螺紋樁在一干北引工程中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

馬洪飛

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

螺紋樁在一干北引工程中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

馬洪飛

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁是建筑業(yè)中一種新的樁型。依據(jù)建筑物受荷特點(diǎn)，通過(guò)3種地基處理方案比較，選取螺紋樁作為一干北引工程推薦方案。

螺紋樁；一干北引工程；應(yīng)用

1 工程概況

一干北引工程任務(wù)是將潮白河水經(jīng)群英渠總干渠、一分干渠、一干北引渠、尹家溝引入鮑邱河上游，可為鮑邱河上游年補(bǔ)水量3900萬(wàn)m3。一干北引全長(zhǎng)5160m，采用加泵提水方案，進(jìn)水口建泵站1座，渠線沿縣界方向長(zhǎng)1250m，采用鋼筋混凝土箱涵，斷面尺寸3.5m（寬）×2.5m（高）；雙臼村以南長(zhǎng)1900m，采用自然邊坡渠道；牛萬(wàn)屯村北穿福喜路采用頂管方案；福喜路以東渠道長(zhǎng)2010m，采用直立駁岸；渠道末端與尹家溝連接，同時(shí)設(shè)節(jié)制閘1座。

2 泵站總體布置

提水泵站樞紐由上游防護(hù)段、上游防滲段、站前閘、前池、進(jìn)水池、泵房、出水池、出水閘、下游防滲段等主要建筑物及生活管理用房等附屬建筑物組成。

3 地基處理方案

根據(jù)建筑物受荷特點(diǎn)、地基土特性及結(jié)構(gòu)重要性等情況，進(jìn)行了3種方案的比選。

3.1 換填水泥土墊層

換水泥土墊層法即將地基土上部一定厚度的軟弱土層挖除，換填水泥土（水泥摻入量18%）。該方案能改善地基應(yīng)力分布，適當(dāng)提高地基承載力，但對(duì)沉降量改善不大。換土墊層處理措施需進(jìn)一步加大基坑深度，邊坡穩(wěn)定不易保證，增加了施工難度，且施工時(shí)段受天氣影響較大，對(duì)基坑降水、排水要求較高。但該方案具有投資小，施工方法簡(jiǎn)單，施工質(zhì)量易于保證等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 水泥土攪拌樁

水泥土攪拌樁是用水泥作為固化劑，通過(guò)深層攪拌機(jī)械在地基深處將軟土與水泥強(qiáng)制攪拌，利用

水泥和軟土間的物理及化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成為具有整體性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)復(fù)合地基。該方案施工方便，造價(jià)相對(duì)不高，能同時(shí)解決地基承載力不足和沉降量過(guò)大的問(wèn)題。但在工程實(shí)踐中，攪拌機(jī)械的性能和施工監(jiān)控系統(tǒng)比較落后，成樁質(zhì)量難以保證，質(zhì)量檢測(cè)有待加強(qiáng)。

3.3 長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁——螺紋樁

螺紋樁是由長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)、混凝土輸送泵及強(qiáng)制式的混凝土攪拌機(jī)3部分組成的完整施工體系。成樁時(shí)，由帶有自控裝置的螺紋樁機(jī)器，特制螺紋鉆桿鉆進(jìn)，直接鉆至設(shè)計(jì)深度，在土體中形成螺紋，并在提鉆過(guò)程中螺紋樁機(jī)器自動(dòng)控制系統(tǒng)，嚴(yán)格控制螺紋鉆桿提升速度和旋轉(zhuǎn)速度，同時(shí)將制備好的混凝土經(jīng)過(guò)高壓混凝土泵的輸送，通過(guò)空心螺紋鉆桿由鉆頭泵出，泵出的高壓細(xì)石混凝土迅速填充螺紋鉆桿旋轉(zhuǎn)提升產(chǎn)生的帶螺紋空間，形成螺紋，然后將綁扎好的鋼筋籠壓入或振入混凝土中，形成螺紋樁。螺紋樁是剛性樁基礎(chǔ)，可較大地提高地基承載力，減少建筑物沉降量，提高建筑物抗滑穩(wěn)定性，且施工工藝成熟、質(zhì)量易保證，地基穩(wěn)定安全性高，是可靠的地基處理方案，并且該方案造價(jià)不高，在同等承載力要求下，螺紋樁比普通灌注樁節(jié)約材料50%以上。在適合的地層和深度，施工效率300～500m/d，一般鉆孔直徑300～800mm，施工深度不超過(guò)40m。

根據(jù)以上3種地基處理方案的特點(diǎn)，結(jié)合本工程的天然地基穩(wěn)定性的具體情況，由于螺紋樁方案能同時(shí)解決地基承載力及沉降問(wèn)題，且安全性高，故本工程的建筑物地基處理推薦采用螺紋樁方案。

4 樁基承載力計(jì)算

初擬螺紋樁直徑0.6m，排距2.0m，樁距2.0m，樁長(zhǎng)10m，矩形布置。螺紋樁樁頂所受的豎向力可按JGJ94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》公式計(jì)算，如式（1）。

式中 Nk為荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合軸心豎向力的作用下基樁的平均豎向力（kN）；Fk為荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合下，上部結(jié)構(gòu)傳至承臺(tái)頂面的豎向力（kN）；Gk為螺紋樁基礎(chǔ)承臺(tái)及其上部土的自重標(biāo)準(zhǔn)值（kN），對(duì)于地下水位以下部分應(yīng)扣除水的浮力，當(dāng)其作用有利時(shí)，

式中 Hik為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，作用于第i基樁的水平力（kN）；Hk為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，作用于樁基承臺(tái)底面的水平力（kN）；n為承臺(tái)下螺紋樁的數(shù)量。

軸心豎向力作用下，其公式如式（3）。

式中 Nk為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，螺紋樁樁頂所受的豎向力（kN）；R為螺紋樁單樁豎向承載力特征值（kN）。

偏心豎向力作用下除符合式（3）要求外，尚應(yīng)符合式（4）要求：

式中 Nkmax為荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合下，偏心豎向力作用于承臺(tái)頂面時(shí)螺紋樁樁頂所承受的最大豎向力（kN）。

單樁德豎向承載力特征值應(yīng)按式（5）計(jì)算：

式中 Quk為螺紋樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；K為安全系數(shù)，取2。

螺紋樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值可采用式（6）計(jì)算：

式中 u為按螺紋樁外徑計(jì)算的周長(zhǎng)（m）；qlwsik為螺紋樁側(cè)的第i層土的極限側(cè)阻力的標(biāo)準(zhǔn)值 （kPa），qlwsik= βqsik，β為螺紋樁樁身等效極限側(cè)阻力的標(biāo)準(zhǔn)值相對(duì)于干作業(yè)的鉆孔樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值的增強(qiáng)系數(shù)，可以根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定。若無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，螺紋樁直桿段可取1.0，螺紋段可取1.3～1.7，當(dāng)螺紋段樁的側(cè)土以砂土為主或樁長(zhǎng)較短時(shí)宜取高值，以黏性土為主或樁長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)宜取低值，qsik為干作業(yè)的鉆孔樁極限側(cè)阻力的標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；qpk為螺紋樁極限端阻力的標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；li為螺紋樁穿過(guò)第i層土層的厚度（m）；Ap為螺紋樁的外徑在樁端的投影面積（m2）。

計(jì)算結(jié)果取單樁豎向承載力特征值及單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值的較小值為1087.41kN。

本工程樁頂設(shè)有30cm褥墊層，樁與基礎(chǔ)不整體連接，按復(fù)合地基設(shè)計(jì)。

樁端處地基承載力依據(jù)GB50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，按式（7）進(jìn)行修正：應(yīng)乘0.9的折減系數(shù)。

單樁樁頂水平力公式如式（2）。式中 fa為修正后的地基承載力的設(shè)計(jì)值（kPa）；fak為地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值 （kPa）；b為基礎(chǔ)底面的寬度（m），取6m；d為基礎(chǔ)埋置的深度（m）；ηb，ηd為基礎(chǔ)的寬度和埋深的地基承載力的修正系數(shù)；γ，γm為基礎(chǔ)底面以下的土的重度和基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度（kN/m3）。

計(jì)算修正后的地基承載力設(shè)計(jì)值536.73kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）根據(jù)建筑物的受荷特點(diǎn)、地基土的特性及結(jié)構(gòu)重要性等具體情況，通過(guò)3種地基處理方案比較，選定螺紋樁作為推薦方案。

（2）螺紋樁在長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁已有優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，更加具有承載力高、節(jié)約材料、工期短及環(huán)保等特點(diǎn)。該工程實(shí)施后處理效果良好，望為今后類似工程設(shè)計(jì)提供一定借鑒。

［1］大廠縣一干北引渠治理工程實(shí)施方案［R］.2015.

［2］GB50007—2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］JGJ94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］李紅文，李雪梅，鄭俊杰，等.螺紋樁的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.土工基礎(chǔ)，2006，20（2）：82-85.

［5］李波揚(yáng)，吳敏.一種新型的全螺旋灌注樁——螺紋樁［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2004（8）：55-58.

（責(zé)任編輯：姜彤宇）

Design and application of screw pile in the Yiganbei diversion canal engineering

MA Hong-fei
（Hebei Research Institute of Investigation&Design ofWater Conservancy&Hydropower，Tianjin 300250，China）

The poured long screw drill piles is a new type of pile in construction industry.Based on the load characteristics of buildings，through the comparison of three kinds of foundation treatment schemes，the screw pile is selected as recommended program to Yiganbeidiversion canal project.

screw pile；Yiganbeidiversion canal project；application

TV553

：B

：1672-9900（2017）04-0080-03

2017-04-28

馬洪飛（1983-），女（漢族），河北南宮人，高級(jí)工程師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作，（Tel）13920355770。