巴西±800kV特高压输电线路H型钢桩基础施工技术研究与应用

巴西±800kV特高压输电线路H型钢桩基础施工技术研究与应用

冯战伟、贾元超

中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 山东省济南市250102

摘要：输电线路基础施工受线路沿途地形、地质情况变化影响较大，如:软土层较厚、地下水位高、森林沼泽区域，施工较为困难。本文是结合我公司多年在巴西境内输电线路工程施工经验，介绍了一种特高压输电线H型钢桩基础施工的方法，该施工方法能够满足各种软弱地质条件的基础施工需求，施工简便，安全可靠、经济环保，能够降低工程成本，可在输电线路软土地层、森林沼泽地区推广应用。

关键词：输电线路；高压输电线路；H型钢桩；施工技术

1 前言

巴西美丽山一期±800kV特高压直流输电线路为美洲第一条、世界第四条特高压直流输电项目，全长2084公里，横跨四个州、涉及70多个城市，穿越500公里亚马逊热带雨林， 树高林密，地质条件复杂，给施工带来了极大的挑战。

山东电力建设第一工程公司总结多年在巴西境内输电线路施工经验，针对巴西美丽山一期±800kV特高压输电线路沿途地形、地质情况变化较大，如:软土层较厚、地下水位高、森林沼泽区域等特点，对特高压输电线路基础施工设计进行创新改造，对施工全过程管理进行了科学细致的策划，采用H型钢作为原材料，嵌入持力层，桩基顶部嵌入到混凝土中，与混凝土承台浇筑成一体，以保证基础获得的极大承载力，从而探索出一套行之有效的施工工艺方法，并在巴西±800kV特高压输电线路基础施工中成功应用。H型钢桩能够满足软土层较厚、森林沼泽和河滩等各种地质复杂的基础施工需求，施工简便，安全可靠、经济环保，能够降低工程成本。

2、工艺特点及工艺原理

2.1工艺特点

2.1.1 H型钢截面积较小，沉桩阻力小，穿透能力强，挤土量小、易拼接等特点，能够满足各种软弱地质的基础施工需求，施工简便，施工效率高。

2.1.2一般特高压输电线路远离城市，对施工噪音的要求比较小，故选用“捶击法”进行沉桩施工，打桩深度以最终贯入度为主，以沉桩深度或桩尖标高作为参考。

2.1.3 H型钢桩式基础，钢筋的规格种类较少，应用了“建筑用成型钢筋制品加工与配送”新技术，有效的降低了钢筋损耗率，也保证了施工的成本控制。

2.1.4本施工工序安排紧凑合理，施工效率高，在结合H型钢桩施工及基础施工进行了探索和创新，科学组织施工中的H型钢桩安装及混凝土浇筑，能够有效保障施工进度和质量。

2.2工艺原理

2.2.1 本施工方法使用的桩基础类型为端承桩，使用材料为H型钢，基础由钢桩和承台两部分组成。钢桩的安装深度以最终贯入度达到设计要求为准。钢桩安装完成后，再进行承台的混凝土浇筑工作。

2.2.2 使用的打桩方法为“锤击法”，捶击法适用于松软土地质条件和较空旷的地区，特点是施工速度快，机械化程度高，相较于“震动法”和“静力压桩法”，捶击法在输电线路桩基础施工中的优势更为明显。

2.2.3 本工法使用的接桩方式为“连接板贴角焊接”，焊接方式为二氧化碳气体保护焊或者手弧焊。

2.2.4使用的钢桩验收标准为“最终贯入度”试验，即最后三阵，每阵十击的平均入土深度作为验收标准。

2.2.5 为防止塌方，自立塔基础基坑开挖需在H型钢桩打桩以后进行，钢筋绑扎、模板支设、混凝土浇筑工序与常规基础无异。

3、主要工艺流程和技术要点

3.1主要工艺流程

基础分坑定位→施工区域清表→桩机安装就位→吊桩→插桩→锤击下沉

→接桩→最终贯入度试验→基坑开挖→割桩头修坡口→焊接桩帽→钢筋绑扎

→模板支护→插入式主角钢定位→定位验收→混凝土浇筑→混凝土养护→拆模

→基坑回填

图3.1 H型钢桩基础施工工艺流程图

3.2技术要点

3.2.1 施工准备

1技术方案编制及交底：在施工前编制施工技术方案并进行安全、技术交底。

2进出场道路修整：清除地表障碍物，平整场地，确保机械设备进出场顺利，注意保护施工区域的植被，尽量保持环境的原貌。

3.2.2 基础分坑定位

编制分坑表格，使用全站仪，根据自立塔的四角方位，把测量的数据填写在分坑表格中，技术人员根据完成的数据，编制基础开挖表。测量过程中自立塔四个脚的方位和标高必须精确地反应到分坑表格中。同时测量人员按照设计图，于地面标定H型钢桩之预定打设位置。

3.2.3 材料准备及机械进场

1 材料准备

1）H型钢桩的材料（含其它半成品）进场后，应按规格、品种、牌号堆放，抽样检验，检验结果与合格证相符者方可使用，未经进货检验或未经检验合格的物资不得投入使用。

2）H型钢桩质量验收：按设计图纸规格尺寸及有关规范，允许误差，实测实量及外观全数检查验货，特别是钢桩的垂直度和翼缘、腹板的厚度是否达到要求，作为重点检查，经检查验收合格后，方能进货安装。

3）H型钢桩应按规格分别堆放，一般堆叠层数为三层（高度控制在2m以内）。

2 桩机就位准备

1）打桩方式

H型钢桩打桩方式主要依据工程特点、地质水文条件、施工机具的机械性能以及设计要求等决定。钢桩打桩有三种通用方式：

①自然地面打桩,采用送桩至设计标高施工；②地面打桩，但不送桩,待基坑开挖后切割至设计标高；③挖坑打桩施工；本工法采用第二种方式打桩施工，

2）设备安装

本工法使用的打桩机械为“落锤打桩机”，为保证H型钢桩沉入的垂直度及施打H型钢桩的平整度，控制桩的打入精度，防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，一般都需要注意控制以下几点：

   a）采用全站仪和水平仪来控制和调整导梁的位置。

   b）导梁的高度要适宜，要有利于控制H型钢桩的施工高度和提高施工工效。

   c）导梁不能随着H型钢桩的安装而产生下沉和变形。

d）导梁的位置应尽量垂直，并不能与H型钢碰撞。

图3.2.3-1 H型钢桩材料进场                     图3.2.4-1  H型钢桩贯入

3.2.4 钢桩贯入

1 施工前，样桩的控制应按设计原图，并以轴线为基准对样桩逐根复核，作好测量记录，复核无误后方可试桩、打桩施工。

2 吊H型钢桩多采用一点绑扎起吊，待吊到桩位进行插桩，将H型桩对准事先用定点木桩放出的桩位，作到桩位准确垂直。

3 打桩前，必须在桩头放置特制的桩帽，桩帽上放置用硬木制的减震垫。      

4 H型钢桩吊到桩位进行插桩时，由于桩身及桩帽总自重和桩锤放置在桩顶会自沉，大量贯入土中，待沉至稳定后再行锤击。

5 开始打桩时，打桩机会因贯入量大而空打，开始锤击作业时应缓慢地间断试打，直至桩进入地层一定深度为止，不得连续击打。

6 打桩时，必须用两台经纬仪，架设在打桩机的正面和侧面，校正桩机导向杆及桩的垂直度，并保持桩锤、桩帽与桩在同一纵轴线上。

7 H型钢桩打入1～2m后，应重新用经纬仪校正垂直度，当打至一定深度并经复核打桩质量良好时，再连续进行击打，直至高出地面60cm～80cm停止锤击，进行接桩，再重复上述步骤直至达到设计标高。

8 在打入阶段发现桩位不正或倾斜，应调整或拔出钢管桩重新插入打。

9 H型钢桩打入贯入度小于1～2mm时，应停打分析原因，确定解决办法后，再继续施工。

10 因土体贯入量大而出现空打，需要采用两种重量不同型号的锤进行打桩，即第一节桩用重量轻的桩锤，第二节及以后的桩节用重量大的桩锤。

3.2.5 接桩

1 本工法中H形钢采用连接板贴角焊接，严格按焊接工艺评定指标操作，严禁在没有焊接工艺评定指标情况下操作。

2 焊接宜采用二氧化碳气体保护焊，也可以用手工电弧焊，当气温低于0℃度时焊口两侧各100mm应预热，焊接完毕后必须冷却大于5min，再进行锤击打桩。

3 接桩的焊接必须作横焊、立焊及平焊加仰焊位置的焊接试板各一块，试板要由现场施焊的焊工在同样工艺条件下进行焊接。

4 焊接前,必须将下节H型钢变形损坏部分修整,上部桩管端部的锈蚀\水或油污泥砂清除,将连接板放置在下节桩上,紧贴桩壁分段点焊,然后吊接上节桩用经纬仪校正垂直度合格后,再进行电焊焊接。

    图3.2.5-1 H型钢桩接桩              图3.2.6-1 H型钢桩试验

3.2.6 试验

本工法H型钢桩的验收标准为最终贯入度试验，即最后三阵，每阵十击的平均入土深度。标准如下：

表3.2.6                     H型钢桩试验要求

3.2.7  开挖

机械挖土施工，宜采用分层开挖、运土。人工开挖采用分多层开挖，机械运土。

            图3.2.7-1 H型钢桩开挖前              图3.2.7-2 H型钢桩开挖

3.2.7  切割

本工法使用切割设备为氧气乙炔手把切桩机，割桩时，先将切桩机吊入钢管桩设计切割深度，采用气动（液压）顶针装置固定在切割部位割嘴按预先调整好的间隙进行回转切割。

3.2.8  焊桩盖

1 按照设计图纸，在每个H型钢桩上部加焊一个桩盖，挖土至设计标高,使H钢桩外露，用水平仪在每根钢桩的外壁按设计标高标出三点，然后按此标高固定划一条线作为割框的支撑点，用气焊切割平整，放上配套的桩盖用电焊焊接。

2 H型钢桩顶端与承台的连接采用刚性接头，再利用钢筋予以补强或在H型钢桩顶端焊以基础锚固钢筋。

图3.2.8-1 焊桩盖                   图3.2.8-2  焊桩盖          

3.2.9钢筋绑扎及支模

1钢筋绑扎时要认真核对钢筋位置图及纸尺寸并应分层次有序绑扎。用粉笔根据图纸钢筋间距尺寸划下钢筋位置线，按照由底到上的绑扎顺序，逐一绑扎。凡钢筋交叉点均以双股8号铁丝绑扎，要求钢筋位置、尺寸准确，分布均匀，绑扎要牢固

2 插入式主角钢安装

将插入式主角钢安放至模板的预留位置，安装时需使用钢卷尺和水平尺控制预埋件的垂直度和外露长度，使用全站仪按照图纸要求，找正、找平四根主角钢的标高。

3接地线预埋管铺设

从基坑中心位置至模板外侧铺设接地线预埋管，预埋管为直径25mm的黑色塑料管。预埋管铺设深度为距地面60~80cm，使用铁丝将预埋管的另一侧临时绑扎到钢筋笼顶部。完成后，恢复开挖基坑防护设施。

图3.2.9-1 钢筋绑扎                   图3.2.9-2 模板支护

3.2.10混凝土浇筑施工

钢筋绑扎完成，经过监理认可合格后方可进行混凝土浇注施工，浇注时应分层浇筑，插入式振捣棒分层振捣，确保振捣密实，最后用木抹子抹平，顶面用铁抹子压光。

       图3.2.10-1 混凝土浇筑                  图3.2.11-1  拆模

3.2.11 养护拆模

混凝土浇筑完成3天后，进行人工拆模。拆模中不可造成混凝土的破坏。摸板拆下后，要即时清理，清除模板上粘附的砼或砂浆。木模板要防止其干裂出缝，以便再次使用。

3.2.12 回填

回填土必须分层夯实，每200mm厚夯实一层，其夯实程度应达到原状土密实度的80%以上。回填土时，应在基坑相对的两侧同时进行，打夯时一夯压一夯，夯夯相连，行行相接。回填土经过沉降后及时补填夯实，回填层应高出地面，防止雨季积水。回填时的土壤含水率应符合规范要求，用专用检测仪器进行含水率检测，符合要求后进行分层回填夯实，并由试验人员对回填土壤密度进行检查，满足回填土壤密度要求。

3.2.13 质量控制要点 

1桩位定点：用经纬仪两点导入，控制桩位投点的桩位放线定位精确度。

2桩架垂直度：安装桩机导杆及桩锤的过程中检查桩架与底盘的垂直度 ,在两个方向用经纬仪对桩架进行垂直度教正。打斜桩前，对打斜桩的倾斜角度进行校正。

3桩垂直度：根据地质资料,详细了解桩位土体情况,清理地下的障碍物. 插桩定位和打桩过程中及时对桩进行测控

4接桩：接桩施工前作好焊接工艺评定和焊接工艺卡，焊接接头的焊材选用及焊后打桩的停歇时间

5桩的割桩高度：核对设计图纸和打入桩的实际高差，用水准仪和钢尺对每根桩的割桩高度进行测量标定，并对割桩器进入桩管内的割桩高度进行测量定位。

4结语

H型钢桩基截面积较小，沉桩阻力小，穿透能力强，挤土量小、易拼接等特点，能够满足软土层较厚、森林沼泽和河滩等各种地质复杂的基础施工需求，施工简便，安全可靠、经济环保，能够降低工程成本，可在输电线路软土地层、森林沼泽地区推广应用。

附：

1、作者信息

作者简介

【作者简介】

（1）第一作者：

姓名：冯战伟

出生日期：1966年05月04日

身份证号：220104196605044110

专业职称：高级工程师

学历及专业：大学本科；土木工程

单位：中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司

职务：海外事业部/国际工程公司副总工程师

（2）第二作者：

姓名：贾元超

出生日期：1982年10月20日

身份证号：370102198210203315

专业职称：高级工程师

学历及专业：大学本科；土木工程

单位：中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司

职务：海外事业部/国际工程公司执行总经理

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