输电线路灌注桩基础施工与质监初探.pdf

甘肃电力技术 输 电线路灌注桩基础施工与质监初探 徐博 ( 甘肃送变电工程公司 甘肃省兰州市 7 3 0 0 5 0 ) 【 摘要】 就输电线路铁塔基础工程中的桩基础主要采用的泥浆护壁钻孔灌注桩施工工艺、 施工过程进 行了分析和探讨，并提 出了在钻孔灌注桩成桩、水下浇注混凝土的质量监控中应注意的一些要点，通过实践 经验总结出了如何在施工中预防及处理一些易出现的故障和质量问题的方法。 【 关键词】 钻孔灌注桩泥浆护壁水下浇注混凝土质量监控 1 前言 桩基础在送 电线路施 工中的应用 已经有很 多年 的历史，但它在线路施工中工程量 比重较小，而且 通常会请专业桩基队伍来完成，所以我们的工程人 员有不少人对此不甚 了解。近年来 ，随着 电力发展 和电网建设加快，许多 3 3 0 k v等级 以上线路铁塔基 础在通过地质情况变化复杂、地下水丰富、跨河或 塔位在河床上等地段时，经常设计采用灌注桩基础。 另外，有条件的送变电企业也自己进行灌注桩的施 工。钻孔灌注桩施工属于隐蔽工程，技术要求较高， 成桩的好坏直接关系到上层铁塔 的稳定和塔基的沉 降。为此，本人主要就 5 0 0 k v 荆潜线施工的2 o 基钻 孔灌注桩，并结合曾参与施工的其它几次灌注桩施 工经验，对钻孔灌注桩施工和质量监控进行初步的 探讨 ，并对施工中一些常见 问题提 出解决 的办法 ， 以利于送 电施工人员对此有一个较全面的了解，也 方便于施工人员对成桩过程的质量监控 。 2 前期准备阶段 灌注桩施工质量控制直观性差，施工工艺较为 复杂，所以前期的准备工作显 的尤为重要 ，对前期 工作 的监控也是最有效的事前控制措施 。 2 1 资质的审查 工程开工前都要经过资质审查，对于 自行施工 的送变电企业资质证明材料的齐全是能否获得业主 方批准的先决条件 ；对于选用专业桩基施工队伍， 作为总包方的送变 电施工单位对其施工的资质 审查 应更加严格仔细 ，并最终把 它纳入到 自己的管理 当 中，包括对施工队伍的承建资质及现场人员的素质 和经验 的审查，检查特殊工种如 电焊工 、电工 、机 操工是否持证上岗等。工程质量的把关很大程度上 是靠现场工人的双手来完成的，特别是钻孔灌注桩 这种对施工工艺有严格要求的工种 ，施工过程中， 往往 由于现场工人一个错误的操作 ，就造成整根桩 报废的严重后果，因而除了要具有相关的工作职责 及制度外 ，还应进行责任心的教育 。另外是对施工 机械的审查，施工单位有没有能够符合工程要求的 成孔机械和灌注设备，是能否保证质量的完成施工 任务的决定性 因素 。 2 2 技术资料的准备 施工前应获得设计勘 查单位提供 的水文地质资 料、桩基施工图和有关的设计规定文件，并实地调 查场地情况 ，准备主要施工机械及配套设备的技术 性能资料，砂、石、水泥、钢筋等原材料的质检报 告，有关的参考资料等做为施工单位编制特殊施工 方案的依据 ，或作为分包商编制施工组织设计 的依 据。不论是特殊施工方案或施工组织设计 ，都应结 合工程特点，有针对性地制订相应的质量管理措施， 包括施工平面图、人员配备、机械设备和材料供应， 选用的施工方法、工艺流程等。应当根据实际情况 编写，注意细化、量化和可操作性 。施工方案的确 定很重要， 5 0 0 k v荆潜线施工中采用了泥浆护壁钻孔 灌注桩的施工工艺，以往的工程 中也采用过人 工挖 孔 ( 砼护壁或 1 2红砖护壁)灌注桩的施工方法。 现在看来，人工挖孔成本底，设备、工艺相对简单， 但桩基一般深达数 l o m ，安全危险因素大，施工隐患 较 多。现在业主和设计单位大多不允许人工挖孔 ， 在可能的情况下应尽量采用泥浆护壁的钻孔灌注 维普资讯 输电线路灌注桩基础施工与质监初探 桩 。 2 3 施工准备 表 1 ( 1 )钻孔灌注桩施工必须要有合格的旌工机械 和设备，表 1 是对 2 个施工队主要机械设备的比较。 其它设备机具有钻杆、电焊机、搅拌机、泥浆 测定仪、经纬仪、水准仪、钢筋切割机、水泵、吹 风机、空压机、振动器等。 从表 1来看，吊车是必须要具备的，它在钢筋 笼的吊放、混凝土灌注 中起关键性的作用 。一队采 用的钻机属于井架型的 ( 如图 1 )，占地较大。这种 钻机功率大，钻孔效率高，水平稳定性好。而二队 采用的属于小型钻机 ( 如图2 ) 。 需要配合三角架， 设 备简单，但在断面超过 1 2 0 0 ra m或地层稍硬时显的功 率不足，成孔效率低 。发 电机为钻机、电焊机、泥 浆泵等提供电力，根据其不同用途可分为大小功率 的若干台。泥浆泵可根据成孔大小，泥浆制备量来 选择。灌注砼用导管：一队采用长 3 m 、直径 2 5 0 ra m 的导管，从实际使用情况来看能较好完成砼灌注； 而二队采用的长 2 5 m 、直径 2 0 0 ra m的导管，长度短 增加了拆卸导管的次数，直径小在实际使用中影响 了下料的效率，还会造成堵塞，所以最终还是改为 和一队一样规格的导管。分析以上情况，一队设备 较理想。从中我们也不难看出设备选择的重要性。 钻杆 图 1 井架型钻机示意图 架 图2 简便型钻机示意图 ( 2 )开孔前施工人员应对施工地点地质情况、 桩位、桩径、桩长、标高等了解清楚。例如荆潜线 桩基处于可塑或软塑粉质粘土、流塑淤泥质粉质粘 土、粉砂等较复杂 的地质情况下 ，有地脚螺栓直线 塔和地脚螺栓转角塔 ，塔基单腿采用单桩或两根桩 加承台的基础型式， 桩径在 1 1 6 m ， 桩长范围在 9 2 1 m。 ( 3 )和普通线路基础一样，要先进行中心桩的 复测，并分坑确定桩位。现场标高应以中心桩标高 为依据。 ( 4 )埋设护筒并检查护筒位置，应埋设正确和 稳定，护筒与坑壁之间应用粘土填实，护筒中心与 桩位中心线偏差不得大于 5 o 姗 ，具体要求可按 建 筑桩基技术规范j g j 9 4 - 9 4的规定。采用泥浆护壁 成孔时，应 明确泥浆制备设施及其循环系统 ，还必 须有泥浆处理措施。 3 主要施工工艺及监控 施工人员应掌握泥浆护壁钻孔灌注桩的主要工 艺流程，并了解每个环节的施工重点，才能有的放 矢的把握灌注桩的质量控制。一般来讲工艺流程主 要有，定桩位一护筒埋设一钻机就位一钻孔一终孔 一 第一次清孔一下放钢筋笼一接入导管一第二次清 孔一灌注水下混凝土一拔出导管等，期间还分头进 行钢筋笼焊接和泥浆制备及循环 的工艺。每个环节 环环相扣 ，相互影响，都不容忽视。 ( 1 )开钻前，检查钻机磨盘的平整度 ( 用水平 尺)及主钻杆的垂直度 ( 用线垂架或经纬仪)。 ( 2 )泥浆制备：除能 自行造浆的土层外，均应 制备泥浆。泥浆制备应选用高塑性粘土或膨润土。 从稳定孔壁要求考虑，泥浆比重稍大有利，但是比 重过大，出泥效率降低，且对清渣及灌注混凝土也 不利。泥浆粘滞度过低，对稳定孔壁及携带渣土不 利，过高则影响钻进速度而且降低钢筋握着力，增 加水下混凝土灌注难度。 拌制泥浆应根据施工机械、 维普资讯 输电线路灌注桩基础施工与质监初探 3 l 工艺及穿越土层进行综合考虑。监控质量的方法就 是使用泥浆 比重计和漏斗法测定比重和粘度 ，比重 1 1 1 1 5 、粘度 2 0 2 5 s为易。 ( 3 ) 本次工程采用了正循环钻进方法 ( 见图 3 )。 2 l 一钻机2 -沉淀池3 -泥浆池 4 一钻头5 一胶管6 一钻杆 3 图 3 正循环法钻进示意图 ( 4 )钻进速度控制 。应根据地质情况掌握钻进 速度，软土层速度较快；硬土层应加压中速钻进， 并以钻机不发生跳动为准；在易缩径的地层中，应 适当增加扫孔次数：砂层则采用中等压力，慢速并 适当增加泥浆比重和粘度。钻进过程中质量控制重 点是用测绳测深度，检查出泥情况、钻孔垂直度。 具体偏差度要求可参照规范和工程设计要求。 ( 5 )钻孔至设计深度后，改用反循环法使钻头 保持深度继续旋转，并改用较稀的泥浆注入。进行 第一次清孔，使孔中沉渣泥浆能置换出来，待泥浆 比重降到 1 1 5以下，才能允许提钻 ，并用测绳测孔 深 。 ( 6 )钢筋笼的制作和安放。 1 )钢筋笼在平整的场地上焊接完成，主筋要 尽量保证在同一水平面上，这样焊接出来的钢筋笼 才 能平直，接头要错开 ，同一平面上接头不能大于 5 0 。对预制的钢筋笼逐节检查，重点是主筋、加劲 箍筋、螺旋箍筋的间距，主筋长度、主筋搭接、纵 横筋交叉点的焊接质量及顶笼预留的锚固长度必须 符合设计要求。检查钢筋笼保护层垫块的设置，本 次工程设计采用了在主筋上焊护板的保护方式 ( 图 4 )，一般沿钢筋笼每隔 3 m设置一组，每组三个， 按 1 2 0 。 均匀设置，其 目的是避免笼体在安放过程中 碰撞孔壁，并保证混凝土保护层要求及钢筋笼在桩 体内的位置正确 。 螺旋 - - 厂 、 、 1 l 二 i 卜 、 、 图 4 2 )钢筋笼的吊装应双点起吊，保持笼轴线重 合。本次工程钢筋笼长度刚好满足吊车起吊高度， 故可一次焊接完成，直接吊放。如果长度过长，可 分段 吊放，分段焊接 。入孔时，始终需保持垂直状 态，对准孔位徐徐轻放，避免碰撞孔壁 ，一旦遇阻 立即查明原因，禁止晃动和强行冲击下放。钢筋笼 顶标高必须符合设计要求。 ( 7 )水下砼灌注 。 1 )钢筋笼吊装完毕后，可下导管。导管口由 导管支架来支撑，由于钢筋笼在孔内是悬吊着的， 上部绑吊在支架上。所 以，支架必须保持水平和稳 定。当支架所在部分的地面受砼灌注的冲压时很容 易造成下陷，解决的办法就是要靠在地面部分适当 增大支架的面积，来减少对坑口地面的压力，可采 用双排道木来增大与地面的接触面积，同时支撑起 支架，支架的固定可用双钩加钢丝绳套，一端连接 支架，另一端用钢桩固定于地面 ( 如 图 5 )。 道 i i i i i i l l 。 r，一、 一 图 5 丝绳 2 )利用导管进行第二次清孔，结束后孔底沉 渣l o o m m ，含渣量小于 4 ，并符合设计要求 。在砼 灌注前须再次用测绳量测孔深、孔底沉渣厚度， 隐 蔽工程验收合格后方可浇注水下混凝土。 3 )灌注桩用水下混凝土必须具备 良好的和易 性，配合 比应通过试验确定，试验要 由有相关资质 的试验室出具。 按照 建筑桩基技术规范( j g j 9 4 - 9 4 ) 的要求 ，坍落度宜为 1 8 0 2 2 0 i l l ，水泥用量不少于 维普资讯 3 2 输 电线路灌注桩基础施工与质监初探 3 6 0 k g m 。水下混凝土的含砂率宜为 4 0 4 5 ，并宜 选用中粗砂；粗骨料的最大粒径应4 0 m m ， 有条件时 可采用二级配。依据规范和设计要求，本次工程水 下砼采用了葛洲坝厂 p 0 3 2 5普通硅酸盐水泥；粗 骨料使用荆门青山碎石 ，粒径 1 0 3 0 m m ：细骨料 为 洞庭湖中粗砂。 设计强度 c 2 0 ， 水灰比 0 5 ， 砂率 4 5 ， 坍落度 1 8 0 2 2 0 m m 。由此确定的配合比情况见表 2 。 灌 注桩 c 2 o水下混凝 土配合 比 表 2 材料名称 水泥 碎石 每方用量( k g )4 4 4 9 5 4 配合 比 1 2 1 5 试验室 的配合 比设计是按现行行业标准 普通 混凝土配合比设计规程 ( j g j 5 5 2 0 0 0 )来配制的， 经试配、调整，最后确定了上述配合 比。 4 )水下灌注混凝土首盘灌砼量非常重要 ，一 次封底成功是保证桩质量的关键，应严格把关。其 砼量计算见 3 7 4 。料斗应满足初灌量的需要 ，在实 际施工中，如果料斗过小，下料不足会使封底失败， 留下缺陷，应特别引起注意 。一旦发生，可参考 4 3 中的处理方法。在料斗不能满足初灌量时，应使用 较大的储料斗 ( 如图 6 ) ，当储量达到要求后，可打开 阀门或拔掉封 闭管 口的塞子，使混凝土一次冲下导 管。 图 6 5 ) 砼灌注时，其首盘灌注量要根据孔径进行计 算 ( 计算公式见式 1 )，保证首灌埋管深度大于 1 m 。 初灌封底的成功标志是混凝土顺利从导管冲下，泥 浆排出孔外，导管内无泥浆。在砼灌注过程中，应 进行埋管深度测量和计算 ( 见式 2 ) ，充盈系数大于 1 2 。卸管时须测量砼面高度，以控制卸管节数，防 止导管拔脱，造成断桩 。 q ： ( ) ， 7 + ( ) ( 1 ) 二 二 _ h 其中： q 一初灌量 ( m 。 ) d 一桩孔直径 ( m )： 7 7 一充盈系数： h 一初灌灌注深度，埋管深度加导管端头到孔底 的距离 ( m )； d 一导管内径 ( m )： 一 泥浆 的密度 ( 1 2 5 1 5 )； 一 灌注混凝土密度 ( 2 1 2 4 )； h 一孔内泥浆水深 ，一般取孔深 ( m )。 h 0 ( 2 ) i h l= h l h o 其中： h 一实测混凝土 的灌注深度 ( m )； h 一灌注前测量深度 ( m )： h 0 一灌注后测量深度 ( m )； h 一导管在孔中总长度 ( m )； h 。 一埋管深度 ( m )。 6 )在砼灌注过程 中，必须检测砼坍落度 。坍 落度要求在 1 8 0 2 2 0 m m范围内，并在现场制作砼试 块。 试块大小为 1 5 0 1 5 0 1 5 0 标准试块， 每根桩 1 组试块，每组 3件，并且编号，与桩号相对应。试 块现场掩埋， 与桩同条件养护 2 8 天后送试验室检测。 施工人员监控质量应把握上述几个关键步骤 ，进行 不定时抽检 ，并对每道工序详细做好施工记录 。 ( 8 )桩头制作。本人参与 的工程灌注桩基础多 是地脚螺栓式。由于铁塔基础 施工不同于一般建筑 桩基施工，故通常会采用二次浇注方式制作桩头。 桩头应在桩体强度达到 7 0 以上时制作， 如果有承台 应与桩头同时完成。砼配合比应按设计要求，模板 支设应按图施工，方法同于铁塔普通基础施工。特 殊点和质量控制 点是 ，水平施工缝应低于地脚 螺栓 底端， 其与地脚螺栓底端的距离应大于 1 5 0 m m 。 浇注 前应清除施工缝处水泥薄膜、松动石子和软弱混凝 土层，施工缝处的混凝土表面应凿毛 ，在浇注混凝 土前，应用水清洗干净 ，但不得积水 ，然后在施工 缝处铺一层 1 0 1 5 ra m厚的水泥浆。浇注进行 中要随 时检查地脚螺栓的位置，完成后复查。 ( 9 )桩基检测。为验证灌注桩基础施工质量， 需采用低应变法和高应变法来检测桩的完整性及单 桩竖向抗压承载力。低应变法检测时桩身混凝土强 度应大于设计强度的 7 o ，并不得低于 1 5 1 d p a ：采 用高应变时桩身混凝土应达到设计强度或 2 8天龄 期，从成桩到开始检测的间歇时间应满足规范要求。 根据实际情况、工期等因素的影响，我们的低应变 查 维普资讯 输电线路灌注桩基础施工与质监初探 3 3 检测采取先浇桩头、再做桩基低应变检测，并取得 了检测单位冶金部中南地质勘查局桩基检测中心和 设计、监理等单位的认可。经检测，本次施工的 8 8 根桩均为 i类桩，桩身完整性合格。高应变法按规 范要求进行了抽检，检测采用重锤 ( 约 3 t )在一定 高度 自由下落锤击 的方法 ，检测竖 向抗压承载力和 桩身完整性。检测仪器使用基桩动测仪，检测方法 满足 建筑基桩检测技术规范 ( j g j 1 0 6 2 0 0 3 )要 求。因为桩头为地脚螺栓，为便于检测和保护螺栓， 高应变前事先将螺栓裸露部分按高度浇筑进与立柱 断面大小相 当的混凝土中，待检测完后凿除这部分 混凝土，恢复原立柱项面和地脚螺栓。 ( 1 0 )施工记录 。本次工程灌注桩施工除采用送 电施工中的标准记录表格如线基 6等外，还结合桩 基 队伍 以往一些记录表格 ，重新设计编制 了四种非 正式表格 ，做为施工班及分包桩基 队在施工过程中 的施工记录用表 。 4 预防和处理施工中出现的问题 施工中难免会发生一些 问题 ，在出现 问题时我 们应及时采用正确的补救措施 。同时，我们应在施 工前充分考虑可能会发生的问题，做到预防为主 。 前面 的内容中已经提到一些措施来预防会 出现的个 别 问题 ，这里将就还会 出现的几个主要 问题如何处 理和预防做一介绍 。 ( 1 )为预防钻孔偏斜，应在钻机就位时仔细检 查机位平整度和钻杆垂直度。钻进过程中也应随时 检 查水平。若发生偏斜应查明原因，确定位置，并 纠正钻杆垂直度，在偏斜部位上下反复扫孔，使钻 孔恢复垂直。一般要求垂直度偏差1 。 ( 2 )应严把造浆质量，控制进尺，防止塌孔现 象的发生。在松散和流砂中钻进，要适当加大泥浆 密度、粘稠度 、胶体率 。护筒埋设在粘土中要大于 1 m ， 砂土要大于 1 5 m 。 受水位等其他影响时应加高加 深护筒。钻进速度应根据地层情况来控制。 ( 3 )水下砼灌注主要控制初灌和拔管，其间会 出现如封底失败、断桩等水下混凝土浇注的质量事 故 。为预防封底失败 ，主要是确保初灌量 。如 果一 次封底不成功，可在不提升导管 的情况下再冲入大 量混凝土，把夹杂泥浆 的混凝土翻到最上头 ，然后 等灌注到顶部时把这部分混凝土清 除。预防断桩应 确保控制灌注 的全部过程，检查混凝土上料量 ，保 证混凝土配合比符合设计要求，检查坍落度。导管 上拔前，要认真测定灌注深度 ，从而掌