1.本发明涉及建筑桩基础领域，特别涉及一种用于高原冻土地区的锥柱型铁塔基础。
背景技术：2.青海省多年冻土是地球中、低纬度高海拔多年冻土的主体，海拔高度是控制多年冻土发育的主导因素。随着西电东送和地区电网不断发展，电力输电线路进入青海冻土地区已不可避免，而进一步研究、优化冻土地区输电线路杆塔基础的设计方结构有助于电网的稳定运行。
3.土体在冻结时，其垂直面和横剖面都存在厚度不等的冰分凝集合体生长，致使土颗粒之间相互隔离，产生程度不同的位移，引起土体体积膨胀；当冻土层的非均匀膨胀受到基础的约束时，会基于不同的约束条件对基础产生不同的冻胀力；而冻土地区架空输电线路往往会不同程度受到地基土冻胀和融沉的影响，导致杆塔基础失稳。
4.根据力学分析，请参考附图1，基础所受的冻胀力分为水平冻胀的法向张力、垂直冻胀的法向张力和切向冻胀力，其中：垂直冻胀的法向张力是指基础底面下的磁力层地基土因冻胀受阻而产生向上的反作用力，其将导致基础上拔；水平冻胀的法向张力是指垂直作用于基础立柱表面冻胀压力，其具有对称性，对基础影响不大；切向冻胀力是在冻土地基土与基础表面冻结在一起时而产生的冻结力，由于土体向上运动而产生平行于基础侧面的阻力，其亦将导致基础上拔，并且其与土体的冻胀性和冻结强度及基础表面的粗糙度有关。因此，直柱基础的水平法向冻胀力可相互抵消，而切向冻胀力、基底法向冻胀力会对基础产生上拔作用，容易造成基础的上拔失稳破坏。
5.优化铁塔基础设计是近年来科技工作者所共同努力的方向，授权公告号为cn 202672174 u和申请公布号为cn 110761317 a所述的锥形立柱基础在一定程度上解决了冻土区铁塔基础稳定性的问题，请参考附图2，对基础的有效冻胀力由未开裂的冻胀土产生，冻土切向张力与地表附近冻土开裂有关，而冻土开裂受地表土体的类型、含水率、温度影响；根据不同张力作用方向可知，将基础面倾斜后可降低切向冻土张力，当基础面的倾斜角达到临界值后，作用于基础面上拉力分量将大于冻土与基础间的冻结抗拉强度，冻土层与基础表面脱离而产生开裂现象，此时，开裂区的冻胀活动不能作用到基础上，即开裂区的切向冻胀力为零，降低作用在基础上的总冻胀力；经过实践，在《冻土地区架空输电线路基础设计技术规程 dlt 5501-2015》中b.3.2-3规定，基础主柱锥度最小值取9度较佳，则立柱部分的法向冻胀力和切向冻胀力在竖直方向的分力可相互消减，能显著降低切向冻胀力对基础的影响，因此在多年冻土区得到了广泛应用。
6.虽然如此，但依靠现有设计及现场施工所遇到的问题，仍存在如下缺陷：
7.1、基础主柱锥度越大，切向冻胀力对基础的上拔推力越小，但基础椎体体积增大，而通过调整埋深，因柱体面积的增量大于柱体高度的增量，会造成混凝土耗量的增加；
8.2、基础主柱锥度越小，切向冻胀力对基础的上拔推力越大，而通过增大基础埋深，
切向冻胀面积也随之增加，则基础柱体高度过大，会造成基坑深度开挖量的增加；
9.3、切向冻胀力与地基土质和冻胀类别有关，不同土质和类别的冻胀土切向冻胀力不同，切向冻胀力与基础表面的粗糙度有关，基础表面的粗糙度对基础抵抗冻胀力影响较大。
技术实现要素：10.本发明针对现有基础柱设计及现场施工所存在的技术缺陷，提供一种高原冻土地区的锥柱型铁塔基础，目的在于提高铁塔在高原冻土地区的稳定性。
11.一种高原冻土地区的锥柱型铁塔基础，包括主柱和底板，所述主柱为锥形，其底端与底板连接，其顶端设置有地脚螺栓1，所述底板为倒锥形，其锥形面朝下与地面连接，其水平面向上与主柱连接。
12.进一步的，所述底板包括底板下筋7-12、底板上筋13、架立钢筋14和混凝土，底板下筋7-12通过若干个架立钢筋14与底板上筋13连接，形成底板骨架，并浇筑混凝土形成底板。
13.进一步的，所述主柱包括主柱主筋4、主柱箍筋5-6和锥形钢管15，主柱主筋4和主柱箍筋5-6连接形成主柱骨架，其外侧固定有锥形钢管15，主柱主筋4与底板骨架连接，主柱骨架和锥形钢管15之间浇筑混凝土形成主柱。
14.进一步的，主柱内预埋有地脚螺栓1，地脚螺栓1通过地栓箍筋2-3固定成具有规定平面尺寸的地脚螺栓1组，用来与铁塔连接，该地脚螺栓1组用地栓护帽16套入以保护其不受到损坏。
15.进一步的，所述主柱其锥面与垂直方向的角度为9
°
；所述底板为倒锥形，其锥面与垂直方向的角度为81
°
；所述锥形钢管15之锥面与垂直方向的角度为9
°
，且表面进行抛光且做防腐处理。
16.进一步的，所述架立钢筋14为三棱柱型。
17.进一步的，所述铁塔通过四根高原冻土地区的锥柱型铁塔基础固定而成。
18.进一步的，所述混凝土采用c25，所述地栓护帽16采用c15混凝土成型。
19.进一步的，所述地脚螺栓1采用的钢材型号为q235、35号钢或42crmo中的一种，所述地栓箍筋2-3、主柱箍筋5-6和架立钢筋14采用hrb300钢材，所述主柱主筋4、底板下筋7-12和底板上筋13采用hrb400钢材。
20.进一步的，所述铁塔高度为18m，基础间距离a为3900mm，b为3900mm，l为5515.4mm。
21.本发明的实施，具有以下有益效果：锥形主柱与倒锥形底板通过钢筋形成稳定的骨架，通过混凝土浇筑形成一体，紧固并且牢靠的支撑了铁塔；采用锥形钢管15形成的混凝土基柱和倒锥型底板基础的结构，能够依靠自身的锥形立柱体型优势全部或部分消除冻土对基础的切向冻胀力，同时底板的倒锥形构造同样能够部分或全部消除冻土对于底板的切向冻胀力，并且表面光滑的锥形钢管15具有较低的摩擦系数，极大程度降低了冻土冻胀造成基础上拔破坏的难题，避免了直柱基础或斜柱基础易受冻土冻胀破坏的缺点，保证了冻土区线路基础安全可靠性。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1：柱形基础受力分析图；
24.图2：锥柱形基础受力分析图；
25.图3：本发明基础立面结构半剖示意图
26.图4：本发明立柱部分俯视图；
27.图5：本发明基础局部剖面俯视图；
28.图6：本发明线路方向示意路；
29.图7：本发明架立钢筋结构示意图；
30.图中：1、地脚螺栓；2-3、地栓箍筋；4、主柱主筋；5-6、主柱箍筋；7-12、底板下筋；13、底板上筋；14、架立钢筋；15、锥形钢管；16、地栓护帽。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明其中一个实施例中，请参阅附图3-7所示：
33.一种高原冻土地区的锥柱型铁塔基础，包括主柱和底板，所述主柱为锥形，其底端与底板连接，其顶端设置有地脚螺栓1，所述底板为倒锥形，其锥形面朝下与地面连接，其水平面向上与主柱连接。
34.上述结构中，锥形主柱能够依靠自身的锥形立柱体型优势全部或部分消除冻土对基础的切向冻胀力，倒锥形底板能够部分或全部消除冻土对于底板的切向冻胀力，进而有效降低了冻土冻胀造成基础上拔而引起基础破坏的缺陷。
35.作为本发明其中一个具体的实施例：
36.所述底板包括底板下筋7-12、底板上筋13、架立钢筋14和混凝土，底板下筋7-12通过若干个架立钢筋14与底板上筋13连接，形成底板骨架，并浇筑混凝土形成底板。
37.所述主柱包括主柱主筋4、主柱箍筋5-6和锥形钢管15，主柱主筋4和主柱箍筋5-6连接形成主柱骨架，其外侧固定有锥形钢管15，主柱主筋4与底板骨架连接，主柱骨架和锥形钢管15之间浇筑混凝土形成主柱。
38.主柱内预埋有地脚螺栓1，地脚螺栓1通过地栓箍筋2-3固定成具有规定平面尺寸的地脚螺栓1组，用来与铁塔连接，该地脚螺栓1组用地栓护帽16套入以保护其不受到损坏。
39.采用锥形钢管15形成的混凝土锥形主柱和倒锥形底板通过钢筋形成稳定的骨架，通过混凝土浇筑形成一体，紧固并且牢靠的支撑了铁塔，提高了铁塔的稳固性能；通过对地脚螺栓1组装置地栓护帽16，有效保护螺栓金具不受外界力而遭到破坏，并防止其裸露而形成腐蚀。
40.作为本发明其中一个优选的实施例：
41.所述主柱其锥面与垂直方向的角度为9
°
；所述底板为倒锥形，其锥面与垂直方向的角度为81
°
；所述锥形钢管15之锥面与垂直方向的角度为9
°
，且表面进行抛光且做防腐处理。
42.基础主柱锥度为9
°
，则立柱部分的法向冻胀力和切向冻胀力在竖直方向的分力可相互消减，倒锥形底板锥度为81
°
，则底板部分的法向冻胀力和切向冻胀力在竖直方向的分力得到了一定程度的消减，能显著降低切向冻胀力对基础的影响；并且进行抛光且做防腐处理的锥形钢管15具有较低的摩擦系数，具有良好的防腐性能，有效减小了基础表面的粗糙度，进一步降低了切向冻胀力造成基础上拔破坏的难题，避免了直柱基础或斜柱基础易受冻土冻胀破坏的缺点，保证了冻土区线路基础安全可靠性。
43.作为本发明其中一个优选的实施例：
44.所述架立钢筋14为三棱柱型，其对称性的结构保证了底板下筋7-12和底板上筋13的稳固结构，进而增强了倒锥形底板轻度，使得基础主柱具有了稳定的基础支撑面。
45.作为本发明其中一个优选的实施例：
46.所述铁塔通过四根高原冻土地区的锥柱型铁塔基础固定而成，使得铁塔的重量得以平均分布至四根基础上，既减小了单个基础的体积，也降低了施工难度。
47.作为本发明其中一个优选的实施例：
48.所述混凝土采用c25，所述地栓护帽16采用c15混凝土成型，c25混凝土提高了基础的强度，c15混凝土在使用地栓护帽16时，能够快速去除，并且均具有较低的成本。
49.作为本发明其中一个优选的实施例：
50.所述地脚螺栓1采用的钢材型号为q235、35号钢或42crmo中的一种，所述地栓箍筋2-3、主柱箍筋5-6和架立钢筋14采用hrb300钢材，所述主柱主筋4、底板下筋7-12和底板上筋13采用hrb400钢材；均具有较低的成本。
51.作为本发明其中一个优选的实施例：
52.所述铁塔高度为18m，基础间距离a为3900mm，b为3900mm，l为5515.4mm，具有了良好的优化结构，并且有效提高了铁塔的稳定性能。
53.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种高原冻土地区的锥柱型铁塔基础，包括主柱和底板，其特征在于，所述主柱为锥形，其底端与底板连接，其顶端设置有地脚螺栓（1），所述底板为倒锥形，其锥形面朝下与地面连接，其水平面向上与主柱连接。2.根据权利要求1所述的一种高原冻土地区的锥柱型铁塔基础，其特征在于，所述底板包括底板下筋（7-12）、底板上筋（13）、架立钢筋（14）和混凝土，底板下筋（7-12）通过若干个架立钢筋（14）与底板上筋（13）连接，形成底板骨架，并浇筑混凝土形成底板。3.根据权利要求2所述的一种高原冻土地区的锥柱型铁塔基础，其特征在于，所述主柱包括主柱主筋（4）、主柱箍筋（5-6）和锥形钢管（15），主柱主筋（4）和主柱箍筋（5-6）连接形成主柱骨架，其外侧固定有锥形钢管（15），主柱主筋（4）与底板骨架连接，主柱骨架和锥形钢管（15）之间浇筑混凝土形成主柱。4.根据权利要求3所述的一种高原冻土地区的锥柱型铁塔基础，其特征在于，主柱内预埋有地脚螺栓（1），地脚螺栓（1）通过地栓箍筋（2-3）固定成具有规定平面尺寸的地脚螺栓（1）组，用来与铁塔连接，该地脚螺栓（1）组用地栓护帽（16）套入以保护其不受到损坏。5.根据权利要求4所述的一种高原冻土地区的锥柱型铁塔基础，其特征在于，所述主柱其锥面与垂直方向的角度为9
°
；所述底板为倒锥形，其锥面与垂直方向的角度为81
°
；所述锥形钢管（15）之锥面与垂直方向的角度为9
°
，且表面进行抛光且做防腐处理。6.根据权利要求5所述的一种高原冻土地区的锥柱型铁塔基础，其特征在于，所述架立钢筋（14）为三棱柱型。7.根据权利要求6所述的一种高原冻土地区的锥柱型铁塔基础，其特征在于，所述铁塔通过四根高原冻土地区的锥柱型铁塔基础固定而成。8.根据权利要求6或7任一项所述的一种高原冻土地区的锥柱型铁塔基础，其特征在于，所述混凝土采用c25，所述地栓护帽（16）采用c15混凝土成型。9.根据权利要求8所述的一种高原冻土地区的锥柱型铁塔基础，其特征在于，所述地脚螺栓（1）采用的钢材型号为q235、35号钢或42crmo中的一种，所述地栓箍筋（2-3）、主柱箍筋（5-6）和架立钢筋（14）采用hrb300钢材，所述主柱主筋（4）、底板下筋（7-12）和底板上筋（13）采用hrb400钢材。10.根据权利要求9所述的一种高原冻土地区的锥柱型铁塔基础，其特征在于，所述铁塔高度为18m，基础间距离a为3900mm，b为3900mm，l为5515.4mm。
技术总结本发明涉及一种用于高原冻土地区的锥柱型铁塔基础，包括主柱和底板，主柱为锥形，其底端与底板连接，其顶端设置有地脚螺栓，底板为倒锥形，其锥形面朝下与地面连接，其水平面向上与主柱连接。本发明用于高原冻土地区铁塔基础，锥形主柱与倒锥形底板通过钢筋形成稳定骨架，与混凝土浇筑形成一体，能够依靠自身的锥形立柱体型优势全部或部分消除冻土对基础的切向冻胀力，同时底板的倒锥形构造同样能够部分或全部消除冻土对于底板的切向冻胀力，进而牢靠支撑了铁塔；采用表面光滑的锥形钢管具有较低的摩擦系数，有效降低了冻土冻胀造成基础上拔破坏的难题，避免了直柱基础或斜柱基础易受冻土冻胀破坏的缺点，保证了冻土区线路基础安全可靠性。安全可靠性。安全可靠性。
技术研发人员：安之焕 靳卫东 吴永刚 陈杰 唐占元 张彦军 卢志超 高健 韦克强 冯娜 许辉 魏宏邦 贾乃仓
受保护的技术使用者：国网青海省电力公司经济技术研究院
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/7/5
