一种用于输电线路的根键桩基础选型及根键布置方法技术

本发明专利技术公开了一种用于输电线路的根键桩基础选型及根键布置方法，包括根据地形地质条件、地下水位、铁塔类型、施工工艺和根键桩基础承载能力选取根键基础类型，根据对基础承载力的影响确定基础实心桩或空心桩；根据构造便捷性、承载力性能、施工方便性和经济性四个指标进行综合性评价确定截面形状、平面布置、空间布置；通过ABAQUS有限元分析软件计算基于不同目标函数下的最优根键布置，本发明专利技术通过对嵌入根键后的掏挖类基础综合分析，有效解决了传统形式掏挖基础在有限空间内已无法满足更高承载力与稳定性需求，通过对基础进行优化设计分析，使根键在合理布置情况下充分提高基础承载性能，具有显著的经济和社会效益。具有显著的经济和社会效益。具有显著的经济和社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种用于输电线路的根键桩基础选型及根键布置方法


[0001]本专利技术涉及输电线路杆塔基础设计领域，尤其涉及掏挖类根键桩的选型及根键布置方法。

技术介绍

[0002]当前，我国电网建设进入了飞速发展时期，“西电东送”工程仍是我国需要坚持的重要发展战略。在电力资源长距离输送时，特高压输电线路输电容量提升，输电能力强，能大大减少电力输送过程中的损耗。然而，特高压输电线路杆塔因上部荷载大幅增加，导致的杆塔基础想要为输电线路提供足够的承载力，其基础直径及埋深就需大幅提高，增加了坍塌、坠落等严重的安全风险，大大削弱了基础的经济性、安全性和环保性。
[0003]在各类基础型式中，挖孔桩基础型式不需要对土体进行大开挖施工、能充分利用原状土承载性能，具有环保友好、资源节约的优点，已逐步成为输电线路设计的首选基础型式。然而，传统挖孔桩基础在荷载增大到一定程度后，只能通过增加基础尺寸来提高其承载力，已无法满足高电压等级的输电线路建设需求。
[0004]通过调研，在传统挖孔桩基础的侧壁锚固根键后，会产生类似树根约束土体的效应，调动周围土体与根键发挥协同作用，有效提高基础承载力，减小基础的变形，从而满足工程需要。然而根键桩基础特殊的造型加大了基础的施工难度，考虑根键与桩身的匹配程度，如何布置根键满足安全性和经济性要求成为亟待解决的问题，因此有必要针对传统挖孔桩基础设置根键后的优化设计提出一种合理的分析方法。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术公开了一种用于输电线路的根键桩基础选型及根键布置方法，包括以下步骤：
[0006](1)根据地形地质条件、地下水位、铁塔类型、施工工艺和根键桩基础承载能力选取根键基础类型，所述根键基础类型包括基础选型、根键选型，基础选型包括确定空心/实心桩、确定基础尺寸；所述根键选型包括确定截面形状、平面布置、空间布置以及根键尺寸；
[0007](2)根据对基础承载力的影响确定基础实心桩或空心桩；
[0008](3)根据构造便捷性、承载力性能、施工方便性和经济性四个指标进行综合性评价确定截面形状、平面布置、空间布置；
[0009](4)通过ABAQUS有限元分析软件分析基于不同目标函数下的最优根键布置。
[0010]本专利技术还公开了一种输电杆塔根键桩基础，包括桩身以及设置于桩身表面的根键，所述桩身包括中部空心段以及设置于中部空心段上下两端的上部实心段、下部实心段，所述根键设置为多层，每层根键的数量多个，并对称分布于桩身表面，所述根键的截面为方形。
[0011]一般来说，在传统基础设置根键后，会产生类似树根约束土体的效应，在输电线路领域可以借鉴此思路，调动周围土体与根键发挥协同作用，可以提高基础承载力，减小基础
直径与埋深，确定掏挖基础根键的布置型式。
[0012]确定根键截面形状：从构造便捷性、承载性能、施工方便性、经济性四方面考虑，方形截面虽然顶推定位精度要求高，但是构造简单、加工方便与主柱连接方便，承载性能发挥较好，综合经济性好得到了广泛应用。
[0013]根键平面布置：上斜和下斜布置时的顶推需要在现购机具外单独加工反力架，在不同设计方案下角度调整困难，经济性欠佳而水平布置时的顶推设备为目前市面常规的设备，不需要额外加工机具，水平布置时，可以在千斤顶两侧同时顶推根键，施工效率比单侧顶推提高一倍。
[0014]根键空间布置：根键对称布置时钢筋笼间隔设置简单，构造便捷；现场施工方便、工序少、周期短，综合经济性好；承载性能相对较好。
[0015]根键优化设计：分别从根键长度、每层根键数目、顶层根键埋设位置、根键布置层间距、根键布置层数因素考虑根键最优布置方式。
[0016]本专利技术通过对嵌入根键后的掏挖类基础综合分析，有效解决了传统形式掏挖基础在有限空间内已无法满足更高承载力与稳定性需求，通过对基础进行优化设计分析，使根键在合理布置情况下充分提高基础承载性能，具有显著的经济和社会效益。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的流程图。
[0018]图2为本专利技术的最佳方案选择。
[0019]图3为本专利技术的根键优化设计流程。
[0020]图4为本专利技术的不同根键数目土体塑性区分布。
[0021]图5为本专利技术的不同根键埋深土体塑性区分布。
[0022]图6为本专利技术的不同根键层间距土体塑性区分布。
[0023]图7为本专利技术的不同目标函数下根键最优布置。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0025]结合图1，本专利技术实施例提供一种用于输电线路的根键桩基础选型及根键布置方法，该方法包括以下步骤：
[0026]S1：确定杆塔基础的选型：通过对等截面掏挖基础和传统扩底掏挖基础的对比试验发现，基础承受上部杆塔传来的荷载作用时，埋深越大，传递至底部的力越小，采用底层根键代替扩底，埋深越深，底部根键设置合理时，可以基本达到、甚至可以超过扩底的作用，设置多层根键是在底层根键外增加一层及以上根键，根键的作用得到加强，水平和抗拔承载力均能超过扩底作用。
[0027]而掏挖基础主要分三类：根键桩基础、根键掏挖基础、根键板柱基础。根据不同地形地质条件及地下水位的影响对基础进行合理的选取，对于山地塔位，面对荷载较大的耐
张塔和地形陡峭区域杆塔一般选用根键桩基础来提供输电线路杆塔所需承载力，平地有水或平地塔位软弱不良土质地基仍选用根键桩基础。
[0028]根键桩基础采用混凝土浇筑桩体+预制根键型式，因此考虑比较实心桩与空心桩对基础承载力的影响，开展不同参数空心段布置根键桩的模拟分析，模拟可知：不管是空心段壁厚还是基础埋深的大小，对根键桩承载力几乎不存在影响，但空心段壁厚则会影响桩身应力分布，且上拔荷载作用下的影响效果大于水平荷载作用，因此在设计空心桩时应以上拔荷载对桩身壁厚进行控制。即采用以下参数：上、下部实心段的长度取0.75
‑
1.25倍桩径长度，大直径桩取小值，小直径桩取大值；中部为中空腔段，通长布置，壁厚应该按照桩径进行匹配设计，取桩径的0.25
‑
0.35倍，且大直径桩取小值，小直径桩取大值。
[0029]S2：确定根键布置型式：根据“构造便捷性”、“承载力性能”、“施工方便性”和“经济性”四个指标对分级方案进行综合性评价，选择优化方案。
[0030]十字形截面虽性能最好，但构造较为复杂，与主柱连接复杂且不经济；圆形截面简单但与主柱较难连接，造成施工不便；相比较而言，方形截面简单，与主柱连接部分方便，受力主方向平行于方形截面两个边，承载性能得到较好地发挥，施工便捷，综合经济性较好。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于输电线路的根键桩基础选型及根键布置方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据地形地质条件、地下水位、铁塔类型、施工工艺和根键桩基础承载能力选取根键基础类型，所述根键基础类型包括基础选型、根键选型，基础选型包括确定空心/实心桩、确定基础尺寸；所述根键选型包括确定截面形状、平面布置、空间布置以及根键尺寸；(2)根据对基础承载力的影响确定基础实心桩或空心桩；(3)根据构造便捷性、承载力性能、施工方便性和经济性四个指标进行综合性评价确定截面形状、平面布置、空间布置；(4)通过ABAQUS有限元分析软件分析基于不同目标函数下的最优根键布置。2.根据权利要求1所述的一种用于输电线路的根键桩基础选型及根键布置方法，其特征在于：所述根键桩基础承载能力因素包括根键长度、根键数目、顶层根键埋设位置、根键间距、根键层数。3.根据权利要求1所述的一种用于输电线路的根键桩基础选型及根键布置方法，其特征在于：通过嵌入根键的形式提高基础承载性能，通过对根键的优化布置使基础承载性能达到最大化。4.根据权利要求1所述的一种用于输电线路的根键桩基础选型及根键布置方法，其特征在于：基于不同目...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁俊，马泽慧，黄雪峰，杨森林，王学明，王鹏武，陈海龙，高振，靳义奎，张君，李涓，陈旭，王贵田，周文雄，梁雪岚，孙昆，马雄，于昊，徐蔚，马斌，陈思良，孟凡成，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：