输电线路微型桩基础施工工艺研究及应用

邹同华　王力　罗春辉　龙禹鹏　郭达明　邹永兴

摘 要：为突破输电线路山地、高山等地区基础机械化施工难题，拓展电建钻机应用场景，改变“人力为主、机械为辅”的传统施工方式，进一步降低基础施工风险、提高施工效率、降低劳动强度，依托湖南某1 000 kV特高压线路工程，开展对电建钻机微型桩基础机械成孔的施工技术研究，并针对小桩基础清孔难题，设计一种专用清孔钻头，经现场实际应用及基桩检测验证了施工方案及清孔钻头的有效性。

关键词：输电线路；机械化施工；电建钻机；微型桩；清孔钻头

中图分类号：TM726                                  文献标识码：A                              文章编号：2096-6903（2023）07-0010-05

0 引言

随着我国经济的迅速发展，工业化规模不断扩大，各行各业对电力需求量不断加大，国家对电力设施的投入也逐渐加大，电网建设、主网线路的建设规模和数量都有扩大[1-2]。而随着中国人口的不断老龄化、产业结构的调整及城镇化的发展，施工单位人员老龄化、专业人员流失严重，电网建设提速与产业工人队伍呈现的人力资源短缺形成了主要矛盾，为了同时实现基建安全和高质量建设，满足“坚强智能电网”对工程建设质量和建设工期的要求，推进机械化作业将成为电网建设专业发展的重要途径[3-4]。

对于特高压交流输电线路杆塔单桩基础，因承载力要求，往往直径和桩长都较大，其施工机具庞大，设备进场、转场不便，经济性不强。对于覆盖层较厚的丘陵山地地形，受路况、地形限制，一般大型机械很难到达立塔位置，机械化率很低，而人工成孔施工效率低，孔下作业安全风险大[5]。针对这种情况，迫切需要配置更加合理的基础型式，以减小施工难度和工程量，减少对自然环境的破坏，降低工程造价，避免人工孔下作业风险。微型桩作为一种应用在特高压交流输电线路工程中的新型基础型式，能较好地解决常规基础机械化率不高的缺点，无论是设计、施工还是检测领域，都有许多值得探讨研究的地方。

与常规直径桩基础相比，微型桩（Micropile或Minipile）系一种小口径钻孔桩，口径介于200～400 mm间，长径比一般不大于50，桩长通常不宜超过20 m，与常规灌注桩基础类似，桩头用承台连接[6-9]。由于输电线路工程的特殊性，为使输电线路工程中机械化作业进一步的提升，输电线路基础工程所用机械、材料必然向小型化、易搬运方向发展。因此就必须采用直径较小的桩（使单桩成孔设备轻型化），减少单桩的设计承载力，即在实际工程中采用多桩小直径群桩基础，从而减小对桩机械的成孔能力的要求，进一步提高输电线路施工的机械化应用率。

基于此，本文依托湖南某1 000 kV特高压线路工程，开展对电建钻机微型桩基础机械成孔的施工技术研究，并针对小桩基础清孔难题，设计一种专用清孔钻头，经现场实际应用验证了施工方案及清孔钻头的有效性。

1 施工背景

湖南某1 000 kV特高压线路工程N17塔位位于低山丘陵上，地形起伏较大，呈林地景观。A腿位于山脊上，较平缓；B腿位于低山斜坡上，坡度约为20°；C腿位于低山斜坡上，坡度约为25°；D腿位于低山斜坡上，坡度约为25°。地质含碎石粉质黏土，褐黄色，可塑，干强度及韧性较高，含碎石，表层植物根系极为发育，厚度0.4～0.9 m。强风化板岩呈灰黄色、青灰色，原岩组织结构基本破坏，结构构造不甚清晰，节理、裂隙极为发育，多呈碎块状，厚度13.0～16.0 m。中等风化板岩呈灰色，原岩组织结构部分破坏，节理、裂隙较为发育，岩芯多呈大块状，厚度大于5.0 m。

该工程试点微型桩基础1基，塔号为N17。5桩承台，承台2.8 m×2.8 m，微桩长度10.0 m，桩径0.4 m。微型桩混凝土强度等级为C30，单桩方量1.28 m?；承台混凝土强度等级为C25，单个方量19.16 m?。

2 微型桩成孔

2.1 工艺流程

利用电建钻机进行微型桩基础的机械成孔工艺流程如图1所示。

2.2 人员组织

利用KR110D型电建钻机进行微型桩基础的开挖施工，采用挖掘机进行微型桩承台的开挖施工。基础施工各工序人员需求如表1所示。

2.3 电建钻机成孔

电建钻机是一种可用于输电线路工程基础工程中成孔作业的专用定制施工机械，主要适于砂土、黏性土、粉质土、强风化、砾石（砾石的粒径有限制）地层施工，额定功率一般为125～450 kW，动力输出扭矩为120～400 kN·m，最大成孔直径可达3.2 m，可以满足各类大型基础施工的要求。具有成孔效率高、全天候全气候环境下连续作业的优点，基坑开挖过程中有效降低施工安全风险[10]。

2.3.1 电建钻机选择

根据桩孔径Φ0.4 m和桩长及临近带电体情况，拟选用电力KR100D型定制电建钻机1台。KR100D型电建钻机属于桩基础施工机械，是中小型桩基的高效成孔设备，它能快速、准确地到达桩位。新型电建钻机较旋挖机的优势有：桅杆与采用主机一体化伸缩控制，运输不需要单独拆除运输；底盘可伸缩，适用不同道路宽度；运输状态爬坡能力强。KR110D型电建钻机示意图如图2所示，主要参数如表2所示。

2.3.2 電建钻机干作业法施工

2.3.2.1 测量放样

桩位放样按“先控制后细部，从整体到局部”的原则进行桩基的位置放样，进行钻孔的标高应及时对其进行复核。采用经纬仪准确放样各桩点的位置，使其误差在规范要求内。

2.3.2.2 场地平整

平整场地、清除杂物、换出软土、夯打密实，以免产生不均匀沉陷。确保3 m宽进出通道，用于运输车进出及设备进出。

2.3.2.3 钻机就位及孔桩定位

场地平整好后，钻机就位，要事先检查钻机的性能状态是否良好，保证钻机工作正常，调整钻机桅杆角度，操作卷扬机，垂直度参数，使钻杆垂直，同时稍微提升钻具，确保钻头环刀自由浮动孔内。电建钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整。

钻机就位后，在开钻之前，由测量人员对设计图纸提供的坐标、高程等有关数据进行认真复核，确认无误后采用经纬仪进行桩位定位，现场施工员根据孔桩的中心，在孔桩四周引四个护桩，所引的4个护桩不能影响施工，并且牢固，在施工时不得碰到护桩。

2.4 清孔钻头设计

在输电线路工程基础机械化施工中，当钻至设计深度后，在基础浇筑前均需进行清孔，以确保基础底部钢筋保护层厚度，防止桩底存留虚土过厚而降低桩的承载力。常规旋挖式钻头在钻孔过程中，钻出的泥土往往会从钻头外侧或底部漏掉入坑底，造成基础钻挖完成后，还需要人工进行二次清孔，从而导致施工效率降低。

为解决上述问题，笔者设计出一种螺旋式清孔微桩钻头，可有效实现小桩基础清孔功能，清孔钻头示意图如图4所示。该钻头包括钻芯和其外壁的螺旋叶片，螺旋叶片起始端设置有齿条，钻芯通过连接座与钻机的钻杆可拆卸连接。钻芯在钻杆带动下旋转，并将泥土向上清出，且可一边打孔一边进行清孔，无需打孔后再进行二次清孔，节约了时间和人力成本，提升了机械化施工效率。清孔效果如图5所示。

2.5 承台施工

微型桩基础待破完桩头后，所有桩体必须做低应变检测。低应变检测应破除桩头1.2 m，因桩体直径较小破除桩头时因注意对桩头钢筋的保护，并将桩头100 mm×100 mm的区域打磨成平面便于检测。经检测合格后，即可开始承台部分的施工。

根据该工程微型桩基础承台结构特点，单基坑开挖施工采用长臂挖掘机开挖成型方式完成。钢筋绑扎及装模采取在立柱四周搭设钢管支撑架作业平台的方式，模板采用木结构模板，以确保基础质量及工艺要求。承台基础混凝土浇筑全部采用商品混凝土。

3 施工验收

3.1 检孔

成孔检查方法是直接用测绳、钢卷尺及测孔器检测。

成孔达到设计高程后，对孔深、孔径、孔壁、垂直度、沉淀厚度等进行检查，不合格时及时处理。用测绳测量孔深并做记录，钻孔完成后应采用探孔器检测孔径，钻杆垂线法检查倾斜度，用长度符合规定的探孔器上下两次检查孔是否合格，合格后方可清孔。

检测标准要求孔深、孔径不得小于设计规定，钻孔倾斜度误差不得大于1%且不得大于500 mm。经质量检查合格的桩孔，及时下放钢筋笼，灌注混凝土前，要再一次量测孔的深度，如果有异常现象发生，要及时进行处理。

3.2 基桩检测

为检测微型桩方案及施工方法有效性，经第三方基桩检测单位对基桩进行上拔检查试验，随机抽查基桩数量为3根，对桩身的承载力、低应变检测，结果均符合《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）规范要求。检测结果统计表如表3所示，3根基桩的检测结果分别如表4～表6、图7～图9所示。

微型桩基础其布桩方案、桩身长度可随地形、地质变化而调整，具有设计选用范围广、设计方案灵活的优势。相比传统单桩基础，微型桩基础承载力得到提升，混凝土方量大大降低，约为钻孔桩的1/4。N17微型桩检测结果合格，桩承载力满足设计要求，由此证明微型桩基础具备承载力高、经济性好的巨大优势。

4结束语

微型桩基础本身及現场为中小型钻机搭设的施工平台，相比大桩基础和大型机械，对桩位周边植被破坏较少。在山区丘陵等运输难度大、修路成本高、施工场地有限的地区应用时，需修筑的运输道路宽度、厚度均减小，对道路地区自然植被的破坏相对降低，微型桩基础在环保水保方面具有巨大优势，可提升整体施工效率和高山地区基础施工机械化应用率，对达成输电线路工程基础全机械化施工目标、降低工程造价具有重要意义。

建议尝试将微型桩基础应用于中风化或微风化岩石地质，测试其机械化钻孔应用效果与施工效率。另外，如遇裂隙发育地层，孔间距应增加到3～3.5倍，避免机械钻孔时发生串孔现象而降低工效。因微型桩钢筋笼内径过小（不足200 mm），浇筑过程中无法使用溜筒，建议将钢筋内箍筋改为外箍筋，使溜筒可顺畅放入孔洞内，提高浇筑质量。10 m孔深需配置15 m长插入式振捣棒进行振捣，同样因钢筋笼内径小的问题，振捣操作空间受限不便利，建议采用无需振捣、可自行流动密实的自密实混凝土或在普通混凝土中掺膨胀剂的方式进行浇筑施工。

参考文献

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