斜柱斜面輸電鐵塔基礎(chǔ)的計(jì)算要點(diǎn)及施工技術(shù)

馮軍驍

(遼寧省送變電工程公司，沈陽(yáng)市110021)

1 斜柱斜面基礎(chǔ)介紹

在西北750 kV超高壓輸電線路工程的開(kāi)挖回填類基礎(chǔ)中，廣泛采用了斜柱地腳螺栓基礎(chǔ)，多年實(shí)踐應(yīng)用以來(lái)，施工技術(shù)成熟，運(yùn)行安全可靠，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益［1-6］。本文參考相關(guān)計(jì)算手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行斜柱斜面輸電鐵塔基礎(chǔ)的計(jì)算分析［7-9］。斜柱地腳螺栓基礎(chǔ)一般多為地腳螺栓火曲折彎錨固于傾斜的基礎(chǔ)立柱鋼筋混凝土中?；A(chǔ)斜立柱與插入角鋼式斜柱基礎(chǔ)相同，立柱頂面為水平面的正方形。塔腳板水平方向朝向基礎(chǔ)頂面，所以，此種基礎(chǔ)也稱為塔腳板水平布置的斜柱螺栓基礎(chǔ)，如圖1所示。

圖1 斜柱螺栓基礎(chǔ)示意圖Fig.1 Inclined bolt foundation

火曲折彎的地腳螺栓，雖然在頸部有4根補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，但仍有可能因加工制造缺陷而降低螺栓強(qiáng)度。因此，在終端塔、轉(zhuǎn)角塔等受力大的塔型中，近年逐漸采用不折彎的直螺栓，基礎(chǔ)改型成為“斜柱斜面”基礎(chǔ)。此種基礎(chǔ)直地腳螺栓與立柱坡度一致，傾斜錨固于立柱鋼筋混凝土中。立柱頂面與斜立柱棱線垂直，不再水平而呈斜面。塔腳板傾斜方向朝向基礎(chǔ)頂面，所以，此種基礎(chǔ)也稱為塔腳板垂直布置的斜柱螺栓基礎(chǔ)，如圖2所示。

圖2 斜柱斜面螺栓基礎(chǔ)示意圖Fig.2 Bolt foundation with inclined column and oblique top surface

以上2圖的基礎(chǔ)均為四棱臺(tái)形底盤(pán)，也有正方體形底盤(pán)加臺(tái)階的設(shè)計(jì)。

值得注意的是:塔腳板與鐵塔主材的連接方式分為“座板式”和“靴板式”2種。“座板式”的塔腳板自帶短主材，鐵塔主材與其對(duì)接?！把グ迨健钡乃_板無(wú)短主材，鐵塔主材直接插入塔腳板。4個(gè)地腳螺栓時(shí)，“座板式”和“靴板式”的螺栓組合布置方式相同。8個(gè)地腳螺栓時(shí)，“座板式”和“靴板式”的螺栓組合布置方式則不同，“靴板式”的螺栓間距不等。

2 斜柱基礎(chǔ)的根開(kāi)、坡度

無(wú)論是插入角鋼式還是地腳螺栓式(包括斜柱平面和斜柱斜面)的斜柱基礎(chǔ)，其基礎(chǔ)根開(kāi)(即立柱頂面中心處)與底盤(pán)中心根開(kāi)均如圖3所示?；A(chǔ)四腿斜立柱的坡度與鐵塔四腿主材坡度一致，如圖4所示。

設(shè)基礎(chǔ)全高為H，則根開(kāi)之間有如下關(guān)系:

綜合坡度與正、側(cè)面坡度的關(guān)系為

綜合斜長(zhǎng)為

圖3 斜柱基礎(chǔ)根開(kāi)示意圖Fig.3 Foundation of inclined column

圖4 斜柱基礎(chǔ)正側(cè)面坡度示意圖Fig.4 Positive side slope of inclined column foundation

3 斜柱斜面基礎(chǔ)的模板放樣計(jì)算

如圖5所示，由斜柱斜面基礎(chǔ)立柱模型圖可分解出外角兩面相同的模板(1)、(2)和內(nèi)角兩面相同的模板(3)、(4)。

根據(jù)柱頂中心O點(diǎn)與兩角點(diǎn)B、D等高的特性，可由垂高/綜合斜長(zhǎng)=1/L的比例關(guān)系求得:

模板棱長(zhǎng)②

由模板中標(biāo)示的角度與坡度角α、β為對(duì)等角的關(guān)系，可求得模板的另外幾個(gè)邊長(zhǎng):

模板棱長(zhǎng)①

模板棱長(zhǎng)③

模板底邊長(zhǎng)

圖5 斜柱斜面基礎(chǔ)立柱模型及模板放樣圖Fig.5 Column model and template of foundation with inclined column and oblique top surface

也可由頂面半對(duì)角線、水平線、棱長(zhǎng)①構(gòu)成的直角三角形，利用綜合坡度角γ，求得

模板棱長(zhǎng)①

結(jié)果與式(5)相同，棱長(zhǎng)③的計(jì)算同理。

4 斜柱斜面基礎(chǔ)的立柱主筋放樣計(jì)算

如圖6所示，立柱主筋的幾何模型與模板的幾何模型相似，解析計(jì)算過(guò)程幾乎相同，只是在計(jì)算出主筋長(zhǎng)度后，需要減去頂端和底端的鋼筋保護(hù)層厚度。計(jì)算中采用的原始數(shù)據(jù)為:立柱坡度α和β、基礎(chǔ)全高h(yuǎn)、鋼筋籠的正方形邊長(zhǎng)g。

假設(shè)立柱1圈共32根主筋，主筋間距為150 mm，即鋼筋籠邊長(zhǎng)g=1 200 mm;主筋頂端保護(hù)層50 mm，底端保護(hù)層 90 mm;基礎(chǔ)全高 h=5 900 mm，基礎(chǔ)正側(cè)面坡度為tanα=tanβ=0.18。

則中間主筋長(zhǎng)為X=h×L－140 mm=5 948 mm，最長(zhǎng)主筋長(zhǎng)為Y=X+g×tanα=6 164 mm，最短主筋長(zhǎng)為Y=X－g×tanα=5 732 mm。

同理，也可由綜合坡度角γ求解最長(zhǎng)主筋、最短主筋長(zhǎng)度，結(jié)果相同。

圖6 立柱主筋幾何模型及解析圖Fig.6 Geometric model and analytic diagram of column’s main reinforcement

由以上最長(zhǎng)、中間、最短3根主筋長(zhǎng)度可求出鋼筋長(zhǎng)度差分值為27 mm，則主筋的長(zhǎng)度由短至長(zhǎng)依次為1根5 732 mm、2根5 759 mm，2根5 786 mm，2根5 813 mm，以此類推其余為2根5 840 mm、2根5 867 mm、2根5 894 mm、2根5 921 mm、2根5 948 mm、2根5 975 mm、2根6 002 mm、2根6 029 mm、2根 6 056 mm、2根 6 083 mm、2根 6 110 mm、2根6 137 mm、1根6 164 mm。

5 斜柱斜面基礎(chǔ)的支模找正計(jì)算

如圖7所示，常規(guī)的“斜柱平面”基礎(chǔ)在支模找正時(shí)，只需要將儀器架在中心樁O'處，鏡頭對(duì)準(zhǔn)方向樁，再轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的45°，再由基礎(chǔ)根開(kāi)對(duì)角線加減相應(yīng)的距離，測(cè)量后即可對(duì)相應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)位進(jìn)行找正，以達(dá)到支模的水平位置準(zhǔn)確。標(biāo)高則由被測(cè)量點(diǎn)位與中心樁處的相對(duì)高差來(lái)控制。如環(huán)形螺栓定位板的定位印記點(diǎn)K'找正時(shí)，只需先由螺栓分布半徑M'K'和基礎(chǔ)半根開(kāi)對(duì)角線O'M'求出:D1'=O'K'=O'M'－M'K'。也可由 O'J'和 J'N1'直接求出 O'N1'和O'N2'，直接測(cè)量O'N1'和O'N2'而找正螺栓內(nèi)角位置。外角位置找正方法相同。

圖7 斜柱平面基礎(chǔ)支模找正示意圖Fig.7 Formwork positioning of foundation with inclined column and level top surface

如圖8，斜柱斜面基礎(chǔ)在支模找正時(shí)則稍有難度，需要找正的立柱模板內(nèi)、外角點(diǎn)不處于同一水平面，8根螺栓環(huán)形定位板上的內(nèi)、外印記點(diǎn)也不處于同一水平面。從俯視平面圖可以看出:模板上平面投影為一個(gè)菱形，環(huán)形定位板投影為一個(gè)橢圓形。

此時(shí)，則需要把立柱半對(duì)角線、螺栓找正印記點(diǎn)距離MK距離換算至水平面投影對(duì)應(yīng)的投影距離。由前文所述和圖7的正視立面圖可以得出，立柱上平面與水平面的夾角即為綜合坡度角γ，環(huán)形定位板平面與水平面的夾角也為綜合坡度角γ。

設(shè)基礎(chǔ)根開(kāi)a=b，立柱斷面邊長(zhǎng)為d，(座板式)螺栓分布半徑為R，(靴板式)螺栓分布半徑為R，螺栓間距為S1和S2。求得立柱內(nèi)、外角點(diǎn)位置為(以下均為水平距離):

圖8 斜柱斜面基礎(chǔ)支模找正示意圖Fig.8 Formwork positioning of foundation with inclined column and oblique top surface

環(huán)形定位板內(nèi)、外印記點(diǎn)位置為:

螺栓N1、N2連線的中點(diǎn)位置J與定位板中心M之間的水平投影距離為

螺栓N1、N2連線的中點(diǎn)位置J與螺栓N1、N2之間的水平距離為

螺栓N1、N2距中心樁O的水平距離為

其中，MJ、JN1用分座板式、靴板式分別代入。

立柱內(nèi)、外角點(diǎn)的高差為

內(nèi)角兩螺栓與外角兩螺栓間的高差為

同理，任意2組對(duì)應(yīng)螺栓間的高差，均可由其在中心樁方向的斜面距離乘sinγ求得。

6 施工技術(shù)要點(diǎn)

如上所述，“斜柱斜面”基礎(chǔ)的施工技術(shù)要點(diǎn)總結(jié)如下。

(1)計(jì)算并加工好立柱異形模板。

(2)計(jì)算并放樣加工好立柱不等長(zhǎng)主筋，按順序捆扎并標(biāo)記。

(3)加工固定螺栓的環(huán)形定位板。

(4)現(xiàn)場(chǎng)綁扎底盤(pán)鋼筋并找正，按順序取用綁扎立柱不等長(zhǎng)主筋并找正。

(5)現(xiàn)場(chǎng)支模找正底盤(pán)(臺(tái)階)、立柱模板，并補(bǔ)強(qiáng)加固結(jié)實(shí)，支撐牢固可靠。

(6)8根地腳螺栓整體焊接固定。用吊車整體吊裝下入立柱模板，并將環(huán)形定位板及支架在立柱模板上固定好。單個(gè)逐根下入螺栓會(huì)大大增加找正的難度，不推薦。

(7)計(jì)算測(cè)量好里角兩螺栓與外角兩螺栓的高差，整體控制好8根螺栓的露出高度。

(8)調(diào)整好螺栓坡度、位置、高度后，在其底部可輔助用鐵線與鋼筋籠綁扎固定。

(9)四腿螺栓的高差要一一對(duì)應(yīng)多次測(cè)量，調(diào)整精確。測(cè)量時(shí)要按設(shè)計(jì)要求保留相應(yīng)的轉(zhuǎn)角塔基礎(chǔ)預(yù)高值，各種距離、高差要多次檢查。

(10)立柱頂部混凝土坍落度不宜過(guò)大，頂部收面要及時(shí)反復(fù)收光抹平，多次收抹最終形成斜面。抹面過(guò)程中用螺栓露出高度控制好立柱混凝土面的精確高度。

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