輸電線路機(jī)械化施工桿塔基礎(chǔ)設(shè)計要點(diǎn)

PAGE1基礎(chǔ)機(jī)械化施工設(shè)計要求在安全可靠的前提下，盡量做到經(jīng)濟(jì)環(huán)保。其中安全可靠是指基礎(chǔ)在規(guī)程規(guī)定的各種工況下必須保證穩(wěn)定，要有適當(dāng)?shù)陌踩珒?，即使在某些異常情況下也應(yīng)具有一定的可靠性水平，并且在外荷載作用下，桿塔基礎(chǔ)不能產(chǎn)生太大的、可能造成桿塔承載力嚴(yán)重下降的位移。經(jīng)濟(jì)環(huán)保是指在考慮地質(zhì)條件、機(jī)械化施工等各種外界因素后，選取綜合效益較優(yōu)的基礎(chǔ)設(shè)計方案。一、設(shè)計要點(diǎn)本文提出了適應(yīng)機(jī)械化施工的基礎(chǔ)型式及設(shè)備選擇原則，總結(jié)了設(shè)計優(yōu)化建議，成果可廣泛應(yīng)用于輸電線路工程基礎(chǔ)設(shè)計領(lǐng)域，在基礎(chǔ)設(shè)計階段，指導(dǎo)設(shè)計人員綜合地形地質(zhì)、荷載水平、施工裝備、進(jìn)場條件等因素，合理選擇適用于機(jī)械化施工的基礎(chǔ)型式。1.1基礎(chǔ)選型原則根據(jù)塔位地形地質(zhì)條件，結(jié)合特高壓工程機(jī)械化施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推薦適應(yīng)機(jī)械化施工的基礎(chǔ)型式原則如下。（1）平原地區(qū)基礎(chǔ)選型原則平原地區(qū)地形平緩，交通便利，具備機(jī)械進(jìn)場條件，從便利機(jī)械化施工的角度，推薦基礎(chǔ)選型原則如下：1）對有水軟弱土地基，可采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。2）對有水普通土地基，優(yōu)先采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，當(dāng)鉆孔灌注樁設(shè)備進(jìn)場不便時，可采用鋼筋混凝土板柱基礎(chǔ)。3）對于無水普通土地基，優(yōu)先采用挖孔類基礎(chǔ)，當(dāng)?shù)鼗翞樗缮⑸巴?、碎石土等不易成孔的土質(zhì)時，可采用鋼筋混凝土板柱基礎(chǔ)。4）對于黃土、軟塑~硬塑狀態(tài)的黏性土、稍密~密實(shí)狀態(tài)的粉土、稍密～中密狀態(tài)的砂土和碎石土（最大粒徑不宜大于50mm），當(dāng)?shù)叵滤巴寥罏橹械雀g及以下時，也可采用螺旋錨基礎(chǔ)。5）對于基巖埋藏深、軟弱土層及風(fēng)化殘積土層厚的地質(zhì)條件，當(dāng)?shù)叵滤巴寥罏槿醺g及以下，或中腐蝕且采取有效的防腐蝕措施時，可選用PHC管樁基礎(chǔ)，但要注意考慮PHC管樁施工設(shè)備對道路承載力的要求及施工噪聲、振動對環(huán)境的影響。（2）山丘地區(qū)基礎(chǔ)選型原則山丘地區(qū)地形存在一定起伏，地質(zhì)條件以無地下水的巖質(zhì)地基為主，從便利機(jī)械化施工的角度，推薦基礎(chǔ)選型原則如下：1）對山區(qū)巖體基本質(zhì)量等級為I~V類的巖石地基，根據(jù)地形、地質(zhì)情況，推算錨桿承臺基坑內(nèi)邊坡高度不超5m且邊坡穩(wěn)定時，優(yōu)先采用巖石錨桿基礎(chǔ)。2）對山區(qū)飽和單軸抗壓強(qiáng)度不超過40MPa的巖石地基，當(dāng)塔位地形坡度不超過25°，但覆蓋層較厚，巖石錨桿基礎(chǔ)不適用時，優(yōu)先采用挖孔類基礎(chǔ)，采用小型分體式挖孔設(shè)備時，地形坡度可在控制基面內(nèi)邊坡高度不超5m且邊坡穩(wěn)定條件下，酌情放寬坡度限值。3）對山區(qū)飽和單軸抗壓強(qiáng)度超過40MPa的巖石地基，當(dāng)塔位地形坡度不超過25°，但覆蓋層較厚，巖石錨桿基礎(chǔ)不適用時，優(yōu)先采用微型樁基礎(chǔ)，采用小型分體式微型樁鉆機(jī)時，可在控制承臺基坑內(nèi)邊坡高度不超5m且邊坡穩(wěn)定條件下，酌情放寬坡度限值。4）當(dāng)塔基地形坡度陡峭，不具備機(jī)械化施工條件時，可采用人工挖孔類基礎(chǔ)或其他適宜的基礎(chǔ)型式。5）對丘陵地區(qū)的無水地基，優(yōu)先采用挖孔類基礎(chǔ)，當(dāng)下臥基巖較硬（飽和單軸抗壓強(qiáng)度超過40MPa）時，若覆蓋層厚度滿足巖石錨桿基礎(chǔ)使用條件，可采用巖石錨桿基礎(chǔ)，否則可采用微型樁基礎(chǔ)。6）對丘陵地區(qū)的有水地基，可參照平原地區(qū)基礎(chǔ)選型原則。7）山區(qū)機(jī)械化施工塔位，基礎(chǔ)計算時應(yīng)考慮機(jī)械化施工作業(yè)面開挖平臺的影響，平臺回填土段應(yīng)作為基礎(chǔ)計算外露考慮。適應(yīng)機(jī)械化施工的基礎(chǔ)選型原則匯總?cè)绫硭?.2基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化建議為提高基礎(chǔ)機(jī)械化施工效率，基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)盡量優(yōu)化基礎(chǔ)尺寸，縮短機(jī)械作業(yè)時間、減小作業(yè)難度。具體設(shè)計優(yōu)化建議如下。（1）挖孔類基礎(chǔ)1）采用不擴(kuò)底方式。2）孔徑與孔深注意與設(shè)備的鉆進(jìn)能力相匹配，孔徑級差取0.2m，必要時可采用多樁基礎(chǔ)。3）盡量減少進(jìn)入中等風(fēng)化硬質(zhì)巖層深度。（2）巖石錨桿基礎(chǔ)1）錨固劑優(yōu)先采用早強(qiáng)、流動性好的水泥基灌漿料。2）承臺坑底為遇水易軟化的巖層時，可在承臺底部設(shè)置100mm

厚素混凝土墊層進(jìn)行防護(hù)，且采取先打墊層、后鉆孔的施工工藝。3）宜控制承臺放坡后內(nèi)邊坡高度不超過5m。4）錨桿長度建議模數(shù)化，如3m，4.5m，6m。5）通過承臺旋轉(zhuǎn)、立柱偏心等方式優(yōu)化錨桿數(shù)量、長度及承臺尺寸，提高機(jī)械化施工效率。6）承臺旋轉(zhuǎn)角度宜結(jié)合塔腿位置的坡度走向、預(yù)測的基坑深度和錨桿受力等因素綜合確定。（3）微型樁基礎(chǔ)1）考慮微型樁長徑比較大，其端阻無法有效發(fā)揮，且沉渣控制較為困難，建議承載力計算時不計入端阻。2）通過承臺旋轉(zhuǎn)、立柱偏心等方式優(yōu)化樁徑、埋深及承臺尺寸，提高機(jī)械化施工效率。3）對于坡度較陡的塔位，為減少承臺開挖內(nèi)坡較高及減輕環(huán)水保壓力，承臺可采用高樁承臺。（4）鉆孔灌注樁基礎(chǔ)1）基礎(chǔ)穿過卵石、塊石、硬質(zhì)巖層等特殊地層和巖溶等不良地質(zhì)條件時，注意在施工圖中推薦合理的施工設(shè)備，并提示掉鉆、卡鉆、漏漿等相關(guān)風(fēng)險。2）通過承臺旋轉(zhuǎn)、立柱偏心等方式優(yōu)化樁徑、埋深及承臺尺寸，提高機(jī)械化施工效率。（5）PHC管樁基礎(chǔ)1）建議進(jìn)一步研制預(yù)制裝配式承臺，減少承臺澆制工作量，提高機(jī)械化施工效率。2）在河網(wǎng)地區(qū)、村莊密集地區(qū)應(yīng)充分考慮進(jìn)場道路承載能力和轉(zhuǎn)彎半徑滿足設(shè)備通行要求，避免機(jī)械進(jìn)場困難。（6）鋼筋混凝土板柱基礎(chǔ)1）設(shè)計埋深不宜超過5m。2）在有水地基中應(yīng)充分考慮降排水措施及其風(fēng)險。（7）螺旋錨基礎(chǔ)1）為方便機(jī)械化施工，承臺優(yōu)先選用鋼承臺，鋼承臺無法滿足要求時可選用混凝土承臺。2）建議錨桿采用傾斜布置方案，并通過塔腿與承臺偏心連接等方式優(yōu)化基礎(chǔ)尺寸。3）基樁與承臺之間優(yōu)先采用螺栓連接，盡量避免現(xiàn)場焊接。（8）其他1）具備機(jī)械化施工條件時，基礎(chǔ)選型時優(yōu)先考慮同一設(shè)備具備在連續(xù)區(qū)段的施工條件。2）同一基塔四腿基礎(chǔ)型式宜保持一致，塔位選擇時以四腿地形均能滿足機(jī)械開挖為宜。3）機(jī)械開挖塔位應(yīng)盡量避免臨近帶電體選擇塔位。

二、設(shè)備參數(shù)及選型原則本文主要按基礎(chǔ)型式及開挖方式明確了主要基礎(chǔ)開挖成孔設(shè)備，梳理了不同種類施工設(shè)備的主要功能參數(shù)及選型原則。2.1挖孔類基礎(chǔ)挖孔類基礎(chǔ)包括挖孔基礎(chǔ)、掏挖基礎(chǔ)、巖石嵌固基礎(chǔ)、嵌巖樁基礎(chǔ)，適用于無地下水的一般土質(zhì)地基或覆蓋層較厚的巖石地基。挖孔類基礎(chǔ)成孔設(shè)備選型應(yīng)根據(jù)設(shè)備進(jìn)場條件、地層巖性及設(shè)備鉆進(jìn)能力進(jìn)行匹配。整體式旋挖鉆機(jī)進(jìn)場需具備道路運(yùn)輸條件，機(jī)械洛陽鏟、水磨鉆機(jī)可通過人力或索道運(yùn)輸，近年來，部分廠家已研制出可基于索道運(yùn)輸?shù)姆煮w式挖孔鉆機(jī)。對粘性土、黃土、粉土及無礫石的人工回填土地基，可采用機(jī)械洛陽鏟；對普通土、堅土、卵石層以及飽和單軸抗壓強(qiáng)度40MPa以下的強(qiáng)風(fēng)化~中風(fēng)化巖石地基，可采用旋挖鉆機(jī)；對花崗石、石灰?guī)r等堅硬巖石地基，可采用水磨鉆鉆孔。常用挖孔類基礎(chǔ)鉆孔設(shè)備樣例如圖所示，相關(guān)功能參數(shù)如表所示。電建系列鉆機(jī)功能參數(shù)機(jī)械洛陽鏟功能參數(shù)2.2

巖石錨桿基礎(chǔ)

巖石錨桿基礎(chǔ)適用于無地下水且覆蓋層較淺的I~V類非極軟巖、非極破碎巖石地基。巖石錨桿基礎(chǔ)常用成孔設(shè)備為小型模塊化錨桿鉆機(jī)，其各功能單元采用模塊化設(shè)計，可通過人力或索道運(yùn)輸。鉆機(jī)主機(jī)上配備動力模塊和液壓系統(tǒng)模塊，驅(qū)動履帶底盤實(shí)現(xiàn)塔基范圍內(nèi)自行走。各動力模塊可根據(jù)施工需求組配，一般在軟巖地質(zhì)下選用2～3臺動力模塊，硬巖地質(zhì)選用3～4臺動力模塊。設(shè)備樣例如圖所示，小型模塊化錨桿鉆機(jī)樣例圖相關(guān)功能參數(shù)如表所示采用道路運(yùn)輸方案時，巖石錨桿基礎(chǔ)承臺一般采用挖掘機(jī)開挖，基坑接近成型時，需人工修理，開挖部分為巖石時，可對挖掘機(jī)挖斗進(jìn)行改裝，增加鑿巖裝置；采用索道或人力運(yùn)輸方案時，巖石錨桿基礎(chǔ)承臺一般采用人工開挖，開挖部分遇硬質(zhì)巖石時，可采用水磨鉆等小型鑿巖設(shè)備輔助開挖。

2.3微型樁基礎(chǔ)

微型樁基礎(chǔ)適用于覆蓋層厚度3m～8m，下臥基巖為非極軟巖、非極破碎巖的地基。目前微型樁基礎(chǔ)施工設(shè)備按組裝方式不同可分為整體式和分體式兩種，其中整體式一般采用履帶行走，分體式可按模塊拆分后基于索道運(yùn)輸。設(shè)備樣例如圖所示：相關(guān)功能參數(shù)如表所示：

采用道路運(yùn)輸方案時，微型樁基礎(chǔ)承臺一般采用挖掘機(jī)開挖，基坑接近成型時，需人工修理，開挖部分為巖石時，可對挖掘機(jī)挖斗進(jìn)行改裝，增加鑿巖裝置；采用索道或人力運(yùn)輸方案時，微型樁基礎(chǔ)承臺一般采用人工開挖，開挖部分遇硬質(zhì)巖石時，可采用水磨鉆等小型鑿巖設(shè)備輔助開挖。

2.4鉆孔灌注樁基礎(chǔ)

鉆孔灌注樁基礎(chǔ)適用于平地、河網(wǎng)、泥沼地形，有水一般土質(zhì)或軟弱土質(zhì)、軟質(zhì)巖層或風(fēng)化巖層地基。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)成孔設(shè)備根據(jù)成孔方法不同，主要分為旋挖鉆機(jī)、回轉(zhuǎn)鉆機(jī)和沖擊鉆機(jī)三大類。設(shè)備選型需結(jié)合交通及地質(zhì)條件綜合考慮。一般地質(zhì)條件下，交通條件允許時，優(yōu)先推薦使用輪胎式旋挖鉆機(jī)，次優(yōu)推薦使用中型或綜合型履帶式旋挖鉆機(jī)，若交通條件不滿足旋挖鉆機(jī)進(jìn)出場要求，可使用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)；遇硬質(zhì)巖或塊石等旋挖鉆機(jī)、回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)困難地層時，需考慮采用沖擊鉆機(jī)。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)承臺機(jī)械化開挖一般采用挖掘機(jī)進(jìn)行。各類鉆孔灌注樁鉆機(jī)樣例如圖所示：灌注樁鉆機(jī)樣例圖相關(guān)功能參數(shù)如表所示。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)和沖擊鉆機(jī)設(shè)備功能參數(shù)2.5PHC管樁基礎(chǔ)

PHC管樁基礎(chǔ)適用于平地、河網(wǎng)泥沼地形基巖埋藏深、軟弱土層及風(fēng)化殘積土層厚的地質(zhì)條件。PHC管樁基礎(chǔ)施工設(shè)備根據(jù)沉樁方法不同，主要分為錘擊沉樁機(jī)、振動沉樁機(jī)和靜力沉樁機(jī)三大類。設(shè)備選型需結(jié)合交通、地質(zhì)及周邊環(huán)境綜合考慮。在交通方面，PHC管樁打樁機(jī)尺寸及重量較重，途經(jīng)房屋密集的村莊時，需考慮運(yùn)輸車輛轉(zhuǎn)彎要求，在河網(wǎng)密布區(qū)域，需考慮橋涵載重。在地質(zhì)方面，錘擊沉樁機(jī)通過合理選擇樁錘可適應(yīng)各類土層，是目前輸電線路工程PHC管樁普遍采用的施工設(shè)備；振動沉樁機(jī)可用于松軟地基中，一般不適用于硬黏土和砂礫土地基；靜壓沉樁機(jī)受限于樁架設(shè)備高度和壓樁能力，通常用于高壓縮性黏土層或砂性較輕的黏土地基。在周邊環(huán)境方面，錘擊沉樁和振動沉樁機(jī)施工噪聲大，考慮噪聲、振動對環(huán)境的影響，建議施工現(xiàn)場遠(yuǎn)離居民區(qū)200m以上；靜壓沉樁機(jī)無噪聲和振動，可不考慮對地基和臨近建筑物的影響。PHC管樁打樁機(jī)樣例如圖所示，相關(guān)功能參數(shù)如表所示。振動沉樁機(jī)與錘擊沉樁機(jī)樁架相同，僅樁錘參數(shù)不同，這里不再單獨(dú)列舉振動錘相關(guān)參數(shù)。鑒于液壓靜力壓樁機(jī)整機(jī)重量偏大，對道路承載能力要求及使用成本均較高，目前輸電線路工程PHC管樁打樁機(jī)械以錘擊式打樁機(jī)為主。PHC管樁基礎(chǔ)承臺機(jī)械化開挖一般采用挖掘機(jī)進(jìn)行。2.6鋼筋混凝土板柱基礎(chǔ)鋼筋混凝土板柱基礎(chǔ)適用于平地、丘陵、河網(wǎng)、泥沼地形，不能掏挖成型或灌注樁鉆機(jī)進(jìn)場不便的一般土質(zhì)地基。鋼筋混凝土板柱基礎(chǔ)開挖設(shè)備選型一般根據(jù)道路條件和地下水情況進(jìn)行配置。道路條件允許時優(yōu)先選用輪胎式挖掘機(jī)，道路條件較差時推薦使用履帶式挖掘機(jī)，特殊情況下可選用步履式挖掘機(jī)，各類挖掘機(jī)樣例如圖所示，挖掘機(jī)樣例圖相關(guān)功能參數(shù)如表所示。2.7螺旋錨基礎(chǔ)螺旋錨基礎(chǔ)適用于黃土、軟塑～硬塑狀態(tài)的黏性土、稍密～密實(shí)狀態(tài)的粉土、稍密～中密狀態(tài)的砂土和碎石土（最大粒徑不宜大于50mm）。螺旋錨基礎(chǔ)施工目前一般采用挖掘機(jī)加裝旋擰動力頭組成的螺旋錨鉆機(jī)，如圖2所示。螺旋錨鉆機(jī)一般根據(jù)施工旋擰扭矩選定驅(qū)動頭型號，再由驅(qū)動頭參數(shù)確定適配挖掘機(jī)，按照經(jīng)驗(yàn)兩者適配參數(shù)對應(yīng)情況如表所示。目前常用的螺旋錨鉆機(jī)功能參數(shù)如下表。2.8成孔設(shè)備高海拔降效情況高海拔地區(qū)具有高寒、沙塵、低壓、缺氧、晝夜溫差大等特點(diǎn)，施工機(jī)械在高原工作時，大氣壓力、空氣密度的降低會使機(jī)械設(shè)備散熱能力下降，從而造成溫度升高、電動機(jī)功率下降，引發(fā)設(shè)備“高原反應(yīng)”。高海拔施工降效引起的施工費(fèi)用增加一般可參照《西藏地區(qū)電網(wǎng)工程概算定額》進(jìn)行調(diào)整，如調(diào)整后的費(fèi)用仍與實(shí)際成本相差較大的，可進(jìn)行專題研究。以阿里與藏中電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)工程為例，經(jīng)調(diào)研研究，典型旋挖設(shè)備機(jī)械考慮高