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)機械化施工難題，拓展電建鉆機應(yīng)用場景，改變“人力為主、機械為輔”的傳統(tǒng)施工方式，進一步降低基礎(chǔ)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(chǔ)機械成孔的施工技術(shù)研究，并針對小樁基礎(chǔ)清孔難題，設(shè)計一種專用清孔鉆頭，經(jīng)現(xiàn)場實際應(yīng)用及基樁檢測驗證了施工方案及清孔鉆頭的有效性。

關(guān)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(jīng)濟的迅速發(fā)展，工業(yè)化規(guī)模不斷擴大，各行各業(yè)對電力需求量不斷加大，國家對電力設(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)人員流失嚴重，電網(wǎng)建設(shè)提速與產(chǎn)業(yè)工人隊伍呈現(xiàn)的人力資源短缺形成了主要矛盾，為了同時實現(xiàn)基建安全和高質(zhì)量建設(shè)，滿足“堅強智能電網(wǎng)”對工程建設(shè)質(zhì)量和建設(shè)工期的要求，推進機械化作業(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，其施工機具龐大，設(shè)備進場、轉(zhuǎn)場不便，經(jīng)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(yè)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(chǔ)型式，以減小施工難度和工程量，減少對自然環(huán)境的破壞，降低工程造價，避免人工孔下作業(yè)風險。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)機械化率不高的缺點，無論是設(shè)計、施工還是檢測領(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(yè)進一步的提升，輸電線路基礎(chǔ)工程所用機械、材料必然向小型化、易搬運方向發(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)計承載力，即在實際工程中采用多樁小直徑群樁基礎(chǔ)，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(yīng)用率。

基于此，本文依托湖南某1 000 kV特高壓線路工程，開展對電建鉆機微型樁基礎(chǔ)機械成孔的施工技術(shù)研究，并針對小樁基礎(chǔ)清孔難題，設(shè)計一種專用清孔鉆頭，經(jīng)現(xiàn)場實際應(yīng)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(zhì)含碎石粉質(zhì)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(fā)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(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。

該工程試點微型樁基礎(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)的開挖施工，采用挖掘機進行微型樁承臺的開挖施工。基礎(chǔ)施工各工序人員需求如表1所示。

2.3 電建鉆機成孔

電建鉆機是一種可用于輸電線路工程基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的專用定制施工機械，主要適于砂土、黏性土、粉質(zhì)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(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，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(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1臺。KR100D型電建鉆機屬于樁基礎(chǔ)施工機械，是中小型樁基的高效成孔設(shè)備，它能快速、準確地到達樁位。新型電建鉆機較旋挖機的優(yōu)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(tài)爬坡能力強。KR110D型電建鉆機示意圖如圖2所示，主要參數(shù)如表2所示。

2.3.2 電建鉆機干作業(yè)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(yīng)及時對其進行復(fù)核。采用經(jīng)緯儀準確放樣各樁點的位置，使其誤差在規(guī)范要求內(nèi)。

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(chǎn)生不均勻沉陷。確保3 m寬進出通道，用于運輸車進出及設(shè)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(tài)是否良好，保證鉆機工作正常，調(diào)整鉆機桅桿角度，操作卷揚機，垂直度參數(shù)，使鉆桿垂直，同時稍微提升鉆具，確保鉆頭環(huán)刀自由浮動孔內(nèi)。電建鉆機底盤為伸縮式自動整平裝置，并在操作室內(nèi)有儀表準確顯示電子讀數(shù)，當鉆頭對準樁位中心十字線時，各項數(shù)據(jù)即可鎖定，勿需再作調(diào)整。

鉆機就位后，在開鉆之前，由測量人員對設(shè)計圖紙?zhí)峁┑淖鴺?、高程等有關(guān)數(shù)據(jù)進行認真復(fù)核，確認無誤后采用經(jīng)緯儀進行樁位定位，現(xiàn)場施工員根據(jù)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(shè)計

在輸電線路工程基礎(chǔ)機械化施工中，當鉆至設(shè)計深度后，在基礎(chǔ)澆筑前均需進行清孔，以確?；A(chǔ)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(guī)旋挖式鉆頭在鉆孔過程中，鉆出的泥土往往會從鉆頭外側(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(shè)計出一種螺旋式清孔微樁鉆頭，可有效實現(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的鉆桿可拆卸連接。鉆芯在鉆桿帶動下旋轉(zhuǎn)，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(jié)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(chǔ)待破完樁頭后，所有樁體必須做低應(yīng)變檢測。低應(yīng)變檢測應(yīng)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(qū)域打磨成平面便于檢測。經(jīng)檢測合格后，即可開始承臺部分的施工。

根據(jù)該工程微型樁基礎(chǔ)承臺結(jié)構(gòu)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(shè)鋼管支撐架作業(yè)平臺的方式，模板采用木結(jié)構(gòu)模板，以確?；A(chǔ)質(zhì)量及工藝要求。承臺基礎(chǔ)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(shè)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(yīng)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(guī)定的探孔器上下兩次檢查孔是否合格，合格后方可清孔。

檢測標準要求孔深、孔徑不得小于設(shè)計規(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?，F(xiàn)象發(fā)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(jīng)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(shù)量為3根，對樁身的承載力、低應(yīng)變檢測，結(jié)果均符合《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014）規(guī)范要求。檢測結(jié)果統(tǒng)計表如表3所示，3根基樁的檢測結(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)計選用范圍廣、設(shè)計方案靈活的優(yōu)勢。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微型樁檢測結(jié)果合格，樁承載力滿足設(shè)計要求，由此證明微型樁基礎(chǔ)具備承載力高、經(jīng)濟性好的巨大優(yōu)勢。

4結(jié)束語

微型樁基礎(chǔ)本身及現(xiàn)場為中小型鉆機搭設(shè)的施工平臺，相比大樁基礎(chǔ)和大型機械，對樁位周邊植被破壞較少。在山區(qū)丘陵等運輸難度大、修路成本高、施工場地有限的地區(qū)應(yīng)用時，需修筑的運輸?shù)缆穼挾?、厚度均減小，對道路地區(qū)自然植被的破壞相對降低，微型樁基礎(chǔ)在環(huán)保水保方面具有巨大優(yōu)勢，可提升整體施工效率和高山地區(qū)基礎(chǔ)施工機械化應(yīng)用率，對達成輸電線路工程基礎(chǔ)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(chǔ)應(yīng)用于中風化或微風化巖石地質(zhì)，測試其機械化鉆孔應(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，避免機械鉆孔時發(fā)生串孔現(xiàn)象而降低工效。因微型樁鋼筋籠內(nèi)徑過?。ú蛔?00 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。

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