使用冲击钻进行大孔径嵌岩灌注桩施工的研究

摘要：桩基础是常见基础类型的一种，具有承载力高、沉降量小且均匀的特点，能够承受垂直负荷、水平荷载和抗上拔力大的作用，在建筑基础施工中得到广泛的应用。在高压输电线路中，灌注桩基础也是一个重要的分项工程。通常杆塔位于跨河地段的软弱地基或者无法采用大开挖基础时，考虑采用此类形式的基础。对于工程技术人员来说，正确理解和掌握桩基的传力原理、施工工艺与检测，有利于提高他们对施工过程的控制水平，同时增加管理人员的知识储备，提高施工工艺水平和施工质量，是实现工程创优目标的关键因素。本文主要依托500 kV 蒲抚送电线新建工程T68#灌注桩基础施工，阐述使用冲击钻进行大孔径嵌岩灌注桩施工方法，探讨和研究施工工艺，保证工程施工质量，降低了成本，增强铁塔的稳定性，并总结施工方法和积累经验。

关键词：大孔径灌注桩嵌岩桩沉桩

1.工程概况

500kV 蒲抚送电线新建工程位于辽宁省境内，起于500 kV抚顺变电站，终止于500kV蒲河变电站，线路沿线分属抚顺、铁岭和沈阳三个地区。线路全长88.2km，为500kV双回线路工程。其中在高湾开发区的2.2km线路，因受规划路径的限制，沿河设计多个连续转角，均采用钢管塔。根据设计单位地质报告说明，此段地下岩层较浅，配置嵌岩灌注桩基础，直径均在1.6米～2.0米之间。提高基础抗上拔力的作用，增强基础的稳定性。

2.施工中遇到的问题

2.1施工中客观存在的问题

500kV蒲抚送电线新建工程T68#铁塔为SNT-60米型，右转22°43′06″，全高近100米的转角耐张塔，小号侧档距809m，大号侧档距仅为210m，A、B、C均为拉腿，角外侧腿受力与终端塔相似，需要承受较大的上拔力，以保证铁塔结构上的稳定。但是T68#铁塔位于抚顺浑河边，距离河堤内侧人工修筑的堤坝边不足1.5m，A、B腿在河堤下外露4m，C、D腿在河堤上。此处为抚顺极地海洋馆旅游规划区范围内，当地规划部门不允许浇制大承台或修砌大护坡等，要求施工后恢复地表原貌，保证旅游开发环境不受影响。因此设计采用大直径单桩灌注桩形式，单腿使用12根地脚螺栓呈圆形与铁塔连接，塔脚板直接安装在基础顶斜面上。

在辽宁电力设计院提供的地址勘察报告中，塔位基面下7.5m左右遇岩石，岩石为较硬的微风化黄冈岩，因此设计将每根桩分为两部分，上半段即非岩石层采用常规设计，下半段即岩石层采用嵌入设计，施工同时下沉桩封水，使桩内处于清水状态或无水状态。

2.2施工中技术能力及对设备的需求

东电送变电公司是国家电力施工一级资质，有较强的施工队伍和技术人才，具有丰富的施工经验和较高的管理水平。在国内外承担过许多重大的电力施工项目，都能够出色的完成施工任务，积累了大量的施工经验，有能力完成本工程的嵌岩桩施工。

在以往的送电线路施工中，一般桩孔直径都在800～1500mm，T68#铁塔基础桩孔径为2000mm，在沈阳和抚顺地区能够钻这样大孔径的设备较少，需要寻找新设备。

3.施工过程的管理

3.1与设计单位沟通

嵌岩灌注桩基础在送电线路基础工程中较少，东电送变电工程公司各级领导及相关部门高度重视，多次组织送电专家到现场了解情况，综合分析问题，研究施工工艺及设备的选择。并与设计单位沟通，并对施工工艺进行讨论研究，选择满足施工的机械设备。

3.2钻孔设备的选择

设备选择初期，技术人员提出了多种施工方案，主要停留在是否使用压轮钻还是继续施工冲击钻的讨论中。倘若使用压轮钻机进行钻孔，则需要寻找设备，同时要寻找具有相应资质和施工能力的单位进行专业施工。若使用冲击钻进行钻孔，则比较常规，我们有现成的机械设备和经验丰富的施工人员和技术人员。选用后者只需要对钻头进行改进和更换，成本较小。经过相互比较，最终决定使用现有设备，经过适当改造后进行施工。即利用现有冲击钻，租用大孔径的普通钻头和重锤式钻头各一个。既经济又实惠，在保证施工质量和安全的同时为公司节省施工成本。

4.施工前的准备

4.1测量分坑

开工前，首先对塔位中心桩、方向桩进行复核，按照二分之一角平分线进行分坑。

4.2坑口护筒埋设

埋设坑口护筒是钻孔之前重要的工序之一，坑口护筒是用钢板制作的圆形长筒，一般厚度4～8mm，长2～3m，埋设在桩位上。它的作用是固定桩位，保证桩孔不致坍塌，同时使孔内泥浆高出施工水位，保证孔内水位压力，稳固孔壁以防止塌孔。护筒内径一般要比桩径稍大一些。T68#铁塔基础桩孔径为φ2.0m，采用冲击钻冲击成孔方式，所以需要用φ2.1m内径的护筒。护筒埋设根据分坑情况，选择好钻机位置，钻机就位后，利用钻机起吊装置将护筒吊入孔中，高出施工基面0.3m以上，夯实周边土。保证护壁在钻孔过程中不至于偏位，并垂直度进行一次复核，发现偏差即使纠正。护筒平面位置应埋设正确，偏差不宜大约2cm；护筒倾斜度不应大于1%。

4.3钻机就位

安装钻机前要对基面进行整平，搭建工作平台，保证设备就位后的稳定性和平整度，使操作时不至于发生位移或者摇晃，并用砂袋在设备进行保护，防止汛期河道涨水将设备冲走。钻机后部要用地锚锚固，防止移锤出渣时钻架前移，而造成斜孔或偏孔。开钻前，应先检验钻头直径是否复核设计要求，然后根据四角控制拉好的“十字线”对准桩位，经现场技术人员核查，报监理验收合格后，方可开始进行钻孔。钻孔过程中钻孔中心必须对准桩中心，并在钻孔过程中经常检查，发现偏差及时纠正。

4.4泥浆制备

泥浆的原料采用优质膨润土，在原地修筑泥浆池造浆，为防止泥浆外渗，可在泥浆池内侧衬一层土工布或塑料布。泥浆具有防止塌孔，悬浮钻渣、冷却钻头、钻头、增大静水压力并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流的作用。泥浆比重小，容易出现塌孔，护壁效果差；泥浆比重大，影响钻孔速度和泥浆的利用。根据工程实际情况，由实验室试验后提供各项指标，调制成的泥浆，一般性能指标控制在：比重1.08～1.25，粘度19Pa•S～28Pa•S，含砂率小于4%，pH=7～10。另外为了防止因泥浆比重大而引起“糊钻”现象的发生，掺加外加剂烧碱0.1%，提高泥浆的粘度和胶体率，改善泥浆性能，增加了钻孔进尺速度。为保证成孔速度和质量，施工中应该随着孔深度的增加，即使调整泥浆的性能，并连续向孔内补充泥浆，防止孔壁塌方。

4.5制作沉桩

沉桩制作时，采用大直径钢板制作圆形（内径2m，壁厚12mm），施工时沉至岩石层顶面，对孔壁进行加强保护。A、B腿沉至自然地面下7.6m，C腿沉至自然地面下12.8m，D腿沉至自然地面下12.5m。沉桩的内壁大于孔径10～50mm之间，在沉桩下端口应做利于切入岩土层的加强处理。

5钻孔

5.1 非岩石层钻孔

在钻机就位等前期准备工作完成后开始钻孔，非岩石层采用常规方法，悬挂直直径2.0m大直径钻锤进行钻孔。钻机架必须始终保持平稳且立于桩位，钻锤中心要与桩柱中心重合；为补偿钻架吊锤时前部出现的下沉，垫塞钻架时，要让钻架前部高于后部，使钻架横梁上钻绳滑轮槽口向后10cm左右。在钻孔过程中，严禁冲锤在桩孔内长时间停留，停工时必须将冲锤提出孔口。当开始钻孔时应低锤勤击。遇到淤泥、细砂等软弱土层，加小块片石和粘土0.5m左右的深度，干打1m左右，反复冲击造壁，以使护筒脚密实。一般粘土和亚粘土，开钻时无需加土，既可放水湿打使其成浆，并在钻进的同时向桩孔内补充进水，使桩孔内不断溢出泥砂水，以防止吸锤和减少出渣次数。

5.2安装沉桩

待钻孔到岩石层后，复核成孔深度，满足设计要求，请现场监理进行签证，然后安装预先制作好的沉桩。冲孔直径比沉桩外径直径略小，待成孔深度到位后，再将沉桩按照要求安装沉桩。应利用吊车吊装到孔口上方，缓慢放入孔中，要靠沉桩重力使其缓慢下沉。在下沉过程中，要防止沉桩倾斜，发现倾斜及时矫正。待沉桩不能下沉时，可用重锤等设备在顶面进行击打，使沉桩底与岩层紧密结合，防止桩端口与基岩面之间有泥沙、碎石等渗涌入时，应在采取密封技术措施后，再进行钻孔，它解决得好坏，措施得当与否，对工程的进展和质量影响很大，若不采取有效的密封处理，将会使桩下大量泥沙和碎石涌入，发生卡钻、埋钻等严重事故，以致延误工期和灌注混凝土质量的下降。最后检查沉桩底端是否有钢板卷边现象，若护板下端卷边，可采用直接利用冲锤进行切削处理。

5.3岩石层钻孔

沉桩安装完成后，泥浆即可停止循环，使用小径实心重锤对岩石层进行凿岩钻孔。由于岩石层的微风化花岗岩比较硬，冲击钻进尺缓慢，所以在钻进过程中，应及时排渣，使钻锤经常冲击新鲜岩层。当进尺十分缓慢的情况下，先采用小口径重力式钻头进行钻孔，待钻到设计深度是，进行2～3次扩孔的方法，完成岩石层的桩孔，使其满足设计的要求。

6清孔、钢筋笼吊装及桩体浇制

6.1采用空压机清孔

导管未送气时，不可将导管插入孔底，应离孔底泥浆层2m左右，以防泥浆沉淀而堵塞气管。

当清孔开始时，应先送水后送气，严格保证孔内水位。

清孔过程中，应视出渣浓度慢慢下放导管，当导管下放至孔底0.5米时，要将导管前后左右移动，但移动时要避免碰孔壁。

当孔内排出的泥浆用手触及无粗粒感觉，成清水状态时方可满足嵌岩桩的施工要求。清孔达到标准后,尽快转移钻机进行后续工序。

6.2钢筋笼吊装

本基础钢筋笼分两段，先将如岩石部分钢筋笼吊装，安装后检查安装位置，合格后方可安装上半段的大钢筋笼。

钢筋笼吊装入孔时应防止碰撞护筒和损伤孔壁，并确保钢筋笼轴线与桩孔轴线重合。为此可在孔壁对称挂四根钢管或按设计要求设置混凝土垫块，钢筋笼应正直慢慢下落到规定位置，待灌注混凝土能确保钢筋位置时，再将导向钢管提出。

6.3水下灌注混凝土

6.3.1水下浇筑混凝土的准备

①钢筋笼吊装完毕，且作隐蔽工程验收合格后方可浇注水下混凝土。

②预先在具备合格资质的预搅拌商品混凝土公司按照设计要求签订订货协议。

③用的隔水球应有良好的隔水性能，做到能顺利排出。

④使用前应试拼装、试水压。试水压力为0.6～1.0MPa。导管提升时，不得挂住钢筋笼。

6.3.1浇注混凝土的封水施工

①为保证初灌成功，应制作容积不小于3m³的漏斗，至于导管口，储蓄初灌水泥。

②使隔水栓能顺利排出，导管底部至孔底距离宜为300～500mm。

③应有足够的混凝土的储备量，压水过程混凝土浇注不得中断，使导管下端一次埋入混凝土面下0.8～1.2m。压水冲灌所需最小混凝土量应以计算确定：

――桩径，m

――压水冲灌所必需的灌注深度，即埋管深度加导管端余量。

――允容系数，一般取1.2

――泥浆比重

――冲灌混凝土比重

④冲灌后应用测绳实测灌注深度，并计算相应埋管深度，压水冲灌混凝土是水下浇注混凝土的关键，其成功的标志是浇注混凝土后导管内没有水。

6.4混凝土的灌注

①压水冲灌成功后继续将混凝土从导管向孔内浇灌，随混凝土的上升，应适当提升和拆卸导灌。提管时应保证导管始终埋入混凝土±1.5～2m，严禁导管提出混凝土面。混凝土灌注过程，应设专人经常测量导管的埋深。

②混凝土浇注过程中，每拆除一节导管，同时计算一次桩径，其计算公式如下：

:桩径m

:该段浇灌混凝土量

:导管内高出管外混凝土量

:孔内混凝土的上升高度m

现场技术员测量导管埋深及管内外混凝土面的高差，填写水下混凝土浇注记录。水下混凝土必须连续施工，每根桩的浇注时间按初盘混凝土的初凝时间控制。

③为保证桩顶浇制质量，破桩头长度不小于1.2m。当用空压机清孔时，混浆层高度可以减少至0.6m左右。在钢护筒未拔出前，先用人工将混凝土挖出，调整好桩头护筒中心及地脚螺栓，在按照掏挖基础施工的方法进行施工，并保证振捣质量。

④混凝土灌注到地面后应清除桩顶部浮浆层安装桩头模板，找正和安装地脚螺栓，清除灌注桩头混凝土。桩头模板与灌注桩直径应相吻合，地面以上桩基础应达到表面光滑、工艺美观。

7养护及拆模

7.1基础的养护

用适当的材料对混凝土加以覆盖或者适当浇水，使混凝土在一定的温度与湿度条件下，逐渐硬化。养护工作应在浇完后十二小时内开始进行，养护时间不得少于五昼夜。

7.2拆模

混凝土强度达到300N/ 可拆除模板，拆模时，必须请项目部及监理工程师检验。

7.3试块制作

在砼灌注过程中，按每根桩随机制作1组砼试块，并在同条件下养护，其28天抗压强度值作为砼评定依据。

7.4检验桩

寻找具有合格桩检验资质的单位进行检验，并出具检验报告。

8.结束语

在送电线路中，灌注桩基础使用已经非常广泛，它结构上和施工上的优越性越来越明显，本文主要是依托500 kV 蒲抚送电线新建工程，同大家一起研究利用冲击钻完成大孔径嵌岩灌注桩基础的施工方法。正确理解和掌握桩基的传力原理、施工工艺与检测，提高技术人员对施工过程的控制水平，增加管理人员的知识储备，提高施工工艺水平，保证成桩施工质量，是实现工程创优的目标。

参考文献

[1]李庆林架空送电线路施工手册北京，中国电力出版社，2002

[2]筑龙网主编建筑桩基施工技术案例精选北京，中国电力出版社，2009

[3]张惠 岩石钻凿设备北京，人民交通出版社，2009.3

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。