螺紋樁施工技術(shù)探究

余志賢，張意，顏旭東，張璐

（重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶400015）

螺紋樁施工技術(shù)探究

余志賢，張意，顏旭東，張璐

（重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶400015）

螺紋樁施工作為一種高效性、高可靠性的施工技術(shù)，目前廣泛運(yùn)用在建筑工程領(lǐng)域。該文對(duì)螺紋樁施工和傳統(tǒng)樁施工進(jìn)行了比較，著重介紹了螺紋樁鉆機(jī)施工的工藝流程，簡(jiǎn)要闡述了質(zhì)量控制要點(diǎn)、主要問題的防治措施和施工安全注意事項(xiàng)。

螺紋樁鉆機(jī)；施工工藝；質(zhì)量控制；安全措施；擠土效應(yīng)；機(jī)械咬合

0 引言

螺紋樁鉆機(jī)是一種基礎(chǔ)工程的施工成孔機(jī)械，具有功率大、軸向壓力大、機(jī)動(dòng)靈活、施工效率高及多功能等特點(diǎn)。施工以其成孔快、質(zhì)量高、污染少等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于市政建設(shè)、公路橋梁、高層建筑等地基施工工程中。目前，隨著國家重點(diǎn)工程對(duì)樁孔質(zhì)量，施工速度及施工環(huán)保等要求的不斷提高，螺紋樁施工以其獨(dú)特的優(yōu)越性逐漸被廣大設(shè)計(jì)、建設(shè)等單位接受，并受到青睞。

螺紋樁[1]的成樁工藝是用帶有自控裝置的螺紋樁樁機(jī)特制的螺紋鉆桿鉆進(jìn),提升,灌注混凝土,進(jìn)而在土體中形成帶螺紋的樁體。螺紋樁綜合了長螺旋灌注樁和日本研制的鋼纖維混凝土全螺旋預(yù)制樁[2]的優(yōu)點(diǎn),根本排除了余土外運(yùn)，泥漿污染和處理問題,直接利用螺桿作為成孔時(shí)的護(hù)壁，避免一般機(jī)械成樁坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，有效避免混凝土澆筑過程中夾渣、縮頸、斷樁等質(zhì)量缺陷，成樁效率高。螺紋鉆頭對(duì)周圍土層擠壓成孔、中心壓灌混凝土護(hù)壁和成樁合三為一，運(yùn)用“螺絲釘比釘子更牢固”的原理，通過擠土效應(yīng)，使樁側(cè)的螺紋與樁身周圍土層產(chǎn)生緊密的“機(jī)械咬合”，滿足附加應(yīng)力變化規(guī)律，從根本上改善了基礎(chǔ)樁的承載和變形性狀，提高了在地震破壞作用下的抵抗力,在承載力要求一定、場(chǎng)地土質(zhì)相同的條件下,使用螺紋樁顯然可以減小樁長,縮小直徑,從而大大降低工程造價(jià)。螺紋樁成樁工藝除了能夠制作帶螺紋長螺旋灌注樁之外,根據(jù)樁體材料變化,還可以制作出CFG（螺紋)樁[3]、鉆孔壓漿（螺紋)樁[4]以及相應(yīng)帶螺紋樁組合的CM復(fù)合地基[5]。

螺桿樁適用于淤泥質(zhì)粘土，粉土，粘土，粉質(zhì)粘土，中細(xì)砂，粒徑小于20cm砂礫石層，強(qiáng)風(fēng)化層，橡皮泥等地層。不受地下水的限制。螺紋樁在粘性土、淤泥、淤泥質(zhì)土等地層中可以提高樁身的摩阻力[6]。因此，從螺紋樁的適用地層可以看出，在重慶地區(qū)，江邊地段以淤泥質(zhì)粘土、粉土等地層為主，地下水極其豐富，適合用螺紋樁鉆進(jìn)施工。

1 螺紋樁鉆機(jī)施工

1.1 螺紋樁鉆機(jī)施工技術(shù)特點(diǎn)分析

1.1.1 與傳統(tǒng)鉆機(jī)施工的性能比較

（1）效率高。傳統(tǒng)鉆機(jī)的移動(dòng)方式為牽引平臺(tái)、滑撬、液壓步履等，移動(dòng)速度慢或要依賴其它輔助機(jī)械。

（2）準(zhǔn)確性高。螺紋樁機(jī)采用電腦控制，自身調(diào)整各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，保證鉆機(jī)的孔位、垂直度、孔徑、孔深等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)全部達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

1.1.2 與傳統(tǒng)鉆機(jī)的施工工藝比較

（1）環(huán)境污染小。螺紋樁施工噪音低、無振動(dòng)，對(duì)已施工的樁無影響等；采用螺紋鉆頭對(duì)周圍土層擠壓成孔、中心壓灌混凝土護(hù)壁和成樁合三為一，根本排除了余土外運(yùn)、泥漿污染和處理問題，定位方便，不排漿，無環(huán)境污染。

（2）成樁效率高。螺紋樁鉆機(jī)比傳統(tǒng)鉆機(jī)的適應(yīng)性更廣泛，在軟土地層傳統(tǒng)鉆機(jī)行走受到限制，螺紋樁鉆機(jī)對(duì)于不同土質(zhì)有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

（3）可有效提高樁基的承載力。螺紋樁樁身上大下小的特點(diǎn)，通過擠土效應(yīng)，使樁側(cè)的螺紋與樁身周圍土層產(chǎn)生緊密的“機(jī)械咬合”，提高了在地震破壞作用下的抵抗力。

1.2 螺紋樁施工工藝

1.2.1 螺紋樁成樁過程（圖1）

第一步：鉆桿正向非同步技術(shù)鉆進(jìn)至直桿段設(shè)計(jì)深度；鉆桿正向旋轉(zhuǎn)同步技術(shù)鉆進(jìn)至樁底，形成樁的螺紋段。

圖1 螺紋樁成樁過程示意圖

第二步：采用反向同步技術(shù)提鉆至螺紋段設(shè)計(jì)標(biāo)高，在提鉆同時(shí)泵機(jī)利用鉆桿作為通道，保持額定泵壓和泵速在高壓狀態(tài)下使混凝土形成下部螺紋狀樁體。

第三步：鉆桿再次正向旋轉(zhuǎn)或直接提升產(chǎn)生圓柱空間，形成非螺紋樁體。

第四步：混凝土澆筑完畢，采用后置方式將鋼筋籠沉入樁身混凝土中，形成螺紋樁。

1.2.2 施工過程的測(cè)量控制

測(cè)量放樣人員應(yīng)具有相應(yīng)的執(zhí)業(yè)資格。按“從整體到局部的原則”進(jìn)行樁基的位置放樣，也就是先將建筑物的中軸線放出，然后再標(biāo)定樁基承臺(tái)和樁孔位置。

1.2.3 鉆進(jìn)成孔

螺紋樁機(jī)就位后必須調(diào)直、調(diào)平并穩(wěn)固，確保成孔垂直度。樁位偏差小于50mm，垂直度允許偏差不大于1%，在鉆機(jī)對(duì)正樁位下鉆前必須進(jìn)行樁位復(fù)核，保證樁基的垂直度和樁位的準(zhǔn)確度。

確認(rèn)樁位無誤后啟動(dòng)樁機(jī)，鉆孔開始時(shí)關(guān)閉鉆頭閥門，在鉆孔過程中采用先慢后快，其目的是減少鉆桿搖晃，下鉆過程中保持勻速下鉆，樁機(jī)自控系統(tǒng)嚴(yán)格控制鉆桿下降速度和旋轉(zhuǎn)速度，使二者匹配。要求鉆桿旋轉(zhuǎn)一圈，同時(shí)下降一個(gè)螺距，在土體中形成螺紋，當(dāng)鉆至預(yù)定的設(shè)計(jì)深度后停鉆，樁孔形成。施工在螺紋段時(shí)，鉆機(jī)下鉆速度、提鉆速度應(yīng)分別和旋轉(zhuǎn)速度同步，保證螺紋的完整性。

1.2.4 螺紋樁混凝土灌注

成孔后，用混凝土泵將混凝土拌合物通過高壓管輸送到鉆桿內(nèi)并壓到鉆頭，開啟鉆頭閥門，持續(xù)泵送混凝土。此時(shí)，樁機(jī)反向旋轉(zhuǎn)提升螺紋鉆桿，提鉆過程中樁機(jī)自控系統(tǒng)嚴(yán)格控制鉆桿提升速度和旋轉(zhuǎn)速度保持同步和匹配，要求螺桿鉆桿旋轉(zhuǎn)一圈鉆桿上升一個(gè)螺距，鉆桿上升一個(gè)螺距，混凝土不斷填充空間，螺紋樁身形成。當(dāng)鉆桿提到螺紋部分頂面的設(shè)計(jì)高度時(shí)，螺桿鉆桿再次正旋轉(zhuǎn)或直接提升所產(chǎn)生的帶圓柱空間，直至設(shè)計(jì)頂高，即形成“上部為圓柱，下部為螺紋”的螺紋樁。

提鉆過程中應(yīng)嚴(yán)格控制鉆桿提升速度和旋轉(zhuǎn)速度，直至澆筑到樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高500mm以上。

混凝土的澆筑必須保證提鉆速度和混凝土泵送量相匹配，按水下混凝土的澆筑方式進(jìn)行澆筑，充盈系數(shù)應(yīng)大于1，保證混凝土的成型質(zhì)量。

混凝土拌合物擴(kuò)展度應(yīng)大于500mm，坍落度應(yīng)控制在160～220mm，不得離析或泌水。

每根螺紋樁的混凝土應(yīng)連續(xù)澆筑，并一次性澆筑完成，如遇特殊情況不能連續(xù)澆筑，必須重新鉆孔、重新澆筑混凝土。

螺紋樁混凝土細(xì)骨料宜采用中砂，粗骨料采用連續(xù)級(jí)配，最大公稱直徑不應(yīng)大于20mm。

混凝土試件留置每樁必須不少于2組。

1.2.5 安置鋼筋籠

在鉆孔完成前，將鋼筋籠運(yùn)至樁機(jī)附近，并將一端連接振動(dòng)裝置的振動(dòng)桿穿入鋼筋籠的內(nèi)腔，鋼筋籠與振動(dòng)桿采用鋼絲繩柔性連接。而振動(dòng)裝置與振動(dòng)管采用插銷式連接。振動(dòng)桿的頭部與鋼筋籠的錐形部位盡量抵緊。

在澆筑混凝土的同時(shí)提升鋼筋籠，使鋼筋籠的錐形底部略高于混凝土頂標(biāo)高即可，將提升起來的鋼筋籠對(duì)正樁芯，然后利用振動(dòng)桿和振動(dòng)設(shè)備的自重將鋼筋籠垂直插入已經(jīng)澆筑完成的混凝土中，待鋼筋籠下至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，開動(dòng)振動(dòng)裝置，邊提升振動(dòng)桿邊振動(dòng)，使樁芯混凝土密實(shí)，如圖2。

圖2 安置鋼筋籠

1.3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）設(shè)備及工藝：該工藝的特點(diǎn)就在于樁身帶有螺紋，為使樁身形成較為理想的螺紋，在下鉆提鉆過程中必須嚴(yán)格控制。

（2）樁位及施工順序：以成樁方法的分類來講，此樁型屬擠土樁，施工過程中應(yīng)充分考慮對(duì)未施工樁位及已施工樁的影響。

（3）樁機(jī)就位：樁機(jī)就位時(shí)鉆頭中心對(duì)準(zhǔn)樁位點(diǎn)，樁機(jī)底座支放水平，樁機(jī)立桿及鉆具垂直。

（4）制備壓灌混凝土：制備和壓灌混凝土是成樁施工的關(guān)鍵，施工前應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)，混凝土制作嚴(yán)格按照配合比執(zhí)行。

（5）鋼筋籠制作及下插：由于該工藝樁身形狀的特殊性，相對(duì)于傳統(tǒng)的灌注樁鋼筋籠外徑較小，制作時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制外徑尺寸及鋼筋籠的直度[7]。

2 常見問題防治措施

2.1 斷樁、夾層

保持混凝土灌注的連續(xù)性，可以采取加大混凝土泵量。

嚴(yán)格控制提速，確保中心鉆桿內(nèi)有0.1m3以上的混凝土，如灌注過程中因意外原因造成灌注停滯時(shí)間大于混凝土的初凝時(shí)間時(shí)，應(yīng)重新成孔灌樁。

2.2 鋼筋籠無法沉入

改善混凝土配合比，保證粗骨料的級(jí)配和粒徑滿足要求。

選擇合適的外加劑，并保證混凝土灌注量達(dá)到要求。

2.3 鋼筋籠上浮

在相鄰樁間距太近時(shí)進(jìn)行跳打，保證混凝土不串孔，只要樁初凝后鋼筋籠一般不會(huì)再上浮。

控制好相鄰樁的施工時(shí)間間隔。

2.4 樁底不能入巖

鉆頭一定用錐型，避免二翼、三翼等端部平的鉆頭，切削韌要用大塊。

鉆桿螺距至少250mm，防止鉆頭部位擠土而發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

鉆頭加水冷卻。

對(duì)巖石硬度大或很破碎的地層可以用大口徑潛孔錘鉆入后再用螺紋鉆復(fù)孔。

3 施工安全保障措施

（1）施工前，必須妥善考慮分析現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件和周圍環(huán)境的影響。

（2）施工中實(shí)行掛牌作業(yè)。

（3）圍護(hù)工程必須按照有關(guān)規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和要求施工。

（4）進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)施工人員一律身穿統(tǒng)一勞動(dòng)服裝、配戴胸牌和戴安全帽。

（5）規(guī)劃行車路線，使便道與鉆孔位置保持一定的距離。

（6）明確各類管線的位置，對(duì)需遷移和保護(hù)的各種管線予以明確,發(fā)現(xiàn)問題隨時(shí)進(jìn)行處理。

（7）螺紋樁施工應(yīng)制定安全作業(yè)方案。

4 小結(jié)

（1）在施工效率方面，螺紋樁的時(shí)效高，成樁速度快，但隨著孔深增大、巖石強(qiáng)度增大施工效率降低。

（2）在施工質(zhì)量方面，螺紋樁樁芯混凝土通過鉆桿中心從鉆頭活門直接泵送壓入樁底，樁端無虛土，避免一般機(jī)械成樁清底不干凈的質(zhì)量缺陷。

（3）在適用孔深方面，從安全性及技術(shù)優(yōu)勢(shì)方面考慮，目前螺紋樁機(jī)鉆進(jìn)適宜在10～30m的孔深范圍內(nèi)應(yīng)用。

（4）在適用孔徑方面，螺紋樁適用的孔徑范圍為300～800mm，尤其以500mm為最適宜。

（5）在適用地層方面，不受地下水和流砂層影響，直接利用螺桿作為成孔時(shí)的護(hù)壁，避免一般機(jī)械成樁坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，有效避免混凝土澆筑過程中夾渣、縮頸、斷樁等質(zhì)量缺陷。對(duì)于不同土質(zhì)有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

（6）在施工場(chǎng)地比較狹窄以及高度空間受限制的一些工業(yè)與民用建筑工程中，螺紋樁鉆機(jī)無法進(jìn)入，使用不便。

（7）在環(huán)境保護(hù)方面，根本排除了余土外運(yùn)，泥漿污染和處理問題，定位方便、無振動(dòng)、低噪音、不排漿、無環(huán)境污染。

（8）螺紋樁樁身上大下小的特點(diǎn)，滿足附加應(yīng)力變化規(guī)律，通過擠土效應(yīng)，使樁側(cè)的螺紋與樁身周圍土層產(chǎn)生緊密的“機(jī)械咬合”，從根本上改善了基礎(chǔ)樁的承載和變形性狀，提高了在地震破壞作用下的抵抗力，可以廣泛應(yīng)用于地震區(qū)。

（9）在施工成本方面，螺紋樁的施工成本相對(duì)較低，但螺紋樁機(jī)械價(jià)格昂貴，一次性投入較大。

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[6]孫文懷,張?jiān)?魏厚峰,等.螺紋樁在軟弱地層中的應(yīng)用[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2009,30（3):74-76.

[7]秦永軍,張亦凡.全螺紋灌注樁施工質(zhì)量控制[J].建筑與工程,2009（11):655-705.

Study on Screw Pile Construction Technology

As a construction technology ofhigh efficiency and high reliability,screw pile is widely used in the field of construction engineering.In this article,screw pile construction and traditional pile construction are compared.Then it focuses on introducing the technical process of screw pile drilling construction.and briefly expounds the key points ofquality control,the main problem prevention measures and construction safety precautions.

screw pile rig;construction technology;quality control;safety measures;squeezing effect;mechanicalinterlocking

TU74

A

1671-9107（2014）09-0044-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.09.044

2014-04-08

余志賢（1972-），男，重慶人，本科，工程師，主要從事建筑施工管理工作。