一种强化抗侧向荷载装配式基础、输电塔及施工方法

1.本发明涉及输电塔基础领域，具体涉及一种强化抗侧向荷载装配式基础、输电塔及施工方法。


背景技术：

2.架设长距离输电线路需要穿越复杂地形的区域，对于季风气候区域主要风向固定，比如西北或东北季风，风荷载与电线对输电塔在主要风向方的方位施加较大的侧向力。输电塔基础的抗拔承载性能决定输电线路的稳定性，金属装配式根键基础通常包括底板、型钢根键及连接配件，型钢根键采用h型钢加工而成，插入基础所在土体后发挥增大基础抗拔承载力的作用。
3.在输电塔承载较大上拔荷载时，会对型钢根键施加较大的弯矩，造成根键弯曲损伤甚至破坏，影响基础的抗拔承载性能和接触的稳定性。虽然可以通过增大根键宽度的方式来提高抗拔性能，但在安装根键时需要考虑基础底板的尺寸，常用的底板为多根支撑件间隔布置后堆叠形成，根键的宽度不能超出所连接的支撑件的宽度，因此，通过直接增大根键的宽度存在上限，难以将根键宽度增加到所需的尺寸，致使抵抗上拔荷载的性能难以满足需求。另外，受到季风影响后输电塔承受的侧向力会传递到基础，导致基础在主要风向的方位上需要承受更大的上拔力，现有技术中的基础难以抵抗不平衡上拔力的作用，导致基础失稳，影响整个输电塔的安全性。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种强化抗侧向荷载装配式基础、输电塔及施工方法，调整上层底板和下层底板的相对位置，顺应所布置位置的主要风向上设置延伸区域，强化抵抗侧向荷载的能力，优化对不平衡上拔力的承载作用，在根键上设置与其翼缘板共面的附加板，增加根键的受力面积，提高根键强度，从而提高基础稳定性。
5.本发明的第一目的是提供一种强化抗侧向荷载装配式基础，采用以下方案：包括：下层底板，包括间隔布置的多根下层型钢；上层底板，叠放在下层底板上，包括间隔布置的多根上层型钢，上层型钢和下层型钢呈十字交叉布置，下层型钢一端延伸至上层底板范围外和/或上层型钢一端延伸至下层底板范围外；至少一根下层型钢和至少一根上层型钢分别连接有根键，根键远离所连接上层型钢或下层型钢的一端连接有附加板，附加板与所连接根键的翼缘板共面。
6.进一步的，所述根键轴线两侧分别连接有附加板，连接于根键同一翼缘板上的附加板结合翼缘板端部形成箭头尖端。
7.进一步的，所述根键的上部翼缘板和下部翼缘板分别连接有附加板，并分别形成箭头尖端。
8.进一步的，所述下层型钢所连接的根键位于下层底板的下方，安装有根键的下层型钢的两端均连接有根键。
9.进一步的，所述上层型钢所连接的根键位于上层底板的上方，安装有根键的上层型钢的两端均连接有根键。
10.进一步的，所述下层型钢延伸至上层底板外侧的一端位于所布置位置的上风向一侧，上层型钢延伸至下层底板外侧的一端位于所布置位置的上风向一侧。
11.本发明的第三目的是提供一种输电塔，利用如第一目的所述的强化抗侧向荷载装配式基础。
12.进一步的，还包括塔架、加载架和脚架，脚架连接于上层底板，加载架为底部开口的箱体结构，加载架扣罩在塔架顶端，塔架底端连接于脚架，顶端穿过加载架的底部开口连接于箱体结构内部顶面。
13.本发明的第三目的是提供一种强化抗侧向荷载装配式基础的施工方法，包括：开挖基坑，于基坑底部布置底层的根键，使底层的根键一端水平插入土体内；于底层的根键的上方布置下层型钢，形成下层底板，连接底层的根键与下层底板；于下层底板上方布置上层型钢，形成上层底板，连接上层底板和下层底板；于上层底板上方布置顶层的根键，使顶层的根键一端水平插入土体内，连接顶层的根键和上层底板。
14.进一步的，布置根键、上层底板和下层底板后，形成顶层的根键、上层底板、下层底板和地层的根键沿竖向依次叠加的结构，远离根键水平插入土体的一端连接于上层型钢或下层型钢。
15.与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：（1）针对目前输电塔基础对不平衡上拔力抵抗能力差以及稳定性差的问题，调整上层底板和下层底板的相对位置，顺应所布置位置的主要风向上设置延伸区域，强化抵抗侧向荷载的能力，优化对不平衡上拔力的承载作用，在根键上设置与其翼缘板共面的附加板，增加根键的受力面积，提高根键强度，从而提高基础稳定性。
16.（2）通过在根键上设置附加板，扩大根键的受力面积，同时提高根键的强度，提高荷载传递能力并能够减缓根键的弯曲及破坏，在土体质量较差的环境下，可以充分利用周围土体的约束作用，加强基础的抗拔承载力，使得基础的现场适应能力提高，有利于在不平衡受力的运行环境中使用。
17.（3）调整上层型钢和下层型钢的连接姿态，使得其一端能够向外侧延伸，匹配长期侧向荷载作用方向的偏移受力，充分发挥下层型钢、上层型钢的力学性能，增加基础在长期荷载作用方向上的抗拔承载力。
18.（4）将根键、上层型钢和下层型钢错位布置，增加竖向高度，根键在基坑内水平插入土体中，避免了开挖后埋设造成的土体松动，保证根键的锚固作用强度，从而提高基础的稳定性。
附图说明
19.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
20.图1为本发明实施例1-3中强化抗侧向荷载装配式基础的结构示意图。
21.图2为本发明实施例1-3中强化抗侧向荷载装配式基础的俯视图。
22.图3为本发明实施例1-3中加载板连接塔架的示意图。
23.图4为本发明实施例1-3中加载板连接塔架的侧视图。
24.图5为本发明实施例1-3中脚架与塔架的连接示意图。
25.图6为本发明实施例1-3中脚架连接塔架的俯视图。
26.图7为本发明实施例1-3中根键连接附加板的结构示意图。
27.图8为本发明实施例1-3中支撑型钢上开设螺栓孔的示意图。
28.图9为本发明实施例1-3中支撑型钢开设固定孔的示意图。
29.其中，1.加载板，2.侧板，3.塔架，4.脚架，5.根键，6.上层底板，7.上层型钢，8.下层底板，9.下层型钢，10.第一螺栓孔，11.第二螺栓孔，12.附加板，13.箭头尖端。
具体实施方式
30.实施例1本发明的一个典型实施例中，如图1-图9所示，给出一种强化抗侧向荷载装配式基础。
31.输电塔承受较大上拔荷载时，会对根键5施加较大的弯矩，导致根键5的损伤，同时，受到风荷载影响产生侧向偏移受力会导致基础受力不平衡，主要风向的上风向位置的基础会承受相对更大的上拔力，引起基础失稳。虽然可以通过扩大基础面积的方式来提高稳定性，但位于下风向上的扩展区域无法充分发挥其承载性能，造成材料的浪费，并且增大了施工规模。
32.基于此，本实施例提供一种强化抗侧向荷载装配式基础，通过在根键5端部连接附加板12来扩展根键5远端的受力面积，提高整体抗拔性能，并调节上层型钢7和下层型钢9的布置姿态，使其朝向主要风向的上风向一侧延伸，提高对主要风向一侧的抗偏压能力，有效利用基础周围原状土体的力学性能，保证基础稳定性。
33.下面，结合附图对强化抗侧向荷载装配式基础进行详细说明。
34.参见图1，强化抗侧向荷载装配式基础包括上层底板6、下层底板8和根键5，上层底板6和下层底板8均为型钢间隔排布形成的排状结构，上层底板6和下层底板8相连后形成井字形网格状结构，根键5连接于上层底板6和下层底板8，扩展上层底板6和下层底板8作用于土体的区域，提高基础的稳定性。
35.如图2所示，下层底板8包括间隔布置的多根下层型钢9，上层底板6包括间隔布置的多根上层型钢7，上层底板6叠放在下层底板8上，下层型钢9和上层型钢7呈十字交叉布置，所有上层型钢7和所有下层型钢9交叉后形成网格状。
36.本实施例中，上层型钢7和下层型钢9可以采用工字钢、h型钢等，也可以根据需求调整为长条状的杆件结构，能够满足基础所需的强度和尺寸规格即可。
37.下层型钢9延伸至上层底板6外侧的一端位于所布置位置的上风向一侧，上层型钢7延伸至下层底板8外侧的一端位于所布置位置的上风向一侧。
38.依据基础布置位置的主要风向，配置上层底板6和下层底板8的相对位置，如图2所示，以上方为北方为例，当基础布置位置的主要风向为东北季风时，基础的北侧和东侧承受
侧向荷载，因此，将下层型钢9的上端延伸至上层底板6的范围外，抵抗北侧的偏移荷载，将上层型钢7的右端延伸至下层底板8的范围外，抵抗东侧的偏移荷载，强化整个基础抗东北侧荷载的能力。
39.在其他可选的实施方式中，也可以调整基础的设置方向，直接将下层型钢9沿主要风向设置，将下层型钢9的上风向位置延伸至上层型钢7范围外，抵抗对应风向下的偏移荷载。
40.因此，根据需求可以配置下层型钢9一端延伸至上层底板6范围外或上层型钢7一端延伸至下层底板8范围外，也可以同时将下层型钢9一端延伸至上层底板6范围外以及上层型钢7一端延伸至下层底板8范围外。
41.可以理解的是，本实施例中的下层型钢9一端延伸至上层底板6的范围外，是指下层型钢9的一端位于上层底板6沿竖向的投影范围外，同样的，上层型钢7一端延伸至下层底板8范围外，是指上层型钢7的一端位于下层底板8沿竖向的投影范围外，相对于上层型钢7和下层型钢9叠放后竖向投影呈正方形或长方形，通过将上层型钢7、下层型钢9的端部探入投影范围外来扩展作用范围，抵抗侧向偏移荷载来实现提高稳定性。
42.如图2所示，至少一根下层型钢9和至少一根上层型钢7分别连接有根键5，通过根键5进一步扩展上层底板6和下层底板8的工作范围。
43.本实施例中，根键5也可以采用h型钢、工字钢结构，既能够保证根键5的强度，又能够降低水平插入土体的阻力，便于施工时布置。
44.如图7所示，根键5远离所连接上层型钢7或下层型钢9的一端连接有附加板12，附加板12与所连接根键5的翼缘板共面。根键5轴线两侧分别连接有附加板12，连接于根键5同一翼缘板上的附加板12结合翼缘板端部形成箭头尖端13。
45.结合图2和图7，下层型钢9所连接的根键5位于下层底板8的下方，安装有根键5的下层型钢9的两端均连接有根键5；上层型钢7所连接的根键5位于上层底板6的上方，安装有根键5的上层型钢7的两端均连接有根键5。
46.本实施例中，以上层型钢7和下层型钢9均采用h型钢为例进行介绍。在下层型钢9、上层型钢7和根键5上分别打孔，在下层型钢9上沿轴向间隔分布多个螺栓孔，在上层型钢7上沿轴向间隔分布有多个螺栓孔，螺栓孔可以采用条形孔，上层型钢7和下层型钢9可以通过螺栓孔配合螺栓连接件实现连接。
47.其中，下层型钢9的上翼缘板与上层型钢7的下翼缘板相贴合，用于建立上层型钢7与下层型钢9之间连接的螺栓孔称为第一螺栓孔10，如图8所示，配合第一螺栓孔10的螺栓连接件称为第一螺栓，下层型钢9与上层型钢7的贴合位置处第一螺栓孔10相对应，采用条形第一螺栓孔10，能够便于上层型钢7与下层型钢9之间建立连接，在上层型钢7整体沿下层型钢9的轴向偏移一段距离后，仍能够保证上层型钢7与下层型钢9之间能够通过第一螺栓建立连接，提高其安装时的容错能力。
48.下层型钢9的下翼缘板与根键5一端顶面贴合，上层型钢7的上翼缘板与根键5一端的底面贴合，其中，下层型钢9和上层型钢7用于连接根键5的螺栓孔称为第二螺栓孔11，如图9所示，同时，根键5上用于连接上层型钢7和下层型钢9的螺栓孔也称为第二螺栓孔11，如图7所示，配合第二螺栓孔11的螺栓为第二螺栓，因此，下层型钢9上的第二螺栓孔11与其所连接根键5的贴合位置处第二螺栓孔11相对应，上层型钢7上的第二螺栓孔11与其所连接根
键5的贴合位置处第二螺栓孔11相对应，第二螺栓孔11配合第二螺栓。
49.同样的，第二螺栓孔11也可以采用条形孔，使根键5与上层型钢7、根键5与下层型钢9的连接位置进行调节，增加容差。
50.第一螺栓和第二螺栓均可以采用高强螺栓，在上层底板6和下层底板8上还可以预留连接其他部件的预留孔，对于一些薄弱位置，可以增设加劲板进行加固。
51.如图2、图7所示，根键5轴线两侧分别连接有附加板12，连接于根键5同一翼缘板上的附加板12结合翼缘板端部形成箭头尖端13。
52.通过在根键5端部连接附加板12，增加根键5端部的面积保证根键5形状更加贴合根键5受力特征，保证根键5主要受力位置的稳定性，并增加根键5对周围土体力学性能的利用效果。同时，第二螺栓孔11分布位置进行加固，以满足根键5稳定受力的需求。
53.根键5的上部翼缘板和下部翼缘板分别连接有附加板12，并分别形成箭头尖端13，可以通过焊接的方式进行连接，在连接附加板12后，将根键5的外侧端部共同切割形成为箭头尖端13。本实施例中，如图7所示，箭头尖端13可以采用端部带有90
°
尖头的箭头状结构，保持附加板12与其所连接翼缘板共面，降低阻力，减轻后续布置根键5时的施工难度。
54.另外，附加板12与根键5的翼缘板连接位置可以设置加固件，保证根键5翼缘板和附加板12的稳定连接。
55.通过在根键5上设置附加板12，扩大根键5的受力面积，同时提高根键5的强度，提高荷载传递能力并能够减缓根键5的弯曲及破坏，在土体质量较差的环境下，可以充分利用周围土体的约束作用，加强基础的抗拔承载力，使得基础的现场适应能力提高，有利于在不平衡受力的运行环境中使用。
56.实施例2本发明的另一典型实施方式中，如图1-图9所示，给出一种输电塔。
57.利用如实施例1中的强化抗侧向荷载装配式基础，还包括塔架3、加载架和脚架4，脚架4连接于上层底板6，加载架为底部开口的箱体结构，加载架扣罩在塔架3顶端，塔架3底端连接于脚架4，顶端穿过加载架的底部开口连接于箱体结构内部顶面。
58.如图1、图3和图4所示，加载架包括加载板1和侧板2，侧板2围绕加载板1布置形成底部开口的箱体结构，加载板1作为箱体结构的顶板。侧板2与塔架3之间通过螺栓等紧固件连接，加载板1上预留有连接孔，通过连接孔与外界部件连接。
59.如图5和图6所示，脚架4包括底板和挡板，底板固定于上层底板6，挡板连接于底板，并形成容纳塔架3主肢的限位槽，从而共同约束塔架3在水平方向的偏移。
60.实施例3本发明的另一典型实施方式中，如图1-图9所示，给出一种强化抗侧向荷载装配式基础的施工方法。
61.结合如实施例1中的强化抗侧向荷载装配式基础，该施工方法包括：开挖基坑，于基坑底部布置底层的根键5，使底层的根键5一端水平插入土体内；于底层的根键5的上方布置下层型钢9，形成下层底板8，连接底层的根键5与下层底板8；于下层底板8上方布置上层型钢7，形成上层底板6，连接上层底板6和下层底板8；于上层底板6上方布置顶层的根键5，使顶层的根键5一端水平插入土体内，连接顶
层的根键5和上层底板6。
62.另外，布置根键5、上层底板6和下层底板8后，形成顶层的根键5、上层底板6、下层底板8和地层的根键5沿竖向依次叠加的结构，远离根键5水平插入土体的一端连接于上层型钢7或下层型钢9。
63.在本实施例中，结合图1-图9对上述施工方法进行详细说明。
64.（1）预制部件，预制上层型钢7和下层型钢9，按照设计图纸，在相应位置预留供上层型钢7和下层型钢9对接的第一螺栓孔10；预制上层型钢7和下层型钢9所对应的根键5，在根键5的端部焊接附加板12，并在附加板12与根键5连接的部位焊接加板板，切割根键5端部，使其成为90
°
尖角，在根键5远离尖角的一端预制第二螺栓孔11，并在根键5所对应的上层型钢7和下层型钢9的连接位置设置第二螺栓孔11。
65.（2）测量标记，在基坑内部，定位确定底层的根键5、顶层的根键5、上层底板6、下层底板8的位置，并标记。
66.（3）安装底层的根键5，在底层的根键5标记位置架设根键5顶推轨道，将底层的根键5顶推至设计深度。
67.（4）安装下层型钢9，根据标记位置，将下层型钢9安装在预定位置，并对齐第二螺栓孔11，使用高强螺栓孔连接。下方没有根键5的部分，使用临时支撑固定。
68.（5）安装上层型钢7，确定上层型钢7偏移距离，并将上层型钢7和下层型钢9的第一螺栓孔10对应，使用高强螺栓连接。
69.（6）安装顶层的根键5，在顶层的根键5安装位置架设顶推轨道，将顶层的根键5顶推至设计深度，并对齐预留的第二螺栓孔11，使用高强螺栓将顶层的根键5与上层型钢7连接。
70.（7）质量检测，检查各连接节点螺栓是否达到要求。
71.通过改变根键5形状，在提升抗拔承载能力的同时，让根键5更贴合其受力特性，充分利用根键5每一部分的力学性能，提高基础稳定性并降低工程成本。
72.通过调整上层型钢7和下层型钢9的相对位置，提高基础在长期荷载作用方位的抗拔承载能力，同时保证其他方位的抗拔承载能力满足要求，节省工程成本。将根键5、上层型钢7和下层型钢9错位布置，增加竖向高度，根键5在基坑内水平插入土体中，避免了开挖后埋设造成的土体松动，保证根键5的锚固作用强度，从而提高基础的稳定性。
73.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种强化抗侧向荷载装配式基础，其特征在于，包括：下层底板，包括间隔布置的多根下层型钢；上层底板，叠放在下层底板上，包括间隔布置的多根上层型钢，上层型钢和下层型钢呈十字交叉布置，下层型钢一端延伸至上层底板范围外和/或上层型钢一端延伸至下层底板范围外；至少一根下层型钢和至少一根上层型钢分别连接有根键，根键远离所连接上层型钢或下层型钢的一端连接有附加板，附加板与所连接根键的翼缘板共面。2.如权利要求1所述的强化抗侧向荷载装配式基础，其特征在于，所述根键轴线两侧分别连接有附加板，连接于根键同一翼缘板上的附加板结合翼缘板端部形成箭头尖端。3.如权利要求2所述的强化抗侧向荷载装配式基础，其特征在于，所述根键的上部翼缘板和下部翼缘板分别连接有附加板，并分别形成箭头尖端。4.如权利要求1所述的强化抗侧向荷载装配式基础，其特征在于，所述下层型钢所连接的根键位于下层底板的下方，安装有根键的下层型钢的两端均连接有根键。5.如权利要求4所述的强化抗侧向荷载装配式基础，其特征在于，所述上层型钢所连接的根键位于上层底板的上方，安装有根键的上层型钢的两端均连接有根键。6.如权利要求1所述的强化抗侧向荷载装配式基础，其特征在于，所述下层型钢延伸至上层底板外侧的一端位于所布置位置的上风向一侧，上层型钢延伸至下层底板外侧的一端位于所布置位置的上风向一侧。7.一种输电塔，利用如权利要求1-6任一项所述的强化抗侧向荷载装配式基础。8.如权利要求7所述的输电塔，其特征在于，还包括塔架、加载架和脚架，脚架连接于上层底板，加载架为底部开口的箱体结构，加载架扣罩在塔架顶端，塔架底端连接于脚架，顶端穿过加载架的底部开口连接于箱体结构内部顶面。9.一种如权利要求1-6中任一项所述强化抗侧向荷载装配式基础的施工方法，其特征在于，包括：开挖基坑，于基坑底部布置底层的根键，使底层的根键一端水平插入土体内；于底层的根键的上方布置下层型钢，形成下层底板，连接底层的根键与下层底板；于下层底板上方布置上层型钢，形成上层底板，连接上层底板和下层底板；于上层底板上方布置顶层的根键，使顶层的根键一端水平插入土体内，连接顶层的根键和上层底板。10.如权利要求9所述的强化抗侧向荷载装配式基础的施工方法，其特征在于，布置根键、上层底板和下层底板后，形成顶层的根键、上层底板、下层底板和地层的根键沿竖向依次叠加的结构，远离根键水平插入土体的一端连接于上层型钢或下层型钢。

技术总结
本发明提供一种强化抗侧向荷载装配式基础、输电塔及施工方法，涉及输电塔基础领域，针对目前输电塔基础对不平衡上拔力抵抗能力差以及稳定性差的问题，调整上层底板和下层底板的相对位置，顺应所布置位置的主要风向上设置延伸区域，强化抵抗侧向荷载的能力，优化对不平衡上拔力的承载作用，在根键上设置与其翼缘板共面的附加板，增加根键的受力面积，提高根键强度，从而提高基础稳定性。从而提高基础稳定性。从而提高基础稳定性。


技术研发人员：陈云娟 赵文彬 段鸿杰 苏家瑞 张惠富 李昊霖 刘梦悦 赵成龙
受保护的技术使用者：山东建筑大学
技术研发日：2023.08.22
技术公布日：2023/9/19