黃土地區(qū)輸電線路筒樁基礎(chǔ)施工技術(shù)及質(zhì)量控制

徐志軍 史通煜

(1.國家電網(wǎng)有限公司，北京 100031； 2.中國電力科學研究院有限公司，北京 100192)

0 引言

筒樁是指采用專用施工機械在地基中形成大直徑筒形孔，然后配置鋼筋籠并就地灌注混凝土而成形的筒形樁[1,2]。筒樁外徑一般為1 m～2 m，壁厚通常為0.12 m～0.4 m，具有受力結(jié)構(gòu)合理、承載力高、工后沉降小、節(jié)省材料和無廢棄泥漿產(chǎn)生等優(yōu)點，特別適用于軟粘土地質(zhì)，大部分用在海洋工程、高速公路、高速鐵路的軟基處理和深基坑支護等領(lǐng)域[3-5]。筒樁基礎(chǔ)在輸電線路行業(yè)領(lǐng)域還屬于新生事物，未見應(yīng)用[6,7]。在輸電線路工程經(jīng)過的黃土地區(qū)，可考慮采用內(nèi)部帶有空腔并回填棄土的筒樁基礎(chǔ)型式，如圖1所示，可大幅節(jié)省混凝土材料用量，有效消納施工成孔過程中產(chǎn)生的大量棄土，減少棄土外運工程量，經(jīng)濟效益和環(huán)保效益將十分凸顯。

桿塔屬于高聳結(jié)構(gòu)，通常情況下抗拔和抗傾覆穩(wěn)定性是桿塔基礎(chǔ)設(shè)計的主控條件，且筒樁基礎(chǔ)的上部實心封頂高度需滿足地腳螺栓、插入式角鋼等塔腿連接件的機械錨固長度要求，這點與建筑、交通等其他行業(yè)的筒樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式不同，給線路基礎(chǔ)施工帶來了困難和挑戰(zhàn)。本文針對黃土地區(qū)輸電線路筒樁基礎(chǔ)的施工全過程，從現(xiàn)場流水作業(yè)施工及質(zhì)量控制措施等方面，分析了筒樁基礎(chǔ)的施工技術(shù)和質(zhì)量控制措施。

1 黃土地質(zhì)特點

黃土是最新的地質(zhì)時期(距今約200萬年左右的第四紀時期)形成的陸相土狀堆積物。黃土的主要地質(zhì)特點包括多孔性、垂直節(jié)理發(fā)育、層理不明顯、透水性較強、沉陷性和自立性[8]。其中黃土的自立自穩(wěn)特性為輸電線路人工挖孔灌注樁的掏挖施工成孔創(chuàng)造了有利條件。正是由于黃土的直立性和圓拱支撐力的共同作用，平衡了主動土壓力，從而使掏挖過程和成孔后孔壁不變形、不坍塌，為黃土地區(qū)人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)的工程應(yīng)用提供了可能性。

2 施工方法

2.1 施工難點

筒樁基礎(chǔ)在我國輸電線路工程中屬于首次應(yīng)用，沒有現(xiàn)成的工程實踐經(jīng)驗可以借鑒。與傳統(tǒng)的實心挖孔灌注樁基礎(chǔ)相比，筒樁基礎(chǔ)現(xiàn)場施工的難點包括：

1)如何形成一個環(huán)形基坑。一種方案是利用洛陽鏟或其他小直徑鉆孔設(shè)備直接在地基中掏挖出一個環(huán)形孔；另一種方案是利用旋挖鉆機、洛陽鏟等機械裝備或人工先掏挖成孔再支設(shè)內(nèi)襯的方法形成環(huán)形基坑，最后將掏挖成孔過程中產(chǎn)生的棄土回填至內(nèi)襯中間的空腔。

2)如何安放地腳螺栓連接件。當采用直接掏挖環(huán)形孔施工方案時，需待下部環(huán)形結(jié)構(gòu)段混凝土澆筑完成后，將上部實體段部分土體挖除再安放地腳螺栓并澆筑混凝土；當采用先掏挖成孔再支設(shè)內(nèi)襯的方法形成環(huán)形基坑時，下部環(huán)形結(jié)構(gòu)段和上部地腳螺栓實體段可以一體化澆筑成型。

現(xiàn)場施工時，采用洛陽鏟、鐵鍬等手工工具，首先開展了掏挖環(huán)形孔施工方案探索，在掏挖深度小于2.5 m時，一切進展順利，環(huán)形基坑能夠順利成形；當掏挖深度超過2.5 m時，出現(xiàn)坑底落土清理困難、土芯開裂晃動的情況，為了安全起見，停止了繼續(xù)掏挖環(huán)形孔方案的探索，轉(zhuǎn)而采用先掏挖成孔再支設(shè)內(nèi)襯的方法進行基礎(chǔ)施工。

2.2 施工流程

現(xiàn)場施工時，先采用旋挖鉆機、電動洛陽鏟等施工機具或人工掏挖成孔，然后在基坑內(nèi)綁扎和安放鋼筋籠、支設(shè)基礎(chǔ)露頭部分模板，并將內(nèi)襯放入基坑中間形成環(huán)形孔，回填掏挖成孔過程中產(chǎn)生的多余棄土至內(nèi)襯中間并在內(nèi)襯上部蓋上鋼板封蓋、安放好地腳螺栓并澆筑混凝土，最終形成內(nèi)部空腔回填棄土的筒樁基礎(chǔ)。施工流程如圖2所示。

與傳統(tǒng)的實心挖孔灌注基礎(chǔ)施工相比，筒樁基礎(chǔ)的施工工藝在掏挖成孔、鋼筋籠綁扎與安放、地腳螺栓的定位與安裝、混凝土澆筑與養(yǎng)護等方面是一致的。筒樁基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵工序和重難點在于內(nèi)襯的選材與安裝、空腔內(nèi)部土體回填。

筒樁基礎(chǔ)的內(nèi)襯材料可以因地制宜選擇薄壁鋼管、鑄鐵管和水泥管等。內(nèi)襯下放基坑前，可預(yù)先按內(nèi)襯外形尺寸，在基坑底挖掘5 cm左右的定位槽，在鋼筋籠內(nèi)箍筋焊接定位筋，在內(nèi)襯頂部封蓋鋼板，確?；炷翝仓^程中內(nèi)襯不移位，如圖3，圖4所示。

內(nèi)襯內(nèi)的回填土施工過程中，需采取溜槽等措施確?；靥钔敛伙w濺到內(nèi)襯外，以免影響樁基礎(chǔ)混凝土與鋼筋籠的膠結(jié)質(zhì)量，以及基坑壁摩阻力的發(fā)揮。

2.3 施工質(zhì)量控制措施

輸電線路筒樁基礎(chǔ)施工過程中的質(zhì)量控制措施主要包括：

1)孔深達到設(shè)計標高后，應(yīng)將基底浮土和落渣徹底清理干凈。

2)做好內(nèi)襯的定位和固定：內(nèi)襯下放前應(yīng)在基坑底部設(shè)置定位槽，內(nèi)襯安放就位后用固定支架將其固定牢靠，防止移位。

3)確保空腔內(nèi)部回填土施工質(zhì)量：土體回填施工時需設(shè)置溜槽，防止土體飛濺到內(nèi)襯外部，并分層壓實。

4)掏挖成孔與混凝土澆筑宜連續(xù)作業(yè)，減少中間停留時間。雨季施工時需做好基坑防水措施，防止雨水倒灌引起樁孔壁坍塌。

2.4 施工質(zhì)量驗證

輸電線路大部分塔位遠離城市，無法采用商品混凝土，因此混凝土的現(xiàn)場拌制和澆筑質(zhì)量對于僅靠環(huán)壁混凝土承載的筒樁基礎(chǔ)而言尤為重要，這也是工程設(shè)計人員關(guān)注和擔心的地方。

在寧夏固原某地開展的筒樁基礎(chǔ)試樁的混凝土強度等級為C25，地質(zhì)條件如表1所示，筒樁基礎(chǔ)設(shè)計尺寸如表2所示。

表1 地質(zhì)條件

表2 筒樁試驗基礎(chǔ)設(shè)計尺寸 m

靜載試驗實測結(jié)果如表3所示。

表3 筒樁試驗基礎(chǔ)靜載試驗結(jié)果

從表3中可以看出，本文所提出的施工方法及質(zhì)量控制措施能夠滿足設(shè)計要求。

3 結(jié)語

結(jié)合黃土地區(qū)輸電線路筒樁基礎(chǔ)的施工全過程，從現(xiàn)場流水作業(yè)施工及質(zhì)量控制措施等方面，研究了筒樁基礎(chǔ)的施工工藝。

輸電線路黃土地基筒樁基礎(chǔ)的施工，適宜采用先掏挖成孔再支設(shè)內(nèi)襯的方法形成環(huán)形基坑，然后將掏挖成孔過程中產(chǎn)生的棄土回填至內(nèi)襯中間的空腔，最后將下部環(huán)形結(jié)構(gòu)段和上部地腳螺栓實體段一體化澆筑成型。與普通實心挖孔灌注樁基礎(chǔ)相比，施工工藝僅增加支設(shè)內(nèi)襯和回填棄土步驟，施工過程相對簡便，無額外增加施工工作量且掏挖成孔過程中的安全保障有所加強，施工質(zhì)量也可控能控。