淺談螺旋錐體擠土樁的應(yīng)用

魯春新　張桂芳

【摘要】在樁基礎(chǔ)施工中，螺旋錐體擠土樁憑借單樁承載力高，沉降量低，節(jié)能減排適應(yīng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受建設(shè)開(kāi)發(fā)單位和施工單位的推廣和應(yīng)用。本文對(duì)螺旋錐體擠土樁的特點(diǎn)和施工過(guò)程中注意事項(xiàng)加以介紹供同仁參考。

【關(guān)鍵詞】螺旋錐體擠土樁；節(jié)能減排；特點(diǎn)

一、建筑基礎(chǔ)樁的現(xiàn)狀

在建筑樁基礎(chǔ)中，按照成孔出土的多少可分為完全排土樁、半排土樁和非排土樁。完全排土樁如長(zhǎng)螺旋鉆孔樁、旋挖鉆鉆孔樁、正反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆孔樁等，其排土方式：一是靠專(zhuān)用機(jī)具，如長(zhǎng)螺旋鉆孔樁是利用長(zhǎng)螺旋鉆具，旋挖鉆孔樁是利用旋挖斗或短螺旋鉆頭，有時(shí)用泥漿作護(hù)壁。二是利用泥漿，如正反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆孔樁，利用泥漿泵，將鉆削下來(lái)的巖土隨泥漿一同排到孔外。這種樁的特點(diǎn)是，成孔有大量虛土或泥漿排放，影響環(huán)境，耗費(fèi)成本。成樁后干性排土施工樁樁端有虛土，影響樁的承載力；利用泥漿作護(hù)壁的排土樁孔壁具有泥皮，影響樁的側(cè)摩阻力，相應(yīng)的提高了成樁費(fèi)用。完全排土樁，在現(xiàn)有的建筑樁基礎(chǔ)中占有很大份額。它的優(yōu)點(diǎn)是施工效率高，施工設(shè)備很普及，特別是大孔徑樁的施工，如橋梁樁，別的樁型還不能代替。半擠土樁，如雙向螺旋擠土樁和長(zhǎng)螺旋半擠土樁等，它們的鉆孔也是通過(guò)專(zhuān)的用機(jī)具完成的，是一種干性鉆孔成樁的施工。雙向螺旋擠土樁鉆孔是用專(zhuān)用的雙向螺旋擠土鉆頭來(lái)實(shí)現(xiàn)的，鉆頭切削齒旋切下來(lái)的的巖土通過(guò)錐形體芯管進(jìn)行擠壓，擠土效率較低，特別是硬夾層，容易產(chǎn)生憋鉆等現(xiàn)象；長(zhǎng)螺旋半擠土樁成孔是用專(zhuān)用孔長(zhǎng)螺旋半擠土鉆具來(lái)實(shí)現(xiàn)，鉆具鉆頭的芯管比較粗（與普通長(zhǎng)螺旋鉆具相比），鉆頭鉆具的葉片是梯形截面，是擠土的主體，鉆頭切削齒旋切下來(lái)的巖土在梯形截面葉片的傳輸過(guò)程中，邊傳邊擠，直到有少量巖土排放在孔外。半擠土樁適合于小徑樁的施工，一般樁徑不大于φ800mm，施工效率高，但樁端有一定量的虛土，是一側(cè)摩阻樁，對(duì)有復(fù)雜地層，如雜填物回填（圖較大石塊）、硬夾層等施工有一定難度，很容易產(chǎn)生掰鉆頭的切削齒等事故，影響施工進(jìn)度。非排土樁如振動(dòng)沉管樁、靜壓樁、錘擊樁、夯擴(kuò)樁和螺旋錐體擠土樁等，這種樁型也是一小徑樁型，通常直徑不大于φ800mm。它們可分為預(yù)制樁和現(xiàn)澆樁。靜壓樁和錘擊樁屬預(yù)制樁，是通過(guò)專(zhuān)用的施工設(shè)備靜壓機(jī)和打樁機(jī)將樁送到設(shè)計(jì)深度。由于受預(yù)制樁制造設(shè)備的限制，預(yù)制樁現(xiàn)國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)不超過(guò)15米，對(duì)于深長(zhǎng)樁的施工得需要接樁處理，這給整體樁質(zhì)量帶來(lái)隱患。對(duì)于復(fù)雜地層（如硬夾層，砂層等）的施工，樁的穿透得需很大的壓入（或錘擊）力，這對(duì)施工設(shè)備提出了很高的要求，設(shè)備搬遷質(zhì)量大，費(fèi)用高，錘擊噪音擾民，影響環(huán)境。振動(dòng)沉管樁、夯擴(kuò)樁、螺旋錐體擠土樁屬現(xiàn)澆樁，振動(dòng)沉管樁、夯擴(kuò)樁在施工中都有振動(dòng)噪音產(chǎn)生，振動(dòng)沉管樁對(duì)復(fù)雜地層（硬夾層，砂層）的施工同樣遇到穿透力不足的現(xiàn)象，夯擴(kuò)樁施工中護(hù)筒的沉入有時(shí)比較困難，施工效率低（一臺(tái)班5～6根樁）。適應(yīng)于多機(jī)同時(shí)作業(yè)施工，對(duì)地下水比較豐富的地區(qū)施工有很大難度。螺旋錐體擠土樁是一種新型非排土樁，它的成孔機(jī)理為應(yīng)用和推廣帶來(lái)了很大優(yōu)勢(shì)。

二、螺旋錐體擠土樁成樁機(jī)理

螺旋錐體擠土樁是利用專(zhuān)用的螺旋錐體擠土鉆頭和標(biāo)準(zhǔn)擠土鉆具，通過(guò)大轉(zhuǎn)矩動(dòng)力頭豎向旋轉(zhuǎn)成孔，泵壓灌混凝土，后置鋼筋籠而成。螺旋錐體擠土鉆頭的結(jié)構(gòu)像一木螺絲釘，整體外型是一個(gè)錐形體，具有穿透性強(qiáng)的特點(diǎn)。鉆頭的葉片是截面為梯形結(jié)構(gòu)，芯管外表面為一錐形體，都具有擠土功能。標(biāo)準(zhǔn)擠土鉆具采用大直徑芯管，葉片采用截面為梯形結(jié)構(gòu)，并在葉片的外緣處設(shè)有圓弧形缺口，鉆具的外徑與芯管外徑之比在1.25～1.5之間，鉆頭芯管和鉆具芯管的內(nèi)徑可供混凝土通過(guò)。在成孔過(guò)程中，螺旋錐體擠土鉆頭直接對(duì)巖土進(jìn)行擠擴(kuò)成孔，螺旋葉片一是具有擠土功能，二是具有一定的傳輸功能，在傳輸過(guò)程中，邊傳邊擠，它會(huì)將密度較大巖層的土體傳輸?shù)矫芏容^小的孔壁巖層處擠壓，有效地降低了擠土效應(yīng)。螺旋錐體擠土鉆頭和鉆具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具備了在含硬夾層、卵石層、強(qiáng)風(fēng)化層等復(fù)雜地質(zhì)條件的施工，凸顯了它的穿透能力。鉆孔成樁具有承載力高，沉降量低，施工效率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)，是一典型的節(jié)能減排樁型。

三、螺旋錐體擠土樁的具體應(yīng)用

螺旋錐體擠土樁在遼寧的本溪地區(qū)、盤(pán)錦地區(qū)、朝陽(yáng)地區(qū)等多地使用，都得到了建設(shè)開(kāi)發(fā)單位的認(rèn)可，現(xiàn)以遼寧朝陽(yáng)喀左水木清華住宅樓盤(pán)基礎(chǔ)為例來(lái)介紹應(yīng)用狀況。地勘各層巖土分層如下：第①層，雜填土，層厚1.20～3.10m，成分主要為建筑垃圾大塊磚石及混凝土。第②層，粉質(zhì)粘土，層頂埋深1.20～3.10m，層厚5.70～8.60m，褐色可塑狀態(tài)，土質(zhì)干，強(qiáng)度及韌性中等。第③層，園礫，層頂埋深8.50～9.90m，厚度2.20～3.90m，雜色，中密狀態(tài)，母巖成分以石英砂巖、花崗巖、灰?guī)r為主，中—未風(fēng)化，無(wú)序排列，砂充填。第④層，全風(fēng)化頁(yè)巖，層頂埋深10.80～12.50m，層厚0.60～1.00m，灰黃色、灰綠色，全風(fēng)化，巖芯呈砂土狀、碎塊狀。第⑤層，強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖，層頂埋深11.80～13.10m，層厚3.00～4.00m，灰黃—灰綠色，強(qiáng)風(fēng)化，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀，手用力可折斷，沖擊鉆進(jìn)困難。第⑥層，中風(fēng)化頁(yè)巖，層頂埋深16.20～16.30m層厚4.50～6.30m，灰黃色、灰綠色，中風(fēng)化，碎屑結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)，風(fēng)化裂隙一般發(fā)育，巖芯呈柱狀，長(zhǎng)柱狀，錘擊較易碎裂，設(shè)計(jì)樁型為螺旋錐體擠土樁，樁徑為φ500mm，樁長(zhǎng)大于13.5m，單樁承載力特征值為1800KN。通過(guò)對(duì)樁做靜載荷試驗(yàn)檢測(cè)，試驗(yàn)最大加載載荷為3600KN，樁的總沉降量為10mm左右，沉降量不大，而且Q～S曲線平緩，無(wú)明顯陡降段，s—lgt呈平緩規(guī)則排列。試樁均滿足設(shè)計(jì)要求。這個(gè)樓盤(pán)原設(shè)計(jì)為φ600的長(zhǎng)螺旋樁基礎(chǔ)，通過(guò)試鉆，成孔很困難，滿足不了施工要求，通過(guò)更改原設(shè)計(jì)，變成φ500螺旋錐體擠土樁，樁的總根數(shù)減少了20%，樁徑由φ600降到φ500，單機(jī)日施工近40根樁，排土樁改成了擠土樁，節(jié)能減排，為開(kāi)發(fā)單位節(jié)約了大量成本，得到了好評(píng)。

四、螺旋錐體擠土樁施過(guò)程工存在的不足及解決措施

由于螺旋錐體擠土樁成孔過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生擠土效應(yīng)，在不同程度上對(duì)周?chē)ㄖ锖偷叵鹿芫€產(chǎn)生不良的影響，施工中為了避免或減小成孔時(shí)的擠土效應(yīng)，應(yīng)采取如下措施：1.調(diào)整擠孔成樁的順序或采用跳成樁的施工方法，來(lái)增加同一地點(diǎn)的擠孔成樁的間歇時(shí)間。2.采用井點(diǎn)降水，在一定深度范圍內(nèi)，防止產(chǎn)生超孔隙水壓力。3.設(shè)置塑料排水板或袋裝砂井來(lái)消除部分超孔隙水壓力。4.預(yù)鉆排水孔，使孔隙水壓力不至于升高。5.設(shè)置地下連續(xù)墻，隔離鋼板樁或樁排式旋噴樁，來(lái)限制擠孔對(duì)周?chē)ㄖ挠绊憽?/p>

總結(jié)

螺旋錐體擠土樁在小樁徑（不大于φ800mm）樁的施工中占據(jù)的優(yōu)勢(shì)很明顯，適應(yīng)地質(zhì)條件廣，單樁承載力高，沉降量低，施工成本低，施工效率高。合理安排施工，降低擠土效應(yīng)帶來(lái)的不利影響，為了推廣和應(yīng)用螺旋錐體擠土樁提供有利保障。

參考文獻(xiàn)

[1]沈保漢.《樁基礎(chǔ)施工技術(shù)》.知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社

[2]專(zhuān)利.《螺旋錐體擠土樁施工方法》

[3]郭海艷.一種新型螺旋錐體擠土鉆頭.《硅谷》，2014.3