中空大直径挖孔基础及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力工程技术领域，特别是设及一种中空大直径挖孔基础及其制作方 法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着特高压电网建设的发展，特高压杆塔因导线截面、间隙、对地距离增 大其荷载均大幅增加，由此引起的下部基础承担的载荷也随之增大，例如loookv线路悬垂 塔基础作用力达到7000kN，耐张塔达到15000kN，水平力约为lOOOkN，是500kV线路杆塔基 础作用力的4~5倍。原状±挖孔基础因其良好的技术经济和环境效益，在输电线路中被 广泛应用。但在上述荷载条件下，原状±挖孔基础的直径及埋深均需大幅度增大，大大削弱 了其经济性和环保性。
[0003] 随着特高压工程的建设，特别是偏远山区中的塔位，由于运输条件的限制，大量基 础材料的运输将消耗很大的资源，同时随着人们对环境保护的要求越来越严格，挖孔基础 的弃±处理问题又是一直影响塔基周围环境的重要因素。如何减少基础混凝±的使用量和 弃±方量，成为行业内的一大难题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了克服上述【背景技术】的不足，提供一种中空大直径挖孔基础及 其制作方法，不仅可W有效减少基础混凝±的使用量，而且可W在基础中回填部分弃±，有 效减少弃±量，从而起到保护环境的作用。
[0005] 本发明提供的一种中空大直径挖孔基础，包括从上到下依次连接的基础主柱和基 础宽底部；所述基础主柱包括基础露头和基础埋深段，所述基础露头与上部的输电塔钢巧 架连接，所述基础埋深段内设有主柱空腔；所述基础宽底部包括上小下大的圆台和位于圆 台底部的底部圆柱体，所述圆台顶部直径与基础主柱底部直径相等，所述圆台底部直径与 底部圆柱体端面直径相等，所述圆台内设有与主柱空腔相连通的底部空腔；所述主柱空腔 和底部空腔内填充有弃±;所述基础主柱内周向均布有多根纵向设置的主柱主筋，所述底 部圆柱体内周向均布有多根纵向设置的圆柱主筋，每根对应的主柱主筋和圆柱主筋通过均 布于圆台内的圆台主筋相连，所述主柱主筋、圆台主筋和圆柱主筋外侧分别设有多根沿周 向环形布置的外输筋，所述主柱主筋、圆台主筋和圆柱主筋内侧分别设有多根沿周向环形 布置的架立输筋。
[0006] 在上述技术方案中，所述基础主柱是圆柱形结构，所述主柱空腔和底部空腔为同 轴等直径圆柱形空腔。
[0007] 在上述技术方案中，所述基础主柱的直径di= 1. 5~2. 5m，所述主柱空腔上的基 础主柱实屯、段的轴向长度Zi= 1. 2~1. 5di，所述主柱空腔和底部空腔的轴向长度Z2= 4~ 6di，所述基础宽底部的实屯、段轴向长度Zs= 0. 8~1.Od1，所述主柱空腔和底部空腔的侧壁 厚度为0. 4~0. 6m，所述底部圆柱体端面直径d2= 1. 5~2.Od1，所述底部圆柱体高度hi =0. 15~0. 20d2,所述圆台的高度和侧壁斜率分别为h2和（(12-(11)/(2乂112)，所述化-(11)/ (2Xtg= 1/3~1/2,所述基础露头高度&= 0. 5~2. 5m，所述挖孔基础其余埋入地层中 的高度Hi= 10. 0 ~20.Om。
[0008] 本发明提供的一种中空大直径挖孔基础的制作方法，包括如下步骤：步骤一、 根据上部输电塔传递给基础的作用力大小和现场地质条件作为边界约束条件，初步设置 中空大直径挖孔基础的几何尺寸参数，所述几何尺寸参数包括；挖孔基础其余埋入地层 中的高度Hi、基础主柱的直径di、底部圆柱体端面直径d2、底部圆柱体高度hi、圆台的高 度h,;上述参数根据本发明使用人的经验设定初值；步骤二、计算挖孔基础在上部铁塔 传来的外荷载作用下随入±深度变化的弯矩、剪力、位移和转角的数值，具体步骤如下： A、建立求取中空大直径挖孔基础的位移、转角、剪力和弯矩的统一表达式：从材料力学 基本理论出发，建立求取中空大直径挖孔基础的位移、转角、剪力和弯矩的统一表达式， 根据"中空大直径挖孔基础"的提曲微分方程：
将基础按±质变 化和中空大直径挖孔基础截面变化，根据需要进行单元划分，按文克尔假定，第j段粧身
式中，a--基础的 变形系数，bj.-一第j段基础的计算宽度，E山一一第j段基础的抗弯刚度，zw-一第j段 基础顶截面处±的抗力情况参数，nij.-一竖向地基系数的比例系数；用幕级数解法求解上
=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"中空大直径挖孔基础"位移、转角、剪力和弯矩表达式为：
公式9;B、确定挖孔基础顶部位移和转角；实际工程中只知道基 础顶部弯矩M。和剪力Q。而位移X。和转角狗未知，故不能直接用公式9求解，为此，需要利 用基础底部边界约束条件确定X。和0。，包括W下=种情况；a、不考虑底部约束条件时粧 底支撑于±层或岩面上，即咕=0,M,= 0 ;b、考虑底部约束条件时粧底支撑于±层或岩面 上，即Q,= 〇, 粧下端嵌固于岩层中，即x,= 0, 口: = 〇;根据不同的约束情 况，利用公式9求得基础顶部的位移X。和转角％;C、逐层计算中空大直径挖孔基础的位 移、转角、剪力和弯矩；根据上部输电塔传递给挖孔基础的作用力大小、现场地质条件W及 求得的位移X。和转角0。，该作用力包括竖向压力N和上拔作用力T，其中，竖向压力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，利用荷载传递矩阵法由第一层开始向下逐层计算，由EIi，EI2,……，EI。^及mi， m2,……，m。计算出Xj,巧，Mj,Qj.;步骤S、步骤S、验算中空大直径挖孔基础截面尺寸是否满 足要求；A、空屯、挖孔基础直接承受输电塔传递过来的竖向压力N和上拔作用力T;空屯、挖孔 基础采用剪切法计算空屯、挖孔基础尺寸应符合下列要求；
一一公式10，
-公式11，式中，Ty-抗拔±体圆弧滑动面剪切阻力垂直投影 分量，町一圆弧滑动面内±体自重，Gf-基础混凝±自重巧、基础顶部的位移值X小于容许 值，如不满足上述要求，重复步骤一和骤二，直到满足为止；步骤四、中空大直径挖孔基础正 截面承载力计算；A、空屯、挖孔基础的受压和受弯承载力验算：对于空屯、挖孔基础，其主柱截 面为圆环，根据对圆环截面构件受压和受弯承载力，得到圆环截面的受压承载力验算公式： N《曰曰ifcA+(曰-曰t)fyAs--公式12，
一一公式13,在上述公式中的系数和偏屯、距，应按下列公式计算：Qt= 1.25-2Q，曰1 = 6。+6。，式中，A-一环形截面面积，A,-一钢筋的截面面积，ri、r2-一环形截面的内、外半径，r,一一纵向钢筋重屯、所在圆周的半径，e。一一轴向压力对截面中屯、的偏屯、距，e。一一附加偏 屯、距，a--受压区混凝±截面面积与全截面面积的比值，at-一纵向受拉钢筋截面面积 与全部纵向钢筋截面面积的比值，当a>2/3时，取at= 0 ;B、空屯、挖孔基础的偏屯、受拉承 载力验算：根据圆环截面构件偏屯、受拉承载力，得到圆环截面的偏屯、受拉承载力验算公式：
一一公式14,式中，Nu。一一构件的轴屯、受拉承载力设计值，e。一一轴向拉力作 用点至截面重屯、的距离，Mu-一按通过轴向拉力作用点的弯矩平面计算的正截面受弯承载 力设计值，C、空屯、挖孔基础的局部冲切验算：对于空屯、挖孔基础的局部冲切验算，参考对冲 切承载力的计算公式；Fi《（0. 7 0hft+0. 25 0pe,m)nUmh〇--公式15，n按下列两个公式计 算，并取其中较小值
Fi--局部荷载设计值或集中反 力设计值，0h-一截面高度影响系数，0 一一计算截面周长上两个方向混凝上有效预压 应力按长度的加权平均值，Um--计算截面周长，h。一-截面有效高度，n1 --局部荷载或 集中反力作用面积形状的影响系数，n2-一计算截面周长与截面有效高度之比的影响系 数，0,-一局部荷载或集中反力作用面积为矩形时的长边与短边尺寸的比值，a,--柱位 置影响系数；对薄弱截面进行验算；步骤五、中空大直径挖孔基础的现场施工，具体步骤如 下；A、基坑开挖；B、钢筋架立和模板支护：需要支护内模板，W方便主柱空腔和底部空腔外 侧混凝±的诱筑；C、混凝±诱筑和弃±回填；保证主柱空腔和底部空腔底部和侧面混凝± 一次诱筑成型，注意模板的拆除时机，W保证弃±回填不影响挖孔基础的诱筑质量；D、顶部 混凝±诱筑；完成弃±的回填工作后，诱筑顶部混凝±。
[0009] 在上述技术方案中，所述步骤二第C项中，制造主柱空腔和底部空腔时，将充气巧 模放入内模板内，并充入压缩空气，当内模板外的混凝±凝固W后，放出袋子中的压缩空 气，充气巧模即收缩，从主柱空腔和底部空腔中抽出充气巧模，再回填弃上