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(fā)和實驗階段已經(jīng)完成, 并獲得實用新型專利授權(quán) (授權(quán)號:ZL201320494492.5) 。目前在工程中的廣泛應(yīng)用, 彰顯了該設(shè)備的巨大優(yōu)越性。本文介紹了輕便電動小麻花鉆的結(jié)構(gòu)、適用范圍, 并通過數(shù)個工程的實踐對比, 闡述并證明了該新型設(shè)備在電力巖土工程中具有的重大優(yōu)越性。

　　關(guān)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(shù)期刊論文

　　1 輕便電動麻花鉆的研發(fā)

　　1.1 研發(fā)背景

　　人工麻花鉆是輸變電工程巖土勘察常用設(shè)備之一。輸電工程中, 人工麻花鉆常用來探察桿塔基礎(chǔ)埋深及下臥層范圍內(nèi)的土體強度情況, 以確定桿塔天然基礎(chǔ)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(nèi)暗溝暗塘的分布、范圍和深度情況, 以確定建 (構(gòu)) 筑物的基礎(chǔ)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(fēng)化層及局部含碎石層不適用, 故無法應(yīng)用于山區(qū)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(zhì)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(fā)過程

　　為了彌補上述人工麻花鉆的不足, 我公司研發(fā)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(gòu)成, 見圖1~圖3, 實物圖見圖4。該輕便電動麻花鉆整體質(zhì)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(zhuǎn)速可調(diào), 當(dāng)測試深度大于鉆桿及鉆頭總長時, 可以繼續(xù)接鉆桿至測試深度。(2) 提起動力設(shè)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(dāng)測試深度大于取土器時, 可以繼續(xù)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?lián)v出土樣, 進一步辨別, 同時用該方法清理取土器內(nèi)殘余的土, 以便于下一次取土。(4) 繼續(xù)重復(fù)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(zhì)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(biāo)均優(yōu)于人工小麻花鉆, 根據(jù)目前的使用情況, 尤其在山區(qū)線路以及地層變化復(fù)雜地區(qū), 需要大量地質(zhì)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(qū)、粘性土地區(qū)、砂土地區(qū)、碎石土地區(qū)以及巖石地區(qū)做校驗。

　　3 實際工程應(yīng)用情況

　　3.1 山區(qū)架空線路工程

　　山區(qū)架空線路的外業(yè)工作一般需要行走的距離長, 爬山不適合重型設(shè)備搬運, 尤其是在荊棘密灌區(qū)。在以往的作業(yè)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?yún)谴ㄗ?20 k V輸電線路工程中, 線路所經(jīng)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(biāo)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(tài)的粉質(zhì)粘土、稍密狀態(tài)的碎石土以及全風(fēng)化~強風(fēng)化的侏羅系泥質(zhì)砂巖為主。

　　巖土工程外業(yè)工作的重點是調(diào)查清楚在山坡、山脊、山頂上的覆蓋層厚度, 下伏基巖風(fēng)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(jié)構(gòu)、巖土等專業(yè)構(gòu)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(jīng)驗巖土專業(yè)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(yè)方便快捷得多, 根據(jù)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(zhì)砂巖的判別可根據(jù)區(qū)域地質(zhì)及現(xiàn)場綜合判定, 大大提高了工作速度和效率。同樣在徐橋風(fēng)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(qū)線路中都發(fā)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(nèi)建 (構(gòu)) 筑物零散分布, 形式多樣, 多設(shè)計為獨立基礎(chǔ), 且根據(jù)建 (構(gòu)) 筑物功能性質(zhì)不同, 設(shè)計大小埋深不盡相同。站址內(nèi)存在的暗溝暗塘對基礎(chǔ)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(shù)倍乃至十?dāng)?shù)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(biāo)高為127.10~149.80 m (1956年黃海高程系) , 場地內(nèi)有天然小塘2個, 西北側(cè)有溢水道一條, 西南側(cè)僅小部分位于山間沖積平原內(nèi)。

　　場地內(nèi)位于低山丘陵部分巖性基本為數(shù)十公分坡積土, 下伏侏羅系強風(fēng)化~中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。施工圖階段發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)綜合室基礎(chǔ)一半落在山間沖積平原內(nèi), 根據(jù)靜力觸探資料顯示, 沖積平原內(nèi)由耕土、可塑~硬塑偏硬粉質(zhì)粘土、稍密的粉土、泥質(zhì)砂巖構(gòu)成, 泥質(zhì)砂巖埋深5 m左右, 為了清晰的反映生產(chǎn)綜合室下每個基礎(chǔ)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(nèi)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(tài)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(chǔ), 樁長18 m, 樁徑1.8 m, 自-4 m至-18 m均為硬塑狀態(tài)粘土, 一磚砌體支護, 但施工至-12 m時, 發(fā)現(xiàn)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(xiàn)有技術(shù)手段無法判斷軟弱層的具體情況, 就不能給結(jié)構(gòu)專業(yè)提供數(shù)據(jù)提出新的施工方案。如果全盤否定, 無論業(yè)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(zhì)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(tài)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(chuàng)新應(yīng)用。

　　3.4 其他創(chuàng)新應(yīng)用

　　在輕便電動小麻花鉆測試兩年以來, 在多個場合開發(fā)了新的應(yīng)用。在合肥北部線路改造時, 老線基礎(chǔ)形式有2種, 如果采用基礎(chǔ)形式A, 新塔必須廢除原基礎(chǔ)。如果老塔采用基礎(chǔ)形式B, 則經(jīng)過結(jié)構(gòu)專業(yè)驗算, 新塔可以直接利用原基礎(chǔ), 故需要探明老線基礎(chǔ)形式, A、B兩種基礎(chǔ)形式的區(qū)別在于獨立基礎(chǔ)臺階第一階的埋深和尺寸, 以及整個基礎(chǔ)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(chǔ)形式。利用輕便電動小麻花鉆, 在第一階基礎(chǔ)內(nèi)鉆至基礎(chǔ)表面, 測量鉆桿長度, 方便得出基礎(chǔ)臺階第一階的埋深, 通過多布置點位, 得出基礎(chǔ)臺階第一階的尺寸, 從而確定了老線基礎(chǔ)形式, 整個確定過程僅僅20分鐘, 給結(jié)構(gòu)專業(yè)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù), 節(jié)約大量時間和人力成本, 避免了工程浪費。

　　3.5 預(yù)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(xiàn), 該系統(tǒng)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(shè)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(jīng)濟效益對比

　　以一個百公里典型線路為例, 設(shè)定老設(shè)備為一組4位勞務(wù)用工, 1名巖土專業(yè)人員, 投入2組;新設(shè)備為一組1位勞務(wù)用工, 1名巖土專業(yè)人員, 投入2組。

　　經(jīng)測算, 每百公里線路巖土外業(yè)費用節(jié)省9.72萬元。以我公司年業(yè)務(wù)量1000余公里輸電線路計算, 年平均節(jié)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(yè)內(nèi)普遍推廣, 能產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益。

　　5 總結(jié)

　　從兩年多試驗的結(jié)果來看, 通過數(shù)十個變電站工程, 數(shù)百公里的線路工程實踐, 輕便電動小麻花鉆效率高, 判斷準(zhǔn)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

　　[1]劉瑞, 程鑫.輕便電動麻花鉆科技驗收成果報告[R].合肥:安徽工程勘察協(xié)會電力專委會, 2014.[2]劉瑞.一種電動取土鉆:中國, ZL201320494492.5[P].2014-04-09.[3]常士驃, 等.工程地質(zhì)手冊 (第四版) [K].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2007.