輸電線路微型樁基礎(chǔ)施工工藝研究及應(yīng)用

鄒同華　王力　羅春輝　龍禹鵬　郭達(dá)明　鄒永興

摘 要：為突破輸電線路山地、高山等地區(qū)基礎(chǔ)機(jī)械化施工難題，拓展電建鉆機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景，改變“人力為主、機(jī)械為輔”的傳統(tǒng)施工方式，進(jìn)一步降低基礎(chǔ)施工風(fēng)險(xiǎn)、提高施工效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，依托湖南某1 000 kV特高壓線路工程，開展對(duì)電建鉆機(jī)微型樁基礎(chǔ)機(jī)械成孔的施工技術(shù)研究，并針對(duì)小樁基礎(chǔ)清孔難題，設(shè)計(jì)一種專用清孔鉆頭，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用及基樁檢測(cè)驗(yàn)證了施工方案及清孔鉆頭的有效性。

關(guān)鍵詞：輸電線路；機(jī)械化施工；電建鉆機(jī)；微型樁；清孔鉆頭

中圖分類號(hào)：TM726? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）07-0010-05

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工業(yè)化規(guī)模不斷擴(kuò)大，各行各業(yè)對(duì)電力需求量不斷加大，國家對(duì)電力設(shè)施的投入也逐漸加大，電網(wǎng)建設(shè)、主網(wǎng)線路的建設(shè)規(guī)模和數(shù)量都有擴(kuò)大[1-2]。而隨著中國人口的不斷老齡化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整及城鎮(zhèn)化的發(fā)展，施工單位人員老齡化、專業(yè)人員流失嚴(yán)重，電網(wǎng)建設(shè)提速與產(chǎn)業(yè)工人隊(duì)伍呈現(xiàn)的人力資源短缺形成了主要矛盾，為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)基建安全和高質(zhì)量建設(shè)，滿足“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”對(duì)工程建設(shè)質(zhì)量和建設(shè)工期的要求，推進(jìn)機(jī)械化作業(yè)將成為電網(wǎng)建設(shè)專業(yè)發(fā)展的重要途徑[3-4]。

對(duì)于特高壓交流輸電線路桿塔單樁基礎(chǔ)，因承載力要求，往往直徑和樁長都較大，其施工機(jī)具龐大，設(shè)備進(jìn)場(chǎng)、轉(zhuǎn)場(chǎng)不便，經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)。對(duì)于覆蓋層較厚的丘陵山地地形，受路況、地形限制，一般大型機(jī)械很難到達(dá)立塔位置，機(jī)械化率很低，而人工成孔施工效率低，孔下作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大[5]。針對(duì)這種情況，迫切需要配置更加合理的基礎(chǔ)型式，以減小施工難度和工程量，減少對(duì)自然環(huán)境的破壞，降低工程造價(jià)，避免人工孔下作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。微型樁作為一種應(yīng)用在特高壓交流輸電線路工程中的新型基礎(chǔ)型式，能較好地解決常規(guī)基礎(chǔ)機(jī)械化率不高的缺點(diǎn)，無論是設(shè)計(jì)、施工還是檢測(cè)領(lǐng)域，都有許多值得探討研究的地方。

與常規(guī)直徑樁基礎(chǔ)相比，微型樁（Micropile或Minipile）系一種小口徑鉆孔樁，口徑介于200～400 mm間，長徑比一般不大于50，樁長通常不宜超過20 m，與常規(guī)灌注樁基礎(chǔ)類似，樁頭用承臺(tái)連接[6-9]。由于輸電線路工程的特殊性，為使輸電線路工程中機(jī)械化作業(yè)進(jìn)一步的提升，輸電線路基礎(chǔ)工程所用機(jī)械、材料必然向小型化、易搬運(yùn)方向發(fā)展。因此就必須采用直徑較小的樁（使單樁成孔設(shè)備輕型化），減少單樁的設(shè)計(jì)承載力，即在實(shí)際工程中采用多樁小直徑群樁基礎(chǔ)，從而減小對(duì)樁機(jī)械的成孔能力的要求，進(jìn)一步提高輸電線路施工的機(jī)械化應(yīng)用率。

基于此，本文依托湖南某1 000 kV特高壓線路工程，開展對(duì)電建鉆機(jī)微型樁基礎(chǔ)機(jī)械成孔的施工技術(shù)研究，并針對(duì)小樁基礎(chǔ)清孔難題，設(shè)計(jì)一種專用清孔鉆頭，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了施工方案及清孔鉆頭的有效性。

1 施工背景

湖南某1 000 kV特高壓線路工程N(yùn)17塔位位于低山丘陵上，地形起伏較大，呈林地景觀。A腿位于山脊上，較平緩；B腿位于低山斜坡上，坡度約為20°；C腿位于低山斜坡上，坡度約為25°；D腿位于低山斜坡上，坡度約為25°。地質(zhì)含碎石粉質(zhì)黏土，褐黃色，可塑，干強(qiáng)度及韌性較高，含碎石，表層植物根系極為發(fā)育，厚度0.4～0.9 m。強(qiáng)風(fēng)化板巖呈灰黃色、青灰色，原巖組織結(jié)構(gòu)基本破壞，結(jié)構(gòu)構(gòu)造不甚清晰，節(jié)理、裂隙極為發(fā)育，多呈碎塊狀，厚度13.0～16.0 m。中等風(fēng)化板巖呈灰色，原巖組織結(jié)構(gòu)部分破壞，節(jié)理、裂隙較為發(fā)育，巖芯多呈大塊狀，厚度大于5.0 m。

該工程試點(diǎn)微型樁基礎(chǔ)1基，塔號(hào)為N17。5樁承臺(tái)，承臺(tái)2.8 m×2.8 m，微樁長度10.0 m，樁徑0.4 m。微型樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，單樁方量1.28 m?；承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，單個(gè)方量19.16 m?。

2 微型樁成孔

2.1 工藝流程

利用電建鉆機(jī)進(jìn)行微型樁基礎(chǔ)的機(jī)械成孔工藝流程如圖1所示。

2.2 人員組織

利用KR110D型電建鉆機(jī)進(jìn)行微型樁基礎(chǔ)的開挖施工，采用挖掘機(jī)進(jìn)行微型樁承臺(tái)的開挖施工。基礎(chǔ)施工各工序人員需求如表1所示。

2.3 電建鉆機(jī)成孔

電建鉆機(jī)是一種可用于輸電線路工程基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的專用定制施工機(jī)械，主要適于砂土、黏性土、粉質(zhì)土、強(qiáng)風(fēng)化、礫石（礫石的粒徑有限制）地層施工，額定功率一般為125～450 kW，動(dòng)力輸出扭矩為120～400 kN·m，最大成孔直徑可達(dá)3.2 m，可以滿足各類大型基礎(chǔ)施工的要求。具有成孔效率高、全天候全氣候環(huán)境下連續(xù)作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)，基坑開挖過程中有效降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)[10]。

2.3.1 電建鉆機(jī)選擇

根據(jù)樁孔徑Φ0.4 m和樁長及臨近帶電體情況，擬選用電力KR100D型定制電建鉆機(jī)1臺(tái)。KR100D型電建鉆機(jī)屬于樁基礎(chǔ)施工機(jī)械，是中小型樁基的高效成孔設(shè)備，它能快速、準(zhǔn)確地到達(dá)樁位。新型電建鉆機(jī)較旋挖機(jī)的優(yōu)勢(shì)有：桅桿與采用主機(jī)一體化伸縮控制，運(yùn)輸不需要單獨(dú)拆除運(yùn)輸；底盤可伸縮，適用不同道路寬度；運(yùn)輸狀態(tài)爬坡能力強(qiáng)。KR110D型電建鉆機(jī)示意圖如圖2所示，主要參數(shù)如表2所示。

2.3.2 電建鉆機(jī)干作業(yè)法施工

2.3.2.1 測(cè)量放樣

樁位放樣按“先控制后細(xì)部，從整體到局部”的原則進(jìn)行樁基的位置放樣，進(jìn)行鉆孔的標(biāo)高應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行復(fù)核。采用經(jīng)緯儀準(zhǔn)確放樣各樁點(diǎn)的位置，使其誤差在規(guī)范要求內(nèi)。

2.3.2.2 場(chǎng)地平整

平整場(chǎng)地、清除雜物、換出軟土、夯打密實(shí)，以免產(chǎn)生不均勻沉陷。確保3 m寬進(jìn)出通道，用于運(yùn)輸車進(jìn)出及設(shè)備進(jìn)出。

2.3.2.3 鉆機(jī)就位及孔樁定位

場(chǎng)地平整好后，鉆機(jī)就位，要事先檢查鉆機(jī)的性能狀態(tài)是否良好，保證鉆機(jī)工作正常，調(diào)整鉆機(jī)桅桿角度，操作卷揚(yáng)機(jī)，垂直度參數(shù)，使鉆桿垂直，同時(shí)稍微提升鉆具，確保鉆頭環(huán)刀自由浮動(dòng)孔內(nèi)。電建鉆機(jī)底盤為伸縮式自動(dòng)整平裝置，并在操作室內(nèi)有儀表準(zhǔn)確顯示電子讀數(shù)，當(dāng)鉆頭對(duì)準(zhǔn)樁位中心十字線時(shí)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)即可鎖定，勿需再作調(diào)整。

鉆機(jī)就位后，在開鉆之前，由測(cè)量人員對(duì)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑淖鴺?biāo)、高程等有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真復(fù)核，確認(rèn)無誤后采用經(jīng)緯儀進(jìn)行樁位定位，現(xiàn)場(chǎng)施工員根據(jù)孔樁的中心，在孔樁四周引四個(gè)護(hù)樁，所引的4個(gè)護(hù)樁不能影響施工，并且牢固，在施工時(shí)不得碰到護(hù)樁。

2.4 清孔鉆頭設(shè)計(jì)

在輸電線路工程基礎(chǔ)機(jī)械化施工中，當(dāng)鉆至設(shè)計(jì)深度后，在基礎(chǔ)澆筑前均需進(jìn)行清孔，以確保基礎(chǔ)底部鋼筋保護(hù)層厚度，防止樁底存留虛土過厚而降低樁的承載力。常規(guī)旋挖式鉆頭在鉆孔過程中，鉆出的泥土往往會(huì)從鉆頭外側(cè)或底部漏掉入坑底，造成基礎(chǔ)鉆挖完成后，還需要人工進(jìn)行二次清孔，從而導(dǎo)致施工效率降低。

為解決上述問題，筆者設(shè)計(jì)出一種螺旋式清孔微樁鉆頭，可有效實(shí)現(xiàn)小樁基礎(chǔ)清孔功能，清孔鉆頭示意圖如圖4所示。該鉆頭包括鉆芯和其外壁的螺旋葉片，螺旋葉片起始端設(shè)置有齒條，鉆芯通過連接座與鉆機(jī)的鉆桿可拆卸連接。鉆芯在鉆桿帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，并將泥土向上清出，且可一邊打孔一邊進(jìn)行清孔，無需打孔后再進(jìn)行二次清孔，節(jié)約了時(shí)間和人力成本，提升了機(jī)械化施工效率。清孔效果如圖5所示。

2.5 承臺(tái)施工

微型樁基礎(chǔ)待破完樁頭后，所有樁體必須做低應(yīng)變檢測(cè)。低應(yīng)變檢測(cè)應(yīng)破除樁頭1.2 m，因樁體直徑較小破除樁頭時(shí)因注意對(duì)樁頭鋼筋的保護(hù)，并將樁頭100 mm×100 mm的區(qū)域打磨成平面便于檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)合格后，即可開始承臺(tái)部分的施工。

根據(jù)該工程微型樁基礎(chǔ)承臺(tái)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，單基坑開挖施工采用長臂挖掘機(jī)開挖成型方式完成。鋼筋綁扎及裝模采取在立柱四周搭設(shè)鋼管支撐架作業(yè)平臺(tái)的方式，模板采用木結(jié)構(gòu)模板，以確保基礎(chǔ)質(zhì)量及工藝要求。承臺(tái)基礎(chǔ)混凝土澆筑全部采用商品混凝土。

3 施工驗(yàn)收

3.1 檢孔

成孔檢查方法是直接用測(cè)繩、鋼卷尺及測(cè)孔器檢測(cè)。

成孔達(dá)到設(shè)計(jì)高程后，對(duì)孔深、孔徑、孔壁、垂直度、沉淀厚度等進(jìn)行檢查，不合格時(shí)及時(shí)處理。用測(cè)繩測(cè)量孔深并做記錄，鉆孔完成后應(yīng)采用探孔器檢測(cè)孔徑，鉆桿垂線法檢查傾斜度，用長度符合規(guī)定的探孔器上下兩次檢查孔是否合格，合格后方可清孔。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求孔深、孔徑不得小于設(shè)計(jì)規(guī)定，鉆孔傾斜度誤差不得大于1%且不得大于500 mm。經(jīng)質(zhì)量檢查合格的樁孔，及時(shí)下放鋼筋籠，灌注混凝土前，要再一次量測(cè)孔的深度，如果有異常現(xiàn)象發(fā)生，要及時(shí)進(jìn)行處理。

3.2 基樁檢測(cè)

為檢測(cè)微型樁方案及施工方法有效性，經(jīng)第三方基樁檢測(cè)單位對(duì)基樁進(jìn)行上拔檢查試驗(yàn)，隨機(jī)抽查基樁數(shù)量為3根，對(duì)樁身的承載力、低應(yīng)變檢測(cè)，結(jié)果均符合《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014）規(guī)范要求。檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表如表3所示，3根基樁的檢測(cè)結(jié)果分別如表4～表6、圖7～圖9所示。

微型樁基礎(chǔ)其布樁方案、樁身長度可隨地形、地質(zhì)變化而調(diào)整，具有設(shè)計(jì)選用范圍廣、設(shè)計(jì)方案靈活的優(yōu)勢(shì)。相比傳統(tǒng)單樁基礎(chǔ)，微型樁基礎(chǔ)承載力得到提升，混凝土方量大大降低，約為鉆孔樁的1/4。N17微型樁檢測(cè)結(jié)果合格，樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求，由此證明微型樁基礎(chǔ)具備承載力高、經(jīng)濟(jì)性好的巨大優(yōu)勢(shì)。

4結(jié)束語

微型樁基礎(chǔ)本身及現(xiàn)場(chǎng)為中小型鉆機(jī)搭設(shè)的施工平臺(tái)，相比大樁基礎(chǔ)和大型機(jī)械，對(duì)樁位周邊植被破壞較少。在山區(qū)丘陵等運(yùn)輸難度大、修路成本高、施工場(chǎng)地有限的地區(qū)應(yīng)用時(shí)，需修筑的運(yùn)輸?shù)缆穼挾取⒑穸染鶞p小，對(duì)道路地區(qū)自然植被的破壞相對(duì)降低，微型樁基礎(chǔ)在環(huán)保水保方面具有巨大優(yōu)勢(shì)，可提升整體施工效率和高山地區(qū)基礎(chǔ)施工機(jī)械化應(yīng)用率，對(duì)達(dá)成輸電線路工程基礎(chǔ)全機(jī)械化施工目標(biāo)、降低工程造價(jià)具有重要意義。

建議嘗試將微型樁基礎(chǔ)應(yīng)用于中風(fēng)化或微風(fēng)化巖石地質(zhì)，測(cè)試其機(jī)械化鉆孔應(yīng)用效果與施工效率。另外，如遇裂隙發(fā)育地層，孔間距應(yīng)增加到3～3.5倍，避免機(jī)械鉆孔時(shí)發(fā)生串孔現(xiàn)象而降低工效。因微型樁鋼筋籠內(nèi)徑過小（不足200 mm），澆筑過程中無法使用溜筒，建議將鋼筋內(nèi)箍筋改為外箍筋，使溜筒可順暢放入孔洞內(nèi)，提高澆筑質(zhì)量。10 m孔深需配置15 m長插入式振搗棒進(jìn)行振搗，同樣因鋼筋籠內(nèi)徑小的問題，振搗操作空間受限不便利，建議采用無需振搗、可自行流動(dòng)密實(shí)的自密實(shí)混凝土或在普通混凝土中摻膨脹劑的方式進(jìn)行澆筑施工。

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