输电线路嵌固锚杆复合基础机械化施工方法与流程

本发明涉及一种输电线路复合基础施工方法，特别是一种输电线路嵌固锚杆复合基础机械化施工方法。

背景技术：

输电线路施工中，遇到上土下岩的地质条件时，采用岩石嵌固-锚杆复合基础作为杆塔基础，可以充分利用岩石嵌固以及岩石锚杆两种基础的性能，变形协调好，具有良好的经济效益。然而，所述嵌固锚杆复合基础的基坑形状一般为变截面形状，且为了获得更好地适应嵌固基础和锚杆基础，对于形状中的直径有较为精确的要求，另外输电线路杆塔一般都位于交通不便的山区、丘陵地区，因此难以机械化施工，现有的嵌固锚杆复合基础均采用全人工开挖，效率低下、施工进展缓慢，人工作业风险大，安全性低，且人工开挖需要在基础边设置护壁，不但增加施工工程量，同时也增加了混凝土方量。现有技术中还有采用旋挖钻机进行施工的，如专利zl201410791372所述，然而其只能进行单一直径的基础成孔，无法进行变截面施工，因此并不适用于嵌固锚杆复合基础的施工。

技术实现要素：

本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种施工效率高、风险低、安全性高，降低混凝土方量的输电线路嵌固锚杆复合基础机械化施工方法。

本发明所述目的是通过以下途径来实现的：

输电线路嵌固锚杆复合基础机械化施工方法，其要点在于，包括如下步骤：

1）提供一种山地式旋挖钻机，其包括机身、牙轮筒钻和扩底钻头，所述扩底钻头包括有上底盘、下底盘、可伸缩的轴心杆、位移传感器、液压限位装置以及对称分布的钻臂连杆，钻臂连杆的上端和下端分别对应与上底盘和下底盘铰接，上底盘用于连接旋挖钻机的钻杆，轴心杆为上下两节套接钢管，上节钢管固定于上底盘下端面，下节钢管固定于下底盘上端面，且上节钢管套置在下节钢管中腔；位移传感器安装于轴心杆上；液压限位装置包括安装在下节钢管内侧面的油压管、与油压管连接的液压装置、安装于油压管管内侧面的两对称分布的弧形活动钢板以及分别分布在上节钢管外周的限位凸起和分布于弧形活动钢板内侧的限位凹槽，其中限位凸起与限位凹槽适配并能够卡入限位凹槽中；

2）所述嵌固锚杆复合基础的基坑为锥形构造，根据复合基础的总埋深确定扩底节数为round(h-1)，其中h为嵌固基础的总埋深，嵌固基础施工包括基础段和若干扩底段，其中第一节为基础段，从第二节开始为扩底直线段，所述扩底直线段为等径直线段；

round(h-1)为（h-1）四舍五入取整函数，例如：基础埋深h为3.6m，则round(h-1)=3，需要分三次扩底完成，最后一次扩底开挖的深度为0.6m，若h埋深为3.4m，则则round(h-1)=2，分两次扩底，最后一次扩底开挖的深度为1.4m；

3）清理基面，原始地面除去10cm虚土，为旋挖钻机提供稳定的操作平台，

4）安装牙轮筒钻，筒钻的直径需与基坑顶部开口的直径d1相同，钻进的深度为距离地面2000mm+扩底钻头的底盘厚度h，完成复合基础第一节基础段施工，并提取牙轮筒钻至地面；该第一节基础段截面直径为d1，即为嵌固基础顶部尺寸；

第一节基础段的钻进深度包含第二节扩底直线段高度；

5）从第二节扩底直线段开始，第二节扩底直线段直径为d2，第n节扩底直线段直径为dn，根据复合基础受力要求获得dn如下：

dn=（1）

其中：d—为嵌固基础底部尺寸；

6）第二节扩底直线段施工：根据式（1）获得的d2计算钻杆需要下压的轴向偏移距离m2，并调节扩底钻头上的位移传感器（控制m2），将牙轮筒钻更换为调节好的扩底钻头，并将扩底钻头下放到第一节基础段的底部，按照位移传感器的示数控制施加向下轴向力，并且附加进行旋转，直至下压轴向距离达到m2值，此时轴心杆的上节钢管伸入两弧形活动钢板之间，两钻臂连杆下压张开，启动液压装置，通过油压管对两弧形活动钢板施加液压环形压力，使弧形活动钢板压向上节钢管外周面，直至上节钢管外周的限位凸起嵌入弧形活动钢板内侧的限位凹槽，从而固定两钻臂连杆的张开宽度，保持该节扩底直径，旋挖并上拔扩底钻头至第二节扩底直线段高度，由下而上完成第二节扩底直线段；

7）启动液压装置释放油压，两弧形活动钢板远离上节钢管，上节钢管在上底盘和旋挖钻机带动下上升，两钻臂连杆拉伸收起归位，提取扩底钻头到地面，更换牙轮筒钻，下放到第二节扩底直线段底部，并继续钻进，钻进深度为在第一节基础段底部向下1000mm+扩底钻头的底盘厚度h；钻进完成后提取牙轮筒钻至地面；

8）根据上述式（1）获得下一节扩底直线段的直径为dn，并进一步计算钻杆需要下压的轴向偏移距离mn，重复步骤6）-步骤7），直至完成所有扩底直线段的施工，最后一次扩底深度为嵌固基础的总埋深h减去之前施工的深度总和；从而完成嵌固锚杆复合基础的基坑的施工；

9）清除基坑底部渣土，定位锚杆的锚孔，采用输电线路锚杆钻机钻孔，完成全部锚孔施工后，插入锚杆并找正，然后浇筑锚杆混凝土，完成锚杆基础施工；

10）安装嵌固基础钢筋笼，并浇筑混凝土，将嵌固基础和锚杆基础浇筑成一体形成嵌固锚杆复合基础。

由此，本发明所述输电线路嵌固锚杆复合基础机械化施工方法，将锥形基坑几何化为若干节直线段，直线段的截面直径由上而下逐渐增大；改进了山地式旋挖钻机的扩底钻头，通过位移传感器使扩底钻头的展开宽度精确对应施工段的直径，并进行定量控制，施工时通过液压限位装置保持扩底钻头的展开宽度，由下而上挖钻，操作精度高、省时省力，同时可以减少对扩底钻头的损耗，降低了混凝土方量，确保了复合基础最终成孔的形状。另外，本发明还充分利用了山地式旋挖钻机优势，减少人力作业，提高基础机械化施工，降低人力作业的危险，提升进度效益和安全效益。

附图说明

图1为本发明所述输电线路嵌固锚杆复合基础（锥形构造）的结构示意图；

图2为本发明所述山地式旋挖钻机中扩底钻头的结构示意图；

图3为本发明所述山地式旋挖钻机中扩底钻头中轴心杆下节钢管的截面结构示意图；

图4为本发明所述山地式旋挖钻机中扩底钻头进入到当前节直线段底部的示意图；

图5为本发明所述山地式旋挖钻机中扩底钻头在向下施加轴向力并附加旋转后，两钻臂连杆撑开宽度为该节直线段的直径时的示意图；

图6为本发明所述山地式旋挖钻机中扩底钻头在限位装置支撑下向上旋挖完成扩底直线段的示意图。为了便于示意，图4-6未示意出位移传感器和液压限位装置。

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

具体实施方式

最佳实施例：

参照附图1，本发明所述嵌固锚杆复合基础的基坑为锥形构造，包括嵌固基础1和锚杆基础2，然而本发明还可适用于掏挖式锚杆复合基础以及其他变截面直径的基础施工。

所述嵌固锚杆复合基础的基坑为如图1所示锥形构造，施工时将锥形构造几何化为多段直线段，根据复合基础的总埋深确定扩底节数为round(h-1)，其中h为嵌固基础的总埋深，嵌固基础施工包括基础段和若干扩底段，其中第一节为基础段，从第二节开始为扩底直线段，所述扩底直线段为等径直线段。

round(h-1)为（h-1）四舍五入取整函数，例如：基础埋深h为3.6m，则round(h-1)=3，需要分三次扩底完成，最后一次扩底开挖的深度为0.6m，若h埋深为3.4m，则则round(h-1)=2，分两次扩底，最后一次扩底开挖的深度为1.4m。

为了实现本发明所述施工方法，本发明采用了特别改造的扩底钻头，如附图2、3所示，所述扩底钻头包括有上底盘1、下底盘2、可伸缩的轴心杆、位移传感器、液压限位装置以及对称分布的钻臂连杆4，钻臂连杆4的上端和下端分别对应与上底盘1和下底盘3铰接，上底盘1用于连接旋挖钻机的钻杆，轴心杆为上下两节套接钢管，上节钢管5固定于上底盘1下端面，下节钢管6固定于下底盘上端面，且上节钢管5能够套置在下节钢管6中腔；位移传感器的传感头3安装于轴心杆上节钢管5的下端部上；液压限位装置包括安装在下节钢管内侧面的油压管7、与油压管7连接的液压装置8、安装于油压管7管内侧面的两对称分布的弧形活动钢板9以及分别分布在上节钢管5外周的多个限位凸起10和分布于弧形活动钢板9内侧的多个限位凹槽11，其中限位凸起10与限位凹槽11适配并能够卡入限位凹槽11中。

本发明对轴心杆的下节钢管内侧增设对称分布的弧形活动钢板，弧形活动钢板是由两个同心弧形板组成，该弧形活动钢板可以轴向进行压缩，当位移传感器显示上节钢管移动到达设计深度，则油压管在液压装置的作用下施加液压环向压力，令两弧形活动钢板对向向内移动，进而包覆上节钢管并使限位凸起卡入限位凹槽以进行卡位，从而完成限位功能。完成对应段旋挖之后，液压装置释放油压，弧形活动钢板恢复回原始位置，限位凸起从限位凹槽中分离出来，上节钢管提升至最高，最后提起扩底钻头出孔。

本发明所述输电线路嵌固锚杆复合基础机械化施工方法，包括如下步骤：

1）提供一种山地式旋挖钻机，其包括机身、牙轮筒钻和扩底钻头，所述扩底钻头如上所述，增设位移传感器和液压限位装置；

2）场地平整，清理基面，原始地面除去10cm虚土，为旋挖钻机提供稳定的操作平台，保证旋挖钻机有足够的操作平台和承载力，

3）安装牙轮筒钻，筒钻的直径需与顶部开口的直径d1相同，机械化施工锥式嵌固-锚杆复合基础常规按照一节1m开展变截面，若上部嵌固部分的埋深较浅（小于3m），按照一节0.5m开展变坡。本实施例以嵌固部分为3m开展论述。第一节先采用牙轮筒钻旋转钻进，钻进的深度为2000mm+扩底钻头底盘的厚度h。

4）从第二节扩底直线段开始，第二节扩底直线段直径为d2，第n节扩底直线段直径为dn，根据复合基础受力要求获得dn如下：

dn=（1）

其中：d—为嵌固基础底部尺寸；

5）第二节扩底直线段施工：根据式（1）获得的d2计算钻杆需要下压的轴向偏移距离m2，并调节扩底钻头上的位移传感器（控制m2），将牙轮筒钻更换为调节好的扩底钻头，并将扩底钻头下放到第一节基础段的底部，按照位移传感器的示数控制钻杆施加向下轴向力，并且附加进行旋转，直至下压轴向距离达到m2值，此时轴心杆的上节钢管伸入两弧形活动钢板之间，两钻臂连杆下压张开，启动液压装置，通过油压管对两弧形活动钢板轴向施加液压环形压力（参照附图3），使弧形活动钢板压向上节钢管外周面，直至上节钢管外周的限位凸起嵌入弧形活动钢板内侧的限位凹槽，从而固定两钻臂连杆的张开宽度，保持该节扩底直径，旋挖并上拔扩底钻头至第二节扩底直线段高度，由下而上完成第二节扩底直线段；

6）启动液压装置释放油压，两弧形活动钢板远离上节钢管，上节钢管在上底盘和旋挖钻机带动下上升，两钻臂连杆拉伸收起归位，提取扩底钻头到地面，更换牙轮筒钻，下放到第二节扩底直线段底部，并继续钻进，钻进深度为在第一节基础段底部向下1000mm+扩底钻头的底盘厚度h，即为由地面向下3000mm深度；钻进完成后提取牙轮筒钻至地面；牙轮筒钻附带清渣功能，该工序会清除由步骤3）残留的渣土。

7）根据上述式（1）获得第三节扩底直线段的直径为d3，并进一步计算钻杆需要下压的轴向偏移距离m3，重复步骤5）-步骤6），如图4-6所示，先将扩底钻头下放到步骤6）所形成的基坑底部（如图4），按照位移传感器的示数控制施加向下轴向力，并且附加进行旋转，直至下压轴向距离达到m2值，此时两钻臂连杆张开宽度为d3（如图5），启动液压限位装置保持该节扩底直径，旋挖并上拔扩底钻头至该节扩底直线段高度（如图6）。第二节扩底直线段的施工也可参照附图4-6，只需将扩底钻头位于该段即可。

最后一次扩底深度为嵌固基础的总埋深h减去之前施工的深度总和；从而完成嵌固锚杆复合基础的基坑的施工。

8）锚杆部分施工：通过人工开展锚孔的定位，输电线路锚杆钻机就位，钻孔。钻孔完成后验孔，保证孔深、孔斜的参数满足设计要求后，吹气清孔，并进行成孔保护。输电线路单腿完成钻孔后，钻机拆除，坑底清理，锚孔水清理，锚杆的插入和找正，完成上述工序后浇筑锚杆混凝土，并且进行锚杆的养护，完成锚杆基础施工；

9）安装嵌固基础钢筋笼，并浇筑混凝土，将嵌固基础和锚杆基础浇筑成一体形成嵌固锚杆复合基础。

本发明在施工过程中还应当进行如下细节处理：

1、锚杆部分

（1）钻孔实际深度与设计深度偏差±50mm；钻孔孔径与设计孔径偏差±5mm；钻孔形成后，应在24小时之内浇筑完成，包裹体材料应有标准试块的强度检测报告；

（2）群锚中的单锚严格按照设计图纸施工，平面布置尺寸与设计尺寸偏差±50mm；

（3）锚筋应完好无损，并做除锈处理；钢筋数量严格遵守设计要求，锚筋间距施工偏差±8mm；试验基础内部除钢筋、混凝土之外，不能存有预埋物；

（4）浇筑之前，必须要清孔，浇筑包裹体材料时，必须采用微型振动棒振捣，确保包裹体材料的密实度。

（5）对于施工过程中突水情况，可采用抽水施工或孔底高压注浆，消除地下水对基础质量的影响。

2、嵌固基础

（1）基础开挖时，孔径以及深度严格按照施工图尺寸施工，试验基础孔径、深度误差控制在50mm；立柱混凝土保护层厚度严格控制在40～70mm之间；

（2）地脚螺栓露头高度严格按照施工图尺寸控制，误差控制在20mm以内；地脚螺栓间距严格按照施工图尺寸控制，误差控制在2mm以内；地脚螺栓中心与基础立柱中心偏差（x、y方向）控制在20mm以内；地脚螺栓锚固端应做相应的除锈工作，保持地脚螺栓整体清洁；

（3）所有基础露头高度严格按照施工图尺寸控制；各基础地脚螺栓数量严格按照图纸要求布置；地脚螺栓布置方位严格按照图纸要求执行；

（4）现场没有浇筑完混凝土的坑必须做好防水处理，如出现坑壁渗漏、滑塌，需进行相应的修补后方可进行后续工作；对于部分坑内遗留的“脚踩坑”必须进行填补。各个基础浇注混凝土之前，必须由相关现场技术人员进行确认，不合格的不能浇注混凝土。

本发明的设计要点还包括：由于嵌固基础与锚杆基础岩石变形协调较好，其承载力发挥系数取值可以接近为1.0，承载力较常规基础由很大的提升。在计算嵌固部分的上拔承载力时，需要考虑基础的自重，由于机械化施工嵌固-锚杆复合基础其外形尺寸与人工开挖嵌固基础有所不同，所以计算基础自重以及材料量时候，需要考虑外形尺寸的影响。人工开挖嵌固基础为保证人员安全，需要设置护壁，机械化施工嵌固-锚杆复合基础开挖过程中无需设置护壁，因此节约了混凝土方量，降低工程造价。

本发明未述部分与现有技术相同。