1概述

 

　　随着电力系统的发展，系统联网，优化结构是势在必行的，作为系统电力的输送血脉——输电线路的等级也不断的提高，相应各组成构造也不断加大，特别是基础工程，针对一些大跨越工程，现场施工规模和条件也基本与变电所相当了。由于基础施工情况复杂，施工周期长，约占工程总工期的一半，如何将先进的施工机械应用到线路施工中来是目前客观存在的一个问题。旋挖钻机因其施工速度快，成孔质量高，环境污染小，操作灵活方便，安全性能高及适用性强等诸多优势，已成为工程界钻孔灌注桩施工的主要成孔设备，已广泛应用于高速公路，桥梁和电厂等基础施工中。本工程采用灌注桩旋挖成孔工艺，满足了质量和工期的要求。

 

　　2工程概况

 

　　胡家滩长江大跨工程按单回路设计。采用耐—直—直—耐的跨越方式，跨越耐张段长度为3401m，跨越直线塔和耐张塔基础采用群桩加承台型式。左岸跨越直线塔桩径1000mm，右岸跨越直线塔桩径800mm；耐张塔桩径均为800mm。单基跨越直线塔64根桩、单基耐张塔36根桩。桩体长：跨越直线塔桩最长37.1m、耐张塔桩最长39.1m，设计强度 C30。

 

　　直线跨越塔和耐张塔地段上部地基土主要为粘性土、粉土、粉细砂、含卵砾石中粗砂及卵石层，下部为基岩（页岩、泥岩）。粘性土、粉土及粉细砂多具有孔隙大、结构松散等特征，具中～高压缩性，力学强度较低；而力学强度相对较高的含卵砾石中粗砂、卵石层及基岩埋深大。

 

　　本工程跨越直线塔及耐张塔基础及桩位编号情况见下图1：

 

　　图1桩位编号图

 

　　3钻机选择方案

 

　　3.1钻机技术特点分析

 

　　目前，线路上灌注桩施工采用的大都是大口径钻机，常见的有3种类型。第1类是冲击钻机，如冲击钻、冲抓钻机等。根据冲锤的不同，冲击钻又分为实心锤和空心锤；第2类是回转钻机，包括正循环钻机和反循环钻机，依据配备的钻头的不同，又分为合金钻、牙轮钻和滚刀钻等；第3类就是旋挖钻机。

 

　　根据可钻性进行钻机经济指标比选的同时，钻机施工对周围环境的影响、施工场地以及工期等因素常常也是影响钻机选择的主要因素。如某一地层为黏土层的钻孔桩施工，根据可钻性，可同时选择冲击钻机、回转钻机和旋挖钻机的任一种，但前2种都会产生大量泥浆，存在污水处理问题。为符合当地的环境保护要求，外弃泥浆的工作量相对较大，引起的费用也较高。尤其是冲击钻的震动在居住区直接影响居民的正常工作和生活，危及公用设施和临近建筑物安全。在上述施工条件下，旋挖钻产生的泥浆很少，噪音的指标可满足城市施工的要求，对于直径1.0m、桩长30m的钻孔桩而言，成孔速度是其他2种类型钻机的3~10倍。以此相比，旋控钻机虽然单价偏高，但总体经济效益明显优于其他钻机，因此应优先选用。

 

　　3.2钻机选择

 

　　3.2.1本工程现场情况分析

 

　　本工程地址情况复杂，跨越段地基岩土主要为①1层可塑粘性土、①2层软塑～流塑粘性土、①3层粉土及粉细砂、①4层中粗砂、②1层含卵砾石中粗砂、②2层含卵石和③层基岩（页岩、泥岩）。由于①层粘性土、粉土②层含卵砾石中粗砂、卵石层，其埋深大，厚度薄，分布不均匀，且呈薄透镜体产出[1]。该工程灌注桩基础方量4332m3，跨越地处河堤内，工期4-5个月。

 

　　3.2.2工程技术经济分析

 

　　考虑到工程重要性，同时冲击和回旋钻机成孔，由于设备本身及钻进工艺的原因，与旋挖钻机相比，其钻进效率、施工质量、环境保护及经济效益都有明显的劣势。我们采用灌注桩旋挖成孔。本工程地层主要以粘土层，砂土层和岩层，岩层的单轴抗压强度高。针对本工程地质情况，对粘性土层，使用挖泥钻头；对砂层采用挖砂钻头；对岩石层，使用螺旋嵌岩钻头，确保质量。

 

　　3.3R415旋挖钻机

 

　　目前，我国工程界使用的旋挖钻机，大多数是引进德国和意大利的产品，特别是意大利土力公司的产品，由于价格相对便宜，已占据我国的大部分市场。

 

　　结合本工程实际情况，基础灌注桩施工采用了意大利土力公司的R415旋挖钻机，该钻机R415型钻机系全液压控制、履带行走、伸缩式钻杆（凯式钻杆）、采用静态泥浆护壁、钻斗直接取土的新型钻机。最大扭矩120kN*m，最大给进力100kN。整机采用钻孔深度、垂直度自动检测及控制；荧屏实时显示；钻孔定位技术；液压履带式伸缩底盘，保证了整机稳定性及良好的机动性能；自行起落可折叠式钻桅；大扭矩多节伸缩式钻杆，可匹配多种钻具，以适应不同作业需求；双速自适应动力头，既可进行钻孔，又能安放套管；采用了主、副卷扬的高度限位，动臂幅度限位及驾驶室内液控开关等安全保护装置；应用人机工程原理设计了新型操纵室，布置了冷暖空调，提高了操作舒适性等。

 

　　4旋挖成孔施工工艺[2]

 

　　

 

　　图2施工工艺流程图

 

　　现就旋挖成孔技术做简要介绍：

 

　　4.1混凝土浇制

 

　　本工程通过试验分别确定了混凝土配合比，坍落度要求在180-220mm。混凝土采用现场集中搅拌工艺，该工艺具有质量稳定，机械化程度高，占地少，环保效应好等优点，在1000kV晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程线路基础施工中得到广泛应用【3】；同时配备2辆混凝土运输罐车，提高了施工质量，效率。

 

　　混凝土浇制方式：混凝土灌注采用直升导管法。导管采用双密封圈丝扣连接方式。导管直径首选为250㎜，壁厚不小于3㎜。导管单节长度为2.6m，底管长度不宜小于4.0m。另配备若干0.5～1.0m短节，以便调配导管。导管使用前要进行试拼接和试压，检验其垂直度和密封性。

 

　　4.2桩基检测

 

　　按设计要求，本工程桩基总数的30%进行高应变检测，70%进行小应变检测。经南京科能岩土工程有限公司进行的高低应变检测，所检桩基全部为一类桩。检测桩（右侧跨越塔）的单桩竖向极限承载力为6727.7kN。安全系数K=2，单桩竖向承载力特征值为3363.7kN。桩的极限侧摩阻力平均值为5350.8kN，极限端阻力平均值为1376.6kN。检测桩（左侧跨越塔）的单桩竖向极限承载力为8649.5kN。安全系数K=2，单桩竖向承载力特征值为4324.8kN。桩的极限侧摩阻力平均值为7094.7kN，极限端阻力平均值为1554.8kN[4]。均满足设计要求。施工工艺流程如图2所示：

 

　　5灌注桩旋挖成孔工艺的技术经济分析

 

　　5.1旋挖钻机的性能优势

 

　　5.1.1工作效率高

 

　　旋挖钻机配置在可自动行走的履带式底盘上，履带自动行走，桩位之间移动方便，对位快速、准确，利用钻机的动力下井口护筒，钻杆自动伸缩，钻进过程中也不用装、拆钻杆；自动化程度高，缩短了桩基施工的辅助工作时间，工作效率明显提高，相对提高工作作业时间。

 

　　5.1.2准确性高

 

　　在液压控制和电器系统，旋挖钻机采用的是“总功率变量+恒功变量+负荷传感系统+电液伺服控制”，钻机可根据地层软硬程度自动调整扭矩及钻速比例，保持高功效，而不必依赖操作手的经验。钻机底盘可伸缩及带有自动整平装置，并可使钻机实现“微动”，在驾驶室内装有桅杆垂直度仪，钻塔垂直度及钻孔深度均由电脑控制，使钻机在就位、调整垂直度时，具有非常高的准确性。钻进过程中操作人员可随时了解钻机平稳状况，能有效保证钻孔的垂直度，提高成孔质量。

 

　　5.1.3场地适应性好

 

　　首先，施工所需动力由其本身所带的柴油发动机提供，无须现场提供大容量的变配电设施，在小型发电机组的配合下就可施工；其次，对地层的适应性较广，既适用于粘性土，也适用于砂性土，还适用于强度不高的风化岩；第三，从施工场地来讲，不需要提供较大的工作面就可工作，这一特性非常适合城市狭窄场地施工。

 

　　5.2旋挖成孔的工艺优势

 

　　5.2.1环保效果明显

 

　　旋挖钻机采用动力头形式，其工作原理是用短螺旋钻头或旋挖斗，利用强大的扭矩直接将土或砂砾等钻渣旋转挖掘，然后快速提出孔外，在不需要泥浆支护的情况下，可实现干法施工，即使在特殊地层需要泥浆护壁的情况下，泥浆也只起支护作用，钻削中的泥浆含量相当低，这使污染源大大减少，进而降低了施工成本，也改善了施工环境，尤其在城市施工中，这一点非常重要。

 

　　5.2.2成孔效率高

 

　　旋挖钻机比传统钻机的适应性更广泛，在硬土地层，由于传统钻机的自重有限，不可能给钻头施加更大的进给压力，只能慢慢地磨。而旋挖钻机由于采用动力头装置，动力头的给进力加上钻杆的重量，因此，钻进能力强。据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是回旋钻机的5~10倍。

 

　　5.2.3可提高灌注桩的承载能力

 

　　由于旋挖钻机的特殊成孔工艺，它仅需要静压泥浆作护壁，所采用的泥浆一般用膨润土、火碱、纤维素等配置，在孔壁不形成厚的泥皮。此外由于钻头的多次上下往复，使孔壁粗糙、不易产生缩径，成孔更规则。因此与传统的钻孔灌注桩相比，旋挖钻孔灌注桩的承载能力要高。据有关文献报道，比预估的桩基承载力可提高20%【5】。

 

　　5.3旋挖钻孔的经济分析

 

　　本工程采用了意大利R-415旋挖钻机。结合本工程其他线路，技术人员对回旋钻机成孔，旋挖钻机成孔进行了比较，得出一下结论，见表2.

 

　　表2回旋钻机成孔与旋挖钻机成孔的对比结果

 

　　测定项目 回旋钻机成孔 旋挖钻机成孔 对比结果

 

　　环境效益 产生的渣土和泥浆量大约为桩孔体积的2.5-3.0倍 由于泥浆重复使用，排出的渣土和泥浆仅为桩孔体积的1.05-1.1倍 按本地区有关渣土排放的市场价，每平方米桩孔体积可节约排放费用84-110元，环境效益明显。

 

　　工期 每根桩成孔时间（含清孔）大约在2-3天 大部分桩成孔时间为7-8小时，小部分桩成桩时间在5-6小时 若采用相同数量钻机，工期可缩短75%-80%

 

　　人工费用 每台钻机一般配备7人，每2天成孔1根桩。 每台桩机一般配备3人，每天成孔2-3根桩。 人工费用可降低90%

 

　　机械费用 租赁费用市场价为1200元/d，以平均工作时间12小时计算，2天可成孔30m左右

 

　　折合机械费用约80元/m. 租赁市场费用为7000天/d，已平均工作时间12小时计算，每天成孔60-80m，折合机械费用约为87.5元/m 机械费用略高9.5%

 

　　结束语

 

　　在特高压基础工程施工中，与传统的冲击和回旋钻孔工艺相比，灌注桩采用旋挖成孔工艺具有工作效率高，准确性高，场地适应性好的旋挖钻机性能优势；同时环保效果明显，成孔效率高，可提高灌注桩的承载能力等工艺优势，符合国家倡导的资源节约型和环境友好型的建设要求。

 

　　在今后的特高压基础施工中，只要经济和地形条件符合要求，应广泛推广灌注桩旋挖成孔工艺。

 

　　参考文献

 

　　[1]中国电力工程顾问集团公司，中国电力工程顾问集团西南电力设计院.向家坝～上海±800kV特高压直流输电线路胡家滩长江大跨越工程初步设计岩土工程部分第三卷岩土工程勘测报告[R].P6-P13.

 

　　[2]田水元.向家坝～上海±800kV特高压直流输电线路工程（向上K2大跨越施工标段）灌注桩作业指导书(R).P6-P27.

 

　　[3]王曦晨，李震宇，胡启海.集中搅拌混凝土在特高压线路基础工程中的应用[J].电力建设，2008，29(12)：P52-P53.

 

　　[4]南京科能岩土工程有限公司.向家坝～上海±800kV特高压直流输电线路工程胡家滩长江大跨越（主塔）基桩质量检测报告（高应变）Q048S-G1201-02：P15.

 

　　[5]冯玉国.施工工艺对泥浆护壁灌注桩承载力的影响[J].地基基础工程，1999，9(4)：P56-60.