一种铁塔柱脚不均匀沉降调节装置的制作方法

1.本实用新型属于铁塔的柱脚及基础改造技术领域，具体涉及一种铁塔柱脚不均匀沉降调节装置。


背景技术：

2.现有信号或者输电铁塔结构一般具有四个塔脚，多采用台阶形独立基础加立柱的承重形式，强度、刚度和稳定性较好。但近年来，随着地下空间开发广度和深度的日益增加，既有铁塔的基础在周边扰动下会发生沉降，多个铁塔柱脚则表现为不均匀沉降，从而导致上部铁塔的结构内力和变形增大，影响安全使用。
3.当铁塔发生不均匀沉降时，需要对其基础或者柱脚进行顶升调节，恢复标高一致。在某些特殊情况下，如随着地下采矿活动的持续进行，铁塔柱脚的这种不均匀沉降也会长期反复发生。而现有的铁塔不均匀沉降纠偏装置，大多针对小型铁塔结构，且需要同步设计、预埋施工，很难对既有铁塔进行纠偏。同时，大型铁塔的施工周期长、建造成本高，当发生不均匀沉降时，又很难拆除重建。因此更需要对既有铁塔的基础和塔脚进行一定改造，同时开发一种铁塔柱脚托换升降装置系统，已满足柱脚的实时纠偏需要。
4.目前，顶升托换技术在建筑基础改造中获得了一些应用，但少见运用在铁塔基础升降中。同时，在铁塔不均匀沉降治理工程中，也有一些实用新型专利和尝试，但主要为预埋装置，在实际工程中也尚未推广应用。
5.授权公告号cn106703091b，名称为“一种输电铁塔不均匀沉降纠偏装置”的实用新型专利中，公开了一种输电铁塔不均匀沉降纠偏装置。筒体下端与混凝土基础固定连接，滑动设置在简体中的齿柱上端与铁塔塔脚节点板固定连接，而齿柱上的齿条与大齿轮啮合，大齿轮由小齿轮驱动。这样，当铁塔的某一个塔脚发生沉降时，通过转动小齿轮驱动大齿轮转动，进而大齿轮会带动齿柱在纵向上向上移动，从而齿柱的下端向上运动，当齿柱与混凝土基础之间的垫板孔能够容纳下设定高度的钢垫板时，将钢垫板置入垫板孔中并填充在混凝土基础与齿柱下端之间，从而达到调节齿柱高度的目的，这样通过在齿柱下端填充钢垫板的方式使铁塔塔脚节点板的位置升高，进而达到纠偏的功能。
6.申请公布号cn106760903a，名称为“一种输电铁塔不均匀沉降调节装置”的实用新型专利申请中，公开了一种输电铁塔不均匀沉降调节装置，包括塔脚承载部件、限位杜、压缩弹簧、支撑垫板、地脚螺栓和锁紧螺母；输电铁塔塔脚与塔脚承载部件安装连接、塔脚承载部件通过限位柱安装孔架设在底部预埋固定在输电铁塔基础内的限位柱上，塔脚承载部件通过预埋固定在输电铁塔基础内的地脚螺栓和锁紧螺母与输电铁塔基础安装连接，且压缩弹簧压缩设置在塔脚承载部件的底平面和输电铁塔基础的顶平面之间、套接安装在地脚螺栓或限位柱上。
7.现有技术中存在以下问题：
8.1)现有的不均匀沉降纠偏装置主要为预埋装置。需要与铁塔基础、柱脚和上部结构等同时设计、同时施工、同时使用，无法对既有铁塔的柱脚进行沉降纠偏。如
cn106703091b中的齿轮升降纠偏装置，cn106760903a中的压缩弹簧升降装置。但随着地下空间开发的日益增强，既有铁塔柱脚升降纠偏也愈发重要。
9.2)现有的不均匀沉降纠偏装置很少考虑到纠偏过程中柱脚可能发生的倾覆风险，安全性较低。正常工况下，铁塔基础主要承受竖向压力，但在西北、高海拔等风力较大地区，铁塔柱脚需要提供较大的抗拔力。如cn106703091b中的齿轮升降纠偏装置中，依靠单根齿柱称重，其抗拔和抗弯强度不足。cn106760903a中的压缩弹簧升降装置中，在压缩弹簧高度释放过程中，锁紧螺母松开，无法提供抗拔力。
10.3)现有的不均匀沉降纠偏装置主要针对小型铁塔，难以适应高度较高，质量较重的大型铁塔。大型铁塔建设成本高、施工难度大、建设周期长，且需保持运营，难以中断。当铁塔附近必须进行地下空间活动，如地下采矿作业等，就要求必须采取措施应对铁塔塔脚可能发生的不均匀沉降危害。
11.因此，针对上述技术问题，有必要提供一种铁塔柱脚不均匀沉降调节装置。


技术实现要素：

12.本实用新型的目的在于提供一种铁塔柱脚不均匀沉降调节装置，以解决上述的问题。
13.为了实现上述目的，本实用新型一实施例提供的技术方案如下：
14.一种铁塔柱脚不均匀沉降调节装置，所述铁塔柱脚包括下支撑立柱，所述调节装置包括固定立柱、固定柱脚法兰、多个调整垫块和多个伸缩油缸。
15.所述固定立柱的内部固定连接有多个均匀分布的固定锚栓，所述固定锚栓的上端螺纹链接有固定螺母；
16.固定柱脚法兰设置在固定立柱的上侧，所述固定柱脚法兰上开设有固定锚栓相匹配的螺栓孔，所述固定锚栓贯穿螺栓孔，所述固定柱脚法兰的上端固定连接有主杆、副杆一和副杆二，所述主杆与固定柱脚法兰之间固定连接有筋板；
17.多个调整垫块设置在所述固定柱脚法兰与固定立柱之间；
18.多个伸缩油缸设置在所述固定柱脚法兰与下支撑立柱之间，多个所述伸缩油缸用于实现固定柱脚法兰的升降。
19.作为本实用新型的进一步改进，多个所述固定锚栓之间固定连接有多个柱间箍筋。
20.作为本实用新型的进一步改进，所述调整垫块上开设有与固定锚栓相匹配的凹槽，相邻两个所述调整垫块之间连接有紧固螺栓。
21.作为本实用新型的进一步改进，所述伸缩油缸包括油缸缸筒和油缸缸杆，所述固定柱脚法兰上固定连接有上耳板，所述下支撑立柱上固定连接有下耳板，所述伸缩油缸安装在上耳板与下耳板之间，所述下耳板与油缸缸筒之间和油缸缸杆与上耳板之间均连接有销轴。
22.作为本实用新型的进一步改进，所述下支撑立柱的上端固定连接有下支撑板，所述下耳板固定连接在下支撑板上。
23.作为本实用新型的进一步改进，所述伸缩油缸具有自锁功能。
24.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
25.当铁塔柱脚发生不均匀沉降后，本实用新型可以快速对铁塔柱脚进行升降调整，使得铁塔的多个柱脚始终处于同一水平面，从而保持结构稳定。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本实用新型一实施例中一种铁塔柱脚不均匀沉降调节装置的结构示意图；
28.图2为本实用新型一实施例中铁塔既有结构及改造基础整体的结构示意图；
29.图3为本实用新型一实施例中改造后的独立基础正剖视图；
30.图4为本实用新型一实施例中改造后的独立基础俯视图；
31.图5为本实用新型一实施例中一种铁塔柱脚不均匀沉降调节装置安装过程的结构示意图；
32.图6为本实用新型一实施例中一种铁塔柱脚不均匀沉降调节装置调整垫块部分剖面图；
33.图7为本实用新型一实施例中一种铁塔柱脚不均匀沉降调节装置安装后的结构示意图。
34.图中：1
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基础部分、2
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固定系统、3
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升降系统、4
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安全防护系统、11
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改造后独立基础、12
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既有独立基础一、13
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既有独立基础二、14
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既有独立基础三、15
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横连系梁、16
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纵连系梁、17
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增设纵连系梁、18
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增设横连系梁、19
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主杆、110
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副杆一、111
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副杆二、112
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既有独立基础、113
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既有锚栓、114
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既有柱脚法兰、115
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扩大台阶一、116
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扩大台阶二、117
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扩大台阶三、21
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固定立柱、22
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固定锚栓、23
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柱间箍筋、24
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固定柱脚法兰、25
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调整垫块、26
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固定螺母、27
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紧固螺栓、28
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筋板、31
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下支撑立柱、32
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下支撑板、33
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下耳板、34
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油缸缸筒、35
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油缸缸杆、36
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上耳板、37
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销轴、41
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斜拉盘、42
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斜拉锚索、43
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地锚、44
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调整夹具。
具体实施方式
35.以下将结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细描述。但该等实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。
36.本实用新型一实施例公开的一种铁塔柱脚不均匀沉降调节装置，本实施例所涉及的既有铁塔柱脚托换升降装置系统的结构示意图如图1所示，主要包括：基础部分1、固定系统2、升降系统3、安全防护系统4。当铁塔柱脚发生不均匀沉降，需要进行托换升降作业时，首先要装设安全防护系统4，以保证铁塔的绝对安全。
37.然后要对基础部分1进行改造，并进行固定系统2和升降系统3中的部分装置的浇筑预埋。升降系统3为铁塔柱脚的升降提供支撑力和抗拔力，固定系统2在柱脚调整至指定标高后进行固定。
38.基础部分1，如图2所示，铁塔既有及改造基础整体结构示意图所示。基础部分包括既有基础和改造后基础，现有的通信、输电等铁塔的结构形式上多为四个柱脚，每个柱脚下
设置一个独立基础，且为台阶式独立基础，自下而上依次为一级台阶、二级台阶、三级台阶和立柱，如既有独立基础一12、既有独立基础二13和既有独立基础三14所示。
39.通常情况下，独立基础之间设置有横连系梁15和纵连系梁16。独立基础上面即为铁塔的柱脚结构，有主杆19、副杆一110、副杆二111，主杆19通过既有柱脚法兰114、既有锚栓113与既有独立基础一12固定在一起，上部铁塔结构的荷载通过主杆19传递给既有独立基础一12。当铁塔基础下进行采矿等地下空间活动，柱脚基础发生不均匀沉降，需要进行铁塔柱脚托换升降时，可采用本实用新型提出的装置系统。
40.首先进行既有铁塔基础改造，包含两部分的改造，一方面是在既有的横连系梁15和纵连系梁16之间增设若干纵连系梁17、横连系梁18，以增强基础的整体强度、刚度和稳定性，从而提高基础本身抵抗不均匀沉降带来的受力变形能力。另一方面是单个独立基础本身的改造，如图中的改造后独立基础11，用以为固定系统2和升降系统3的装设提供空间和附着支撑。改造后独立基础11的正剖视图和俯视图如图3、图4所示。
41.改造后独立基础11、既有独立基础一12、既有独立基础二13和既有独立基础三14改造时，既有独立基础112、既有锚栓113、既有柱脚法兰114、主杆19、副杆一110、副杆二111保持原结构形式不动，进行基础扩大施工时，接触面需凿毛预处理，保证连接强度。
42.按照自下而上的顺序进行基础扩大改造，依次为扩大台阶一115、扩大台阶二116、扩大台阶三117、固定立柱21、下支撑立柱31，其中固定立柱21和下支撑立柱31为整体结构，同步施工，只是在本图中按截面进行区分。
43.固定装置系统2的组成结构如图4、图5所示，固定装置系统自上而下主要包括固定立柱21、固定锚栓22、固定柱脚法兰24和调整垫块25，固定立柱21在施工改造后独立基础11时进行现浇，同时将固定锚栓22预埋浇筑。固定立柱21沿着既有立柱进行截面扩大设计，中下部仍保持矩形截面，在顶端设计成圆柱形，以方便升降系统3的装设和工作。
44.固定锚栓22为竖向锚栓，具有一定长度、截面积和承载力，在固定立柱21中环向布设在既有锚栓113和既有柱脚法兰114的外围，本实施例中环向布设了八根固定锚栓22，且自下而上布置下、中、上三层柱间箍筋23，以增加整体刚度。
45.固定锚栓22超出固定立柱21的顶端预留一部分长度，且开有螺纹。固定柱脚法兰24位于既有柱脚法兰114的上方，在整体上为一个具有一定厚度的圆盘法兰，环向上开有与固定锚栓22对应的螺栓孔，与主杆19、副杆一110和副杆二111焊接成整体，同时焊接筋板28进行补强。在柱脚升降的过程中，需要先将既有锚栓113和既有柱脚法兰114脱开，固定柱脚法兰24可顺着固定锚栓22上下滑移。
46.当柱脚调整至指定标高后，固定柱脚法兰24与固定立柱21之间会形成较大的空隙，抗剪切强度不足，此时需要用调整垫块25来进行填充。在竖向上看，调整垫块25分为若干层，每一层可具有不同的厚度，最后剩余间隙可以较薄的调整垫片进行填充。
47.调整垫块25的布置形式和断面形状如图6所示，调整垫块25中间开有两个深型凹槽，可以将固定锚栓22卡在中间。调整垫块25的一端开有螺栓孔，同一层的四个相同的调整垫块25之间，用紧固螺栓27相互连接，形成一个半刚性整体。同时，当固定柱脚法兰24升降至指定高度后，且调整垫块25在横向和竖向分别连接到位后，将固定柱脚法兰24上表面上的固定螺母26紧固到位，从而完成整个固定系统2的施工作业。
48.升降装置系统3的组成部分和结构示意如图7所示，升降装置系统3是实现塔柱脚
抬升和降低的核心装置系统，在升降过程中既要承受上部铁塔结构的重量，又要具备抗拔功能，防止柱脚在风力等因素作用下导致的倾翻倾覆。本实施例公布的升降装置系统3自下而上包括下支撑立柱31、下支撑板32、下耳板33、油缸缸筒34、油缸缸杆35和上耳板36。
49.下支撑立柱31是升降装置系统3作业时的主要受力结构，在基础改造时与固定立柱21现浇成一个整体，内部加筋构造，且顶部要低于固定立柱21的顶部，以方便伸缩油缸的油缸缸筒34和油缸缸杆35的安装和升降作业。同时，在下支撑立柱31的顶部预浇一块下支撑板32，其结构形式上外侧为矩形，内部为圆形，具有一定厚度的钢板，一部分预埋在下支撑立柱31中，另一部分露出表面，主要目的是便于下耳板33的焊接和找平。
50.下耳板33焊接在下支撑板32的上表面上，沿着圆周方向均匀布设，同时注意是否会干涉到调整垫块25的安装，本实施例中的一种方案是环向布设4个，油缸缸筒34的下端通过销轴37安装在下耳板33上，铰接结构，可沿着一个方向旋转一定角度，同时间隙配合，左右允许一定量的位移，从而方便安装和升降作业。
51.油缸缸杆35的上端与上耳板36铰接，安装和工作模式与下耳板33类似，上耳板36沿着圆周方向均匀焊接在固定柱脚法兰24的下表面。此外，使用伸缩油缸控制机构实现对伸缩油缸的控制，伸缩油缸控制机构包括液压阀、液压泵和发动机，伸缩油缸控制机构为可移动装置，可重复利用，在本实施例中不作详细说明。整个液压系统要求既能实现伸缩油缸升降的单独控制，又能实现多组伸缩油缸的联合控制，且具有自锁功能，以防止油缸在铁塔柱脚的重力作用下突然缩短或者伸长。
52.升降作业时，液压缸筒34和液压缸杆35保持竖向状态，液压缸筒34相对于下支撑立柱32保持不动，液压缸杆35相对于液压缸筒34上下升降作业，从而带动固定柱脚法兰24和主杆19、副杆一110、副杆二111和整个塔脚结构进行升降运动。当塔脚需要抬升作业时，液压缸筒34进油，液压缸杆35相对向上运动；当塔脚需要降低作业时，液压缸杆35相对向下运动。在铁塔柱脚第一次升降作业之前，应将既有柱脚法兰114和既有锚栓113脱开，从而既有的固定装置失效，依靠升降装置系统3和固定装置系统2保持稳定。
53.安全防护系统4的结构如图1所示，安全防护系统4是铁塔柱脚升降作业过程中的辅助安全防护装置系统，主要是对主杆进行锚索固定，适应于大型铁塔和风力较大地区。安全防护系统4自下而上主要包括地锚43、斜拉锚索42和斜拉盘41。
54.地锚43为深埋在地下的混凝土锚定结构，为整个安全防护系统4提供锚固力，要求具有较稳定的锚固结构。斜拉盘41是在主杆19上附加的固定装置，相对于主杆19是固定的。
55.斜拉盘41在整体上为一个圆环结构，由两个半圆环焊接或者锚栓连接组成，焊接在主杆19上，根据情况可焊接筋板加强，以保证与主杆19的连接强度。斜拉盘41上开有安装孔，以便与斜拉锚索42的上端相连接。
56.斜拉锚索42为具有一定强度的柔性钢绞线，上端与斜拉盘41连接固定，下端与地锚43相互连接，从而将上部铁塔在风荷载作用下的浮力传递到地锚43上，从而起到抗拔作用。
57.斜拉锚索42沿着基础部分1的环向可以布置若干个，根据实际抗拔力计算且具有一定的安全系数，本实用新型中布设了三根，一根在独立基础的对角线内侧，另外两根沿着环向均布。斜拉锚索42的下端通过调整夹具44与地锚43连接固定，通过调整夹具44可以调整斜拉锚索42的长度，从而在铁塔柱脚升降调整过程中，适时调节，保证斜拉锚索42的紧固
和拉力稳定。
58.具体的，一种基于铁塔柱脚不均匀沉降调节装置的托换升降工法，包括以下步骤：
59.s1、装设安全防护系统4
60.安全防护系统4包括地锚43、斜拉锚索42和斜拉盘41，将地锚43埋设在地下，形成深埋在地下的混凝土锚定结构，为整个安全防护系统4提供锚固力，斜拉盘41固定在主杆19上，斜拉锚索42连接在斜拉盘41与地锚43之间；
61.s2、基础部分改造
62.按照自下而上的顺序对既有基础进行扩大改造，分别形成有扩大台阶一115、扩大台阶二116、扩大台阶三117和下支撑立柱31；
63.在一对横连系梁15之间固定连接若干增设横连系梁18，在一对纵连系梁16之间固定连接有若干增设纵连系梁17；
64.s3、安装调节装置
65.将固定立柱21浇筑在下支撑立柱31内，使得固定立柱21与下支撑立柱31形成整体结构，其中，固定立柱21位于下支撑立柱31内的部分为矩形截面，固定立柱21顶部为圆形截面；
66.在下支撑立柱31的上端安装下支撑板32，在下支撑板32的上端安装下耳板33，然后依次安装伸缩油缸、固定柱脚法兰24、固定螺母26，在固定立柱21上安装多层调整垫块25，并使用紧固螺栓27进行固定；
67.s4、调试检查
68.通过可移动的伸缩油缸控制机构实现对多个伸缩油缸的调控，实现均衡的支撑，移除伸缩油缸控制机构，检查所有结构的稳定性和可靠性，拆除安全防护系统4，或不拆除安全防护系统4，即完成托换升降施工。
69.由以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下有益效果：
70.当铁塔柱脚发生不均匀沉降后，本实用新型可以快速对铁塔柱脚进行升降调整，使得铁塔的多个柱脚始终处于同一水平面，从而保持结构稳定；具备承压和抗拔功能，在柱脚升降过程中，既可以提供较大的顶升力，也可以承受较大的抗拔力，在柱脚调整至既定高度后，方便固定，并保持长期高效运行；
71.可以有效调节风力较大区域的高大型铁塔基础发生的不均匀沉降，并且可以跟据沉降情况反复调节。
72.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
73.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。