输电线路桩孔基础机械开挖施工技术

陈万兵 杨增明 马耀华

（1.青海送变电工程公司 青海省西宁市 810001 2.甘肃电投大容电力有限责任公司 甘肃省兰州市 730000）

输电线路桩孔基础机械开挖施工技术

陈万兵1杨增明1马耀华2

（1.青海送变电工程公司 青海省西宁市 810001 2.甘肃电投大容电力有限责任公司 甘肃省兰州市 730000）

桩孔基础开挖时输电线路面临的一项高风险作业，本文通过重点工程实践，有效解决了桩孔开挖的难题，采用机械化施工提高施工效率，降低安全风险，减轻施工人员劳动强度。

输电；机械；施工；技术

桩孔基础是近年来输电线路工程广为采用的一种基础型式，能充分发挥原状土的优势，可改善基础的承载性能，而且减少了地下支模及回填土工序，提高了施工效率，在输电线路中应用越来广泛。但长期以来，掏挖和人工挖桩孔基础一直采取人工辅以小型工具的方式开挖，人工下坑作业所带来的安全风险无法避免，为实现机械化施工，提高施工效率，降低安全风险，减轻施工人员劳动强度。

1 工艺原理及关键设备

桩孔基础机械化成孔工艺，是指利用钻机，首先对桩孔基础进行直孔开挖，然后更换扩底钻头，对直孔底部进行扩径开挖，最终形成符合桩孔基础图纸要求的基坑。钻机工作时，由液压马达带动钻杆转动，随之带动安装于钻杆下端的直孔钻头及扩底钻头旋转，通过钻头本身自重及桅杆对钻头施压的方式实现钻头的钻进。桩孔基础机械根据工程现场实际地质地形和进场道路，选择不同规格型号的钻机。送电线路常用的有自行研制DR125T和中联重科ZR250B型旋挖钻机。

（1）DR125T钻机，低转速大扭矩，最大扭矩为150kN·m，最大钻孔直径2m，最大扩底直径3.5m，最大钻孔深度11.5m，能够满足目前大部分线路的桩孔基础孔径和扩底需求；该钻机与建筑行业广泛应用的旋挖钻机比较，底盘自重较小，道路、场地适应性高，可满足输电线路基础施工时点多面广、道路条件差等特殊需求；直孔钻头与扩底钻头均具备取土功能，取土效率高；钻机钻杆具备自动调垂和自动测深功能；钻进工作时有蛙腿支撑，极大提高了钻机稳定性，并降低了作业场地的平整度要求，现场适应性高；很高的抖土空间，完全满足钻头倒土和扩底装置的安装与使用。

（2）中联重科ZR250B型旋挖钻，总重量77.5t，扭矩250kN·m，提拔200kN，最大成孔直径2.5m，成孔深度可达84m。该设备对各种不同地质的硬黏土、软亚黏土、硬黏土适应性强，钻进效率高，是普通冲击钻、反循环钻工作效率的7倍；对桩孔直径可选范围大，孔壁稳定，成孔质量好，施工速度快，节省人力资源，提高工作效率，降低施工成本；旋挖钻机配比电脑控制程序，自身调整各项技术指标，保证钻机的孔位、垂直度、孔径、孔深等各项技术指标达到规范和设计要求；环境适应性强，自身功率大，特别适用于供电不足的现场施工，而且环境污染少，施工噪音低，工作现场规范。

2 施工工艺操作要点

2.1 钻机作业场地布置

（1）根据施工现场作业条件、基础根开、钻机结构尺寸、钻机进场方向、混凝土施工流程等因素，进行钻机工作位置、渣土堆放、钢筋骨架加工及材料堆放位置的设计，使现场平面布置合理，工艺流畅。

（2）规划好钻机移动路线，使其在转移行走及转弯过程中钻机履带与坑口边沿保持1.5m以上距离，以免影响孔壁稳定，造成塌方，并应在钻机移动过程中注意保护中心桩及施工辅助桩。

2.2 钻机对中调整

（1）桩孔基础坑口位置确定以后，采用人工预先按照设计孔径开挖出200mm深度的样洞，样洞挖好后，复测根开、对角线、孔径等尺寸，符合设计要求后，进行钻机就位；也可采用导向钻头对中法在坑口中心位置钉出标桩，使用钻斗下端导向锥尖端直接寻找坑口中心点，钻杆垂直度调整与预挖坑口法相同，但应注意使用经纬仪监测控制对中精度。进行第一钻钻挖时，应缓慢进钻，注意保护坑口完整性。

（2）钻机按照预定路线移动到作业位置，通过自动调垂系统再次调整钻杆垂直度；通过桅杆前后变幅和钻机旋转微调将钻头对准人工开挖好的坑口，下降钻杆，将钻头缓缓放入，使钻机初步就位。展开钻机两侧蛙腿，使之支撑于地面，通过液压缸调整蛙腿受力状态，使钻机整体稳定。通过自动调垂系统再次进行桅杆调整，使钻杆垂直，并微调对中位置，使钻斗中心与预挖坑口中心重合。然后用经纬仪检测钻杆垂直度及对中精度。

（3）就位时可根据土质坚硬情况在靠近孔口侧端在钻机履带下面铺垫钢板，钻机回转中心距孔位4.2～4.5m，在允许的情况下，变幅油缸尽可能推动桅杆前伸，以减小钻机自重和提升下降钻杆操作对孔的影响。

（4）钻头对中调整完成后，将回转显示角度调整为0°，设置为初始值，将坑口自然基面设置为相对标志高0值，以便作业过程中控制旋转回位和钻孔深度。预挖坑口法对中找正不仅操作简单，精度容易控制，也不易对坑口土造成扰动。

2.3 直孔钻进

（1）钻进过程中控制钻头旋转速度，开始钻进时速度应缓慢，注意保护坑口形状，减少坑口土层扰动，当钻进深度达到一个钻斗高度时，可以视土质情况加快旋挖速度。钻头钻进过程需专人监测其工作情况，发现异常地质情况、地下文物等，应立即停止作业，并采取相应的处理措施。

（2）钻孔时钻机操作人员通过显示器监测钻机的实际工作状态、钻进深度及总孔深。一般土质情况下，每钻进尺约300mm左右，满斗转数为3～5r（因地质而定），也可通过坑口监测人员的指示信号进行钻机操作。

（3）钻头工作时是通过钻杆、钻头及动力头的自重下压力，在旋转过程中将土挤入钻斗内的。待钻斗装满土后，先反向旋转2～3r，通过坑底摩擦阻力将钻斗底盖关闭，停止旋转，提升钻斗，将土卸于指定堆放地点。在下钻过程中应监测钻杆是否保持垂直，如发生偏移，进行调整，再继续钻进。在提升钻头过程中要控制提升速度，注意保护孔壁、孔口，并注意每次钻斗完全提升出坑口后方可转向卸土位置。

（4）提升钻头同时将动力头抬高，以使钻斗高度能够满足从蛙腿顶面转过。将钻杆转至倒土位置后，上提钻杆，利用动力头底部支架碰撞钻斗底盖开关，倒出渣土。卸完土后，操作钻杆下降，通过渣土阻力，使钻斗底盖复位。然后进行钻杆回位操作，通过屏显的回转角度，操纵钻机回转至桩位中心，继续下一轮钻进作业。如此循环，直至将坑孔钻至设计深度。

（5）弃土位置一般选择在钻机的左侧操作者视野可及的地方，并提前计算出弃土的方量及需要堆方弃土的范围。如果选择在钻机右侧，应有人配合指挥。弃土地点应保证距离坑口边沿1.5m以上，防止弃土压力造成孔壁坍塌。

（6）当钻到一定深度后如土的湿度较大时，钻头侧面与孔壁接触趋与紧密，在提升钻头时，可能会造成孔底负压使钻头提升困难，这时可以将钻头反向缓慢旋转，慢慢提升，避免因提升过猛造成钻机整体倾斜。

（7）在卸土及钻杆回位时，水平旋转速度应缓慢匀速，避免因转动贯量过大造成钻机侧翻。回位时，快接近孔口中心时，改为微调，确保对中精度。

（8）如果土质较硬，在旋挖过程中，应通过主卷扬机对钻杆施加一定的提升力，减少钻头旋进压力，使钻头削刀在轻压状态下工作，以便保持钻机稳定性及保护钻头。

（9）在钻孔过程中，要随时注意检测钻机整体稳定性及钻杆的垂直度，钻杆摆动在±5°范围内，钻杆会迅速自主恢复垂直。如果出现异常情况，桅杆出现较大角度倾斜时，应立即停钻，查明原因，采取处理措施，钻机恢复稳定后方可继续旋进。

2.4 扩底作业

（1）当基坑开挖到设计孔深后，将挖孔钻头更换为扩径钻头，进行扩底。

（2）更换钻头时应保证钻机底盘不移动位置。扩径钻头提前已经作为配重放置在支架上。先将钻杆旋转至钻机一侧两蛙腿中间位置，将钻斗下放到地面，拔掉钻杆与钻斗的连接穿钉。然后提升钻杆旋转至扩径钻头位置，将钻杆放到扩径钻头的连接槽内，对好方向，插入穿钉。这时应使扩径钻头保持张开状态以降低其整体高度，缓慢将其提升并平移桅杆，旋转速度要平稳缓慢。将扩径钻头放置在钻机另一侧，支撑牢固，拔下连接穿钉，并再次将钻杆移至钻斗位置，利用钻杆将钻斗放置在配重支架上，再将扩径钻头连接上。然后钻头回到孔口，进行对中找正，方法与前述钻斗对中一样。

（3）对中完成后，利用经纬仪监控确保精度，缓缓将扩径钻头放置坑底（钻杆下降深度根据设计坑深及钻头几何尺寸计算得出，通过显示屏显示数据进行控制）。当扩径钻头底盘下降到坑底时，开始对扩径钻头加压并旋转，进行扩底作业。

（4）因扩底时钻杆受到的阻力扭矩比较大，容易跑偏，所以在开始扩径前应检查钻机四支蛙腿的支撑情况，确认钻机整体稳定后，将转盘锁死。扩径速度应缓慢，并严密检测钻机、钻杆的工作状态及稳定性，发现钻杆跑偏、倾斜较大等情况时，应立即停止钻进，查明原因，处理后方可继续。

（5）扩径完成情况是通过钻杆下降行程确定的，所以应严密控制钻杆进尺。根据扩径钻头的工作原理及特点，扩径作业分6～8次完成（可根据首次试点实际情况确定完成次数），每次下降到预定行程后，停止钻进扩径，进行一次提升清土。提升之前，先将钻头进行反向旋转，利用钻头上的收土板将渣土集中到钻头底盘上，然后再将扩径钻头提升出孔，利用其底盘，将渣土带出孔口，进行卸土。底盘具有自动卸土功能，但需以人工配合拔、装控制穿钉。底盘上的渣土清除干净后，再进行第二次扩径。入孔前进行对中，确保每次下钻都在孔中心上，依次类推，完成扩径工作，直至基坑成型。

3 成孔质量检查

成孔质量检查包括坑口处、变径处、坑底部的直径及孔深等项目。检测方法为将测距仪通过特制支架固定在钻杆下端，用钻杆送入孔内；先将测距仪放在孔口中心位置，水平方向预设四个采集点，90°分布在圆周上，以检测孔径尺寸；镜头自动旋一周，计算出采集的四组数据的平均值即为孔口半径。在坑口位置时要同时测定孔底深度，将测量结果自动记录下来。然后将测距仪下放到变径位置处，以同样的方法测量孔径及扩底角度及相应深度。然后再下放到坑底，测量坑底部尺寸。

4 结束语

特高压直流输电线路工程桩孔基础机械成孔工艺，将为输电线路基础施工机械化奠定了良好的技术基础，在桩孔机械设备坑底扩底设备逐步增多和性能不断完善下，施工整个施工过程实现机械化，提高了工程的整体效益，降低了施工人员劳动强度，能够有效规避人工掏挖基础的安全风险；提高了开挖的效率，缩短了基础施工工期；实现了桩孔基础坑底扩底，有效保证了扩底成型质量，在输电工程中应用前景广阔。

TU753.3

A

1004-7344（2016）10-0046-02

2016-3-15