巴西亚马逊流域复杂地质下（关联性）输电线路螺旋桩应用技术

巴西亚马逊流域复杂地质下（关联性）输电线路螺旋桩应用技术
发布时间：2022-12-08T07:53:30.670Z 来源：《工程建设标准化》2022年第8月第15期作者：王同磊
[导读] 软土基区域土质松软
王同磊
中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司山东济南 250102
摘要：软土基区域土质松软，表层软土厚度可达 50m，在此区域内进行基础施工，采用传统的掏挖基础，存在基础截面过大、施工成本较高等问题。

螺旋锚固管桩基础具有基础截面小、基坑深度浅、载荷传递清晰、基础抗拔性能突出等优点，被视为理想的软土基区域基础形式。

软土基区域一般处于河流冲击平原地区，常伴随有土层含水量高、浅土层地耐力低等问题，此区域使用普通混凝土基础面临混凝土基础截面大、混凝土方量大，施工困难等难题。

关键词：输电线路工程；钢管螺旋桩
山东电力建设第一工程公司针对上述问题，通过优化普通螺旋桩锚固设计、采用螺旋锚固管桩“大套小”螺栓紧固连接方式、选备和改制轻便式钻桩机械等措施，成功解决了上述难题。

1螺旋桩基础介绍
螺旋桩基础在巴西输电线路工程中不断推广应用。

巴西公司自TP一期A2项目引进螺旋桩基础，陆续应用在美丽山一期项目、TP二期项目和美丽山二期项目。

特别是在TP二期C3项目，螺旋桩基础得到了更加广泛的应用，其基础数量占比高达线路基础数量的的50%。

螺旋桩基础具有施工快、有效降低雨季施工难度、克服沼泽地和沙地基础施工难点、速度比钢桩基础快和成本比钢桩基础省等优良特点；螺旋桩基础不仅在输电线路工程中应用，在光伏电站工程中也大放异彩，大大提高了光伏电站建设速度和降低光伏电站的建设成本。

加强螺旋桩技术研究，也是电网工程技术研究院（美洲）研究内容之一。

2螺旋桩基础原理介绍
螺旋桩是一种新型的输电线塔桩基基础施工形式，使用螺旋桩打桩机械将将焊有受力盘的螺旋头（下图1）打入地下，通过螺栓连接不断增加钢管（下图2），直至将螺旋头打入硬土层达到一定的力矩值，然后通过拉力试验测试满足设计条件后，再进行后续混凝土浇筑。

螺旋桩适用于特殊地质条件下的基础施工。

针对不同的受力等级，可以选择不同的钢管直径、壁厚及受力盘的尺寸和个数。

通过现场试验结果及经济效益分析，选择安全可靠且经济的方案。

受力盘个数46
钢管直径101.688.7
12’12’14’14’12’12’14’14’16’16’
受力盘尺寸
12’14’16’16’12’14’16’16’16’16’
在进行螺旋锚固桩抗拔静载试验时，试验装置通过液压油缸的收缩提供试验所需拉力。

通过压强压力转换公式F = P × S(F 为压力、P 为压强、S 为液压缸活塞面积)可知，
当压强大小和活塞面积已知的情况下可求出压力的大小。

在进行抗拔静载试验时，确保控制好液压泵所供出液压油压强大小，即可准
确计算出试验所需拉力。

图1 螺旋锚固桩抗拔静载试验专用设备
螺旋桩施工分为两种：第一种为拉线塔拉线桩，打入螺旋桩并安装耐张连接金具后即完成基础施工，无需浇筑混凝土；第二种为拉线塔中心桩和自立塔基础，施工分两个工序，螺旋桩安装和混凝土浇筑。

3螺旋桩基础特点介绍
3.1灵活改装装载挖掘一体机，实现装载挖掘功能向钻桩功能快速转换，操作便捷，提高设备利用率，节约机械采购费，降低施工成本。

3.2螺旋锚固管采用分段结构，有效缩小安装尺寸；各节管件采用“大套小”螺栓紧固连接，结构紧凑，安拆方便。

3.3设计专用螺旋锚固桩抗拔静载试验仪器进行抗拔试验，精确控制试验拉力大小，准确测量螺旋锚固管桩受拉位移，有效提高抗拔试验准确性。

3.4有效降低钢筋使用量、混凝土浇筑量及回填方量，减少现场施工工序，有效保护现场环境。

4螺旋桩施工流程介绍
（一）针对螺旋桩技术的设计图纸和相关规范，项目部组织土建工程师、机械工程师、质量工程师和施工主管，编制了相应的施工程序文件，在项目部会议室组织程序文件的学习的培训，并且在施工现场组织及技能培训，让施工人员能够熟练的掌握安装技术。

（二）桩基原材料准备
1 原材料进场检测
1）每批次螺旋锚固管进场时必须进行质量抽检，检测项目包括：螺旋锚固管失高、钢管直径、锚盘间距、连接螺栓孔孔径、每一组螺栓孔的同轴度、螺栓孔轴向间距等。

2）进场钢筋必须有出厂合格证和材质复检报告(以每 60t 为一批)，材质和相应规格必须与设计图纸相符，并按规定抽取试件做力学性能检验。

3）水泥，粗、细骨料，运至现场后，须进行质量检测，各指标参数符合配比设计要求。

2 原材料存放
1) 螺旋锚固管进场后，应存放在地面平整、坚实、排水性能优良的场地中，并且应按规格、材质分别堆放。

2）钢筋进场后，严格按批分等级、牌号、直径、度等挂牌存放，并注明数量，不得混淆。

（三）线路复测和基础分坑
1 线路复测
1）依据设计平断面图及杆塔明细表，核对现场桩位是否与设计图纸提供的数椐相符。

2）复测时相邻段延伸 2-3 个桩位，并互相协调，直至线路贯通并与设计图纸相符。

2 基础分坑
使用全站仪测量自立塔的四角方位和标高，并把测量的数据填写在基础分坑表格中；测量完成后根据分坑表数据，编制基础开挖表。

（四）基坑开挖
1 根据基础开挖表，使用“两面开”挖掘装载机对四个基坑进行开挖，基坑开挖过程中，用全站仪过程检查基坑的位置，防止挖偏。

2 基坑开挖完毕，用全站仪、塔尺按基坑深度值进行操平、找正，并对基坑各尺寸进行测量验收。

（五）螺旋锚固桩定位
根据施工图纸和分坑表，采用全站仪对螺旋锚固管桩位置进行测量定位，并进行标记，锚固管桩定位误差须小于 10mm，复核、验收合格后做好桩位保护。

（六）螺旋锚固桩施工机械就位及钻桩准备 1 钻桩机械组装
将“两面开”挖掘装载机挖掘机端挖斗卸下，在原安装挖斗处安装由动力头、扭矩测试仪、钢管卡槽组成的钻桩机构。

图2 钻桩机械组成部件图
2 作业场地处理
施工场地确保坚实、平整，要求地耐力≥3t/m2 ，机械作业场地平整度≤5°。

3 钻桩准备
检查钻桩机构的机械性能及安全状况，检查控制螺旋锚固管桩旋进方向油路与提供动力头的油路、旋入进给量操作手柄控制方向与进给方向是否一致等。

（七）螺旋锚固管桩钻桩
1 第一节锚头的安装
操作挖掘装载机使挖掘执行臂靠近地面放平，将第一节锚头的扭力输入端插入动力头卡槽中，使卡槽的销轴孔与锚头的螺栓孔对正，并用销轴固定；操作挖掘装载机，控制挖掘执行臂调整锚头的入地角度，用垂直量角器测得锚头入地角度符合设计要求，然后开始钻入锚头。

钻桩过程中控制入地角度和桩间距，确保钻桩机构入土角度满足要求。

同时每钻进
1m 记录一次力矩测试仪显示的钻进扭力值。

当钻至第一节锚头上端高出地面约 500mm 时，
停止钻进，使钻桩机构与锚头脱离，脱离时顺钢管竖立方向缓慢拔起（见图）。

2 第二节锚头扩展节的安装
将锚头扩展节扭力输入端插入动力头卡槽中，使卡槽的销轴孔与锚头的螺孔对正，并用销轴固定；操纵挖掘执行臂，使锚头扩展节另一端的扭力输出端插入到第一节的接口中，接口处用 3 条 M30 8.8 级镀锌螺栓连接。

连接锚头和锚头扩展节时确保锚盘开口方向一致。

第
一、二节连接完毕后，按上述方法将锚头扩展节钻至顶部离地 500mm 高度，随后将扩展节与钻桩机构分离。

3 延节钢管的钻进
延节钢管与锚头扩展节连接好后开始钻进作业，待旋进扭力值达到设计要求后加装一根规格为 1m 的延节钢管并继续钻进，直至钢管端部离地面垂直高度达到设计值。

如首根延节钢管全部钻进土层后仍无法达到设计的扭力值，可增加延节钢管继续钻进，直至达到设计要求。

整个螺旋锚固管桩安装工序结束后，应将螺旋锚固管桩根部土壤填平、捣实。

（八）螺旋锚固管桩抗拔静载试验
1 试验准备
1）管桩安装完毕后需进行抗拔静载试验，试验采用抽检方式，抽检频率为 1 根/腿。

2）螺旋锚固管桩抗拔静载试验设备由三脚架、放置百分表的门架及液压油缸、挡板、拉杆组成。

试验前仔细检查设备各项指标，确保满足要求（见原理介绍中配图）。

2 试验设备放置及与管桩连接
1）三脚架放置在螺旋锚固管桩的正上方，并固定三脚架的后支撑单腿，保证三脚架在加载时不会发生位移。

2）采用拉杆将螺旋管桩与液压油缸连接在一块，并保证三杆同轴。

3）门架放置在油缸的下方位置，同时安装好百分表，使其指针与挡板接触，并调试。

4）油管将液压缸与液压泵连接在一起，连接时应注意液压缸和液压泵的进、出油口位置。

3 静载试验操作
1）计算静态抗拔压强
计算单根管桩的静态抗拔载荷，通过“压力压强转换公式”F = P × S(F 为压力、P为压强、S 为液压缸活塞面积)计算出液压泵应提供的静态抗拔压强。

2）对管桩施加静态抗拔载荷
操作液压泵并观察压力表，调节泄压阀，缓慢增大液压泵压强，当压强达到静态抗拔压强的 20%时，记录百分表读数。

逐渐对液压缸加压，在压强值分别达到静态抗拔压7强的 30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%时，分别记录百分表显示的管桩轴向位移值，并记录维持拉力 1min 后的试验数据。

当压强值达到静态抗拔压强的 100%时，记录试验数据，并记录维持此拉力 5min 后的试验数据。

分析试验数据是否满足设计要求，若试验合格，则转入下一根螺旋锚固管桩试验，若试验不合格，需拆除试验设备，增加旋入延节钢管节数后重新进行试验，直至试验合格为止。

5 结语
螺旋钻孔灌注技术是采用专用螺旋钻机钻孔至设计标高，利用混凝土泵将混凝土从钻头底压出，边压边灌注混凝土边提升钻头直至成桩，然后利用专门振动装置将钢筋笼一次插入混凝土桩体，形成钢筋混凝土灌注桩，终端选择较硬的土层为桩端持力层，适用与黏土层、
粉土层、砂土层、角石类土层等地质。

与普通水下灌注桩施工工艺相比，螺旋钻孔灌注桩的施工，不需要泥浆护壁、无沉渣、无泥浆污染、施工速度快、质量好、造价也较低。