人工挖孔沉管灌注桩在220kV线路中的应用

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摘   要：本文介绍220kV江桔线改造工程中新129#灌注桩基础的施工难点及施工方案，通过对新129#人工挖孔沉管灌注桩基础的施工方案的实施，验证，确定人工挖孔沉管灌注桩的施工方案是可行的，安全的，并收到良好的经济效益。
    关键词：钢筋笼制作 混凝土灌注 施工安全措施
 

 

    1、前言
    220kV江桔线改造工程新129#塔，位于湖北省枝江市仙女镇杏家坡村，该塔四方拉线及底座位于淤泥塘中，前、后、左侧有较大的鱼塘，小号侧71米对地距离5.3米，为保证该线路安全运行，消除线路隐患，考虑到该塔前、后环境及相邻杆塔的承力条件，将原129#V2-24更换为Z3-35.7，经现场实地查看，新塔基位于旧塔位小号侧前8米，该地理条件及地质情况为地表下5米内是淤泥，其下方土质疏松、具有相对的易流性，地下水较多，经设计院地质钻孔取样，其地质报告表明，该基面下8米为坚土，符合桩端持力层要求，适合灌注桩基础施工条件。但由于该基位施工交通不便，不利于大型车辆及机械进场作业，考虑单纯的人工挖孔，不仅作业面大、周期长，而且在淤泥层难以成孔，若更改设计方案不仅成本过高，而且施工难度会因开挖深度的加深，其侧壁的稳固问题都将给单纯的人工挖孔方式带来更加复杂施工条件、更多的问题，其次当开挖面低于2米时，在孔壁附近的土壤在地下水渗透压力的作用下，将更加松软，在没有侧壁挡土的情况下将向成孔流积，造成孔壁的坍塌，随时危及作业人员的生命安全，如采用传统的砌壁挡土，在3米下侧壁含水量大，泥土被稀化并在周围压力作用下向成孔流动，混凝土不易成型，难以凝固，其凝固后的侧壁安全系数较低。
    为此宜昌供电公司输电线路部经现场技术研讨并与设计院沟涌后，决定采用人工挖孔沉管法施工，主要施工工艺：
    1、特制孔径为800mm，厚为50mm，长为1m的混凝土预制管，（其直径尺寸比设计桩孔径（700mm）大100mm；
    2、特制混凝土预制管之间采用直接对接的方式进行承接，并对其进行接口的密封处理，防止中间渗水而产生管壁在施工中的局部横向偏移，造成后续施工中上部孔口的整体移位，采用此特制的预制构件可使每节预制构件在开挖过程中形成一个完整的圆柱体，从而承受更大的侧压力并保证成孔的中心位置不发现位移；
    3、特制的混凝土预制管采用刃脚设计，内侧的斜面倾角为45°~ 60°，在下沉时混凝土预制管按施工要求误差值（±30）均匀下沉，从而保证其整个施工成孔的开挖误差值（±30）。混凝土管进入基坑后，沿混凝土预制管下部边沿挖掘，利用混凝土预制管的自重作用下沉，在下沉的同时其圆形的管壁既能防止孔壁坍塌，又能防止疏松的泥沙和地下水流层面直接对成孔壁冲击导流，造成孔壁中间的横向崩塌，同时也保证了孔内施工作业人员的人身安全；一节管壁下沉后接着安装下一节混凝土管，然后继续挖掘，不断下沉，并根据施工中开挖的土质情况校核设计施工允许深度，从而较直观的将孔端置于持力层之上，保证其灌柱基础施工要求。具有省工、省力、速度快的优点。
    2、施工方案
    2．1、开挖成孔放样

　　

    2.1.1 新129#确定中心桩后，采用放控桩的技控工艺进行施工基面及孔径中心的控制，施工基础按设计根开值（正5154、侧4074）的半正（2577）、半侧（2037）确定放样桩位，首先用仪器定出顺线路及横线路的四个控桩（），并使其高出施工基面700mm（立桩在承台上+600mm）为宜，四个控桩（）做十字联线，再采用以点做圆，对四个侧向桩（）以半侧根开为半径，四个正面桩（）以半正根开为半径，定出八个控桩（），联“井”字线后，其十字交叉处就为每个灌注孔的中心点，对桩位进行校核控制精度取2‰，形成以下施工图：
    2.1.2 第一节混凝土管的中心线与设计轴线的偏差不得大于20mm。
    2.1.3用三脚抱杆将混凝土管吊起，使其坐落在设计中心点（轴），施工人员下到混凝土管内对其底部进行挖孔，利用混凝土管自重进行沉降，当整个混凝土管沉降全部没入地面以下时再套另一段混凝土管，使其与下层混凝土管叠加、不断进行掏挖、使其下沉、再套管、再掏挖、再下沉，从而最终达施工允许深度。
    2.1.4挖至有地下水位涌出是时，应及时排水，根据排水量的大小选择匹配的水泵。挖至设计标高时，孔底不应积水。
    2.1.5成孔的允许偏差应满足:桩径±50mm垂直度0.5%，桩位±50mm。
    2.1.6挖至设计标高或持力层，既挖出地质深层的砂、石时，会同地勘、设计、监理及质监人员共同鉴定，认为符合设计要求，进行后续施工。
    2.2 、钢筋笼的制作
    2.2.1钢筋进场要验收，要有质保单，并要求作力学性能试验和焊接试验，合格后才能启用。焊条要有质保单，型号要与钢筋的性能相适应。
    2.2.2钢筋笼制作严格按设计加工，主筋位置用钢筋定位支架控制等分距离。主筋间距允许偏差±10mm；箍筋或螺旋筋螺距允许偏差±20mm；钢筋笼直径允许偏差±10mm；钢筋笼长度允许偏差±50mm，严格按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）有关规定执行。
    2.2.3钢筋焊接工作必须由有资质的人员承担，各焊接处符合工艺要求，保证焊接质量。
    2.2.4加颈箍应设在主筋外侧，以加强对钢筋笼的箍子作用，且不会增加施工难度，主筋一般不设弯钩。
    2.2.5钢筋笼搬运和吊装时，应防止变形；安放前需再检查孔内的情况，以确定孔内无塌方和沉渣；安放要对准孔位，扶稳、 缓慢、顺直，避免碰撞孔壁，严禁墩笼、扭笼。
    2.2.7注意钢筋笼的标高，到达设计位置后应采用工艺筋（吊筋、抗浮筋）固定，避免钢筋笼下沉或受混凝土上浮力的影响而上浮。
    2.2.8加劲箍及螺旋箍同纵向钢筋交接处均应焊牢。
    2.2.9钢筋外侧需设混凝土垫块或其它有效措施，以确保钢筋保护层的厚度。
    2.2.10基础钢筋制作全部完毕，经技术员校核尺寸无误，监理工程师同意后，方能进行后续施工。
    2.3、混凝土灌注
    2.3.1检查成孔质量合格后应尽快灌注混凝土。在灌注混凝土前，应进行清孔工作，要求孔壁、孔底必须清理干净，孔底无浮渣，孔壁无松动。孔底沉渣厚度应小于100mm。
    2.3.2桩身混凝土的浇筑全部一次性完成，不留施工缝.为加快施工进度，桩基础混凝土标号采用C40，在浇筑过程中，为防止混凝土产生底板离析，混凝土必须通过溜槽或串筒下料，串筒末端距孔底高度不宜大于2ｍ，在施工过程中随时调整串筒的高度.为保证混凝土振捣密实，每下入桩中两拌料，立即下人采用插入式振动棒进行振捣，操作时要做到“快插慢拨”.禁止由桩孔抛料或由料斗直接放料。
    2.3.3根据配合比进行投料， 混凝土的粗骨料选用卵石，其粒径为20mm-40mm，砂为粗砂，选用设计标号的水泥，进行搅制。混凝土坍落度不宜过大，以5～8cm为宜，每50cm为一层及时振捣，混凝土灌注要保持连续。坍落度损失大于5cm/h时，要调整配比。有离析现象时严禁灌入桩孔。
    2.3.4注意桩头混凝土的标高，应适当超出设计标高，以保证在凿除浮浆层后，桩头进入承台内100mm。
    2.3.5桩身混凝土必须留有试件，每个灌注台班不得少于1组，每组3件。
    2.3.6在浇筑桩身混凝土时，相邻10ｍ范围内的挖孔作业应停止，并不得在孔底留人。
    2.3.7混凝土浇注完后，应对桩头进行养护，采用覆盖和浇水方法。
    3、施工安全措施
    3.1对作业区上空的电力高压线应有可靠的安全措施，在起立较高材料、器具时应有专人进行监护。
    3.2井下作业人员必须戴安全帽，井内设置救生软梯或救生绳索。
    3.3地面人员与井下作业人员应密切配合，随时与井下作业人员进行施工互助，小心施工。
    3.4工作人员上下进和取土，应有可靠的传接设施，防止土方回落坑中伤人，坑深达5米后，地面所有开挖工具必须系保护绳。
    3.5挖孔时应经常检查孔内有无毒气和缺氧现象，并采取相应措施；桩孔开挖深度超过10m时，应配有专门的送风设备向井下输送洁净空气。
    3.6井下照明电压不得高于12伏，用电设备线路必须装漏电保护装置，可靠用电，防止触电事故的发生。
 　3.7施工中发现涌水、流砂等，应先采用抽水等方法，排除安全隐患方能继续施工。
    3.8挖出的土石方应及时运离孔口，不得堆放在孔口四周5m范围内，机动车辆的通行不得对井壁的安全造成影响。
    4、成桩质量检验
    4.1成桩质量检验包括高应变和低应变测试，可测出桩长、缩径、扩径、断桩及可估算出砼强度，基桩承载力和桩身结构完整性必须满足设计要求。
    5、特点分析
    5.1施工工具简单。机械钻孔进场需要交通、水、电便利，人工挖孔不受这些条件的限制。
    5.2采用沉降预制混凝土管当护壁，减少了护壁混凝土浇筑，提高护壁强度，防止孔壁坍塌，保证了孔内施工作业人员的人身安全。
    5.3施工工期短，在场地狭小的桩基施工工程，若采用钻机成孔，场地只能同时施工一个钻孔，而人工挖孔可同时开挖几个桩孔。
    5.4优化设计，节省工程投资。采用人工挖孔，在挖孔过程中可以直接观察、鉴别地层岩土性，并对桩长进行了调整，本工程设计挖孔深度是8m，实际只须挖至7m，节省了投资。
    5.5工程质量好。主要表现为:桩位偏差小、可保证桩身质量完好。
    5.6无污染，适合城区施工。
    5.7造价低，经济效益好。人工成孔每孔仅需3～4人，节省大型设备进出场、泥浆外运等费用。
    效益比较
    以220kV江桔线129#为例，采用机械钻孔施工和人工挖孔沉管灌柱施工进行经济效益比较，采用人工挖孔沉管灌注桩每基较机械钻孔节省投入3万元。

支出情况 机械钻孔施工工艺 人工挖孔沉管施工工艺 设备租用金 20000 0 大型机械设备进场 5000 0 施工费 40000 35000 费用支出合计 65000 35000       节省费用 30000

　　

单位：元

    6、结语
    人工挖孔沉管灌注桩有许多优点，但又有其自身适用条件的限制，不要盲目采用。施工方法比较原始，工人劳动强度大，孔内施工条件差，有时出现特殊情况，需重新采用机械钻孔。一般情况，在淤泥层较薄(5～10m)，岩土层复杂，地下水较低或降水条件好，对周围环境有较大影响的城内地段施工，可尽量根据地质条件采用人工挖孔沉管灌注桩。对于淤泥层较厚(10～20m以上)，土层分布均匀，桩长较长，混凝土管的自重（G）不能克服土壤壁的摩擦力（F）下沉时，不宜采用人工沉管开孔施工，应满足自重（G）大于摩擦力（F），F=U×H×f
    式中 U为混凝土管的周长
    H为管入土部分高度
    f为土壤对管壁的摩擦系数，f按实际土质情况确定，软土f=10～12kN/m² ；砂土f=12～25kN/m² ；粘土f=25～50kN/m² ；
    在机械成孔条件好的情况，或者场区地下水位较高，含水丰富，出水量大，基岩埋藏深的情况，也不宜采用人工挖孔沉管灌注桩。应根据地质情况、场区情况、环境要求、施工条件因地制宜，综合确定。