高原凍土區(qū)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)施工技術(shù)

楊增明 陳萬兵 王永林

（青海送變電工程公司 青海省西寧市 810001）

高原凍土區(qū)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)施工技術(shù)

楊增明 陳萬兵 王永林

（青海送變電工程公司 青海省西寧市 810001）

青海地處青藏高原東部，青海地區(qū)電力工程多為高海拔施工，地質(zhì)、地形條件復(fù)雜，工程建設(shè)難度大。本文針對(duì)高海拔壞境下不同的施工難點(diǎn)，通過工程實(shí)踐進(jìn)行了深入的分析，提出了高海拔凍土地區(qū)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵技術(shù)，為類似工程提供借鑒。

高海拔；凍土；輸電；施工技術(shù)

近年來，青海電網(wǎng)與玉樹、果洛等藏區(qū)聯(lián)網(wǎng)工程的實(shí)施，從根本上解決藏區(qū)缺電問題，對(duì)于加快藏區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，保護(hù)三江源生態(tài)環(huán)境，增進(jìn)民族團(tuán)結(jié)，具有十分重要的意義。這些工程大多位于高原凍土區(qū)，線路沿線地質(zhì)、地形條件復(fù)雜，氣候條件惡劣，有效施工周期短，工程建設(shè)難度大。

1 高原凍土區(qū)對(duì)輸電線路鐵塔施工的影響

凍土區(qū)基礎(chǔ)施工是高海拔線路工程施工遇到的最大難題之一。多年凍土是凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)兩年或兩年以上的凍土，它的特點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差、對(duì)氣候變暖反應(yīng)極為敏感，水熱活動(dòng)強(qiáng)烈。凍土帶來的主要工程問題：①凍脹（凍結(jié)膨脹）引起的上拔作用造成鐵塔基礎(chǔ)拔起和不均勻水平推力造成基礎(chǔ)側(cè)移或傾斜。②融沉（融化沉陷）引起的鐵塔基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉陷或傾覆破壞?；A(chǔ)施工不當(dāng)將導(dǎo)致基礎(chǔ)發(fā)生滑動(dòng)、側(cè)移、傾斜、不均勻沉陷甚至傾覆破壞的影響。為了確保工程在建和投運(yùn)后的安全，在工程凍土基礎(chǔ)的施工要從基坑開挖、混凝土澆筑、基坑回填等施工過程中必須采取各種措施，減少或消除施工對(duì)凍土擾動(dòng)，解決多年凍土的融沉、凍脹等現(xiàn)象對(duì)桿塔基礎(chǔ)造成的影響。

2 樁孔基礎(chǔ)機(jī)械成孔技術(shù)

樁孔基礎(chǔ)能充分發(fā)揮原狀土的優(yōu)勢(shì)，可改善基礎(chǔ)的承載性能，減少了地下支模及回填土工序，在玉樹聯(lián)網(wǎng)工程中應(yīng)用達(dá)到80%。為實(shí)現(xiàn)高海拔凍土地區(qū)機(jī)械化施工，提高施工效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，減輕施工人員勞動(dòng)強(qiáng)度，工程中研究采用樁孔基礎(chǔ)旋挖鉆機(jī)成孔技術(shù)。樁孔基礎(chǔ)機(jī)械化成孔技術(shù)是利用鉆機(jī)，對(duì)樁孔基礎(chǔ)進(jìn)行直孔開挖，然后更換擴(kuò)底鉆頭，對(duì)直孔底部進(jìn)行擴(kuò)徑開挖，最終形成符合樁孔基礎(chǔ)圖紙要求的基坑。鉆機(jī)工作時(shí)，由液壓馬達(dá)帶動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，隨之帶動(dòng)安裝于鉆桿下端的直孔鉆頭及擴(kuò)底鉆頭旋轉(zhuǎn)，通過鉆頭本身自重及桅桿對(duì)鉆頭施壓的方式實(shí)現(xiàn)鉆頭的鉆進(jìn)。大功率旋挖鉆機(jī)鉆孔速度快，功效為普通沖擊鉆機(jī)的數(shù)倍，更為可取的是鉆機(jī)自出碴，不用泥漿浮碴，杜絕了泥漿的熱量帶入，對(duì)凍土層擾動(dòng)和環(huán)境破壞更小?；映煽缀螅墒褂眉す鉁y(cè)量?jī)x進(jìn)行全面質(zhì)量檢查。激光測(cè)量?jī)x探頭可以360°旋轉(zhuǎn)，工作原理是通過紅外線反射測(cè)量成孔的直徑和深度，同時(shí)具備照明及拍攝功能，可將測(cè)量結(jié)果及成孔形狀直接無線傳輸?shù)降孛骘@示器（電腦）上并進(jìn)行記錄，測(cè)量過程中激光測(cè)距儀所有控制均通過電腦控制。檢查和控制的主要有孔徑、孔深、擴(kuò)徑、垂直度等項(xiàng)目。

3 鋼筋直螺紋連接技術(shù)

灌注樁基礎(chǔ)一般較深，鋼筋用量多，鋼筋直徑和布筋密度大。粗直徑鋼筋的連接方法，成為結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵，直接影響建設(shè)工程質(zhì)量、施工進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益。通過開展對(duì)鋼筋直螺紋連接工藝的研究，大量減少施工現(xiàn)場(chǎng)的焊接工作量。該技術(shù)主要包括鋼筋端面平頭、剝肋滾壓螺紋、絲頭質(zhì)量抽檢、套筒（接頭）連接和施工檢驗(yàn)等流程。根據(jù)連接套筒的結(jié)構(gòu)不同，連接處的鋼筋絲頭分為正反型和標(biāo)準(zhǔn)型。鋼筋機(jī)械連接的接頭試驗(yàn)試件應(yīng)以500接頭為一驗(yàn)收批次進(jìn)行檢驗(yàn)，不滿500接頭也作為一檢驗(yàn)批次。每批次取3個(gè)試件做拉伸試驗(yàn)。該項(xiàng)技術(shù)具有接頭強(qiáng)度高、連接速度快、性能穩(wěn)定、節(jié)約原材料、施工方便等特點(diǎn)，不受天氣影響，可全天候施工。鋼筋滾軋直螺紋連接比焊接技術(shù)效率高，在高海拔環(huán)境中應(yīng)用更能突顯其優(yōu)點(diǎn)（如圖1）。

4 凍土區(qū)錐柱基礎(chǔ)玻璃鋼模板成型技術(shù)

為降低凍土凍脹對(duì)線路基礎(chǔ)的影響，線路工程大量采用了錐柱基礎(chǔ)，且采用了玻璃鋼模板進(jìn)行防腐處理。錐柱基礎(chǔ)鋼模板加工原則為縱、橫肋的孔距與模板的模數(shù)應(yīng)一致，模板橫豎都可以拼裝。依此原則繪制了配板設(shè)計(jì)圖、連接件和支承系統(tǒng)布置圖、細(xì)部結(jié)構(gòu)和異型模板詳圖及特殊部位詳圖，并根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造型式和施工條件對(duì)模板和支承系統(tǒng)作力學(xué)驗(yàn)算。每塊模板按兩個(gè)半徑進(jìn)行加工，模板之間采用螺栓進(jìn)行連接，鋼模板的面板采用-4mm鋼板。為確保鋼模的穩(wěn)定，在澆筑過程中不發(fā)生暴模現(xiàn)象，在鋼模的四周采用[10#槽鋼為肋；采用扁鋼作為連接板，在加工過程中嚴(yán)格控制各幾何尺寸，為控制施工工藝提供了保障。為方便吊裝，在塊模板兩側(cè)設(shè)置了吊環(huán)。鋼模制好后，用紅漆在模面標(biāo)明基礎(chǔ)型式及上下口尺寸，方便裝卸、運(yùn)輸和對(duì)號(hào)使用。

在混凝土澆灌過程中，混凝土?xí)?duì)錐體內(nèi)壁施以向上的壓力，使模板上升，下口邊緣隨之離開底盤，造成跑漿露石現(xiàn)象。針對(duì)這種現(xiàn)象，在澆筑高度大于1m時(shí)，在固定模板上下構(gòu)件或圓木兩端壓上裝土的袋子施加下壓力，周圍模板支撐采取向下支撐，消除了錐柱模板因下大上小在澆制和振搗過程中上升現(xiàn)象。在基礎(chǔ)混凝土初凝時(shí)，及時(shí)清理模板外側(cè)附著的砂漿，以利拆模，防止模板變形。鋼模的脫模時(shí)間比木模提前一天到兩天，拆下的鋼模應(yīng)及時(shí)清除模面上的灰漿、油污，用清水沖凈。對(duì)長(zhǎng)期保存的模板采取防銹蝕措施。

圖1 鋼筋直螺紋連接示意圖

5 樁基礎(chǔ)內(nèi)外護(hù)筒施工技術(shù)

在多年凍土地區(qū)樁基施工，由于暖季基坑凍土融化容易坍塌，樁基成孔難，施工難度大。在冬期施工，混凝土質(zhì)量難以保證，冬期施工費(fèi)用高。為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，在施工在采用了樁基內(nèi)外護(hù)筒施工方法，主要解決上述暖季環(huán)境中，輸電線路灌注樁施工難題，提高樁基施工質(zhì)量和工效，降低樁基施工成本。其主要技術(shù)方案根據(jù)外護(hù)筒主要承受樁孔周圍凍土滑塌的壓力的特點(diǎn)，外護(hù)筒按照基礎(chǔ)直徑增加200mm尺寸，采用10mm鋼板卷制。縫隙采用焊接并打磨光滑。根據(jù)凍土上限安裝1～2節(jié)外護(hù)筒，灌注混凝土后外鋼護(hù)筒拔出循環(huán)使用。外護(hù)筒采用機(jī)械壓入孔內(nèi)，為此外護(hù)筒兩頭增加200mm寬的補(bǔ)強(qiáng)板，均勻打好4個(gè)φ25眼孔。內(nèi)護(hù)套主要作為易塌孔段模板使用，也利于外護(hù)筒的拔出循環(huán)使用，同時(shí)作為混凝土防凍脹保護(hù)措施。為此內(nèi)護(hù)套采用玻璃鋼制作，樁孔成型后吊裝鋼筋籠，內(nèi)護(hù)筒安裝到外護(hù)筒和鋼筋籠之間，內(nèi)護(hù)筒采用玻璃鋼按照基礎(chǔ)設(shè)計(jì)尺寸加工，灌注混凝土后不拔出成為永久護(hù)筒。為了使外護(hù)筒循環(huán)使用，減少施工材料消耗，提高工程效益，外護(hù)筒安裝兩節(jié)時(shí)，將底下一節(jié)采用4m鋼絲套子一端連接到外護(hù)筒一端留在地面，以方便施工完成后抽出上面一節(jié)再抽出底下一節(jié)。

本發(fā)明在基坑開挖至3m左右時(shí)將外護(hù)筒采用旋挖鉆機(jī)壓入坑內(nèi)，繼續(xù)基坑開挖，視基坑坍塌情況決定是否需要再安裝外護(hù)筒，若需要安裝第二個(gè)外護(hù)筒，則在已安裝的外護(hù)筒的上部眼孔各連接一根鋼絲繩，然后再將第二節(jié)護(hù)筒壓住第一節(jié)護(hù)筒同時(shí)壓入基坑，并將連接第一節(jié)護(hù)筒的鋼絲繩一端留在地面，基坑開挖完成鋼筋吊裝找正后安裝內(nèi)護(hù)筒，內(nèi)護(hù)筒安裝在地面露高300～500mm。并按基礎(chǔ)尺寸找正固定，然后灌注混凝土，灌注完成立即利用旋挖鉆機(jī)的吊臂將外護(hù)筒從上到下一節(jié)一節(jié)抽出。內(nèi)護(hù)筒不抽出，作基礎(chǔ)永久外殼。

圖2

6 混凝土原材料加熱與混凝土養(yǎng)護(hù)技術(shù)

負(fù)溫度情況下，混凝土施工主要注意混凝土入模溫度和養(yǎng)護(hù)兩方面問題。為提高混凝土入模溫度，提前清理模板和鋼筋上的積雪，混凝土攪拌前采用蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽對(duì)對(duì)攪拌機(jī)滾筒進(jìn)行預(yù)熱，對(duì)砂石等骨料進(jìn)行蒸汽加熱，用熱水進(jìn)行混凝土攪拌，按熱水→骨料→水泥的順序進(jìn)行投料。混凝土的養(yǎng)護(hù)、拆模應(yīng)根據(jù)日最低氣溫情況，選擇塑料布、保溫棉氈或其他保溫材料進(jìn)行防風(fēng)保溫。養(yǎng)護(hù)過程中溫度的監(jiān)測(cè)按照J(rèn)GJ104的規(guī)定執(zhí)行，重點(diǎn)對(duì)混凝土基礎(chǔ)的迎風(fēng)面、棱角突出部位、不易蓄熱部位，加強(qiáng)保溫措施和溫度監(jiān)測(cè)。凍土地區(qū)基礎(chǔ)考慮到暖棚法等措施對(duì)基礎(chǔ)周圍凍土有擾動(dòng)，優(yōu)先采用電熱毯升溫養(yǎng)護(hù)法。在基礎(chǔ)澆制完成后，在基礎(chǔ)外露部分首先用棉被包裹嚴(yán)實(shí)，然后在棉被外面覆蓋電熱毯，在電熱毯后再次覆蓋一層棉被，最外面采用塑料薄膜包裹嚴(yán)實(shí)。為保證混凝土溫度，電熱毯要不間斷加熱72h，再保溫養(yǎng)護(hù)7d后撤除電熱毯、棉被，改用普通保養(yǎng)。

7 結(jié)語

通過多年凍土地區(qū)鐵塔基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)的研究和成果的運(yùn)用，有效地保護(hù)了高原凍土生態(tài)環(huán)境，減少了對(duì)多年凍土的擾動(dòng)。研究成果形成的施工技術(shù)對(duì)于高海拔多年凍土地區(qū)的桿塔基礎(chǔ)施工具有極強(qiáng)指導(dǎo)意義，能夠大幅提高在該地區(qū)的施工效率，規(guī)范了高原凍土區(qū)的基礎(chǔ)施工工藝，為凍土地區(qū)輸電線路工程的建設(shè)和長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了技術(shù)支撐，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著，不僅是在線路施工領(lǐng)域，同時(shí)也將在其他工程建設(shè)方面具有積極的意義和廣闊的技術(shù)應(yīng)用前景。

TM754

A

1004-7344（2016）10-0090-02

2016-3-15