[發明專利]一種抗凍拔擴底樁結構及其施工方法

在審

• 申請號: 202111454493.2
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114016541A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 常丹;閆一輝;劉建坤;封力貞
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: E02D27/42
• 分類號: E02D27/42;E02D31/00;E02D5/38
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;劉慧麗

本發明涉及桿塔技術領域，公開了一種抗凍拔擴底樁結構及其施工方法，抗凍拔擴底樁結構包括骨架立柱、傘骨結構和滑動塊，骨架立柱的頂端用于與樁柱連接，滑動塊軸向活動套裝在骨架立柱上，傘骨結構包括支撐桿和連接桿，支撐桿的底端轉動裝配在骨架立柱上，各支撐桿與滑動塊之間均連接有連接桿，連接桿的一端與支撐桿鉸接、另一端與滑動塊鉸接。在凍土層中建造桿塔基礎時，施工人員將該抗凍拔底柱結構布置在樁孔的底部，傘骨結構嵌入土體中起到了預埋筋的作用，樁柱基礎受到凍拔力作用影響時，傘骨結構以及骨架立柱可以提供向下的抗拔力，減弱凍拔現象；對生產工藝的要求較低，便于流水線批量生產，制造成本低，施工難度較小，簡化施工。

技術領域

本發明涉及桿塔技術領域，特別是涉及一種抗凍拔擴底樁結構及其施工方法。

背景技術

隨著我國經濟的發展，我國基礎設施建設在我國凍土區大面積開展，對這些地區主要線性工程進行研究，發現位于凍土區的桿塔基礎存在嚴重的凍拔問題。在冬季負溫下，土體發生凍脹，桿塔基礎側向土凍脹產生向上的切向凍脹力作用于桿塔，當桿塔基礎的自重與桿塔與土體之間產生的摩擦力之和不足以平衡土與桿塔基礎之間的切向凍脹力時，桿塔向上拔起，隨著時間的推移、凍融循環次數的增加，桿塔基礎甚至會發生傾斜，從而影響桿塔的正常使用，這種現象我們稱之為凍拔現象。

位于凍土區的桿塔基礎位于多年凍土層及季節活動層中，基礎的底面和側面均與土體直接作用，土體的凍脹融沉過程中桿塔的不等量位移是桿塔基礎發生凍拔問題的關鍵。巨大的凍拔作用造成了桿塔的上拔，拉線的崩斷以及受力不均勻時的傾斜甚至傾覆問題，極大的影響線性工程的安全性，出現傾斜甚至塌陷現象，將會造成電力網絡、通信網絡的重大安全事故，給國家帶來重大經濟損失

現有的防凍拔技術主要有以下幾種，一是改變樁身形式，如改變樁端形式，將圓柱狀樁端改為錐形樁端或在樁端預設多根預埋鋼筋等方式，增大樁端與土體的接觸面積，從而增大抗拔反力使得減小樁體上拔，從而減弱凍拔現象；二是對樁體周邊加熱等方法，使樁周土體避免處于負溫以下，減少周邊土體中水分體積膨脹，進而解決樁體周邊土體的凍脹現象，從而解決樁柱基礎的凍拔現象；三是通過對樁身附加機構來減弱凍拔作用對樁柱基礎的影響，對樁身外側安裝錨固裝置增加樁體的抗拔力，或對樁身外側安裝與樁身緊密貼合的滑軌裝置，從而代替樁身承受大部分的凍拔力，通過在樁體外側安裝裝置來減弱樁身的凍拔作用。

但是上述的抗凍拔方式存在各自的缺點，如改變樁身形式增大樁體與土的接觸面積在原理上有效可行，但此種異形樁體不便于流水線生產，生產工藝尚不太成熟，若要生產異形樁，需比普通預制樁投入更多的人力、物力資源，導致生產成本大大提高，無法滿足經濟性要求，較難推廣，實用性較差；并且此種異形樁在施工過程中施工工藝尚不成熟，施工難度較大，異形樁在打樁過程中，樁身截面變化較大處容易出現應力集中現象導致樁身斷裂，從而增加施工難度及經濟成本。

通過加熱樁身周邊土體，使土體升溫，避免土體被凍結，雖然能從根源上解決土體的凍拔問題，但對周邊土體加熱需要耗費大量的能源，不符合環保的理念。除此之外，周邊土體加熱不充分，仍會產生少量的凍拔位移，經過經年累月的凍融循環作用仍會發生桿塔基礎傾斜，但投入了大量的電力資源，經濟性要求無法滿足。若周邊土體過度加熱，不僅會消耗過多電力資源，還會對原有地區的凍土造成較大程度的破壞，易造成地基基礎不穩定，地基基礎發生較大沉降，不符合保護多年凍土的設計原則，不利于結構的長久使用，會影響結構的安全性、適用性。對于周邊土體如何進行加熱還未有相關理論支撐，較難實現對土體進行適度的加熱。

通過在樁身外側增加錨固裝置或者在外側增加裝置來代替樁體承擔大部分的凍拔力，這種方式可行但對于施工技術考驗較高，施工難度增大。且此種方式通常需要將樁體與機構在預制過程中便進行連接，增大了制作難度，且因為機構需與樁體連接后才生產完成，混凝土樁自身凝結硬化需要一定的時間，使得整體裝置最終生產時間較長，不適合流水線施工，導致生產成本增加，而且裝置施工難度大，結構復雜，不適合推廣使用。

發明內容