輸電線路微型樁基礎施工工藝研究及應用

鄒同華　王力　羅春輝　龍禹鵬　郭達明　鄒永興

摘 要：為突破輸電線路山地、高山等地區基礎機械化施工難題，拓展電建鉆機應用場景，改變“人力為主、機械為輔”的傳統施工方式，進一步降低基礎施工風險、提高施工效率、降低勞動強度，依托湖南某1 000 kV特高壓線路工程，開展對電建鉆機微型樁基礎機械成孔的施工技術研究，并針對小樁基礎清孔難題，設計一種專用清孔鉆頭，經現場實際應用及基樁檢測驗證了施工方案及清孔鉆頭的有效性。

關鍵詞：輸電線路；機械化施工；電建鉆機；微型樁；清孔鉆頭

中圖分類號：TM726? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）07-0010-05

0 引言

隨著我國經濟的迅速發展，工業化規模不斷擴大，各行各業對電力需求量不斷加大，國家對電力設施的投入也逐漸加大，電網建設、主網線路的建設規模和數量都有擴大[1-2]。而隨著中國人口的不斷老齡化、產業結構的調整及城鎮化的發展，施工單位人員老齡化、專業人員流失嚴重，電網建設提速與產業工人隊伍呈現的人力資源短缺形成了主要矛盾，為了同時實現基建安全和高質量建設，滿足“堅強智能電網”對工程建設質量和建設工期的要求，推進機械化作業將成為電網建設專業發展的重要途徑[3-4]。

對于特高壓交流輸電線路桿塔單樁基礎，因承載力要求，往往直徑和樁長都較大，其施工機具龐大，設備進場、轉場不便，經濟性不強。對于覆蓋層較厚的丘陵山地地形，受路況、地形限制，一般大型機械很難到達立塔位置，機械化率很低，而人工成孔施工效率低，孔下作業安全風險大[5]。針對這種情況，迫切需要配置更加合理的基礎型式，以減小施工難度和工程量，減少對自然環境的破壞，降低工程造價，避免人工孔下作業風險。微型樁作為一種應用在特高壓交流輸電線路工程中的新型基礎型式，能較好地解決常規基礎機械化率不高的缺點，無論是設計、施工還是檢測領域，都有許多值得探討研究的地方。

與常規直徑樁基礎相比，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，與常規灌注樁基礎類似，樁頭用承臺連接[6-9]。由于輸電線路工程的特殊性，為使輸電線路工程中機械化作業進一步的提升，輸電線路基礎工程所用機械、材料必然向小型化、易搬運方向發展。因此就必須采用直徑較小的樁（使單樁成孔設備輕型化），減少單樁的設計承載力，即在實際工程中采用多樁小直徑群樁基礎，從而減小對樁機械的成孔能力的要求，進一步提高輸電線路施工的機械化應用率。

基于此，本文依托湖南某1 000 kV特高壓線路工程，開展對電建鉆機微型樁基礎機械成孔的施工技術研究，并針對小樁基礎清孔難題，設計一種專用清孔鉆頭，經現場實際應用驗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N17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°。地質含碎石粉質黏土，褐黃色，可塑，干強度及韌性較高，含碎石，表層植物根系極為發育，厚度0.4～0.9 m。強風化板巖呈灰黃色、青灰色，原巖組織結構基本破壞，結構構造不甚清晰，節理、裂隙極為發育，多呈碎塊狀，厚度13.0～16.0 m。中等風化板巖呈灰色，原巖組織結構部分破壞，節理、裂隙較為發育，巖芯多呈大塊狀，厚度大于5.0 m。

該工程試點微型樁基礎1基，塔號為N17。5樁承臺，承臺2.8 m×2.8 m，微樁長度10.0 m，樁徑0.4 m。微型樁混凝土強度等級為C30，單樁方量1.28 m?；承臺混凝土強度等級為C25，單個方量19.16 m?。

2 微型樁成孔

2.1 工藝流程

利用電建鉆機進行微型樁基礎的機械成孔工藝流程如圖1所示。

2.2 人員組織

利用KR110D型電建鉆機進行微型樁基礎的開挖施工，采用挖掘機進行微型樁承臺的開挖施工。基礎施工各工序人員需求如表1所示。

2.3 電建鉆機成孔

電建鉆機是一種可用于輸電線路工程基礎工程中成孔作業的專用定制施工機械，主要適于砂土、黏性土、粉質土、強風化、礫石（礫石的粒徑有限制）地層施工，額定功率一般為125～450 kW，動力輸出扭矩為120～400 kN·m，最大成孔直徑可達3.2 m，可以滿足各類大型基礎施工的要求。具有成孔效率高、全天候全氣候環境下連續作業的優點，基坑開挖過程中有效降低施工安全風險[10]。

2.3.1 電建鉆機選擇

根據樁孔徑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1臺。KR100D型電建鉆機屬于樁基礎施工機械，是中小型樁基的高效成孔設備，它能快速、準確地到達樁位。新型電建鉆機較旋挖機的優勢有：桅桿與采用主機一體化伸縮控制，運輸不需要單獨拆除運輸；底盤可伸縮，適用不同道路寬度；運輸狀態爬坡能力強。KR110D型電建鉆機示意圖如圖2所示，主要參數如表2所示。

2.3.2 電建鉆機干作業法施工

2.3.2.1 測量放樣

樁位放樣按“先控制后細部，從整體到局部”的原則進行樁基的位置放樣，進行鉆孔的標高應及時對其進行復核。采用經緯儀準確放樣各樁點的位置，使其誤差在規范要求內。

2.3.2.2 場地平整

平整場地、清除雜物、換出軟土、夯打密實，以免產生不均勻沉陷。確保3 m寬進出通道，用于運輸車進出及設備進出。

2.3.2.3 鉆機就位及孔樁定位

場地平整好后，鉆機就位，要事先檢查鉆機的性能狀態是否良好，保證鉆機工作正常，調整鉆機桅桿角度，操作卷揚機，垂直度參數，使鉆桿垂直，同時稍微提升鉆具，確保鉆頭環刀自由浮動孔內。電建鉆機底盤為伸縮式自動整平裝置，并在操作室內有儀表準確顯示電子讀數，當鉆頭對準樁位中心十字線時，各項數據即可鎖定，勿需再作調整。

鉆機就位后，在開鉆之前，由測量人員對設計圖紙提供的坐標、高程等有關數據進行認真復核，確認無誤后采用經緯儀進行樁位定位，現場施工員根據孔樁的中心，在孔樁四周引四個護樁，所引的4個護樁不能影響施工，并且牢固，在施工時不得碰到護樁。

2.4 清孔鉆頭設計

在輸電線路工程基礎機械化施工中，當鉆至設計深度后，在基礎澆筑前均需進行清孔，以確保基礎底部鋼筋保護層厚度，防止樁底存留虛土過厚而降低樁的承載力。常規旋挖式鉆頭在鉆孔過程中，鉆出的泥土往往會從鉆頭外側或底部漏掉入坑底，造成基礎鉆挖完成后，還需要人工進行二次清孔，從而導致施工效率降低。

為解決上述問題，筆者設計出一種螺旋式清孔微樁鉆頭，可有效實現小樁基礎清孔功能，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，螺旋葉片起始端設置有齒條，鉆芯通過連接座與鉆機的鉆桿可拆卸連接。鉆芯在鉆桿帶動下旋轉，并將泥土向上清出，且可一邊打孔一邊進行清孔，無需打孔后再進行二次清孔，節約了時間和人力成本，提升了機械化施工效率。清孔效果如圖5所示。

2.5 承臺施工

微型樁基礎待破完樁頭后，所有樁體必須做低應變檢測。低應變檢測應破除樁頭1.2 m，因樁體直徑較小破除樁頭時因注意對樁頭鋼筋的保護，并將樁頭100 mm×100 mm的區域打磨成平面便于檢測。經檢測合格后，即可開始承臺部分的施工。

根據該工程微型樁基礎承臺結構特點，單基坑開挖施工采用長臂挖掘機開挖成型方式完成。鋼筋綁扎及裝模采取在立柱四周搭設鋼管支撐架作業平臺的方式，模板采用木結構模板，以確保基礎質量及工藝要求。承臺基礎混凝土澆筑全部采用商品混凝土。

3 施工驗收

3.1 檢孔

成孔檢查方法是直接用測繩、鋼卷尺及測孔器檢測。

成孔達到設計高程后，對孔深、孔徑、孔壁、垂直度、沉淀厚度等進行檢查，不合格時及時處理。用測繩測量孔深并做記錄，鉆孔完成后應采用探孔器檢測孔徑，鉆桿垂線法檢查傾斜度，用長度符合規定的探孔器上下兩次檢查孔是否合格，合格后方可清孔。

檢測標準要求孔深、孔徑不得小于設計規定，鉆孔傾斜度誤差不得大于1%且不得大于500 mm。經質量檢查合格的樁孔，及時下放鋼筋籠，灌注混凝土前，要再一次量測孔的深度，如果有異常現象發生，要及時進行處理。

3.2 基樁檢測

為檢測微型樁方案及施工方法有效性，經第三方基樁檢測單位對基樁進行上拔檢查試驗，隨機抽查基樁數量為3根，對樁身的承載力、低應變檢測，結果均符合《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2014）規范要求。檢測結果統計表如表3所示，3根基樁的檢測結果分別如表4～表6、圖7～圖9所示。

微型樁基礎其布樁方案、樁身長度可隨地形、地質變化而調整，具有設計選用范圍廣、設計方案靈活的優勢。相比傳統單樁基礎，微型樁基礎承載力得到提升，混凝土方量大大降低，約為鉆孔樁的1/4。N17微型樁檢測結果合格，樁承載力滿足設計要求，由此證明微型樁基礎具備承載力高、經濟性好的巨大優勢。

4結束語

微型樁基礎本身及現場為中小型鉆機搭設的施工平臺，相比大樁基礎和大型機械，對樁位周邊植被破壞較少。在山區丘陵等運輸難度大、修路成本高、施工場地有限的地區應用時，需修筑的運輸道路寬度、厚度均減小，對道路地區自然植被的破壞相對降低，微型樁基礎在環保水保方面具有巨大優勢，可提升整體施工效率和高山地區基礎施工機械化應用率，對達成輸電線路工程基礎全機械化施工目標、降低工程造價具有重要意義。

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

參考文獻

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