一种预应力锚杆联合掏挖复合基础及其施工方法
技术领域
本发明涉及输电塔基础技术，尤其涉及一种预应力锚杆联合掏挖复合基础及其施工方法。
背景技术
随着我国特高压输电线路的建设。越来越多的特高压输电线路需要经过山区。当前，山区输电线路杆塔基础主要有3种：岩石嵌固基础、挖孔类基础和岩石锚杆基础。由于特高压输电线路荷载较大．岩石嵌固和挖孔类基础尺寸、开方量一般都比较大，开挖施工难度也大。与岩石嵌固和挖孔类基础相比，岩石锚杆基础可充分利用岩石地基的良好承载性能，基础混凝土用量和土石方开挖量小，可明显减少基础材料和弃土运输量。此外，岩石锚杆基础机械化施工程度高，显著降低了人工开挖或爆破作业对基础周围岩石基面、林木植被的破坏，具有较好的经济与环保效益，在特高压直流输电线路工程中应用前景广阔。
山区输电线路工程常用的岩石锚杆基础型式有直锚式和承台式2种。其中直锚式锚杆基础主要适用于覆盖层较薄或者直接裸露的岩石地基且基础作用力较小的塔位；承台式锚杆基础主要适用于地表覆盖稍厚的层岩石地基，且一般用于基础作用力较大的塔位。然而在我国山地和丘陵地区，比较广泛地存在地表为2～3m上覆粘土层，土层以下为岩石地基的地质条件。随着输电电压等级和基础荷载的提高，选择单一的掏挖基础或岩石锚杆基础，在大多数情况下不能满足工程要求。此时，如将掏挖基础与锚杆基础组合使用，形成锚杆联合掏挖复合基础，即在上部粘土层中应用掏挖基础，下部岩体中应用岩石锚杆基础，则可充分发挥2种地基条件的天然承载能力。然而，现有技术中的锚杆联合掏挖复合基础存在以下问题：1）在抵抗上拔荷载作用时需要产生较大变形才能发挥承载作用；2）在循环荷载作用下累积变形较大；3）基础刚度较低，岩石锚杆基础与掏挖基础两者难以协同承载，对变形的敏感度差异较大。
例如，一种在中国专利文献上公开的“螺旋锚掏挖复合基础”，其公告号CN202124863U，其公开了一种螺旋锚掏挖复合基础。该复合基础包括螺旋锚和掏挖基础，所述螺旋锚置于掏挖基础的底部，所述螺旋锚的上部伸入到掏挖基础中并与掏挖基础相固接。然而，该螺旋锚掏挖复合基础在抵抗上拔荷载作用时需要产生较大变形才能发挥承载作用，在循环荷载作用下累积变形较大。
发明内容
本发明是为了克服目前现有技术中的锚杆联合掏挖复合基础在抵抗上拔荷载作用时需要产生较大变形才能发挥承载作用，且在循环荷载作用下累积变形较大，同时基础刚度较低，岩石锚杆基础与掏挖基础两者难以协同承载，对变形的敏感度差异较大等问题，提出了一种一种预应力锚杆联合掏挖复合基础及其施工方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种预应力锚杆联合掏挖复合基础，包括挖陶基础和预应力锚杆基础，所述挖陶基础位于土层Ⅰ中，所述挖陶基础由掏挖基础混凝土和掏挖基础配筋组成，所述预应力锚杆基础位于岩层Ⅱ中，包括若干预应力锚杆，所述预应力锚杆包括锚固段混凝土或水泥砂浆和预应力锚筋，所述预应力锚筋上端部伸入挖陶基础中构成预应力锚筋自由段，所述预应力锚筋自由段套设有隔离套管，所述预应力锚筋自由段上端部设置有锚头、锚垫板和锚头加强筋。
本发明预应力锚杆联合掏挖复合基础包括挖陶基础和预应力锚杆基础，其中预应力锚杆基础包括设有预应力锚筋的预应力锚杆，且预应力锚筋上端部伸入挖陶基础中构成预应力锚筋自由段，预应力锚筋自由段设有隔离套管，其上端部还设置有锚头、锚垫板和锚头加强筋。为了达到提升基础刚度整体性、岩土体抗力发挥一致性，本发明通过预应力将锚杆基础与掏挖基础更紧密的结合成一个整体，从受力原理角度，传统的无预应力锚筋复合基础往往存在基础下部锚杆受力变形刚度大、上部挖孔基础变形刚度小，两者难以实现变形协调，致使基础所受上拔力较大时锚杆和挖孔基础提供抗力存在先后顺序，锚杆在小变形下达到极限状态出现塑性破坏而挖孔基础仍仅发挥其自身抗拔承载力的小部分，并且难以从基础地表上拔变形观测锚杆受力状态，存在安全隐患。本发明预应力锚杆联合掏挖复合基础通过预应力将锚杆部分和挖孔基础更紧密结合在一起，提高基础承载变形的灵敏度，将荷载更有效传递至深层质地较好的岩层中，减低上部土层在基础服役周期内的承载循环扰动。
作为优选，所述锚头包括锚头垫片和锚具。
作为优选，所述挖陶基础在竖直方向的截面形状呈倒漏斗形、矩形或底部扩大多边形。
作为优选，所述预应力锚杆垂直或倾斜设置，预应力锚杆基础的径向尺寸为100-150mm。
作为优选，所述预应力锚杆的横截面呈圆形或多边形。
作为优选，预应力锚筋是螺纹钢筋或热轧处理钢筋。
作为优选，所述隔离套管为塑料管或金属波纹管，所述预应力锚筋与隔离套管之间填充防腐润滑油脂。
一种预应力锚杆联合掏挖复合基础的施工方法，包括以下步骤：
（1）在地表土层部分进行掏挖直至露出岩层上表面，形成掏挖基础形状的基坑；
（2）利用机械锚杆钻机向深层岩层中钻出直径100-150mm的预应力锚杆钻孔，成孔后清孔；
（3）根据设计长度制作预应力锚筋，并在全长设置多个定位支架，定位支架的间距为1-2m；
（4）将预应力锚筋放入孔中并固定，然后向孔中浇筑混凝土或水泥砂浆以形成预应力锚杆基础，控制浇筑量使预应力锚杆基础上端高出岩层上表面；
（5）在预应力锚筋外部套设隔离套管，向其中填充防腐润滑油脂；对掏挖基础进行配筋，在预应力锚筋的上端部配置锚头加强筋和预埋锚垫板；向掏挖基础部分浇筑混凝土，并在预应力锚杆的锚头位置设置漏斗形模具或套筒，待锚固后用于浇筑封锚混凝土；
（6）完成掏挖基础的浇筑后，在锚头位置安装锚头垫片和锚具；待掏挖基础的混凝土强度达到设计强度75%后进行预应力张拉锁定，然后以机械切割多余的锚筋，浇筑混凝土或水泥砂浆以封闭锚头。
由于在挖孔基础现场施工中存在挖至岩层难以继续挖掘、不能达到设计深度从而无法满足承载要求的情况，因此，本发明的预应力锚杆联合掏挖复合基础在施工时，先进行挖孔基础挖孔之后进行锚杆钻孔，从而满足抗拔要求又能解决无法挖掘的问题，复合施工实际情况，更能有效提高基础承载力，在步骤（5）中，在基础浇筑到顶面时需要在锚头位置留出一个凹槽，浇筑时在该位置设置漏斗形的模具以空出该位置作为之后锚头施加预应力。
作为优选，步骤（4）中所述混凝土或水泥砂浆的强度等级不低于42.5MPa。
作为优选，步骤（6）中，封闭锚头的混凝土保护层厚度不小于50mm。
因此，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明的复合基础由于掏挖基础底面置于岩层顶面，主要承受下压荷载，掏挖基础和预应力锚杆基础共同承担上拔荷载和水平荷载，承受上拔荷载、水平荷载、循环荷载作用时变形较小，满足输电塔基础变形控制要求；
（2）本发明的施工方法简单、易操作，能够很好地满足环保性要求；
（3）本发明可用于地表土层较浅、下覆岩层的地质条件，适用于输电线路杆塔基础。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明结构俯视示意图。
图3是本发明第二种结构示意图。
图4是本发明第三种结构示意图。
图5是本发明施工方法示意图。
图中：土层Ⅰ，岩层Ⅱ，挖陶基础1，预应力锚杆基础2，掏挖基础混凝土3，掏挖基础配筋4，预应力锚杆5，锚固段混凝土或水泥砂浆51，预应力锚筋52，预应力锚筋自由段53，隔离套管6，锚头7，锚头垫片71，锚具72，锚垫板8，锚头加强筋9。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1：如图1-2所示，一种预应力锚杆联合掏挖复合基础，包括挖陶基础1和预应力锚杆基础2，所述挖陶基础1位于土层Ⅰ中，在竖直方向的截面形状呈底部扩大多边形，所述挖陶基础1由掏挖基础混凝土3和掏挖基础配筋4组成，所述预应力锚杆基础2位于岩层Ⅱ中，包括若干预应力锚杆5，预应力锚杆5垂直或倾斜设置，预应力锚杆基础的径向尺寸为100-150mm，横截面呈圆形或多边形，包括锚固段混凝土或水泥砂浆51和预应力锚筋52，所述预应力锚筋52是螺纹钢筋或热轧处理钢筋，其上端部伸入挖陶基础1中构成预应力锚筋自由段53，所述预应力锚筋自由段53套设有隔离套管6，预应力锚筋52与隔离套管6之间填充防腐润滑油脂，所述预应力锚筋自由段53上端部设置有锚头7、锚垫板8和锚头加强筋9；所述锚头7包括锚头垫片71和锚具72。
一种预应力锚杆联合掏挖复合基础的施工方法，如图5所示，包括以下步骤：
（1）在地表土层部分进行掏挖直至露出岩层上表面，形成掏挖基础形状的基坑；
（2）利用机械锚杆钻机向深层岩层中钻出直径100-150mm的预应力锚杆钻孔，成孔后清孔；
（3）根据设计长度制作预应力锚筋，预应力锚筋是以多根钢筋连接制作，其连接方式是机械连接、双面搭接焊或双面帮条焊；采用双面焊时，焊缝长度不小于钢筋直径的5倍，并在全长设置多个定位支架，定位支架的间距为1-2m；
（4）将预应力锚筋放入孔中并固定，然后向孔中浇筑混凝土或水泥砂浆以形成预应力锚杆基础，控制浇筑量使预应力锚杆基础上端高出岩层上表面；所述混凝土或水泥砂浆的强度等级不低于42.5MPa；
（5）在预应力锚筋外部套设隔离套管，向其中填充防腐润滑油脂；对掏挖基础进行配筋，在预应力锚筋的上端部配置锚头加强筋和预埋锚垫板；向掏挖基础部分浇筑混凝土，并在预应力锚杆的锚头位置设置漏斗形模具或套筒，待锚固后用于浇筑封锚混凝土；
（6）完成掏挖基础的浇筑后，在锚头位置安装锚头垫片和锚具；待掏挖基础的混凝土强度达到设计强度75%后进行预应力张拉锁定，然后以机械切割多余的锚筋，浇筑混凝土或水泥砂浆以封闭锚头；封闭锚头的混凝土保护层厚度不小于50mm。
本发明复合基础在施工时，由于在挖孔基础现场施工中存在挖至岩层难以继续挖掘、不能达到设计深度从而无法满足承载要求的情况，因此，先进行挖孔基础挖孔之后进行锚杆钻孔，从而满足抗拔要求又能解决无法挖掘的问题，复合施工实际情况，更能有效提高基础承载力。同时，为了达到提升基础刚度整体性、岩土体抗力发挥一致性，通过预应力将锚杆基础与掏挖基础更紧密的结合成一个整体 ，提高基础承载变形的灵敏度，将荷载更有效传递至深层质地较好的岩层中，减低上部土层在基础服役周期内的承载循环扰动。
实施例2：如图3所示，与实施例1不同之处在于，挖陶基础1在竖直方向的截面形状呈矩形。
实施例3：如图4所示，与实施例1不同之处在于，挖陶基础1在竖直方向的截面形状呈倒漏斗形。
