摘 要：輕便電動麻花鉆為我公司電力巖土工程科技項目, 研發和實驗階段已經完成, 并獲得實用新型專利授權 (授權號:ZL201320494492.5) 。目前在工程中的廣泛應用, 彰顯了該設備的巨大優越性。本文介紹了輕便電動小麻花鉆的結構、適用范圍, 并通過數個工程的實踐對比, 闡述并證明了該新型設備在電力巖土工程中具有的重大優越性。
關鍵詞：輕便高效; 電動動力; 麻花鉆; 電力巖土工程；巖土工程技術期刊論文
1 輕便電動麻花鉆的研發
1.1 研發背景
人工麻花鉆是輸變電工程巖土勘察常用設備之一。輸電工程中, 人工麻花鉆常用來探察桿塔基礎埋深及下臥層范圍內的土體強度情況, 以確定桿塔天然基礎的適用性;變電工程中, 人工麻花鉆常用來探察變電站站址范圍內暗溝暗塘的分布、范圍和深度情況, 以確定建 (構) 筑物的基礎排布及型式。人工麻花鉆有其不足之處: (1) 適用范圍有局限性:對全風化層及局部含碎石層不適用, 故無法應用于山區工程; (2) 效率較低, 每個麻花鉆孔約耗時1個多小時, 無法滿足工程進度要求; (3) 整體質量較大, 一般為30~40 kg, 長距離搬運困難; (4) 人力需求較大, 需要3~4人一起操作。
1.2 研發過程
為了彌補上述人工麻花鉆的不足, 我公司研發輕便電動麻花鉆。輕便電動小麻花鉆是由電源、夾頭、鉆桿、鉆頭、取土器等組成, 動力部分、鉆桿部分、鉆頭部分以及取土器部分構成, 見圖1~圖3, 實物圖見圖4。該輕便電動麻花鉆整體質量約6~8 kg。
(1) 將帶有鉆桿的鉆頭用動力部分的自鎖式夾頭夾持, 手持動力部分, 將鉆頭鉆入被測試土中至被測試深度, 動力部分轉速可調, 當測試深度大于鉆桿及鉆頭總長時, 可以繼續接鉆桿至測試深度。(2) 提起動力設備及鉆桿鉆頭, 將取土器部分下入至測試深度, 可采用靜力壓入及動力貫入的方法取得測試位置的原狀土樣。當測試深度大于取土器時, 可以繼續接鉆桿至測試深度。(3) 提出鉆桿及取土器, 可通過取土觀察窗觀測被測試土樣, 還可通過螺絲刀通過取土觀察窗向下搗出土樣, 進一步辨別, 同時用該方法清理取土器內殘余的土, 以便于下一次取土。(4) 繼續重復步驟1至下一個測試深度直至該點位勘探完畢。
1.4 效果對比
對比目前電力架空線路巖土工程勘察常用的人工小麻花鉆, 輕便電動小麻花鉆的適用范圍、工作速度、人力需求、整體質量都有明顯的改善, 其對比見表1。由表1可見, 輕便電動小麻花鉆在各個方面指標均優于人工小麻花鉆, 根據目前的使用情況, 尤其在山區線路以及地層變化復雜地區, 需要大量地質判別工作的時候, 輕便電動小麻花鉆尤為方便。
表1 輕便電動小麻花鉆與人工小麻花鉆對比
我公司將試制樣品用于實際工況校驗, 分別在軟土地區、粘性土地區、砂土地區、碎石土地區以及巖石地區做校驗。
3 實際工程應用情況
3.1 山區架空線路工程
山區架空線路的外業工作一般需要行走的距離長, 爬山不適合重型設備搬運, 尤其是在荊棘密灌區。在以往的作業中, 均是以人工小麻花鉆及洛陽鏟為主, 需要4名工人搬運及工作。在徽州-雄路、潛口-寧國π入吳川變220 k V輸電線路工程中, 線路所經地段地貌單元主要為皖南丘陵低山, 微地貌以丘陵、崗地為主。沿線地面標高在124.0~195.0 m左右, 地形起伏較大。地層主要為坡積土、可塑~硬塑狀態的粉質粘土、稍密狀態的碎石土以及全風化~強風化的侏羅系泥質砂巖為主。
巖土工程外業工作的重點是調查清楚在山坡、山脊、山頂上的覆蓋層厚度, 下伏基巖風化程度。在山溝、沖溝里軟土厚度及下伏地層情況。山林密灌叢生, 由電氣、測量、結構、巖土等專業構成的工作小組采用一次定位的方法, 避免二次爬山, 以提高工作效率。以往經驗巖土專業需要臨時用工4名, 背負沉重的人工麻花鉆、洛陽鏟, 效率低下。本次采用輕便電動小麻花鉆后, 僅需1人, 山上作業方便快捷得多, 根據地形完全可以達到逐腿勘測, 1.0~2.0 m的坡積土覆蓋層的鉆進不超過3分鐘, 泥質砂巖的判別可根據區域地質及現場綜合判定, 大大提高了工作速度和效率。同樣在徐橋風電場~石牌110 k V線路工程, 琴溪~涇縣牽引站220 k V線路工程等眾多山區線路中都發揮了重要的作用。
3.2 變電站暗溝暗塘的摸排及邊界劃分
變電站內建 (構) 筑物零散分布, 形式多樣, 多設計為獨立基礎, 且根據建 (構) 筑物功能性質不同, 設計大小埋深不盡相同。站址內存在的暗溝暗塘對基礎影響很大, 通常用人工麻花鉆摸排, 費時費力, 而采用電動輕便小麻花鉆, 效率提高數倍乃至十數倍。安徽黃山吳川220 k V變電站, 站址絕大部分位于低山丘陵上, 原始地面標高為127.10~149.80 m (1956年黃海高程系) , 場地內有天然小塘2個, 西北側有溢水道一條, 西南側僅小部分位于山間沖積平原內。
場地內位于低山丘陵部分巖性基本為數十公分坡積土, 下伏侏羅系強風化~中風化泥質砂巖。施工圖階段發現生產綜合室基礎一半落在山間沖積平原內, 根據靜力觸探資料顯示, 沖積平原內由耕土、可塑~硬塑偏硬粉質粘土、稍密的粉土、泥質砂巖構成, 泥質砂巖埋深5 m左右, 為了清晰的反映生產綜合室下每個基礎的地層變化情況, 在沿山腳垂直方向布置較多小麻花鉆孔, 人工麻花鉆和電動小麻花鉆同時進行, 在不到半個小時的時間里, 人工麻花鉆由4人完成摸排孔2個, 輕便電動小麻花鉆由1人完成摸排孔15個, 除去地形及終孔深淺因素, 輕便電動小麻花鉆的效率也大大高于人工麻花鉆。同時, 輕便電動小麻花鉆在本工程探測塘內塘水深度、塘底淤泥厚度, 由于在一定情況下可以不提鉆, 探測塘底地層也有重要作用。
3.3 基坑驗槽、井下驗槽及回填土夯實度初判
輕便電動小麻花鉆對基坑坑底損害較小, 鉆深很快, 配合小釬探, 可以對基坑多點不同深度進行驗證。同樣適用于回填土夯實度初判, 便于施工單位實時動態的掌握填土的夯實情況。合肥大興110 k V線路中, 采用人工挖孔灌注樁基礎, 樁長18 m, 樁徑1.8 m, 自-4 m至-18 m均為硬塑狀態粘土, 一磚砌體支護, 但施工至-12 m時, 發現下部有軟土, 砌體支護不能正常進行, 上部砌體也有松垮的危險。井深較深, 空間狹小, 現有技術手段無法判斷軟弱層的具體情況, 就不能給結構專業提供數據提出新的施工方案。如果全盤否定, 無論業主還是施工方均有巨大損失。采用輕便電動小麻花鉆, 帶2 m鉆桿, 整體質量4 kg, 由一人下井操作, 僅僅10分鐘, 探明軟弱層厚度為0.7 m, 下伏仍為硬塑狀態粘土。最終采用鋼桶護壁順利完成成孔, 這是輕便電動小麻花鉆的創新應用。
3.4 其他創新應用
在輕便電動小麻花鉆測試兩年以來, 在多個場合開發了新的應用。在合肥北部線路改造時, 老線基礎形式有2種, 如果采用基礎形式A, 新塔必須廢除原基礎。如果老塔采用基礎形式B, 則經過結構專業驗算, 新塔可以直接利用原基礎, 故需要探明老線基礎形式, A、B兩種基礎形式的區別在于獨立基礎臺階第一階的埋深和尺寸, 以及整個基礎底板尺寸和埋深。故只要探明第一階的埋深和尺寸就可以確定是哪一種基礎形式。利用輕便電動小麻花鉆, 在第一階基礎內鉆至基礎表面, 測量鉆桿長度, 方便得出基礎臺階第一階的埋深, 通過多布置點位, 得出基礎臺階第一階的尺寸, 從而確定了老線基礎形式, 整個確定過程僅僅20分鐘, 給結構專業準確的數據, 節約大量時間和人力成本, 避免了工程浪費。
3.5 預期拓展
通過輕便電動小麻花鉆在電力架空線路及變電站的表現, 該系統同樣適用于地下電纜、地下管線工程的勘察, 工民建建筑的輔助勘察。由于輕便電動小麻花鉆的輕便, 不僅適用于垂直鉆孔, 水平、傾斜孔同樣適用, 故可用于垂直剖面、斜剖面的淺層勘察。
4 效益對比
4.1 設備對比
分析新舊兩種手段我們可以做一個對比見圖5。
4.2 經濟效益對比
以一個百公里典型線路為例, 設定老設備為一組4位勞務用工, 1名巖土專業人員, 投入2組;新設備為一組1位勞務用工, 1名巖土專業人員, 投入2組。
經測算, 每百公里線路巖土外業費用節省9.72萬元。以我公司年業務量1000余公里輸電線路計算, 年平均節約費用超過100萬元。輕便電動麻花鉆的先進性得到了充分的驗證。如果能在電力行業內普遍推廣, 能產生可觀的經濟效益。
5 總結
從兩年多試驗的結果來看, 通過數十個變電站工程, 數百公里的線路工程實踐, 輕便電動小麻花鉆效率高, 判斷準確, 機動靈活, 既然可以做為線路的主要勘察手段, 也可以作為靜力觸探、鉆探的輔助勘察手段, 將是電力巖土勘察的新亮點。
參考文獻
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