摘要：以巴西美丽山±800kV特高压直流输电线路项目工程为依托，从螺旋桩基础设计、安装施工、螺旋桩基础施工机具研发等方面对特高压输电线路螺旋桩基础的施工方法进行了介绍，并对螺旋桩定位、入地角度、位移的检查与螺旋桩上拔力学试验等施工中的控制要点进行了分析。理清了螺旋桩基础在输电线路中施工的基本方法和思路，螺旋桩基础施工的应用达到了绿色施工，有效整合利用资源，降低施工成本的目的，为特高压输变电工程创新总结、开拓了更加简捷、高效的施工工艺起到积极作用，为电力施工人员进行螺旋桩基础施工提供了重要参考。
关键词：螺旋桩；基础施工
0 引言
螺旋桩基础主要是指采用大型专用打桩设备将带有圆形螺盘的多根桩管打入地下持力层，然后在上方浇筑混凝土，形成统一的受力基础整体。由于大型打桩设备价格昂贵，在森林、沼泽等复杂自然环境中进出场困难，远距离转场速度慢等的限制，目前该技术主要应用于固定范围内的大型建筑地基施工，在输变电行业未见有大规模应用。
依托巴西美丽山±800kV特高压直流输电线路项目工程对特高压输电线路螺旋桩基础施工关键技术展开相关研究。研发的螺旋桩基础具有：
1）拉线塔拉线桩基础完全摆脱钢筋混凝土结构，仅需快速旋入单根螺旋桩即可完成整个拉线桩基础的施工，快速高效；
2）减少了因混凝土罐车等大型机械进出场而造成的森林砍伐、施工现场无再需繁琐的施工机具、材料准备及现场混凝土养护，有效突破了自然环境制约基础施工的瓶颈。
3）螺旋桩的使用摆脱了钢筋混凝土结构，当工程达到运行寿命时螺旋桩可以旋出再循环利用[1]，充分体现可持续发展的时代理念。
4）实现了在进出场道路困难，沼泽、流沙、地下水层较浅的多种复杂地质条件下大规模首次应用于输电线路基础施工中，避免了基础的大规模开挖，降低了因森林砍伐、道路修筑等引起的环境破坏，更加符合环保理念。
1 技术原理
1.1 液压传动原理
创造性的将挖掘装载机改造为螺旋桩安装设备，即将挖掘斗更换为由动力头、扭矩测试仪、钢管卡槽组成的螺旋桩安装钻进设备。利用挖掘机原有液压系统来实现动力头动力的传递，进而实现螺旋桩的钻进，如图1。
图1 挖掘装载机改造为螺旋桩安装设备
1.2 螺旋桩抗拔性静载试验
螺旋桩抗拔性静载试验时通过液压泵对液压油缸的收缩提供试验时所需拉力，控制液压泵压强大小实现所需试验拉力的调整。
1.3 摩擦阻力原理
通过螺旋桩打桩机械将焊有多层方螺盘的桩尖头、桩管及扩展桩管分段旋入地下，直至旋入持力层后达到设计扭矩值（12000N•M），利用螺旋桩桩管及螺盘与土壤的摩擦阻力实现螺旋桩能够承受的抗拔力。
1.4 分体式组合原理
单拉环方螺盘螺旋桩材料由焊有方形螺盘的桩尖头，焊有方形螺盘的桩管，扩展桩管、单拉环连接头四部分组合而成，拆装快速、方便，便于运输。
2 螺旋桩基础施工工艺流程
2.1 机械准备
螺旋桩安装设备由轮胎式挖掘装载机加装螺旋桩钻进设备改造而来。设备核心部分由三部分组成：
1）液压旋转动力头，该部分直接与轮胎式挖掘机动臂连接。
2）扭矩数值显示器，该部分用于实时显示旋转扭矩值，电源为4节7号电池，显示屏为液晶屏。
3）螺旋桩钢管卡槽，该部分用于固定螺旋桩材料。机械组装完成后支设于基坑边缘，需注意机械支设点与基坑间距，防止塌方。
2.2 螺旋桩安装
2.2.1 螺旋桩定位
根据图纸及分坑表利用全站仪对螺旋桩安装位置进行精确定位并设置定位桩，定位桩位置偏差不得大于10mm。
2.2.2 焊有方形螺盘的桩尖头安装及角度调整
将焊有方形螺盘的桩尖头安装在钻进设备动力头卡槽中并将卡槽与桩尖头销轴孔一一对齐，用销轴固定好卡槽与桩尖头。操作挖掘机挖掘臂调整桩尖头入地定位点及入地角度，测量人员使用全站仪再次复核桩尖头入地定位点及入地角度无误后方可液压顺时针旋转动力头开始打桩。打桩过程中严格控制钻进速度，不同的地层地质转换不同的档速，保证桩尖头顺利通过各地层。
2.2.3 焊有方形螺盘的桩管
钻进过程中，测量人员每隔1-1.5m记录扭矩测量仪上的扭矩值，当桩尖头上端距离地面约500mm时停止钻进。施工人员将桩尖头与旋转动力头卡槽分离，操作挖掘机挖掘臂带动动力头移动至桩尖头旁并将焊有方形螺盘的桩管上端与动力头卡槽相连，连接紧固后再次调整挖掘机挖掘臂带动旋转动力头及桩管慢慢向上提起，提起过程不得过快。桩管下端移动至桩尖头上方时，缓慢调整动力头使桩管下端扩大头插入桩尖头上端并用3个连接螺栓紧固。连接完成后，继续旋转打桩。
2.2.4 扩展桩管安装
焊有方形螺盘的桩管安装完毕后采用上述相同方法将扩展桩管相继与动力头、桩管相连后继续钻进。钻进过程中注意观察记录钻进扭矩值，当扭矩值达到设计值而扩展桩管露出地面高度超过1.0m时继续钻进直至扩展桩管上端露出地面高度符合设计要求；当扭矩值达到设计值而扩展桩管露出地面高度不超过1.0m时需要增加一节1.0m的扩展桩管继续钻进直至扩展桩管上端露出地面高度符合设计要求。若首根扩展桩管钻进完毕后仍未达到设计扭矩值，则继续增加扩展桩管直至扭矩值达到设计要求。
整个钻进过程完毕后将扩展桩管上端与动力头卡槽分离，施工人员将扩展桩管周围土壤捣实并恢复周围环境。
2.2.5安装过程资料记录
在安装的过程中，扭矩数字显示器会实时显示当前的扭矩数值。扭矩值代表的是螺旋桩螺盘所处于的原状土层对于螺盘旋转的阻力数值，该数值越大，代表目前螺盘部分所处于的土层地质越好，当扭矩值达到12000N•M时继续安装1米扩展桩管，扭矩值始终不再降低为合格，证明螺旋桩螺盘已进入持力层并可以满足铁塔受力要求。螺旋桩旋转扭矩合格后，测量人员对安装角度和位置确认无误后，移除安装设备。外露扩展桩管的长度为300mm，扩展桩管周围应用土填平、捣实。
3节能减排及经济效益
3.1 经济效益
本成果已在巴西美丽山±800kV特高压直流输电线路工程中的成功应用。由表1可以看出，本成果直接降低机械、人工等安装费用约1.5万元/基（折合成人民币），整体节约机械、人工等安装费用约489万元；该关键技术的研究投入费用约20万元，总计在巴西美丽山±800kV特高压直流输电线路工程中实际节约机械、人工等安装费用约469万元，经济效益显著。
表1 经济效益对比
3.2 节能减排
1）首次开创将本成果应用于特高压输电线路工程中，减少了因混凝土罐车等大型机械进出场而造成的森林砍伐、施工现场无再需繁琐的施工机具、材料准备及现场养护，有效突破自然地质环境制约瓶颈，实现了资源的充分利用，符合绿色施工理念。
2）本成果的应用降低了现场罐车、挖掘机、推土机等各类大型机械燃油材料等的消耗，符合可持续发展的时代理念。
4结束语
螺旋桩材料生产制造简单，施工过程具有施工速度快、操作简便、环保等多重优势，特别适用于沼泽、流沙、地下水层较浅的多种复杂地质基础施工[2]，已在巴西美丽山±800kV特高压直流输电线路工程中大规模成功应用。螺旋桩基础的应用达到了绿色施工，有效整合利用资源，降低施工成本的目的，为特高压输变电工程创新总结、开拓更加简捷、高效的施工工艺起到积极作用，具有很高的推广价值。
参考文献：
[1]董天文；梁力；张成金；旋入螺旋桩[J]；世界桥梁；2004年04期
[2]张雪莲.流砂地质处箱涵施工技术浅析[J].Value Engineering，2010，29（30）：54-54
Zhang Xuelian.Simple Analysis on Drifting Sand Geology Case Culvert Construction Techolory[J].VALUE Engineering，2010，29（30）：54-54
论文作者:陈卫东1,赵勇1,宋维洋1,鞠涛1,Rafael2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
标签：螺旋论文; 扭矩论文; 尖头论文; 桩基础论文; 动力论文; 巴西论文; 特高压论文; 《电力设备》2017年第16期论文;