黄土地区输电线路筒桩基础施工技术及质量控制

徐志军 史通煜

(1.国家电网有限公司，北京 100031； 2.中国电力科学研究院有限公司，北京 100192)

0 引言

筒桩是指采用专用施工机械在地基中形成大直径筒形孔，然后配置钢筋笼并就地灌注混凝土而成形的筒形桩[1,2]。筒桩外径一般为1 m～2 m，壁厚通常为0.12 m～0.4 m，具有受力结构合理、承载力高、工后沉降小、节省材料和无废弃泥浆产生等优点，特别适用于软粘土地质，大部分用在海洋工程、高速公路、高速铁路的软基处理和深基坑支护等领域[3-5]。筒桩基础在输电线路行业领域还属于新生事物，未见应用[6,7]。在输电线路工程经过的黄土地区，可考虑采用内部带有空腔并回填弃土的筒桩基础型式，如图1所示，可大幅节省混凝土材料用量，有效消纳施工成孔过程中产生的大量弃土，减少弃土外运工程量，经济效益和环保效益将十分凸显。

杆塔属于高耸结构，通常情况下抗拔和抗倾覆稳定性是杆塔基础设计的主控条件，且筒桩基础的上部实心封顶高度需满足地脚螺栓、插入式角钢等塔腿连接件的机械锚固长度要求，这点与建筑、交通等其他行业的筒桩基础结构型式不同，给线路基础施工带来了困难和挑战。本文针对黄土地区输电线路筒桩基础的施工全过程，从现场流水作业施工及质量控制措施等方面，分析了筒桩基础的施工技术和质量控制措施。

1 黄土地质特点

黄土是最新的地质时期(距今约200万年左右的第四纪时期)形成的陆相土状堆积物。黄土的主要地质特点包括多孔性、垂直节理发育、层理不明显、透水性较强、沉陷性和自立性[8]。其中黄土的自立自稳特性为输电线路人工挖孔灌注桩的掏挖施工成孔创造了有利条件。正是由于黄土的直立性和圆拱支撑力的共同作用，平衡了主动土压力，从而使掏挖过程和成孔后孔壁不变形、不坍塌，为黄土地区人工挖孔灌注桩基础的工程应用提供了可能性。

2 施工方法

2.1 施工难点

筒桩基础在我国输电线路工程中属于首次应用，没有现成的工程实践经验可以借鉴。与传统的实心挖孔灌注桩基础相比，筒桩基础现场施工的难点包括：

1)如何形成一个环形基坑。一种方案是利用洛阳铲或其他小直径钻孔设备直接在地基中掏挖出一个环形孔；另一种方案是利用旋挖钻机、洛阳铲等机械装备或人工先掏挖成孔再支设内衬的方法形成环形基坑，最后将掏挖成孔过程中产生的弃土回填至内衬中间的空腔。

2)如何安放地脚螺栓连接件。当采用直接掏挖环形孔施工方案时，需待下部环形结构段混凝土浇筑完成后，将上部实体段部分土体挖除再安放地脚螺栓并浇筑混凝土；当采用先掏挖成孔再支设内衬的方法形成环形基坑时，下部环形结构段和上部地脚螺栓实体段可以一体化浇筑成型。

现场施工时，采用洛阳铲、铁锹等手工工具，首先开展了掏挖环形孔施工方案探索，在掏挖深度小于2.5 m时，一切进展顺利，环形基坑能够顺利成形；当掏挖深度超过2.5 m时，出现坑底落土清理困难、土芯开裂晃动的情况，为了安全起见，停止了继续掏挖环形孔方案的探索，转而采用先掏挖成孔再支设内衬的方法进行基础施工。

2.2 施工流程

现场施工时，先采用旋挖钻机、电动洛阳铲等施工机具或人工掏挖成孔，然后在基坑内绑扎和安放钢筋笼、支设基础露头部分模板，并将内衬放入基坑中间形成环形孔，回填掏挖成孔过程中产生的多余弃土至内衬中间并在内衬上部盖上钢板封盖、安放好地脚螺栓并浇筑混凝土，最终形成内部空腔回填弃土的筒桩基础。施工流程如图2所示。

与传统的实心挖孔灌注基础施工相比，筒桩基础的施工工艺在掏挖成孔、钢筋笼绑扎与安放、地脚螺栓的定位与安装、混凝土浇筑与养护等方面是一致的。筒桩基础施工的关键工序和重难点在于内衬的选材与安装、空腔内部土体回填。

筒桩基础的内衬材料可以因地制宜选择薄壁钢管、铸铁管和水泥管等。内衬下放基坑前，可预先按内衬外形尺寸，在基坑底挖掘5 cm左右的定位槽，在钢筋笼内箍筋焊接定位筋，在内衬顶部封盖钢板，确保混凝土浇筑过程中内衬不移位，如图3，图4所示。

内衬内的回填土施工过程中，需采取溜槽等措施确保回填土不飞溅到内衬外，以免影响桩基础混凝土与钢筋笼的胶结质量，以及基坑壁摩阻力的发挥。

2.3 施工质量控制措施

输电线路筒桩基础施工过程中的质量控制措施主要包括：

1)孔深达到设计标高后，应将基底浮土和落渣彻底清理干净。

2)做好内衬的定位和固定：内衬下放前应在基坑底部设置定位槽，内衬安放就位后用固定支架将其固定牢靠，防止移位。

3)确保空腔内部回填土施工质量：土体回填施工时需设置溜槽，防止土体飞溅到内衬外部，并分层压实。

4)掏挖成孔与混凝土浇筑宜连续作业，减少中间停留时间。雨季施工时需做好基坑防水措施，防止雨水倒灌引起桩孔壁坍塌。

2.4 施工质量验证

输电线路大部分塔位远离城市，无法采用商品混凝土，因此混凝土的现场拌制和浇筑质量对于仅靠环壁混凝土承载的筒桩基础而言尤为重要，这也是工程设计人员关注和担心的地方。

在宁夏固原某地开展的筒桩基础试桩的混凝土强度等级为C25，地质条件如表1所示，筒桩基础设计尺寸如表2所示。

表1 地质条件

表2 筒桩试验基础设计尺寸 m

静载试验实测结果如表3所示。

表3 筒桩试验基础静载试验结果

从表3中可以看出，本文所提出的施工方法及质量控制措施能够满足设计要求。

3 结语

结合黄土地区输电线路筒桩基础的施工全过程，从现场流水作业施工及质量控制措施等方面，研究了筒桩基础的施工工艺。

输电线路黄土地基筒桩基础的施工，适宜采用先掏挖成孔再支设内衬的方法形成环形基坑，然后将掏挖成孔过程中产生的弃土回填至内衬中间的空腔，最后将下部环形结构段和上部地脚螺栓实体段一体化浇筑成型。与普通实心挖孔灌注桩基础相比，施工工艺仅增加支设内衬和回填弃土步骤，施工过程相对简便，无额外增加施工工作量且掏挖成孔过程中的安全保障有所加强，施工质量也可控能控。