中空大直徑挖孔基礎(chǔ)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種中空大直徑挖孔基礎(chǔ)及其制作方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著特高壓電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，特高壓桿塔因?qū)Ь€截面、間隙、對(duì)地距離增 大其荷載均大幅增加，由此引起的下部基礎(chǔ)承擔(dān)的載荷也隨之增大，例如loookv線路懸垂 塔基礎(chǔ)作用力達(dá)到7000kN，耐張塔達(dá)到15000kN，水平力約為lOOOkN，是500kV線路桿塔基 礎(chǔ)作用力的4~5倍。原狀±挖孔基礎(chǔ)因其良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，在輸電線路中被 廣泛應(yīng)用。但在上述荷載條件下，原狀±挖孔基礎(chǔ)的直徑及埋深均需大幅度增大，大大削弱 了其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。
[0003] 隨著特高壓工程的建設(shè)，特別是偏遠(yuǎn)山區(qū)中的塔位，由于運(yùn)輸條件的限制，大量基 礎(chǔ)材料的運(yùn)輸將消耗很大的資源，同時(shí)隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來越嚴(yán)格，挖孔基礎(chǔ) 的棄±處理問題又是一直影響塔基周圍環(huán)境的重要因素。如何減少基礎(chǔ)混凝±的使用量和 棄±方量，成為行業(yè)內(nèi)的一大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服上述【背景技術(shù)】的不足，提供一種中空大直徑挖孔基礎(chǔ)及 其制作方法，不僅可W有效減少基礎(chǔ)混凝±的使用量，而且可W在基礎(chǔ)中回填部分棄±，有 效減少棄±量，從而起到保護(hù)環(huán)境的作用。
[0005] 本發(fā)明提供的一種中空大直徑挖孔基礎(chǔ)，包括從上到下依次連接的基礎(chǔ)主柱和基 礎(chǔ)寬底部；所述基礎(chǔ)主柱包括基礎(chǔ)露頭和基礎(chǔ)埋深段，所述基礎(chǔ)露頭與上部的輸電塔鋼巧 架連接，所述基礎(chǔ)埋深段內(nèi)設(shè)有主柱空腔；所述基礎(chǔ)寬底部包括上小下大的圓臺(tái)和位于圓 臺(tái)底部的底部圓柱體，所述圓臺(tái)頂部直徑與基礎(chǔ)主柱底部直徑相等，所述圓臺(tái)底部直徑與 底部圓柱體端面直徑相等，所述圓臺(tái)內(nèi)設(shè)有與主柱空腔相連通的底部空腔；所述主柱空腔 和底部空腔內(nèi)填充有棄±;所述基礎(chǔ)主柱內(nèi)周向均布有多根縱向設(shè)置的主柱主筋，所述底 部圓柱體內(nèi)周向均布有多根縱向設(shè)置的圓柱主筋，每根對(duì)應(yīng)的主柱主筋和圓柱主筋通過均 布于圓臺(tái)內(nèi)的圓臺(tái)主筋相連，所述主柱主筋、圓臺(tái)主筋和圓柱主筋外側(cè)分別設(shè)有多根沿周 向環(huán)形布置的外輸筋，所述主柱主筋、圓臺(tái)主筋和圓柱主筋內(nèi)側(cè)分別設(shè)有多根沿周向環(huán)形 布置的架立輸筋。
[0006] 在上述技術(shù)方案中，所述基礎(chǔ)主柱是圓柱形結(jié)構(gòu)，所述主柱空腔和底部空腔為同 軸等直徑圓柱形空腔。
[0007] 在上述技術(shù)方案中，所述基礎(chǔ)主柱的直徑di= 1. 5~2. 5m，所述主柱空腔上的基 礎(chǔ)主柱實(shí)屯、段的軸向長(zhǎng)度Zi= 1. 2~1. 5di，所述主柱空腔和底部空腔的軸向長(zhǎng)度Z2= 4~ 6di，所述基礎(chǔ)寬底部的實(shí)屯、段軸向長(zhǎng)度Zs= 0. 8~1.Od1，所述主柱空腔和底部空腔的側(cè)壁 厚度為0. 4~0. 6m，所述底部圓柱體端面直徑d2= 1. 5~2.Od1，所述底部圓柱體高度hi =0. 15~0. 20d2,所述圓臺(tái)的高度和側(cè)壁斜率分別為h2和（(12-(11)/(2乂112)，所述化-(11)/ (2Xtg= 1/3~1/2,所述基礎(chǔ)露頭高度&= 0. 5~2. 5m，所述挖孔基礎(chǔ)其余埋入地層中 的高度Hi= 10. 0 ~20.Om。
[0008] 本發(fā)明提供的一種中空大直徑挖孔基礎(chǔ)的制作方法，包括如下步驟：步驟一、 根據(jù)上部輸電塔傳遞給基礎(chǔ)的作用力大小和現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件作為邊界約束條件，初步設(shè)置 中空大直徑挖孔基礎(chǔ)的幾何尺寸參數(shù)，所述幾何尺寸參數(shù)包括；挖孔基礎(chǔ)其余埋入地層 中的高度Hi、基礎(chǔ)主柱的直徑di、底部圓柱體端面直徑d2、底部圓柱體高度hi、圓臺(tái)的高 度h,;上述參數(shù)根據(jù)本發(fā)明使用人的經(jīng)驗(yàn)設(shè)定初值；步驟二、計(jì)算挖孔基礎(chǔ)在上部鐵塔 傳來的外荷載作用下隨入±深度變化的彎矩、剪力、位移和轉(zhuǎn)角的數(shù)值，具體步驟如下： A、建立求取中空大直徑挖孔基礎(chǔ)的位移、轉(zhuǎn)角、剪力和彎矩的統(tǒng)一表達(dá)式：從材料力學(xué) 基本理論出發(fā)，建立求取中空大直徑挖孔基礎(chǔ)的位移、轉(zhuǎn)角、剪力和彎矩的統(tǒng)一表達(dá)式， 根據(jù)"中空大直徑挖孔基礎(chǔ)"的提曲微分方程：
將基礎(chǔ)按±質(zhì)變 化和中空大直徑挖孔基礎(chǔ)截面變化，根據(jù)需要進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，按文克爾假定，第j段粧身
式中，a--基礎(chǔ)的 變形系數(shù)，bj.-一第j段基礎(chǔ)的計(jì)算寬度，E山一一第j段基礎(chǔ)的抗彎剛度，zw-一第j段 基礎(chǔ)頂截面處±的抗力情況參數(shù)，nij.-一豎向地基系數(shù)的比例系數(shù)；用幕級(jí)數(shù)解法求解上
=圧 1] [M。]，[M2]=圧2][MJ=圧2]圧 1] [M。]，......[Mn]=圧n]圧n-i]……圧J
[M。]=圧][M。]--公式8,即得"中空大直徑挖孔基礎(chǔ)"位移、轉(zhuǎn)角、剪力和彎矩表達(dá)式為：
公式9;B、確定挖孔基礎(chǔ)頂部位移和轉(zhuǎn)角；實(shí)際工程中只知道基 礎(chǔ)頂部彎矩M。和剪力Q。而位移X。和轉(zhuǎn)角狗未知，故不能直接用公式9求解，為此，需要利 用基礎(chǔ)底部邊界約束條件確定X。和0。，包括W下=種情況；a、不考慮底部約束條件時(shí)粧 底支撐于±層或巖面上，即咕=0,M,= 0 ;b、考慮底部約束條件時(shí)粧底支撐于±層或巖面 上，即Q,= 〇, 粧下端嵌固于巖層中，即x,= 0, 口: = 〇;根據(jù)不同的約束情 況，利用公式9求得基礎(chǔ)頂部的位移X。和轉(zhuǎn)角％;C、逐層計(jì)算中空大直徑挖孔基礎(chǔ)的位 移、轉(zhuǎn)角、剪力和彎矩；根據(jù)上部輸電塔傳遞給挖孔基礎(chǔ)的作用力大小、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件W及 求得的位移X。和轉(zhuǎn)角0。，該作用力包括豎向壓力N和上拔作用力T，其中，豎向壓力N包 括X向水平分力化和Y向水平分力Ny;上拔作用力T包括X向水平分力Tx和Y向水平 分力Ty，利用荷載傳遞矩陣法由第一層開始向下逐層計(jì)算，由EIi，EI2,……，EI。^及mi， m2,……，m。計(jì)算出Xj,巧，Mj,Qj.;步驟S、步驟S、驗(yàn)算中空大直徑挖孔基礎(chǔ)截面尺寸是否滿 足要求；A、空屯、挖孔基礎(chǔ)直接承受輸電塔傳遞過來的豎向壓力N和上拔作用力T;空屯、挖孔 基礎(chǔ)采用剪切法計(jì)算空屯、挖孔基礎(chǔ)尺寸應(yīng)符合下列要求；
一一公式10，
-公式11，式中，Ty-抗拔±體圓弧滑動(dòng)面剪切阻力垂直投影 分量，町一圓弧滑動(dòng)面內(nèi)±體自重，Gf-基礎(chǔ)混凝±自重巧、基礎(chǔ)頂部的位移值X小于容許 值，如不滿足上述要求，重復(fù)步驟一和驟二，直到滿足為止；步驟四、中空大直徑挖孔基礎(chǔ)正 截面承載力計(jì)算；A、空屯、挖孔基礎(chǔ)的受壓和受彎承載力驗(yàn)算：對(duì)于空屯、挖孔基礎(chǔ)，其主柱截 面為圓環(huán)，根據(jù)對(duì)圓環(huán)截面構(gòu)件受壓和受彎承載力，得到圓環(huán)截面的受壓承載力驗(yàn)算公式： N《曰曰ifcA+(曰-曰t)fyAs--公式12，
一一公式13,在上述公式中的系數(shù)和偏屯、距，應(yīng)按下列公式計(jì)算：Qt= 1.25-2Q，曰1 = 6。+6。，式中，A-一環(huán)形截面面積，A,-一鋼筋的截面面積，ri、r2-一環(huán)形截面的內(nèi)、外半徑，r,一一縱向鋼筋重屯、所在圓周的半徑，e。一一軸向壓力對(duì)截面中屯、的偏屯、距，e。一一附加偏 屯、距，a--受壓區(qū)混凝±截面面積與全截面面積的比值，at-一縱向受拉鋼筋截面面積 與全部縱向鋼筋截面面積的比值，當(dāng)a>2/3時(shí)，取at= 0 ;B、空屯、挖孔基礎(chǔ)的偏屯、受拉承 載力驗(yàn)算：根據(jù)圓環(huán)截面構(gòu)件偏屯、受拉承載力，得到圓環(huán)截面的偏屯、受拉承載力驗(yàn)算公式：
一一公式14,式中，Nu。一一構(gòu)件的軸屯、受拉承載力設(shè)計(jì)值，e。一一軸向拉力作 用點(diǎn)至截面重屯、的距離，Mu-一按通過軸向拉力作用點(diǎn)的彎矩平面計(jì)算的正截面受彎承載 力設(shè)計(jì)值，C、空屯、挖孔基礎(chǔ)的局部沖切驗(yàn)算：對(duì)于空屯、挖孔基礎(chǔ)的局部沖切驗(yàn)算，參考對(duì)沖 切承載力的計(jì)算公式；Fi《（0. 7 0hft+0. 25 0pe,m)nUmh〇--公式15，n按下列兩個(gè)公式計(jì) 算，并取其中較小值
Fi--局部荷載設(shè)計(jì)值或集中反 力設(shè)計(jì)值，0h-一截面高度影響系數(shù)，0 一一計(jì)算截面周長(zhǎng)上兩個(gè)方向混凝上有效預(yù)壓 應(yīng)力按長(zhǎng)度的加權(quán)平均值，Um--計(jì)算截面周長(zhǎng)，h。一-截面有效高度，n1 --局部荷載或 集中反力作用面積形狀的影響系數(shù)，n2-一計(jì)算截面周長(zhǎng)與截面有效高度之比的影響系 數(shù)，0,-一局部荷載或集中反力作用面積為矩形時(shí)的長(zhǎng)邊與短邊尺寸的比值，a,--柱位 置影響系數(shù)；對(duì)薄弱截面進(jìn)行驗(yàn)算；步驟五、中空大直徑挖孔基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)施工，具體步驟如 下；A、基坑開挖；B、鋼筋架立和模板支護(hù)：需要支護(hù)內(nèi)模板，W方便主柱空腔和底部空腔外 側(cè)混凝±的誘筑；C、混凝±誘筑和棄±回填；保證主柱空腔和底部空腔底部和側(cè)面混凝± 一次誘筑成型，注意模板的拆除時(shí)機(jī)，W保證棄±回填不影響挖孔基礎(chǔ)的誘筑質(zhì)量；D、頂部 混凝±誘筑；完成棄±的回填工作后，誘筑頂部混凝±。
[0009] 在上述技術(shù)方案中，所述步驟二第C項(xiàng)中，制造主柱空腔和底部空腔時(shí)，將充氣巧 模放入內(nèi)模板內(nèi)，并充入壓縮空氣，當(dāng)內(nèi)模板外的混凝±凝固W后，放出袋子中的壓縮空 氣，充氣巧模即收縮，從主柱空腔和底部空腔中抽出充氣巧模，再回填棄上