2軸線對正并同軸。正四邊形的邊長不小于兩倍井字梁2的寬度與塔柱底部的直徑之和，保證基礎對塔柱底部的承載力。

井字梁2的兩個端部分別為與核心塊柱連接的近柱端2.1和遠離柱體的遠柱端2.2，所述近柱端2.1的端面高度不大于核心塊柱的高度。本實施例中所述井字梁2為變截面梁，近柱端2.1的尺寸大于遠柱端2.2的尺寸，近柱端的橫截面高度根據(jù)基礎整體受力分析確定，需要滿足基礎的整體抗剪及抗沖切要求。遠柱端的橫截面高度根據(jù)結構構造要求設置。

在其它實施例中核心塊柱還可以是正六邊形，井字梁依舊設置在每個角部的邊沿位置處。

相鄰的井字梁2的側端面之間均滿堂連接有水平的基礎底板3，本實施例中所有基礎底板3均位于同一標高。井字梁2的兩個側端面上分別預設有通長的鍵槽7，該鍵槽7的寬度與基礎底板3的厚度相適應并且基礎底板3的邊部插入鍵槽7內(nèi)。基礎底板的厚度及配筋應按地基凈反力設計計算。

參見圖4所示，本實施例中鍵槽7位于井字梁的橫截面高度的中下部使井字梁的橫截面呈工字型，所述井字梁以鍵槽為界分為下翼緣2.a和上翼緣2.b，所述下翼緣2.a的高度以滿足抗剪承載力需求為準。

參見圖5-7所示，軸線對正并同軸的兩個井字梁2以及夾設在兩者之間的核心塊柱1通過貫穿三者的預應力束4連接成整體，所述核心塊柱1內(nèi)預設有與預應力束4相適應的柱預應力孔道5，所述井字梁2內(nèi)預設有與預應力束4相適應的梁預應力孔道6。

本實施例中，所述預應力束4包括位于井字梁2的下翼緣2.a內(nèi)、按直線布置的下預應力束4.1以及位于上翼緣2.b內(nèi)、按局部曲線布置的上預應力束4.2，所述下預應力束2.a的設置位置以保證其混凝土保護層的厚度為準，上預應力束4.2的設置位置以保證其混凝土保護層的厚度為準。

本實施例中的核心塊柱1的中心設有埋置連接塔柱的預留孔洞8或錨固連接塔柱的預埋錨栓。

在實際使用中，根據(jù)運輸能力及吊裝能力可將核心塊柱為單體預制構件，也可以參見圖2-3所示為兩種實施例沿通過核心塊柱中心的垂直面等分為多個預制分塊并拼合連接的組合預制構件。圖2是兩個相同的兩塊預制分塊拼接的預制構件，圖3是四個相同的四塊預制分塊拼接的預制構件。組合預制構件的預制分塊之間的接觸面均通過沿橫向和豎向分別設置相應的抗剪鍵進行連接，抗剪鍵截面大小由接觸面剪力設計值控制。

同樣的，需要根據(jù)運輸能力及吊裝能力可將長度小重量輕的井字梁可作為單體預制構件，也可以沿井字梁的長度方向劃分為多個預制分塊并拼合連接的組合預制構件，組合預制構件的預制分塊之間的接觸面均通過沿橫向和豎向分別設置相應的抗剪鍵進行連接，抗剪鍵截面大小由接觸面剪力設計值控制。

特別是當井字梁截面過大時，在滿足抗彎強度、抗剪強度、抗沖切強度的情況下，井字梁可采用箱型截面形式，預制過程中在截面中部設置塑料泡沫內(nèi)膜，替換井字梁中部不需要的混凝土截面，以減輕井字梁自重。

同樣的，井字梁與核心塊柱連接的接觸面也可以通過沿橫向和豎向分別設置相應的抗剪鍵進行連接，抗剪鍵截面大小由接觸面剪力設計值控制。

同樣的，需要根據(jù)運輸能力及吊裝能力可將基礎底板作為單體預制構件，當基礎底板面積較大，不便于預制、運輸或安裝時，也可以為沿平行于底板外側邊緣的方向劃分為多個預制分塊并拼合連接的組合預制構件，每個預制塊的寬度根據(jù)預制、運輸、安裝需求綜合確定。組合預制構件的預制分塊之間的接觸面均通過沿橫向和豎向分別設置相應的抗剪鍵進行連接，抗剪鍵截面大小由接觸面剪力設計值控制。

本發(fā)明中的預制構件均使用高強混凝土進行預制制作，其標號至少為C30。

這種井字形預制混凝土塔柱基礎的施工方法，施工步驟如下：

步驟一、根據(jù)設計要求在工廠內(nèi)預制核心塊柱1、井字梁2和基礎底板3并運至施工現(xiàn)場；

步驟二、在地基待安裝塔柱的位置上開挖基坑；

步驟三、將核心塊柱1吊裝至基坑內(nèi)并安裝；

步驟四、將井字梁2按設計要求順序依次吊裝至井字梁的四周待安裝位置；

步驟五、將對應的柱預應力孔道5與梁預應力孔道6對齊，并在對應的孔道內(nèi)依次貫穿預應力束4；

步驟六、張拉所有井字梁中的預應力束4，并在所有的預應力孔道內(nèi)灌漿密實；

步驟七、在相鄰井字梁2之間施工確?；A底板的底面與地基密實接觸、可靠的將基礎壓力傳遞至地基的墊層，墊層可以為砂墊層、砂石墊層、砂漿墊層或素混凝土墊層，在相鄰井字梁2之間依次吊裝基礎底板3，安裝基礎底板時只需在基坑內(nèi)將基礎底板對準鍵槽推入到底即可；

步驟八、回填基坑。