永冻土层的灌注桩施工方法 【技术领域】
本发明涉及输电线路建设领域，尤其是输电塔基础的施工。
背景技术
随着输电工程的发展，输电线路逐渐向高海拔多年冻土区延伸。
多年冻土一般指冻结状态在2年及2年以上的冻土(岩)，其地表被稀少的植被所覆盖，天然上限基本上是砂质板岩、千枚岩及泥岩片石及盐渍土等地层，因受常年的冻胀风化作用，地层变的非常的破碎、松散，但又是非常好的隔热层，一旦冻土天然上限被破坏，多年冻土也就容易造成破坏。
常见容易造成冻土破坏的因素有：(1)在原地面上开挖；(2)破坏原有植被；(3)重型机械设备的碾压；(4)其他人为的活动。
在冻土地段进行灌注桩施工，一般存在以下特点：
(1)孔的上部地层容易松散、易出现塌孔，甚至大面积的坍塌；
(2)开挖过程中产生的热量使孔壁冻土融化，使孔内热平衡受到破坏，易造成孔内滑塌，出现严重的扩孔现象；
(3)施工中要求快速成孔和快速灌注，给施工带来较大困难。
目前对于在高海拔多年冻土区进行混凝土灌注桩作业还没有完善的方法。
【发明内容】
本发明的目的为提供一种适于在多年冻土区灌注桩施工的方法，该方法应该简单、方便、易于实施。
实现上述目的的技术方案如下：
永冻土层的灌注桩施工方法，包括以下施工步骤
(1)桩孔在自然状态下用热平衡方式开挖，快速成孔；
(2)灌注防塌孔护壁；
(3)在桩孔内绑扎并与护壁面平行安装钢筋笼；
(4)连续分层灌注混凝土。
自然状态下用热平衡方式开挖桩孔为在原地面上维持原有植被和地质状态用人工快速挖桩孔，孔深大于季节融化层下2米。
灌注防塌孔护壁为在无坍塌、无扩肚、无缩径的桩孔中在孔壁周围与模板外侧之间迅速灌注混凝土护壁。
上述灌注用的混凝土的重量比配方为：水泥1份、水0.40-0.45份、砂1.95-2.00份、碎石2.95-3.00份、外加剂FD-1 0.048-0.050、NF-1 0.0025-0.0030。
混凝土灌注桩孔灌注到埋设地脚螺栓和测温元件设计位置时，分别埋设地脚螺栓和测温元件，地脚螺栓和测温元件与混凝土有良好的接触。测温元件主要是测量混凝土周围的土体温度与测温基准孔相同位置的土体进行温度对比，用来判断土壤回冻状态。
上述技术方案为保护冻土，尽量缩小施工影响范围，减少原有植被的破坏，尽可能减少开挖施工便道和其他人为活动的破坏作用。为保证多年冻土层孔桩施工，只有保持孔内的热平衡，避免对地层的热扰动，防止冻土融化而塌孔，才能达到快速有效的施工效果。
上述技术方案的施工流程如下：
1、施工准备，根据施工图测量放线、布置桩位；
2、确定孔位中心点后用人工快速挖孔，孔深达到季节融化层下2米以下；
3、灌注防塌孔护壁，支好模板后在模板外侧灌注混凝土，构成外齿或混凝土护壁；
4、混凝土护壁的养护，利用混凝土拌合物积蓄的热量和水泥水化热量，并用保温材料覆盖，使混凝土在自然温度不低于-15℃进行低正温养护；
5、钢筋笼制作安装，钢筋笼安装要与孔壁平行；
6、配制符合等级强度为C25的灌注混凝土；
7、混凝土快速连续分层灌注入桩孔内；
8、分别埋设地脚螺栓和测温元件，然后再灌注混凝土。
9、混凝土桩的养护，通过测温元件监测凝结固化过程中放出的热量对基坑土壤产生的热扰动影响，根据实际情况及时采取保温或降温措施，或采取遮阳措施，避免施工对桩孔周围冻土产生热扰动，当混凝土达到设计强度时，基坑内土壤达到回冻状态。
本发明具有以下有益效果：(1)能适应工地现实状况，方法简单、施工方便、易于实施；(2)施工快速、工序间隙短、避免了热扰动，保证了冻土层的稳定，达到了优良的冻土层灌注桩质量；(3)体现了工程的高效率。
【附图说明】
图1为本发明永冻土层灌注桩施工流程框图
【具体实施方式】
现以下列实施例对本发明作进一步阐述。
新疆皇宫220千伏变电所至吉林台水电站输电线路工程(简称皇吉线)，是吉林台水电站一期配套输出工程。全线长约96公里，是全疆首条横跨北天山高海拔地区的220千伏高电压送电线路。路径大致沿南北方向横跨北天山，以北天山科古琴山山脊为分水岭，穿越精河和喀什河两大流域，全线地势以可克库尔达板为中心和最高点向南北两翼倾斜。可克库尔达板海拔高度3500米，山脊附近终年积雪，发育有小型现代冰川和冰蚀地貌。全线地形起伏较大，为中间高、两端低。本工程170#-172#、187#-194#塔位位于海拔2600-3200米高山寒区的可克库尔达板南北两侧的山谷中，经设计部门勘测，上述两段存在多年冻土。其中170#-172#塔位季节融化层深度为4-6米，187#季节融化层深度为11米左右，188#-194#季节融化层深度为6米左右。这些塔基的桩基采用永冻土层灌注桩施工方法进行施工。
1、测量放线：
桩位轴线采用在地面设置十字控制网，在每个孔位外延2米设置4个永久性固定桩作为延长桩，用于成孔前、成孔中及成孔后对孔位进行校核，确保孔位中心与地脚螺栓中心点重合，在安装提升设备时，注意使吊桶钢丝绳与桩孔中心线一致。
2、在自然状态下进行热平衡方式开挖
通过测量确定孔位中心点后，在原地面上维持原有植被和地质状态，采用人工分段快速开挖，一般以1.0米为一个施工段。由于冻土地区土质坚硬，应先用风镐将整体冻土击成小块，并用锤、钎配合破碎，同一段内挖土次序为先中间后周边，扩底部分采用先挖桩身圆柱体，再按扩底尺寸从上到下削土修成设计扩底形状，孔内弃土垂直运出孔外。堆土应远离孔口5.0米以外，以避免对孔壁稳定造成影响。要充分考虑施工场地的大小，如果场地能满足同时吊放钢筋笼、灌注混凝土，则可同时开挖，如不能满足，则按对角开挖。
3、护壁施工(砼护壁)
采用防热扰动的办法施工，护壁模板包括成型板和连接板，成型板是由折弯成不封口的异形板构成，异形板折角为135°，该异形板上口小、下口大，上口断面与下口断面平行，异形板两条角边与上口断面垂直，在该异形板两条角边内侧设置连接板，在连接板上设置与标准模板相适配的孔，由八块异形板和多块标准模板恰好组合成大小不同的棱台桶形，适用于该工程不同的桩孔护壁。在进行每段护壁施工前，要复测孔位中心点，确保孔壁垂直，无坍塌、无扩肚、无缩径，上下同心。支好模板后在模板外侧灌注混凝土，构成外齿式砼护壁。此护壁作为施工用的衬体，不但起到抗塌孔作用，而且还可以增大桩侧摩擦阻力，护壁要高出地表面20毫米左右，以防杂物滚入孔中，孔周围设置安全防护栏杆。
4、混凝土护壁的养护
由于砼护壁对保证桩基质量有非常重要的意义，砼护壁必须进行良好的养护，以保证在短期内达到拆模强度，确保孔壁不发生坍塌事故，主要采用在混凝土中掺入适量的防冻外加剂，使混凝土在自然气温不低于-20℃，混凝土冰点在-15℃以内条件下，并改善混凝土地性能，利用混凝土拌合物所积蓄的热量及水泥水化热量，用草帘、炉渣等保温材料加以覆盖，使混凝土在自然气温不低于-15℃条件下得到相当一段时间的低正温养护。
5、钢筋笼制作安装
按设计图纸在地面焊接好内、外箍筋，按设计长度加工主筋后，采用在孔内绑扎钢筋笼，钢筋笼的放置要与孔壁平行，并且进行测量、复核钢筋笼的中心点是否与孔位中心点重合，检测合格后用钢管将钢筋笼固定在正确位置。当钢筋笼不能整体吊放时，可进行分段吊放，但应注意主筋焊接接头面积百分率不应大于50％，同时注意钢筋的接头焊接时的焊渣严禁掉入孔内。
6、混凝土施工配合比
应根据工程结构和施工季节的不同通过试验确定，在实际施工前必须根据现场条件进行适配试验以确定施工配合比。
本工程采用配合比如下：
7、混凝土灌注
放置好钢筋笼后，清理孔内虚土，灌注时用手推车运输至桩孔口垂直灌注，以免冲击孔壁。混凝土下料用串桶或输料导管，连续分层灌注，每层灌注高度不得超过1.5米，且分层振捣密实，第一次灌注量以埋设扩底部位为好，在桩顶砼初凝前抹压平整，以免出现塑性收缩裂缝，表面浮浆应剔除。
8、地脚螺栓安装
地脚螺栓在地面绑扎制作，当砼灌注到一定位置后，用经纬仪配合将加工好的地脚螺栓安放在正确位置，并且固定好后在灌注混凝土，边灌注边测量地脚螺栓是否偏移，如有偏移及时纠正。
9、测量元件的埋设
使用测温元件的目的，主要是测量混凝土基础在凝结固化的过程中放出的热量对基抗土壤产生的热扰动影响，待混凝土强度达到设计强度时，其基抗内土壤必须达到回冻状态，否则影响组立铁塔的安全和稳定。所以要求测温元件在安装时必须保证传感器与基础周围的土壤接触良好，并采取一定的固定措施，并按设计要求数量进行敷设，对每根传感线进行位置标识，确保测温仪测的预定深度的温度。
五、施工注意事项
1.开挖时采取遮阳措施，尽量避免或减少施工时对桩周围冻土的热扰动；
2.终孔时应清除护壁泥污、孔壁残渣、浮土、杂物和积水，经检验合格后应迅速封底，安装钢筋笼、灌注混凝土；
3.对桩的垂直度和直径应每段检查，发现偏差及时纠正，保证位置正确；
4.考虑高原缺氧，采取必要的通风措施，风量不易少于25L/S，当桩孔开挖深度超过5米时，每天开工前应进行有毒气体的检测；
5.为防止泥浆流入草场污染周围环境，施工前做好临时排水系统，将施工中产生的泥浆集中流入沉淀池中。