CN104775447A - 用于陡峭山区输电塔的子母基础框架及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于陡峭山区输电塔的子母基础框架，包括母基础、子基础和主联梁；母基础包括由母基础主柱和母基础扩底部，母基础主柱包括母基础露高段和母基础埋深段；子基础包括子基础主柱和子基础扩底部，子基础主柱包括子基础露高段和子基础埋深段；主联梁设有主联梁主筋、主联梁加密箍筋、主联梁非加密箍筋和主联梁端部锚筋。本发明还提供一种用于陡峭山区输电塔的子母基础框架的施工工艺。本发明采用带联梁的“子母基础”框架体系取代传统的基础主柱加粗加深或多桩承台手段，可以有效的改善基础主柱的水平承载性能，减少基础立柱的水平位移，从而减少基础混凝土和钢筋用量，对环境保护、水土保持和适应地形条件具有显著的工程意义。

Description

用于陡峭山区输电塔的子母基础框架及其施工工艺

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体的是一种用于陡峭山区输电塔的子母基础框架及其施工工艺。

背景技术

随着我国电力建设的发展，输电线路走廊越来越紧缺，输电线路的铁塔基础所在位置的条件越来越恶劣，尤其是山区输电线路，铁塔基础将不可避免地位于山顶或半山腰等陡峭地形。常规设计往往采用铁塔全方位长短腿与不等高基础的配合，可以一定程度上避免施工大量开方而出现的高边坡问题。

但是，当铁塔位于局部地形陡峭、高差悬殊、场地狭窄的地段时，基础主柱悬臂露高大，基础顶端位移变形很大，会增大基础主柱的附加弯矩，从而增加工程造价。经检索有关文献，传统的处理措施是：(1)加大基础主柱直径和基础埋深，这样势必造成基础混凝土和钢筋用量增加，削弱其经济优势；(2)采用带承台的多桩基础，其基础材料量大幅增加，经济性极差；施工难度增大，且在陡峭地形时实施性差，需搭设较大的施工平台，挖方量大，弃土量增大且不环保。

探寻陡峭山区输电塔基础主柱悬臂露高大引起的基础顶端位移的控制措施，可以有效优化基础工程量，提高工程投资经济性，是山区输电线路铁塔基础设计优化的一项重要技术难题。

发明内容

针对上述现有设计方法存在基础露高大、基础顶部位移大、经济性差等缺点，本发明的目的在于提供一种用于陡峭山区输电塔的子母基础框架及其施工工艺，采用该带联梁的“子母基础”框架体系可以有效的改善基础主柱的水平承载性能，减少基础立柱的水平位移，从而减少基础混凝土和钢筋用量。

为实现上述目的，本发明提供的用于陡峭山区输电塔的子母基础框架，其特征在于：包括母基础、子基础和主联梁，所述主联梁的两端分别与母基础、子基础连接，母基础和子基础通过主联梁形成框架结构；

所述母基础包括母基础主柱和母基础扩底部，所述母基础主柱包括母基础露高段和母基础埋深段，母基础露高段通过地脚螺栓或***式角钢与上部输电塔钢桁架连接；沿母基础主柱周向均匀设有多根母基础主筋，每根母基础主筋沿母基础主柱轴线布置；母基础外壁设有沿周向布置环形的母基础外箍筋，母基础主柱外壁内侧设有环形的母基础架立箍筋，所述母基础架立箍筋沿母基础主柱周向布置且依次与全部母基础主筋连接；母基础主筋沿母基础主柱纵向深度方向环形布置；母基础主筋外壁设有沿周向环形布置的母基础外箍筋，所述母基础外箍筋通过焊接或绑扎与母基础主筋相连；母基础主柱外壁内侧设有环形的母基础架立箍筋，所述母基础架立箍筋沿母基础主柱周向布置且依次与全部母基础主筋连接；

所述子基础包括子基础主柱和子基础扩底部，所述子基础主柱包括子基础露高段和子基础埋深段；沿子基础主柱周向均匀设有多根子基础主筋，每根子基础主筋沿子基础主柱轴线布置；子基础外壁设有沿周向环绕布置的子基础外箍筋，子基础主柱外壁内还设有子基础架立箍筋，所述子基础架立箍筋沿子基础主柱周向环绕布置且依次与全部子基础主筋连接；

所述主联梁设有五层主联梁主筋，主联梁加密箍筋，主联梁非加密箍筋和主联梁端部锚筋；五层主联梁主筋沿主联梁矩形截面对称布置，其中两层主联梁主筋分布在矩形截面上下各一层，矩形截面中间等高度方向等距离布置另外三层主联梁主筋；所述五层主联梁主筋端部和主联梁端部锚筋的两侧锚固在母基础、子基础结构中，形成共同传力体系；所述主联梁加密箍筋和主联梁非加密箍筋采用S形双肢、四肢箍或复合箍将五层主联梁主筋连接。

作为优选方案，所述母基础和子基础的垂直主平面均设有支撑联梁。

进一步地，所述母基础主柱是等截面圆柱形结构，母基础主柱的直径d1为1.2m～2.0m；

所述母基础扩底部是由变截面圆台与等截面圆柱组成的组合式结构，母基础扩底部的圆台底部直径即为扩底直径d2，d2按1.5～2.0倍d1取值；母基础扩底部的等截面圆柱高度为h1，h1按0.15～0.20d2取值；所述母基础扩底部变截面圆台高度为h2；所述母基础扩底部的侧面斜率为(d2-d1)/2与(h1+h2)的比值；(d2-d1)/2与(h1+h2)的比值按1/3～1/2取值；

所述母基础埋深段高度H1为7.0m～9.0m，母基础露高段高度H2为5.0m～7.0m。

进一步地，所述子基础主柱的截面直径d3为1.0m～1.3m，子基础扩底部的直径D为1.8m～2.5m；所述子基础埋深段的高度H3为3.0m～5.0m，子基础露高段的高度H4为0.5m～2.0m；所述子基础沿塔中心45°方向布置。

进一步地，所述主联梁为矩形截面结构，所述主联梁与母基础、子基础相连处的截面尺寸为高1.3m×宽0.6m，主联梁的中间部分矩形截面为高1.0m×宽0.6m。

用于陡峭山区输电塔的子母基础框架，是由母基础、子基础、连梁三部分组成的框架体系共同作用，准确计算须借助计算机有限元数值分析软件实现，但是其数值建模较为复杂，部分工作量大、且每次计算须重复建模，不具有可复制性，不利于工程推广应用。为实现上述目的，本发明还提供一种用于陡峭山区输电塔的子常规掏挖母基础框架的施工工艺，它包括如下步骤：

(1)简化的子母基础框架结构计算方法及流程，具体包含以下步骤：

第一步：依据具体塔位的现场地形图和断面测量数据，作为实际地形地貌的输入数据，根据该铁塔的高低腿和不等高基础配合情况，宜按开挖最小原则对四个塔腿分别降基，确定陡峭地形的母基础露高段高度H2；

第二步：根据上部输电塔传递给基础的作用力大小(包括竖向压力N，X向水平分力Nx、Y向水平分力Ny以及上拔作用力T，X向水平分力Tx、Y向水平分力Ty)和现场地质条件(土体粘聚力c，重度γ_s，地基承载力特征值f_a)作为边界约束条件，初步设定母基础的几何尺寸参数；

设置母基础的几何尺寸参数包括：埋深段高度H1，基础主柱的直径d1和扩底直径d2，扩底部的等截面圆柱高度为h1；扩底部变截面圆台高度为h2；第三步：母基础用以直接承受输电塔传递过来的上部竖向荷载N和T；母基础满足抗拔、抗压承载力的要求，采用现行规程规范中的剪切法计算，母基础尺寸应符合下列要求：

${\mathrm{\γ}}_{f}T\≤\frac{T_v+G_s}{2}+G_f---\left(1\right)$

$(N+1.2G)/\left(\frac{1}{4}\mathrm{\π}{D}^2\right)\≤f_a/0.75---\left(2\right)$

式中：T_v—抗拔土体圆弧滑动面剪切阻力垂直投影分量；

G_s—圆弧滑动面内土体自重；

G_f—基础混凝土自重；

其中γ_f是于杆塔型式相关的系数，对于悬垂型杆塔取0.9，悬垂转角塔取0.95，耐张转角塔取1.1；计算中得到的埋深段高度H1大于露高段高度H2；

第四步：上述第二和第三步得到的基础主柱的直径d1，设定母基础的柱顶容许位移值χ_0a为10mm，根据JGJ94公式R_ha＝0.75α³EI·χ_0a/ν_x确定母基础主柱水平承载力特征值R_ha；

将水平承载力特征值R_ha与下压水平作用合力进行推算比较，确定是否设置联梁；当时，需要设置联梁来减小母基础的柱顶水平位移；当时，可不设置联梁；

第五步：当上述第四步需要设置联梁时，通过确定子基础的位置来确定联梁的跨度L1；子基础位置选取在铁塔基础的主弯矩平面一般沿塔中心45°方向；

第六步：联梁的跨度L1确定后，将联梁视为主要承担自重和母基础水平荷载的构件，按照两端简支的钢筋混凝土矩形截面梁计算其内力，确定其矩形截面尺寸；联梁在与母基础和子基础相连接处采用加腋加强处理，联梁与母基础和子基础相连接处箍筋应加密加强处理；

第七步：通过第六步可得到联梁端部与子基础的支座反力，作为子基础的竖向外荷载，母基础的水平荷载通过联梁直接发作用传递给子基础；结合上述受力荷载大小作为输入条件，依据第三步的方法确定子基础的结构尺寸；

(2)子母基础的施工按照如下步骤：

2a、基础分坑放样：确定铁塔四个塔腿的基础坑口位置；根据中心桩施工基面与基坑地面间的高低差，把水平距离换算成斜距进行基坑放样，确定基坑的孔位；

2b、基坑开挖及清理：基坑开挖施工采用人工开挖或人工开挖与放小炮开挖相结合的方法成型；

2c、安装钢筋和地脚螺栓；

2d、支模找正；

2e、混凝土浇筑及振捣；

2f、养护及拆模；

2g、回填。

进一步地，所述掏挖母基础、构造子基础的立柱、翼缘板或加腋联梁均采用钢筋混凝土结构；混凝土标号为C25，主要受力钢筋采用HRB400，箍筋或母基础架立箍筋、子基础架立箍筋采用HPB300。

本发明的工作原理如下：用于陡峭山区输电塔基础框架结构由掏挖基础、子基础及联梁三部分组成，如图1所示。其中子基础(以下简称为“子基础”)、常规掏挖基础(以下简称为“母基础”)形成一对“子母基础”形式。当地形陡峭时，针对母基础的主柱外露过大，铁塔减腿不够，混凝土悬臂露高将引起偏心弯矩的增大而导致母基础主柱截面和钢筋量都很大，采用本发明可有效减小母基础顶部位移和底部抵抗弯矩。

在上述技术方案中，母基础通过地脚螺栓或***式角钢与上部输电塔钢桁架相连接，直接承受输电塔传递过来的上部荷载。其中铁塔塔腿主要竖向作用力由母基础承担，水平作用力则主要由子基础和主平面支撑联梁承担，联梁提供足够的侧向刚度，该体系合理的分配了基础作用力，同时采用框架体系最大程度减少了母基础顶部位移，为铁塔塔腿提供更好的约束刚度，有效降低母基础的偏心弯矩，改善其主柱顶部位移，减少混凝土用量。

在上述技术方案中，“子掏挖”基础布置根据现场实际地形可以灵活设置，合理优化的使用“子母基础”，配合全方位高低腿和主柱加高基础，经济性和环保性将较为明显。

本发明的优点在于：

其一，采用带联梁的“子母基础”框架体系，有效改善了陡峭山区常规基础的高露头问题，能有效控制基础变位。

其二，施工可行，且相对方便，且后期运行维护方便。

其三，该措施新型，有效、易行，安全可靠，已在巴塘～昌都500kV输电线路工程、锦屏一级电站～西昌换流站500kV送电线路工程中应用效果良好，具有使用推广价值。

本发明采用电力行业输电铁塔基础加高的处理方法，确切的说是采用带联梁的“子母基础”框架体系取代传统的基础主柱加粗或多桩承台手段，采用该带联梁的“子母基础”框架体系可以有效的改善基础主柱的水平承载性能，减少基础立柱的水平位移，从而减少基础混凝土和钢筋用量。子母基础框架结构因对于陡峭地形具有良好的适用性，对环境保护、水土保持和适应地形条件具有显著的工程意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的A-A剖面结构示意图。

图3为图1的B-B剖面(主联梁加腋处)结构示意图。

图4为图1的C-C剖面(主联梁截面)结构示意图。

图5为本发明的平面布置图。

图6为本发明的母基础结构示意图。

图中：母基础1，母基础主柱1.1，母基础扩底部1.2，母基础露高段1.11，母基础埋深段1.12，母基础主筋1.3，母基础外箍筋1.4，母基础架立箍筋1.5；

子基础2，子基础主柱2.1，子基础扩底部2.2，子基础露高段2.11，子基础埋深段2.12，子基础主筋2.3，子基础外箍筋2.4，子基础架立箍筋2.5；主联梁3，主联梁主筋3.1，主联梁加密箍筋3.2，主联梁非加密箍筋3.3，主联梁端部锚筋3.4；支撑联梁4；

母基础主柱的直径d1，母基础扩底部的扩底直径d2，母基础扩底部的等截面圆柱高度h1，母基础扩底部变截面圆台高度h2，母基础埋深段高度H1，母基础露高段高度H2；子基础主柱截面直径d3，子基础扩底部的直径D；子基础埋深段的高度H3，子基础露高段的高度H4，铁塔脚M1、M2、M3、M4，横担中心P，铁塔脚M1与相邻塔脚M2或M4之间的距离Q。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图所示的用于陡峭山区输电塔的子母基础框架，其特征在于：包括母基础1、子基础2和主联梁3，主联梁3的两端分别与母基础1、子基础2连接，母基础1和子基础2通过主联梁3形成框架结构；

母基础1包括由母基础主柱1.1和母基础扩底部1.2，母基础主柱1.1包括母基础露高段1.11和母基础埋深段1.12，母基础露高段1.11通过地脚螺栓或***式角钢与上部输电塔钢桁架连接，用以直接承受输电塔传递过来的上部荷载；沿母基础主柱1.1周向均匀设有所有母基础主筋1.3，每根母基础主筋1.3沿母基础主柱1.1轴线布置；母基础1外壁设有沿周向布置环形的母基础外箍筋1.4，母基础主柱1.1外壁内侧设有环形的母基础架立箍筋1.5，母基础架立箍筋1.5沿母基础主柱1.1周向布置且依次与所有母基础主筋1.3连接；母基础主筋1.3沿着纵向深度方向通长环形布置；母基础主筋1.3外壁设有沿周向布置环形的母基础外箍筋1.4，通过焊接或绑扎与母基础主筋1.3相连；母基础主柱1.1外壁内侧设有环形的母基础架立箍筋1.5，母基础架立箍筋1.5沿母基础主柱1.1周向布置且依次与所有母基础主筋1.3连接；母基础架立箍筋1.5自天然地面1.0m开始向下，每隔1.5m左右设置一层，主要起架立稳定主筋、方便施工的作用；

子基础2包括由子基础主柱2.1和子基础扩底部2.2，子基础主柱2.1包括子基础露高段2.11和子基础埋深段2.12；沿子基础主柱2.1周向均匀设有多根子基础主筋2.3，每根子基础主筋2.3沿子基础主柱2.1轴线布置；子基础2外壁设有沿周向环绕布置的子基础外箍筋2.4，子基础主柱2.1外壁内还设有子基础架立箍筋2.5，子基础架立箍筋2.5沿子基础主柱2.1周向环绕布置且依次与多根子基础主筋2.3连接；

主联梁3设有主联梁主筋3.1、主联梁加密箍筋3.2、主联梁非加密箍筋3.3和主联梁端部锚筋3.4；主联梁主筋3.1沿主联梁3矩形截面对称通长布置，其中主要分布在矩形截面上下各一层，中间等高度方向等距离布置三层腰部筋；五层主联梁主筋3.1端部和主联梁端部锚筋3.4两侧伸入锚固在母基础1、子基础2结构中，形成共同传力体系；在与母基础1、子基础2相连处的加掖段截面底部增加一层倾斜放置的主联梁主筋3.1，以进一步加强锚固构造；主联梁加密箍筋3.2和主联梁非加密箍筋3.3采用S形双肢、四肢箍和复合箍等形式将上述分层主筋连接；主联梁加密箍筋3.2用以主联梁3与母基础1、子基础2联接端部一定距离处箍筋间距加密。

母基础1和子基础2的垂直主平面设有支撑联梁4。

母基础主柱1.1是等截面圆柱形结构，母基础主柱1.1的直径d1为1.2m～2.0m；母基础扩底部1.2是由变截面圆台与等截面圆柱组成的组合式结构，母基础扩底部1.2的圆台上部直径为d1，母基础扩底部1.2的圆台底部直径即为扩底直径d2，d2按1.5～2.0倍d1取值；母基础扩底部1.2的等截面圆柱高度为h1，h1可取0.15～0.20倍d2；母基础扩底部1.2变截面圆台高度为h2；由母基础扩底部1.2的侧面斜率决定，圆台侧面扩底部斜率是指(d2-d1)/2与(h1+h2)的比值；扩底部侧面斜率按1/3～1/2取值；母基础埋深段1.12高度H1为7.0m～9.0m，母基础露高段1.11高度H2为5.0m～7.0m。

子基础主柱2.1的截面直径d3为1.0m～1.3m，子基础扩底部2.2的直径D为1.8m～2.5m；子基础埋深段2.12的高度H3为3.0m～5.0m，子基础露高段2.11的高度H4为0.5m～2.0m；子基础沿塔中心45°方向布置。

主联梁3为矩形截面结构，主联梁3与母基础1、子基础2相连处的截面作加掖加强处理,截面尺寸为高1.3m×宽0.6m；主联梁3的中间部分矩形截面为高1.0m×宽0.6m。

本发明的用于陡峭山区输电塔的子母基础框架，具体设计方案如下：

(1)根据不同的上部输电塔基础作用力和现场地质条件，确定母基础的截面尺寸。结合实际地形地貌，配合输电塔全方位高低腿配置情况，确定母基础的加高悬臂值，达到不开方、少挖方的效果。

(2)依据现有的技术规程，规范，计算母基础的柱顶位移值，为了满足受力和变形容许值的需要，在母基础的垂直侧平面设置翼缘板或联梁。

(3)翼缘板或联梁主要承担自重和掏挖母基础水平荷载，翼缘板或联梁配筋应满足受力和构造要求。联梁在与母基础和子基础相连接处采用加腋加强处理。

(4)子基础位置一般选取在铁塔基础的主弯矩平面一般沿塔中心45°方向，如图5所示。其位置应依据现场地形地貌、施工便利等综合确定。其设置相对灵活。

(5)所有基础主柱、翼缘板或加腋联梁均采用钢筋混凝土结构。混凝土标号为C25，主要受力钢筋采用HRB400，箍筋或架力箍筋采用HPB300。

(6)母基础底部设置扩底部，进一步提高其抗拔、抗水平承载能力。其全长由基础露高段和基础埋深段高度组成，埋置深度由上部竖向荷载计算确定。悬臂段高度不宜过大，一般小于基础埋深度，且满足基础抗倾覆验算要求。

(7)母基础和子基础的悬臂外露段箍筋应加密，满足抗剪要求。

(8)联梁与母基础和子基础相连接处箍筋应加密加强处理。

(9)翼缘板或加腋联梁施工时需增加支模。母基础和子基础的基坑成孔后须及时浇筑，避免水和杂物浸入基坑。必要时，采取护壁或钢套筒分段浇筑施工。

本发明用于陡峭山区输电塔的子常规掏挖母基础框架的施工工艺，包括如下步骤：

(1)简化的子母基础框架结构计算方法及流程，具体包含以下步骤：

第一步：依据具体塔位的现场地形图和断面测量数据，作为实际地形地貌的输入数据，根据该铁塔的高低腿和不等高基础配合情况，宜按开挖最小原则对四个塔腿分别降基，确定陡峭地形的母基础露高段高度H2。

第二步：根据上部输电塔传递给基础的作用力大小(包括竖向压力N，X向水平分力Nx、Y向水平分力Ny以及上拔作用力T，X向水平分力Tx、Y向水平分力Ty)和现场地质条件(土体粘聚力c，重度γ_s，地基承载力特征值f_a)作为边界约束条件，初步设定母基础的几何尺寸参数。

设置母基础的几何尺寸参数包括：埋深段高度H1，基础主柱的直径d1和扩底直径d2，扩底部的等截面圆柱高度为h1；扩底部变截面圆台高度为h2；当设置上述参数尚未计算时，可根据本发明使用人的经验设定初值。

第三步：母基础用以直接承受输电塔传递过来的上部竖向荷载N和T。母基础满足抗拔、抗压承载力的要求，采用现行规程规范中的剪切法计算，母基础尺寸应符合下列要求：

${\mathrm{\γ}}_{f}T\≤\frac{T_v+G_s}{2}+G_f---\left(1\right)$

$(N+1.2G)/\left(\frac{1}{4}\mathrm{\π}{D}^2\right)\≤f_a/0.75---\left(2\right)$

式中：T_v—抗拔土体圆弧滑动面剪切阻力垂直投影分量；

G_s—圆弧滑动面内土体自重；

G_f—基础混凝土自重。

其中γ_f是于杆塔型式相关的系数，对于悬垂型杆塔取0.9，悬垂转角塔取0.95，耐张转角塔取1.1。

计算中得到的母基础埋深段高度H1不宜过小，需大于母基础露高段高度H2，以满足符合基础抗倾覆要求。

第四步：上述第二和第三步得到的基础主柱直径d1，设定母基础的柱顶容许位移值χ_0a为10mm，根据《建筑桩基技术规范》JGJ94公式R_ha＝0.75α³EI·χ_0a/ν_x确定母基础主柱水平承载力特征值R_ha。

将水平承载力特征值R_ha与下压水平作用合力进行推算比较，确定是否设置联梁。当时，需要设置联梁来减小母基础的柱顶水平位移；当时，可不设置联梁。

第五步：当上述第四步需要设置联梁时，我们通过确定子基础的位置来确定联梁的跨度L1。子基础位置一般选取在铁塔基础的主弯矩平面一般沿塔中心45°方向，如图5所示。其位置应依据现场地形地貌、施工便利等综合确定。其设置相对灵活。

第六步：联梁的跨度或长度L1确定后，将联梁视为主要承担自重和母基础水平荷载的构件，按照两端简支的钢筋混凝土矩形截面梁计算其内力，确定其矩形截面尺寸。

为了满足联梁的受力和构造要求要求，联梁的主要受力钢筋采用HRB400，箍筋或架力箍筋采用HPB300。联梁在与母基础和子基础相连接处采用加腋加强处理，联梁与母基础和子基础相连接处箍筋应加密加强处理。

第七步：通过第六步可得到联梁端部与子基础的支座反力，作为子基础的竖向外荷载，母基础的水平荷载通过联梁直接发作用传递给子基础。结合上述受力荷载大小作为输入条件，依据第三步类似的方法可以确定子基础的结构尺寸。

通过上述步骤，可以确定子母基础框架结构。在上述方案中，所有柱、翼缘板或加腋联梁均采用钢筋混凝土结构。混凝土标号为C25，主要受力钢筋采用HRB400，箍筋或架力箍筋采用HPB300。

母基础和子基础的悬臂外露段箍筋应加密，满足抗剪要求。

翼缘板或加腋联梁施工时需增加支模。母基础和子基础的基坑成孔后须及时浇筑，避免水和杂物浸入基坑。必要时，采取护壁或钢套筒分段浇筑施工；

(2)子母基础的施工按照如下步骤：

2a、基础分坑放样：确定铁塔四个塔腿的基础坑口位置；根据中心桩施工基面与基坑地面间的高低差，把水平距离换算成斜距进行基坑放样，确定基坑的孔位；

2b、基坑开挖及清理：基坑开挖施工一般采用人工开挖，也可采用人工开挖与放小炮开挖相结合的方法成型；基坑初挖时，宜比设计规定的尺寸小30mm～50mm，以便修整基坑；基坑开挖至接近设计深度时，再挖掘扩底部部分，各部尺寸应预留50mm左右，待清理基坑时再修整；基坑清理应从上而下进行；位于陡坡的基坑开挖，严禁就地向塔位下坡方向弃土或塔位上方临空面堆放，以防止弃土冲毁塔位下坡方向自然地形、地貌及植被危及塔基安全；

2c、安装钢筋和地脚螺栓：基础成孔后，应及时验孔、安装地脚螺栓和钢筋；

2d、支模找正：根据子母基础框架结构的实际尺寸对应加工模板，支模前在模板表面上均匀涂一层脱膜剂，所有支撑要牢固，定位要准确。模板就位后的调整应符合下列要求：对中→找正→操平；支撑方法，应根据土质情况和模板长度而定，土质坚硬时，应在模板四侧用方木或圆木(60mm×60mm或φ60mm～φ80mm)作成斜支撑杆；土质松软或模板较长时，除增加斜支撑之外，在联梁连接处加固角钢；模板可采用木模板或钢模板，木模板应采用厚度不小于18mm的板材；对于木模板的支撑可使用钢管支撑或圆木支撑，模板支撑必须牢固可靠；

母基础露出地面部分，应按基础尺寸合理配置，模板表面应平整且接缝严密，不得漏浆；模板的连接肋木用50mm×50mm，肋木之间距离一般为500mm～700mm；

为防止混凝土浇灌及振捣过程中，混凝土挤压模板使其变形而影响基础尺寸和工艺美观，基础立柱模板应每间隔0.5m放一道加强箍将其固定、夹紧，防止胀摸。加强箍各节点必须用扣件固定；

2e、混凝土浇筑及振捣：混凝土自高处倾落的自由高度不超过2m，超过2m时应沿溜管、斜槽、串筒落下，以免发生离析现象；浇筑顺序为先模板四角然后再中间；每次浇制厚度不得超过400mm；混凝土应分层浇灌和捣固，母基础和子基础的基础立柱按1.0m分层振捣。振捣时间为混凝土不再显著下沉，不再出现气泡，表面泛出灰浆为止；

2f、养护及拆模：混凝土浇筑后应在12小时内开始浇水养护，养护时应在在混凝土表面覆盖草袋或塑料薄膜等覆盖物和及时淋水，浇水次数应能保持砼表面始终湿润；基础浇制完毕后，待混凝土强度达到2.5MPa时方可拆模，拆模应自上而下进行，拆模应注意不要损坏混凝土的表面及棱角；

2g、回填：回填基坑前用塑料膜将基础立柱包裹，并浇水进行养护；特别高立柱基础，露出地面部分较高，必须包裹严实，并经常浇水养护；为避免主柱受自重作用发生变形，基础回填时应先回填基础内侧再回填基础外侧；

所有掏挖母基础、构造子基础的立柱、翼缘板或加腋联梁均采用钢筋混凝土结构；混凝土标号为C25，主要受力钢筋采用HRB400，箍筋或母基础架立箍筋、子基础架立箍筋采用HPB300。

子母基础的施工大致按照如下步骤：(1)基础分坑放样，(2)基坑开挖及清理，(3)安装钢筋和地脚螺栓，(4)支模找正，(5)混凝土浇筑及振捣；(6)养护及拆模；(7)回填；

具体描述如下：

(1)基础分坑放样：确定铁塔四个塔腿的基础坑口位置。

根据中心桩施工基面与基坑地面间的高低差，把水平距离换算成斜距进行基坑放样，确定基坑的孔位。

(2)基坑开挖及清理：

基坑开挖施工一般采用人工开挖，也可采用人工开挖与放小炮开挖相结合的方法成型。基坑初挖时，宜比设计规定的尺寸小30mm～50mm，以便修整基坑。基坑开挖至接近设计深度时，再挖掘扩底部部分，各部尺寸应预留50mm左右，待清理基坑时再修整。

基坑清理应从上而下进行。位于陡坡的基坑开挖，严禁就地向塔位下坡方向弃土或塔位上方临空面堆放，以防止弃土冲毁塔位下坡方向自然地形、地貌及植被危及塔基安全。

(3)安装钢筋和地脚螺栓

基础成孔后，应及时验孔、安装地脚螺栓和钢筋。

(4)支模找正：根据子母基础框架结构的实际尺寸对应加工模板，支模前在模板表面上均匀涂一层脱膜剂，所有支撑要牢固，定位要准确。模板就位后的调整应符合下列要求：对中→找正→操平。

支撑方法，应根据土质情况和模板长度而定，土质坚硬时，应在模板四侧用方木或圆木(60mm×60mm或φ60mm～φ80mm)作成斜支撑杆；土质松软或模板较长时，除增加斜支撑之外，在联梁连接处加固角钢。

模板可采用木模板或钢模板，木模板应采用厚度不小于18mm的板材。对于木模板的支撑可使用钢管支撑或圆木支撑，模板支撑必须牢固可靠。

母基础露出地面部分，应按基础尺寸合理配置，模板表面应平整且接缝严密，不得漏浆。模板的连接肋木用50mm×50mm，肋木之间距离一般为500mm～700mm。

为防止混凝土浇灌及振捣过程中，混凝土挤压模板使其变形而影响基础尺寸和工艺美观，基础立柱模板应每间隔0.5m放一道加强箍将其固定、夹紧，防止胀摸。加强箍各节点必须用扣件固定。

(5)混凝土振捣及浇灌

混凝土自高处倾落的自由高度不超过2.0m，超过2.0m时应沿溜管、斜槽、串筒落下，以免发生离析现象；浇筑顺序为先模板四角然后再中间。每次浇制厚度不得超过400mm。

混凝土应分层浇灌和捣固，母基础和子基础的基础立柱按1.0m分层振捣。

振捣时间为混凝土不再显著下沉，不再出现气泡，表面泛出灰浆为止。

(6)养护及拆模

混凝土浇筑后应在12小时内开始浇水养护，养护时应在在混凝土表面覆盖草袋或塑料薄膜等覆盖物和及时淋水，浇水次数应能保持砼表面始终湿润。

基础浇制完毕后，待混凝土强度达到2.5MPa时方可拆模，拆模应自上而下进行，拆模应注意不要损坏混凝土的表面及棱角

(7)回填

回填基坑前用塑料膜将基础立柱包裹，并浇水进行养护。特别高立柱基础，露出地面部分较高，必须包裹严实，并经常浇水养护。为避免主柱受自重作用发生变形，基础回填时应先回填基础内侧再回填基础外侧。

下表为各项工作的质量检验标准:

下面结合具体的工程实际情况，对本发明作进一步地详细描述。

以川藏联网的巴塘～昌都500kV输电线路工程G262293A为例，塔型为Z31105，对应的导线采用4×JL/G1A-500/45钢芯铝绞线，采用双地线，其中一根为普通地线，另一根为OPGW。气象条件为10mm冰区、31m/s风、4000m以下海拔直线塔，呼高78m。

本实施例的G262293A铁塔基础作用力的相关性能参数见表1。

表1

根据现场测量数据，此塔B腿基础设计需要外露6.5m，从保护范围算起基础外露高度达6.5m。传统的设计方法带来如下问题：基础顶端位移达到约20mm，超过了国内相关规程规范和设计经验不大于10mm的要求。

采用本实施例后，基础主柱顶端X方向平动自由度受到约束，在承受水平力时，其顶端位移可缩减为8.2mm，对水平位移的控制效果明显。

同时，采用本实施例后，子母基础最大弯矩相对传统方法设计可减小约30％～40％，基础受力性能得到很大改善，减小了基础材料的使用量。

还需要说明的是，对于不同输电线路工程，塔位地形、地貌及地质条件和杆塔所受到的上部荷载会有所差别，相应的，所述实施例的各部分尺寸也需根据具体的工程情况进行调整，本发明对此不再一一赘述。

Claims (7)

1.一种用于陡峭山区输电塔的子母基础框架，其特征在于：包括母基础(1)、子基础(2)和主联梁(3)，所述主联梁(3)的两端分别与母基础(1)、子基础(2)连接，母基础(1)和子基础(2)通过主联梁(3)形成框架结构；

所述母基础(1)包括母基础主柱(1.1)和母基础扩底部(1.2)，所述母基础主柱(1.1)包括母基础露高段(1.11)和母基础埋深段(1.12)，母基础露高段(1.11)通过地脚螺栓或***式角钢与上部输电塔钢桁架连接；沿母基础主柱(1.1)周向均匀设有多根母基础主筋(1.3)，每根母基础主筋(1.3)沿母基础主柱(1.1)轴线布置；母基础(1)外壁设有沿周向布置环形的母基础外箍筋(1.4)，母基础主柱(1.1)外壁内侧设有环形的母基础架立箍筋(1.5)，所述母基础架立箍筋(1.5)沿母基础主柱(1.1)周向布置且依次与全部母基础主筋(1.3)连接；母基础主筋(1.3)沿母基础主柱(1.1)纵向深度方向环形布置；母基础主筋(1.3)外壁设有沿周向环形布置的母基础外箍筋(1.4)，所述母基础外箍筋(1.4)通过焊接或绑扎与母基础主筋(1.3)相连；母基础主柱(1.1)外壁内侧设有环形的母基础架立箍筋(1.5)，所述母基础架立箍筋(1.5)沿母基础主柱(1.1)周向布置且依次与全部母基础主筋(1.3)连接；

所述子基础(2)包括子基础主柱(2.1)和子基础扩底部(2.2)，所述子基础主柱(2.1)包括子基础露高段(2.11)和子基础埋深段(2.12)；沿子基础主柱(2.1)周向均匀设有多根子基础主筋(2.3)，每根子基础主筋(2.3)沿子基础主柱(2.1)轴线布置；子基础(2)外壁设有沿周向环绕布置的子基础外箍筋(2.4)，子基础主柱(2.1)外壁内还设有子基础架立箍筋(2.5)，所述子基础架立箍筋(2.5)沿子基础主柱(2.1)周向环绕布置且依次与全部子基础主筋(2.3)连接；

所述主联梁(3)设有五层主联梁主筋(3.1)，主联梁加密箍筋(3.2)，主联梁非加密箍筋(3.3)和主联梁端部锚筋(3.4)；五层主联梁主筋(3.1)沿主联梁(3)矩形截面对称布置，其中两层主联梁主筋(3.1)分布在矩形截面上下各一层，矩形截面中间等高度方向等距离布置另外三层主联梁主筋(3.1)；所述五层主联梁主筋(3.1)端部和主联梁端部锚筋(3.4)的两侧锚固在母基础(1)、子基础(2)结构中，形成共同传力体系；所述主联梁加密箍筋(3.2)和主联梁非加密箍筋(3.3)采用S形双肢、四肢箍或复合箍将五层主联梁主筋(3.1)连接。

2.根据权利要求1所述的用于陡峭山区输电塔的子母基础框架，其特征在于：所述母基础(1)和子基础(2)的垂直主平面均设有支撑联梁(4)。

3.根据权利要求1或2所述的用于陡峭山区输电塔的子母基础框架，其特征在于：所述母基础主柱(1.1)是等截面圆柱形结构，母基础主柱(1.1)的直径d1为1.2m～2.0m；

所述母基础扩底部(1.2)是由变截面圆台与等截面圆柱组成的组合式结构，母基础扩底部(1.2)的圆台底部直径即为扩底直径d2，d2按1.5～2.0倍d1取值；母基础扩底部(1.2)的等截面圆柱高度为h1，h1按0.15～0.20d2取值；所述母基础扩底部(1.2)变截面圆台高度为h2；所述母基础扩底部(1.2)的侧面斜率为(d2-d1)/2与(h1+h2)的比值；(d2-d1)/2与(h1+h2)的比值按1/3～1/2取值；

所述母基础埋深段(1.12)高度H1为7.0m～9.0m，母基础露高段(1.11)高度H2为5.0m～7.0m。

4.根据权利要求1或2所述的用于陡峭山区输电塔的子母基础框架，其特征在于：所述子基础主柱(2.1)的截面直径d3为1.0m～1.3m，子基础扩底部(2.2)的直径D为1.8m～2.5m；所述子基础埋深段(2.12)的高度H3为3.0m～5.0m，子基础露高段(2.11)的高度H4为0.5m～2.0m；所述子基础沿塔中心45°方向布置。

5.根据权利要求1或2所述的用于陡峭山区输电塔的子母基础框架，其特征在于：所述主联梁(3)为矩形截面结构，所述主联梁(3)与母基础(1)、子基础(2)相连处的截面尺寸为高1.3m×宽0.6m，主联梁(3)的中间部分矩形截面为高1.0m×宽0.6m。

6.一种用于陡峭山区输电塔的子常规掏挖母基础框架的施工工艺，它包括如下步骤：

(1)子母基础框架结构计算方法及流程，具体包含以下步骤：

第一步：依据具体塔位的现场地形图和断面测量数据，作为实际地形地貌的输入数据，根据该铁塔的高低腿和不等高基础配合情况，按开挖最小原则对四个塔腿分别降基，确定陡峭地形的母基础露高段高度H2；

第二步：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(土体粘聚力c，重度γ_s，地基承载力特征值f_a)作为边界约束条件，初步设定母基础的几何尺寸参数；所述作用力包括竖向压力N，X向水平分力Nx、Y向水平分力Ny以及上拔作用力T，X向水平分力Tx、Y向水平分力Ty，所述现场地质条件包括土体粘聚力c，重度γ_s，地基承载力特征值f_a；

设置母基础的几何尺寸参数包括：埋深段高度H1，基础主柱的直径d1和扩底直径d2，扩底部的等截面圆柱高度为h1；扩底部变截面圆台高度为h2；

第三步：母基础用以直接承受输电塔传递过来的上部竖向荷载N和T；母基础满足抗拔、抗压承载力的要求，采用现行规程规范中的剪切法计算，母基础尺寸应符合下列要求：

${\mathrm{\γ}}_{f}T\≤\frac{T_v+G_s}{2}+G_f---\left(1\right)$

$(N+1.2G)/\left(\frac{1}{4}{\mathrm{\πD}}^2\right)\≤f_a/0.75---\left(2\right)$

式中：T_v—抗拔土体圆弧滑动面剪切阻力垂直投影分量；

G_s—圆弧滑动面内土体自重；

G_f—基础混凝土自重；

其中γ^f是于杆塔型式相关的系数，对于悬垂型杆塔取0.9，悬垂转角塔取0.95，耐张转角塔取1.1；计算中得到的埋深段高度H1大于露高段高度H2；

第四步：上述第二和第三步得到的基础主柱直径d1，设定母基础的柱顶容许位移值χ_0a为10mm，根据JGJ94公式R_ha＝0.75α³EI·χ_0a/ν_x确定母基础主柱水平承载力特征值R_ha；

将水平承载力特征值R_ha与下压水平作用合力进行推算比较，确定是否设置联梁；当时，需要设置联梁来减小母基础的柱顶水平位移；当时，可不设置联梁；

第五步：当上述第四步需要设置联梁时，通过确定子基础的位置来确定联梁的跨度L1；子基础位置选取在铁塔基础的主弯矩平面一般沿塔中心45°方向；

第六步：联梁的跨度L1确定后，将联梁视为主要承担自重和母基础水平荷载的构件，按照两端简支的钢筋混凝土矩形截面梁计算其内力，确定其矩形截面尺寸；联梁在与母基础和子基础相连接处采用加腋加强处理，联梁与母基础和子基础相连接处箍筋应加密加强处理；

第七步：通过第六步可得到联梁端部与子基础的支座反力，作为子基础的竖向外荷载，母基础的水平荷载通过联梁直接发作用传递给子基础；结合上述受力荷载大小作为输入条件，依据第三步的方法确定子基础的结构尺寸；

(2)子母基础的施工按照如下步骤：

2a、基础分坑放样：确定铁塔四个塔腿的基础坑口位置；根据中心桩施工基面与基坑地面间的高低差，把水平距离换算成斜距进行基坑放样，确定基坑的孔位；

2b、基坑开挖及清理：基坑开挖施工采用人工开挖或人工开挖与放小炮开挖相结合的方法成型；

2c、安装钢筋和地脚螺栓；

2d、支模找正；

2e、混凝土浇筑及振捣；

2f、养护及拆模；

2g、回填。

7.根据权利要求6所述用于陡峭山区输电塔的子母基础框架的施工工艺，其特征在于：所述掏挖母基础、构造子基础的立柱、翼缘板或加腋联梁均采用钢筋混凝土结构；混凝土标号为C25，主要受力钢筋采用HRB400，箍筋或母基础架立箍筋、子基础架立箍筋采用HPB300。