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像拧螺钉一样为输电塔打好地基

 
  前不久,阿里与藏中电网联网工程(以下简称阿里联网工程)沼泽地铁塔全部组立完成。在施工中,该工程开展了高海拔沼泽地螺旋锚基础关键技术攻关并成功应用。这也是西藏电网建设中首次采用螺旋锚基础进行施工。
 
  什么是螺旋锚基础?采用螺旋锚基础可以解决输电塔基础施工中的哪些问题?为了让螺旋锚基础下得去、立得稳、站得久,工程技术人员要做好哪些支持工作?
 
  高效环保,可解决输电塔基础施工常见难题
 
  杆塔基础是输电线路工程的重要组成部分,关系到电网的安全稳定运行,其造价、工期和劳动消耗量在整个输电线路工程建设中的占比都很大。跨区域架空输电线路工程呈点线状分布,塔位处的地质条件复杂多变,杆塔基础型式多样且具有鲜明的行业和地域特点。因地制宜选择适合的结构型式是决定杆塔基础工程投资和建设周期的重要因素。
 
  在500千伏及以下电压等级架空线路途经的平原、丘陵地区,常用的杆塔基础型式主要是开挖回填类钢筋混凝土柔性板式基础、原状土掏挖基础等。目前,这些基础型式施工普遍需要现场浇筑混凝土和养护湿作业,施工周期长,冬季温度低时不能施工,且现场基坑开挖、降水支护等施工安全及环保作业压力较大。
 
  在现场地质和交通运输条件允许时,采用螺旋锚基础可以有效解决上述输电线路基础施工中存在的现实问题。螺旋锚由锚杆、锚盘、锚头等构成,利用锚盘螺旋状结构及作用于顶部的安装扭力,可以像拧螺钉一样对地基土体进行机械切削及旋进,形成具有承受上拔、下压、水平荷载作用的深层锚固体。螺旋锚基础施工流程主要包括放线定位、导向桩上机、角度校准、旋入导向桩、延长桩上机、接驳延长桩、旋入延长桩、承台施工等步骤。螺旋锚基础利用常规挖掘机机械设备配套的液压动力装置,实现了锚杆的旋拧施工,施工高效环保,冬季也可以施工,满足了机械化施工、全天候作业的电网建设发展要求。
 
  螺旋锚基础包括单锚和群锚两种,根据承受杆塔荷载的不同,上部承台可以是混凝土刚性台阶式、短桩、钢制承台等结构型式。锚杆根据需要可采用直锚或斜锚两种布置方式。
 
  当基础作用力较大或场地土为季节性冻土时,螺旋锚上部承台一般采用钢筋混凝土柱板结构型式,下部锚杆采用直锚或斜锚布置,有利于发挥钢筋混凝土结构承台的抵抗横向水平力作用,同时方便多根螺旋锚布置。当基础作用力较小时,上部承台通常采用钢结构型式,下部锚杆采用斜锚布置。上部钢制承台与底部锚杆用螺栓或焊接方式连接,实现“零混凝土浇筑、零开挖、零弃料、零养护期”机械化施工作业。
 
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  逐步推广,在高海拔沼泽地成功应用
 
  从20世纪50年代开始,螺旋锚施工技术逐渐发展为工程中的实用技术。近30年来,螺旋锚基础已在美国、加拿大、澳大利亚等国的输电线路工程中大量应用。在我国,2000年以来,辽宁丹东66千伏新石线、220千伏电曙线等6条架空输电线路工程中试点应用了200余基螺旋锚基础。河南500千伏祥符—庄周输电线路工程和山东淄博220千伏吴磨—朱台牵引站输电线路工程中也试点应用了螺旋锚基础。
 
  为进一步推广螺旋锚基础,2018年以来,国家电网有限公司推进螺旋锚基础等环保型基础在工程中的扩大应用,在山东的两项220千伏线路工程、1000千伏驻马店特高压变电站500千伏送出工程及阿里联网工程中开展了螺旋锚基础的工程示范应用。
 
  阿里联网工程途经高原沼泽地区,地下水位较浅,生态敏感脆弱,高海拔缺氧导致现场施工降效严重。螺旋锚基础可以实现全过程机械化施工作业,有效降低现场人工作业难度,减少混凝土使用量和土石方开挖回填量,环保性好,比较适宜高海拔沼泽地区的软土地质条件。
 
  此前,为了验证螺旋锚基础的适用性,中国电力科学研究院有限公司在西藏日喀则市和那曲市海拔4500米以上的沼泽地开展了螺旋锚基础原位试验。试验结果表明螺旋锚基础承载性能良好,可在高海拔碎石土中推广应用。螺旋锚基础在阿里联网工程的500千伏、220千伏线路中分别试点应用了2基,缩短了基础施工周期,确保了工程顺利推进,为后续在高海拔沼泽地推广应用此种基础型式积累了实践经验。
 
  让螺旋锚基础下得去、立得稳、站得久
 
  按照“工业化定位、标准化建设、机械化施工”的电网可持续发展要求,在满足承载力和耐久性要求的前提下,螺旋锚基础推广应用应以本体造价最少为目标,做到安全可靠、环境友好、技术先进和资源节约。工程技术人员要想让螺旋锚基础下得去、立得稳、站得久,必须做好螺旋锚基础勘测、设计、施工和质量评价相关工作。
 
  在螺旋锚基础施工过程中,如果遇到粒径较大的碎石或孤石,有可能旋不进去,导致施工受阻。这对勘察工作的精细化程度提出了更高要求。针对螺旋锚基础,宜按照“一基一勘,逐腿提资”的岩土工程勘察原则,适当提高勘探方法中钻探的比例,摸清塔位各腿地基的岩土类别及其分布特征,并评价场地水土对钢结构的腐蚀等级和不良影响。
 
  螺旋锚基础设计应根据地质勘查资料选择适宜的锚盘持力层,最大限度发挥锚盘的承载性能,并合理确定锚杆和锚叶的尺寸,进行不同结构型式的技术经济性论证。螺旋锚属于钢结构,结构腐蚀是影响其耐久性的关键。工程技术人员必须做好抗腐蚀措施,包括涂覆防腐蚀涂层、预留腐蚀裕量等。
 
  目前,比较常见的输电线路螺旋锚安装设备是以挖掘机作为移动作业平台,通过配套液压动力装置(又称动力头)来实现螺旋锚的旋拧机械化施工。不同深度与直径的螺旋锚所需安装扭矩和旋转速度都有一定的取值范围,需根据螺旋锚基础的施工扭矩大小选择适宜的挖掘机和螺旋钻驱动器型号。
 
  螺旋锚基础推广应用前景广阔。设计标准化和施工信息化是螺旋锚基础的未来发展方向。设计标准化即针对不同的基础作用力和典型地质条件,开展螺旋锚基础的通用设计,实现螺旋锚构件产品系列化,并开发配套的螺旋锚基础设计软件,实现设计标准化。螺旋锚旋拧施工过程中,通过加装扭矩、锚杆倾斜角度等监测装置,可实现螺旋锚旋拧施工扭矩的动态监控和锚杆施工精度的精准控制,实时反馈螺旋锚基础施工质量并评估施工后的承载力与设计方案的吻合程度,做到施工质量心中有数,实现施工信息化。满银  (作者单位:中国电力科学研究院有限公司)  来源:国家电网报
 
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