一种地螺栓分区长度确定方法与流程

本发明涉及基础工程领域，具体是指一种地螺栓分区长度确定方法。

背景技术：

地螺栓是工程中较为常用的结构构件，在太阳能光伏支架中起到基础的作用，具有施工速度快、造价较低的优点。地螺栓作为太阳能光伏支架的基础，在使用过程中，地螺栓会受到向下的下压力、向上的拉拔力和水平方向上的水平力，相应的，地螺栓的抗压承载力、抗拔承载力和水平承载力必需分别大于上述三者外力。通常对于一定的光伏支架和气候条件，地螺栓的长度必须满足场地地质条件，而这种长度通常根据地质条件较差的点确定的，为了设计简单，一个场地的地螺栓通常采用一种规格的，即相同的长度和直径。在满足了场地地质条件最差的点外，在地质条件较好的区域，采用相同规格的地螺栓，其承载能力远远超过地质条件较差区域的，这样势必造成浪费。合理的设计是地质条件较差的区域采用较长的地螺栓，地质条件较好的区域采用较短的地螺栓。不同地质条件的区域，采用不同的地螺栓长度，即确定地螺栓分区长度，这样会经济合理。然而，迄今为止，尚未见到有关分区长度方法。

技术实现要素：

本发明提供了一种地螺栓分区长度确定方法，其克服了背景技术所存在的不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种地螺栓分区长度确定方法，它包括：

步骤1，确定地螺栓场地的地质条件；

步骤2，将每个测试点处的地质条件参数转换成地螺栓承载力确定参数：

①若地基土体采用粘性土或粉土，将无侧限抗压强度qu转换成侧摩阻力qs和端阻力qp，其中侧摩阻力qs的换算公式为，

qs＝26.3ln(qu)-52.2(1)

②若地基土体采用砂土，土体侧摩阻力qs与标准贯入击数的换算公式由下式确定，

粉细砂：qs＝36.9ln(n)-57.5(2)

中砂：qs＝34.4ln(n)-63.0(3)

粗砂：qs＝40.7ln(n)-80.3(4)其中，n为标准贯入击数，qs单位为kpa；

对于粘性土、粉土或砂土地基，端阻力qp与侧摩阻力qs的换算公式为，

qp＝46.49qs-1652(5)；

步骤3，确定常用规格地螺栓的自重g；

步骤4，确定出地螺栓的外力条件：根据太阳能光伏支架的设计尺寸和当地的气候条件，包括风力条件、雪条件和地震条件，确定出单根地螺栓所受的下压力qx、上拔力qb和水平力qs；

步骤5，确定出每个地质条件测试点处的地螺栓最小长度：

根据地螺栓的各种型号，将每个测试点处的地螺栓承载力确定参数代入到地螺栓承载力确定公式中，分别计算出各个型号地螺栓的抗压承载力极限值qux，抗拔承载力极限值qub和水平承载力极限值qus，然后除以三种承载力相应的安全系数，得到各个型号地螺栓的抗压承载力设计值rux，抗拔承载力设计值rub和水平承载力设计值rus，其中，rux＝qux/1.5，rub＝qub/1.4，rus＝qus/1.3，

qux＝uqsl+qpap(6)

qub＝uqsl+g(7)

qus＝0.34qux(8)

其中，u为地螺栓的横截面周长，包括叶片宽度；ap为地螺栓的横截面积，包括叶片宽度；l为地螺栓的入土深度；

通过分别比较每个地质测试点处的上述各个型号地螺栓的三种承载力设计值与当地单根地螺栓所受的下压力qx、上拔力qb和水平力qs，使得三种承载力设计值必须同时大于上述三种外力，选择出满足此条件时地螺栓的最小长度，作为该测试点处地螺栓的最小长度；

步骤6，确定出地螺栓的分区长度：根据每个测试点处地螺栓的最小长度和每个测试点的位置坐标，利用等值线生成软件，选择合适的分区等值线间距，绘制场地内地螺栓长度分区图，利用此分区图，能够得到不同区域处的地螺栓设计长度。

一较佳实施例之中：步骤1中，采用地质钻机在测试点进行钻探，若土体为粘性土和粉土，钻探取原状样，将土样运回实验室进行无侧限抗压强度试验，测得土体的无侧限抗压强度qu，每层土体测试一个数据；若土体为砂土，利用钻机进行标准贯入试验，测得土体的标贯击数n，同样每层土体测试一个数据；上述两种测试方法的测试深度为2.0～3.0m；测试点布设根据场地面积大小确定，测试点布设成网格形，间距为5～10m；通过钻孔取样，确定出每层土体的厚度。

一较佳实施例之中：步骤3中，根据常用地螺栓的型号，采用直径76mm，叶片宽度10mm，长度为1200mm、1600mm、1800mm和2000mm四种型号，利用称重方法，测得其质量，然后乘以重力加速度，得到其自重。

一较佳实施例之中：步骤5中，地螺栓的入土深度l由地螺栓的长度减去地面设计高度得到。

一较佳实施例之中：步骤6中，等值线生成软件采用surfer软件。

一较佳实施例之中：所述地螺栓为太阳能光伏支架与地基土体连接用地螺栓。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.本发明可获得不同区域处的地螺栓设计长度，能够极大节约地螺栓成本，根据不同地质条件的区域，采用不同的地螺栓长度，即确定地螺栓分区长度，经济合理。

2.本发明充分考虑了粘性土、粉土或砂土的条件，进行精准测算，适用范围广。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1绘示了实施例1中的地螺栓长度分区区域图。

具体实施方式

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”、“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸的固定连接、可拆卸的固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”、以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。

一种地螺栓分区长度确定方法的一较佳实施例，所述地螺栓为太阳能光伏支架与地基土体连接用地螺栓，该分区长度确定方法包括：

步骤1，确定地螺栓场地的地质条件；具体的，采用地质钻机在测试点进行钻探，若土体为粘性土和粉土，钻探取原状样，将土样运回实验室进行无侧限抗压强度试验，测得土体的无侧限抗压强度qu，每层土体测试一个数据；若土体为砂土，利用钻机进行标准贯入试验，测得土体的标贯击数n，同样每层土体测试一个数据；上述两种测试方法的测试深度为2.0～3.0m；测试点布设根据场地面积大小确定，测试点布设成网格形，间距为5～10m；通过钻孔取样，确定出每层土体的厚度。

步骤2，将每个测试点处的地质条件参数转换成地螺栓承载力确定参数：

①若地基土体采用粘性土或粉土，将无侧限抗压强度qu转换成侧摩阻力qs和端阻力qp，其中侧摩阻力qs的换算公式为，

qs＝26.3ln(qu)-52.2(1)

②若地基土体采用砂土，土体侧摩阻力qs与标准贯入击数的换算公式由下式确定，

粉细砂：qs＝36.9ln(n)-57.5(2)

中砂：qs＝34.4ln(n)-63.0(3)

粗砂：qs＝40.7ln(n)-80.3(4)

其中，n为标准贯入击数，qs单位为kpa；

对于粘性土、粉土或砂土地基，端阻力qp与侧摩阻力qs的换算公式为，

qp＝46.49qs-1652(5)；

步骤3，确定常用规格地螺栓的自重g；具体的，根据常用地螺栓的型号，采用直径76mm，叶片宽度10mm，长度为1200mm、1600mm、1800mm和2000mm四种型号，利用称重方法，测得其质量，然后乘以重力加速度，得到其自重。

步骤4，确定出地螺栓的外力条件：根据太阳能光伏支架的设计尺寸和当地的气候条件，包括风力条件、雪条件和地震条件，确定出单根地螺栓所受的下压力qx、上拔力qb和水平力qs；

步骤5，确定出每个地质条件测试点处的地螺栓最小长度：

根据地螺栓的各种型号，将每个测试点处的地螺栓承载力确定参数代入到地螺栓承载力确定公式中，分别计算出各个型号地螺栓的抗压承载力极限值qux，抗拔承载力极限值qub和水平承载力极限值qus，然后除以三种承载力相应的安全系数，得到各个型号地螺栓的抗压承载力设计值rux，抗拔承载力设计值rub和水平承载力设计值rus，其中，rux＝qux/1.5，rub＝qub/1.4，rus＝qus/1.3，

qux＝uqsl+qpap(6)

qub＝uqsl+g(7)

qus＝0.34qux(8)

其中，u为地螺栓的横截面周长，包括叶片宽度；ap为地螺栓的横截面积，包括叶片宽度；l为地螺栓的入土深度；

具体的，地螺栓的入土深度l由地螺栓的长度减去地面设计高度得到。

通过分别比较每个地质测试点处的上述各个型号地螺栓的三种承载力设计值与当地单根地螺栓所受的下压力qx、上拔力qb和水平力qs，使得三种承载力设计值必须同时大于上述三种外力，选择出满足此条件时地螺栓的最小长度，作为该测试点处地螺栓的最小长度；

步骤6，确定出地螺栓的分区长度：根据每个测试点处地螺栓的最小长度和每个测试点的位置坐标，利用等值线生成软件，选择合适的分区等值线间距，绘制场地内地螺栓长度分区图，利用此分区图，能够得到不同区域处的地螺栓设计长度。其中，等值线生成软件可采用surfer软件。

实施例1

某地区拟建太阳能光伏支架，场地基本呈矩形，东西方向长度为55m，南北长度为25m。

采用地质钻机并取样测试的方法，确定该场地地质条件。

测试点选择在网格的节点位置，测试点间距为5m。经过实测，场地土质基本为粘性土，故取样进行无侧限抗压强度试验，测得每层土体的无侧限抗压强度值，测试深度为2.5m。

根据式(1)和(5)将每个测试点处的地质条件参数转换成地螺栓承载力确定参数。然后确定出常用规格地螺栓的自重，其中直径76mm，叶片宽度10mm，长度为1200mm、1600mm、1800mm和2000mm四种型号的地螺栓自重分别为1.02kn、1.12kn、1.22kn和1.32kn。

根据太阳能光伏支架的设计尺寸和当地的气候条件，包括风力条件、雪条件和地震条件等，经过对太阳能光伏支架的设计，确定出了单根地螺栓所受的下压力qx为7.5kn、上拔力qb为3.4kn和水平力qs为1.8kn。然后，结合每个测试点出的地螺栓承载力确定参数，将其代入到地螺栓承载力确定公式(6)～(8)中，并计算出不同规格地螺栓的抗压承载力设计值rux，抗拔承载力设计值rub和水平承载力设计值rus。通过分别比较每个地质测试点处的上述四种规格地螺栓的三种承载力设计值与当地单根地螺栓所受的下压力qx、上拔力qb和水平力qs，使得三种承载力设计值必须同时大于上述三种外力，选择出满足此条件时地螺栓的最小长度，确定出该测试点处地螺栓的最小长度。最后根据每个测试点处地螺栓的最小长度和每个测试点的位置坐标，利用surfer软件绘制场地内地螺栓长度分区图。在该案例中，地螺栓确定出了三种长度，即1200mm、1600mm和1800mm，故在分区图里，设置显示的等值线为1200mm和1800mm，由三条等值线，确定出3片分区长度区域，如图1所示。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

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