關(guān)于提高松軟土層螺桿樁成樁質(zhì)量的研究

王偉

摘 要 螺桿樁具有強(qiáng)度高、工期短、功效高、沉降小、無(wú)沉渣、不塌孔無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。本文在簡(jiǎn)單介紹螺桿樁受力特性分析和施工工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)多個(gè)施工環(huán)節(jié)加強(qiáng)了質(zhì)量控制措施，提高了松軟土層螺桿樁成樁質(zhì)量，以期能夠起到一定借鑒作用。

關(guān)鍵詞 螺桿樁;松軟土層;成樁質(zhì)量

引言

我們所稱(chēng)的螺桿樁技術(shù)是在日本的高強(qiáng)度鋼纖維混凝土預(yù)制螺紋樁的基礎(chǔ)上創(chuàng)新而成，其主要利用鉆機(jī)鉆桿下降與旋轉(zhuǎn)對(duì)鉆桿周?chē)馏w形成擠壓，然后鉆桿勻速反轉(zhuǎn)，泵壓混合料灌注成樁。螺桿樁是一種“上圓柱、下螺紋”的復(fù)合地基加固樁。具有強(qiáng)度高，工期短，功效高，沉降小，無(wú)沉渣、不塌孔、無(wú)泥漿污染等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)多種土層等優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)就提高松軟土層螺桿樁成樁質(zhì)量進(jìn)行研究，以期起到借鑒作用。

1工程概況

此項(xiàng)工程屬于商合杭鐵路河南省境內(nèi)正線(xiàn)47.99km，線(xiàn)路自

商丘站引出，經(jīng)由商丘新站至豫皖省界（DK2+300～DK46+195.389），

設(shè)商丘、商丘新區(qū)2站，其中商丘站與在建鄭徐客運(yùn)專(zhuān)并站設(shè)置。線(xiàn)路經(jīng)過(guò)區(qū)域?yàn)闆_積平原，表層發(fā)育軟土、松軟土，且二者無(wú)明顯界限，均呈層狀分布，局部呈透鏡體狀，河塘溝渠表層分布有淤泥質(zhì)土。軟土層厚度一般為0.5～2.5m，松軟土層厚3～19m。地層為：填筑土（）、雜填土（）、素填土（）、粉質(zhì)黏土（）、粉土（）、粉砂（） 、細(xì)砂（）、軟粉質(zhì)黏土（）。由于土質(zhì)地基厚度大，多為中壓縮性土，承載力不高，路基工程采用復(fù)合地基處理。

新建商丘至合肥至杭州鐵路（JJDK2+300～DK1+617.13，含短鏈0.501km），螺桿樁共53萬(wàn)延米。樁徑0.5m，樁間距2.2～2.4m，樁長(zhǎng)22～30m，樁身分直桿段、螺紋段，螺紋長(zhǎng)1/3L，正方形布置，螺桿樁設(shè)計(jì)樁身強(qiáng)度不低于C25[1]。

2螺桿樁受力特性分析

螺旋樁作為一種新型的變截面樁，改變了以往的樁與周?chē)馏w的相互作用模式。 文中為了分析螺旋樁的受力特性，應(yīng)分別對(duì)螺旋樁的上直桿段和下螺紋段進(jìn)行分析。 上直桿段的力學(xué)特性與普通灌注樁相同，由于螺紋與土體之間的機(jī)械咬合作用，改變了直樁的承載機(jī)理。 螺旋樁的承載力由上直桿側(cè)摩阻力、下螺旋桿側(cè)摩阻力、螺旋樁端部側(cè)摩阻力和樁底端部側(cè)摩阻力四部分組成。 但它們的極限值不能同時(shí)出現(xiàn)。 隨著荷載的不斷增加，螺旋樁上直桿段的承載力先于下螺紋段的承載力，樁側(cè)摩阻力先于樁端摩阻力，樁側(cè)摩阻力的大小與樁土位移有關(guān)。

在螺桿樁樁頂受荷情況下，當(dāng)荷載足夠大時(shí)，螺旋段樁周土體發(fā)生剪切破壞，螺旋段樁體和螺旋段土體均產(chǎn)生向下位移，螺旋段土體和樁周土體發(fā)生錯(cuò)位，螺旋段土體和螺旋段土體之間的咬合力消失。 當(dāng)荷載持續(xù)增加時(shí)，上部荷載迅速向樁底傳遞，荷載增量由樁端阻力承擔(dān)，當(dāng)樁端阻力達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，樁頂荷載為單樁極限承載力值。

3螺桿樁施工控制要點(diǎn)

3.1 施工機(jī)械的選擇

螺桿樁機(jī)分履帶式和步履式兩種，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原狀土體保持完好情況進(jìn)行選擇。一般表層為松軟土地區(qū)宜選用履帶式螺桿樁機(jī)，步履式螺桿樁機(jī)對(duì)場(chǎng)地要求較高，移位時(shí)動(dòng)力裝置處在頂部，導(dǎo)致機(jī)體重心升高，螺桿樁機(jī)存在傾覆風(fēng)險(xiǎn)。

另外，螺桿樁機(jī)必須有完善的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在操作界面輸入經(jīng)工藝試驗(yàn)確定的參數(shù)后，能夠自動(dòng)按要求運(yùn)轉(zhuǎn)。

螺紋段直徑等于直桿段直徑。 線(xiàn)的寬度一般為50～60毫米。 線(xiàn)頭的厚度約為50毫米。 根的厚度一般是102毫米。 節(jié)距與樁徑之比為1∶0.6～1。

3.2 樁體混合料

螺旋樁體由水泥、碎石（或礫石）、砂子、粉煤灰（如有必要，加入適量的泵送劑）混合，在攪拌機(jī)中加水強(qiáng)制攪拌。 水泥和混凝土可以是硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥，這取決于混凝土受地下水侵蝕的類(lèi)型和程度，依據(jù)相關(guān)規(guī)范確定。粗骨料宜選用碎石或卵石，粒徑8～25mm。中粗砂含泥量低于5% 時(shí)，應(yīng)選擇細(xì)集料。粉煤灰等級(jí)要求三級(jí)或以上的粉煤灰。施工過(guò)程中，還要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要摻入不同的外加劑（減水劑、緩凝劑、泵送劑等）。

3.3 施工工藝

（1）螺桿樁施工工藝流程圖

（2）鉆機(jī)就位。鉆機(jī)就位時(shí)，鉆桿垂直對(duì)準(zhǔn)樁心，確保螺旋樁垂直度偏差不超過(guò)1% 。 垂直度檢測(cè)由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員通過(guò)投擲垂直球來(lái)控制。 在每根樁施工前，由專(zhuān)人進(jìn)行樁身定位和垂直度檢查，以確保鉆孔前符合要求[2]。

（3）鉆進(jìn)過(guò)程的控制措施。在針對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程中，打樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)嚴(yán)格控制鉆桿的下降速度和旋轉(zhuǎn)速度，使它們相互匹配，在土體中形成圓柱狀;鉆桿旋轉(zhuǎn)1周，螺桿轉(zhuǎn)干下降1個(gè)螺距，鉆至螺桿樁螺紋段設(shè)計(jì)深度，在土體中形成螺紋狀。若二者不匹配，會(huì)導(dǎo)致螺紋內(nèi)部土體與周?chē)馏w發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，影響螺牙的端阻力。下鉆過(guò)程中，操作人員須密切關(guān)注操作界面電流變化，一般情況電流變化比較均勻，從開(kāi)鉆到成孔逐漸勻速增大，待達(dá)到持力層，電流變化較為明顯，表明鉆頭鉆進(jìn)位置已到達(dá)設(shè)計(jì)深度，可以停止鉆進(jìn)工作，與動(dòng)力頭底面停留位置相應(yīng)的鉆機(jī)塔身處作醒目標(biāo)記，作為施工時(shí)控制樁長(zhǎng)的依據(jù);若鉆進(jìn)過(guò)程且未達(dá)到設(shè)計(jì)深度，出現(xiàn)電流急劇變化，此時(shí)應(yīng)立即停止鉆桿旋轉(zhuǎn)，待查明原因排除問(wèn)題后，方可繼續(xù)鉆進(jìn);若鉆桿出現(xiàn)只旋轉(zhuǎn)不鉆進(jìn)的情況，會(huì)導(dǎo)致螺紋內(nèi)部土體與周?chē)馏w發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，機(jī)械咬合力消失，螺牙端阻力消失，即使最后灌注成樁，仍然改變了螺桿樁的受力特性，對(duì)成樁質(zhì)量極為不利，最終會(huì)導(dǎo)致單樁承載力不足。

鉆機(jī)在進(jìn)行首次鉆孔時(shí)，需要先進(jìn)行泵壓水和水泥砂漿，用高壓輸送泵開(kāi)始向泵壓1～2m3水，然后再泵壓1～2m3的水泥砂漿，直至鉆尖出料口處泵出砂漿。這一過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，其主要目的就是檢查泵壓管的密閉性能，榆次同時(shí)也可以在泵壓之前對(duì)管道起到了潤(rùn)滑的作用，以確保后期工程進(jìn)行過(guò)程中的安全性與連貫性。

（4）混合料泵送過(guò)程的控制措施。樁身混合料按照C25混凝土配比，計(jì)量要求準(zhǔn)確，每盤(pán)攪拌時(shí)間不應(yīng)小于60s。當(dāng)鉆桿充滿(mǎn)混合物時(shí)，將鉆桿拔出，同時(shí)抬起反向動(dòng)力頭，每次旋轉(zhuǎn)的高度等于提升裝置的高度，嚴(yán)禁先提起鉆桿再泵入物料。 遇到飽和砂或飽和淤泥層等軟土?xí)r，不得停泵等候物料。 在施工過(guò)程中，樁頂標(biāo)高不低于設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5 m，控制最后填筑量，樁頂不低，樁頭在1.5～2.0 m 深度范圍內(nèi)機(jī)械振動(dòng)，灌注樁樁頂覆土養(yǎng)護(hù)[3]。在灌注混合料時(shí)，對(duì)于泵壓混凝土的控制采用記錄泵壓次數(shù)的辦法，對(duì)于同一種型號(hào)的輸送泵通過(guò)試驗(yàn)確定泵壓次數(shù)為4次/米。鉆機(jī)移位時(shí)，要避免對(duì)已成螺桿樁的樁體造成破壞。

（5）樁間土施工的控制措施。①樁體強(qiáng)度達(dá)到70%后，方可清除樁間土，樁間土清除采用小型挖機(jī)配合人工進(jìn)行清土。②螺桿樁為混合料素樁，承受水平荷載能力遠(yuǎn)小于豎向荷載。施工時(shí)首先測(cè)定地面標(biāo)高，并做出標(biāo)記，計(jì)算出需要挖深，用小型挖掘機(jī)將土一次性挖至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高上20cm處，剩余20cm必須人工清底挖除。小型挖機(jī)清土?xí)r，嚴(yán)禁觸碰樁頭，樁身受剪力影響，可能會(huì)出現(xiàn)斷樁。③現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械嚴(yán)禁在已開(kāi)挖場(chǎng)地上行走，現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械自重會(huì)擠壓樁間土形成橡皮土，同時(shí)樁體承受側(cè)向剪力，影響樁身完整性。

4結(jié)束語(yǔ)

螺桿樁作為一種新型樁基形式，在商合杭鐵路的成功應(yīng)用，證實(shí)了該種樁基在松軟土層的地基處理有著明顯的優(yōu)勢(shì)。但螺桿樁施工過(guò)程的質(zhì)量控制是至關(guān)重要的，本文僅就螺桿樁在松軟土層施工的鉆進(jìn)、混合料灌注、樁間土施工等環(huán)節(jié)加強(qiáng)了質(zhì)量控制措施，有一定的局限性，還需不斷積累地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)，以確保施工效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 周俊磊，張智慧.鐵路路基螺桿樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)[J].鐵道建筑，2019，59（9）：93-95，105.

[2] 熊乾.高速鐵路有砟軌道黃土路基螺桿樁復(fù)合地基沉降控制技術(shù)研究[D].蘭州：蘭州交通大學(xué)，2019.

[3] 馬新輝.鐵路路基施工中螺桿樁加固地基機(jī)理及施工工藝[J].安徽建筑，2019，26（5）：51-52.