地震和岩溶不良地质环境下的输电杆塔复合地基及施工方法

技术领域

本发明属于输电线路技术领域，更具体地，涉及一种地震和岩溶不良地质环境下的输电杆塔复合地基及施工方法。

背景技术

随着国家电力的发展，输电杆塔也更多的铺向了地质构造更复杂的地带，而我国地震断裂发育范围广，地震烈度大且地震频发，每年都有大量因地震引发的地质灾害和基础设施损坏现象。近年来，电网工程项目在推进建设中，输电杆塔在地震作用下的安全稳定性引起了高度重视和关注。

此外，输电杆塔不可避免的会架设在岩溶地区，而岩溶地区分布着有对输电杆塔地基基础稳定性有较大影响的溶洞、土洞。若地基设计施工不当，则会因地基不均匀沉降、地基整体破坏，导致杆塔倾斜、变形、甚至倾覆，严重威胁线路安全，而造成上百万元的直接经济损失和上亿元的间接经济损失。本发明提供一种地震和岩溶不良地质环境下的输电杆塔复合地基及施工方法，从而保障输电杆塔在地震作用和岩溶地区不良地质情况下的安全稳定性，以避免不必要的经济损失。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种地震和岩溶不良地质环境下的输电杆塔复合地基及施工方法，利用填充了橡胶颗粒混合土的碳纤维编织格构网减小地震振幅对输电杆塔地基的影响；通过使用滤布、双向钢筋网加强对地下水的流失控制以及对地基粘固程度的升级，一定程度上防止了地基沉降；通过使用BFRP管及可扩展的圆弧钢板加强了对地基结构的支撑，可扩展的增加了与地基侧面的压力面积，减小沉降速度，最后通过压力传感器、位移传感器对数据进行监测，当数据异常时预警模块和无线发射模块向控制中心反馈信息发送至终端模块并同时控制电动转子收紧拉线使圆弧钢板扩展从而增加受力面积、延缓沉降，为补救增加了时间，形成了一套完整的预防维护体系。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种地震和岩溶不良地质环境下的输电杆塔复合地基，包括：

基础单元，其包括设于基坑内的滤布，设于该滤布上方的双向钢筋网；

设于所述基础单元上的至少一层复合结构单元，其包括设于所述双向钢筋网上的碳纤维编织格构网、填充于所述碳纤维编织格构网内部的橡胶颗粒混合土，所述碳纤维编织格构网四周设有预留孔洞、经该预留孔洞纵向植入的BFRP管以及在BFRP管上下连接处用于保持连接结构稳定的套筒及在每个BFRP管外侧与之水平固定连接的圆弧钢板；

以及监测预警单元，其包括设于所述滤布和双向钢筋网之间用于监输电杆塔地基的压力分布而快速预警岩溶土洞发育状态的压力传感器，所述碳纤维编织格构网上设置夯实浇筑的输电杆塔基础，两个相对的输电杆塔基础均设有相互连接用于监测地基的水平位置是否有发生沉降现象的位移传感器，所述压力传感器、位移传感器通过导线与显示及预警装置通信连接。

进一步地，所述碳纤维编织格构网内部呈蜂窝状，通过辅助装置钢片内撑架使碳纤维编织格构网的蜂窝缝隙撑开以便将橡胶颗粒混合土对其进行填充。

进一步地，所述橡胶颗粒混合土中橡胶的占比大于等于15％。

进一步地，多层所述碳纤维编织格构网叠加，且叠加角度呈45°-60°。

进一步地，所述BFRP管的内径为8mm-15mm。

进一步地，所述圆弧钢板包括固定圆弧钢板及与连接的扩展圆弧钢板；

所述扩展圆弧钢板置于所述圆弧钢板上部并可绕其圆心旋转。

进一步地，所述圆弧钢板包括牵引块和拉线；

所述牵引块置于两个扩展圆弧钢板之间并可绕圆弧钢板径向移动；

所述拉线一端与牵引块相连，另一端与电动转子相连。

进一步地，所述滤布通过多层成30°的交叉叠加设置。

进一步地，所述显示及预警装置包括显示模块、预警模块和无线发射模块。

按照本发明的第二方面，提供一种所述的地震和岩溶不良地质环境下的输电杆塔复合地基的施工方法，包括：

S100：对输电杆塔地基进行开挖处理，在基坑底部的铺设滤布，并在滤布上方设置双向钢筋网，在滤布和双向钢筋网之间均布设置多个压力传感器，用于监测输电杆塔及输电杆塔地基对其的压力分布而快速预警是否有岩溶土洞在发育；

S200：在双向钢筋网上设置第一层碳纤维编织格构网，并在碳纤维编织格构网的空腔内填充橡胶颗粒混合土，同时在碳纤维编织格构网四周的预留孔洞内纵向植入的BFRP管以及在BFRP管上下连接处使其连接保持结构稳定的套筒，并在每个BFRP管外侧设置与之水平固定连接的圆弧钢板；

S300：根据输电塔杆的载荷需求重复步骤S，并在顶层碳纤维编织格构网上设置夯实浇筑的输电杆塔基础，在两个相对位置的输电杆塔基础均设有相互连接的位移传感器用于监测地基的水平位置是否有发生沉降现象；

S400：将压力传感器、位移传感器通过导线将所获得的数据传输到显示及预警装置，将拉线的一端与设在输电杆塔基础一处的电动转子连接，完成输电塔杆复合地基的施工。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.本发明的复合地基，利用填充了橡胶颗粒混合土的碳纤维编织格构网减小地震振幅对输电杆塔地基的影响；通过使用滤布、双向钢筋网加强对地下水的流失控制以及对地基粘固程度的升级，一定程度上防止了地基沉降；通过使用BFRP管及可扩展的圆弧钢板加强了对地基结构的支撑，可扩展的增加了与地基侧面的压力面积，减小沉降速度，最后通过压力传感器、位移传感器对数据进行监测，当数据异常时预警模块和无线发射模块向控制中心反馈信息发送至终端模块并同时控制电动转子收紧拉线使圆弧钢板扩展从而增加受力面积、延缓沉降，为补救增加了时间，形成了一套完整的预防维护体系。

2.本发明的复合地基，碳纤维编织格构网通过辅助装置钢片内撑架使碳纤维编织格构网的蜂窝缝隙撑开以便将橡胶颗粒混合土对其进行填充，而橡胶颗粒混合土中橡胶的占比为15％提高输电杆塔复合地基的抗震能力、吸收地震波传播的能量。

3.本发明的复合地基，滤布在基坑底部设有三层，每层呈30°交叉布置，以便保证地下水位的正常升降不受影响，也一定的防止了复合地基中细小土颗粒的流失加速地基的沉降。

4.本发明的复合地基，等距分布在滤布上的压力传感器用于感应输电杆塔地基底部的压力数值变化，通过等距分布的排列方式更加均匀的测得地基基坑底部收到输电杆塔的压力，根据原有压力数值的变化程度可反映复合地基下部空洞情况，从而推测出岩溶土洞发育的位置及大小情况。

5.本发明的复合地基，两个相对位置的输电杆塔基础均设有相互连接的位移传感器用于监测地基的水平位置是否有发生沉降现象；而在复合地基基底的滤布上因等距分布有若干压力传感器可用于监测输电杆塔及输电杆塔地基对其的压力分布而快速预警是否有岩溶土洞在发育。

6.本发明的方法，拉线与电动转子连接的一端收紧时，带动拉线使得牵引块绕圆弧钢板径向移动抵达圆心从而将两个扩展圆弧钢板绕圆心反向移动从而让圆弧钢板从初始状态变化为扩展状态，使圆弧钢板与地基侧面的接触面积和水平受力面积更大，进而减小了地基的沉降速度，为补救增取了时间。

7.本发明的方法，若发生异常数据提醒将通过预警模块将指令传达到无线发射模块，由无线发射模块同时向控制中心发送补救抢修信息并发出控制信号驱动电动转子转动拉线使圆弧钢板扩展开延缓地基沉降速度，而控制中心根据警报信号定位所发送信号的输电杆塔并将其输电杆塔的编号及坐标信息发送至控制中心分配的所述终端模块上，使得救援信号更快速精准的传递到距离优先的终端处，实现了塔杆地基变形的提前预警。

附图说明

图1为本发明实施例一种地震和岩溶不良地质环境下的输电杆塔复合地基中碳纤维编织格构网结构示意图；

图2为本发明实施例一种地震和岩溶不良地质环境下的输电杆塔复合地基平面示意图；

图3为本发明实施例一种地震和岩溶不良地质环境下的输电杆塔复合地基剖面图；

图4为本发明实施例压力传感器平面布置示意图；

图5为本发明实施例圆弧钢板的初始状态平面示意图；

图6为本发明实施例圆弧钢板的扩展状态平面示意图；

图7为本发明实施例预警信号传递示意图；

图8为本发明实施例输电杆塔基础倾斜度折线对比图；

图9为本发明实施例地基平均隆起度折线对比图；

图10为本发明实施例输电杆塔基础沉降量折线对比图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-碳纤维编织格构网、2-BFRP管、3-圆弧钢板、4-橡胶颗粒混合土、5-双向钢筋网、6-滤布、7-压力传感器、8-位移传感器、9-显示及预警装置、10-预留孔洞、11-套筒、12-导线、13-电动转子、14-输电杆塔基础、301-固定圆弧钢板、302-扩展圆弧钢板、303-牵引块、304-拉线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1、2、3、4所示，在本发明实施例提供一种地震和岩溶不良地质环境下的输电杆塔复合地基，其包括：铺设于输电杆塔地基基坑底部的滤布6、设于滤布6上方的双向钢筋网5以及等距铺设于二者之间的压力传感器7、放置在双向钢筋网5上的碳纤维编织格构网1、填充在碳纤维编织格构网1内部的橡胶颗粒混合土4、在所述碳纤维编织格构网1四周设有预留孔洞10、经预留孔洞10可纵向植入的BFRP管2以及在BFRP管2上下连接处使其连接保持结构稳定的套筒11及在每个BFRP管2外侧都可与之水平固定连接的圆弧钢板3。本发明的系统，利用填充了橡胶颗粒混合土的碳纤维编织格构网减小地震振幅对输电杆塔地基的影响；通过使用滤布、双向钢筋网加强对地下水的流失控制以及对地基粘固程度的升级，一定程度上防止了地基沉降；通过使用BFRP管及可扩展的圆弧钢板加强了对地基结构的支撑，可扩展的增加了与地基侧面的压力面积，减小沉降速度。

所述碳纤维编织格构网1内部呈蜂窝状，整体长宽高尺寸为2000mm*2000mm*300mm，其中碳纤维组织厚度为3mm，所述碳纤维编织格构网1通过辅助装置钢片内撑架使碳纤维编织格构网1的蜂窝缝隙撑开以便将橡胶颗粒混合土4对其进行填充，而橡胶颗粒混合土中橡胶的占比大于等于15％可帮助输电杆塔复合地基提高抗震能力、吸收地震波传播的能量；再将内径为8mm-15mm的BFRP管2竖向植入在碳纤维编织格构网1周边四个角的预留孔洞10中，并抽出辅助装置钢片支撑架进行夯实，将圆弧钢板3水平固定连接在BFRP管2外侧；重复将此操作的碳纤维编织格构网1叠加，且叠加角度呈45°-60°。滤布6在基坑底部设有三层，每层呈30°交叉布置，以便保证地下水位的正常升降不受影响，也一定的防止了复合地基中细小土颗粒的流失加速地基的沉降。而等距分布在滤布6上的压力传感器7用于感应输电杆塔地基底部的压力数值变化，通过等距分布的排列方式更加均匀的测得地基基坑底部受到电杆塔的压力，根据原有压力数值的变化程度可反映复合地基下部空洞情况，从而推测出岩溶土洞发育的位置及大小情况。

如图3、5、6所示，在本发明实施例提供一种地震和岩溶不良地质环境下的输电杆塔复合地基，其中，设于BFRP管2外侧水平固定连接的圆弧钢板3为可扩展钢板，所述圆弧钢板3由一个固定圆弧钢板301、两个扩展圆弧钢板302、牵引块303和拉线304组合而成；所述两个扩展圆弧钢板302置于圆弧钢板3的上部并可绕其圆心旋转，所述牵引块303置于两个扩展圆弧钢板302之间并可绕圆弧钢板3径向移动，所述拉线304一端与牵引块303相连，另一端与安装在输电杆塔基础位置处的电动转子13相连。当拉线304与电动转子13连接的一端收紧时，带动拉线304使得牵引块303绕圆弧钢板3径向移动抵达圆心，从而将两个扩展圆弧钢板302绕圆心反向移动从而让圆弧钢板3从初始状态变化为扩展状态，使圆弧钢板3与地基侧面的接触面积和水平受力面积更大，进而减小了地基的沉降速度，为补救增取了一定时间。

如图3、7所示，在本发明实施例中，在输电杆塔复合地基上设有夯实浇筑的输电杆塔基础14，在两个相对位置的输电杆塔基础14均设有相互连接的位移传感器8用于监测地基的水平位置是否有发生沉降现象；而在复合地基基底的滤布6上因等距分布有若干压力传感器7，可用于监测输电杆塔及输电杆塔地基对其的压力分布而快速预警是否有岩溶土洞在发育；两个传感器通过导线12将所获得的数据传输到显示及预警装置9上。而由于压力传感器7在复合地基基底处，距离水平面上的显示及预警装置9距离较远且为防止在地基中受岩溶土洞影响数据传输，所述与之连接用于传输数据的导线12设于BFRP管2中，此种纤维复合管结构稳定、强度高、耐腐蚀，可使线12稳定传输不受干扰。又因在BFRP管2外侧设有水平固定连接的圆弧钢板3，拉线304的一端与设在输电杆塔基础14一处的电动转子13连接。本发明的系统，通过压力传感器、位移传感器对数据进行监测，当数据异常时预警模块和无线发射模块向控制中心反馈信息发送至终端模块并同时控制电动转子收紧拉线使圆弧钢板扩展从而增加受力面积、延缓沉降，为补救增加了时间，形成了一套完整的预防维护体系。

当压力传感器7的某一数值为0时或位移传感器8数值发生变化时，分别说明输电杆塔复合地基有岩溶土洞发育导致压力分布变化、输电杆塔发生沉降，导线12将数据传输给显示及预警装置9上，所述显示及预警装置9包括显示模块、预警模块和无线发射模块；当数据传导到装置9时，首先在显示模块显示信息数据，若发生异常数据提醒将通过预警模块将指令传达到无线发射模块，由无线发射模块同时向控制中心发送补救抢修信息并发出控制信号驱动电动转子13转动拉线304使圆弧钢板3扩展开延缓地基沉降速度，而控制中心根据警报信号定位所发送信号的输电杆塔并将其输电杆塔的编号及坐标信息发送至控制中心分配的所述终端模块上，使得救援信号更快速精准的传递到距离优先的终端处。

在本发明另一个实施例中，提供一种地震和岩溶不良地质环境下的输电杆塔复合地基施工方法，包括：

S100：对输电杆塔地基进行开挖处理，在基坑底部的铺设滤布6，并在滤布6上方设置双向钢筋网5，在滤布6和双向钢筋网5之间均布设置多个压力传感器7，用于监测输电杆塔及输电杆塔地基对其的压力分布而快速预警是否有岩溶土洞在发育；

S200：在双向钢筋网5上设置第一层碳纤维编织格构网1，并在碳纤维编织格构网1的空腔内填充橡胶颗粒混合土4，同时在碳纤维编织格构网1四周的预留孔洞10内纵向植入的BFRP管2以及在BFRP管2上下连接处使其连接保持结构稳定的套筒11，并在每个BFRP管2外侧设置与之水平固定连接的圆弧钢板3；

S300：根据输电塔杆的载荷需求重复步骤S200，并在顶层碳纤维编织格构网1上设置夯实浇筑的输电杆塔基础14，在两个相对位置的输电杆塔基础14均设有相互连接的位移传感器8用于监测地基的水平位置是否有发生沉降现象；

S400：将压力传感器7、位移传感器8通过导线12将所获得的数据传输到显示及预警装置9，将拉线304的一端与设在输电杆塔基础14一处的电动转子13连接，完成输电塔杆复合地基的施工。

如图8、9、10所示，在另一发明实施例中，根据振幅-输电杆塔基础倾斜度、振幅-地基平均隆起值、岩溶土洞直径-输电杆塔基础沉降量的关于传统施工与本发明实施例的施工方法的折线对比图可知根据本发明的碳纤维编织格构网1及所填充的橡胶颗粒混合土4在多次45°的叠加累积后有效的降低了振幅对输电杆塔地基的影响，降低了倾斜度及沉降量，复合地基采用的BFRP管2为纤维复合材料搭配具有扩展性的圆弧钢板3，可在发生沉降即位移传感器数值变化时向外扩展，增大与地基侧面的受力面积进而减小沉降速度阻止沉降的进行。复合地基基坑底部的滤布6通过三层的30°的交叉叠加设置，有效的防止了地下水的过度流失也保证了一部分的细小土颗粒；而设于其上的双向钢筋网使用的是环氧树脂材质，可使复合地基加速加固也向上提供了有力支撑，又由于其耐腐蚀、强度高、收缩性低，也能阻止岩溶土洞的发育扩展，一定程度限制了其沉降变形和塌陷。

本发明的目的为了解决当输电杆塔地基不可避免的设在地震带及岩溶土洞地区时，利用填充了橡胶颗粒混合土的碳纤维编织格构网减小地震振幅对输电杆塔地基的影响；通过使用滤布、双向钢筋网加强对地下水的流失控制以及对地基粘固程度的升级，一定程度上防止了地基沉降；通过使用BFRP管及可扩展的圆弧钢板加强了对地基结构的支撑，可扩展的增加了与地基侧面的压力面积，减小沉降速度，最后通过压力传感器、位移传感器对数据进行监测，当数据异常时预警模块和无线发射模块向控制中心反馈信息发送至终端模块并同时控制电动转子收紧拉线使圆弧钢板扩展从而增加受力面积、延缓沉降，为补救增加了时间，形成了一套完整的预防维护体系。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。