螺桿樁在某工程中的應用

陳 波，莫琳琳

（1.廣西華藍工程管理有限公司，廣西 南寧 530000；2.廣西大學，廣西 南寧 530000）

隨著我國建筑領域的高速發(fā)展，應用在房屋建筑的實際工程中的各項技術也愈發(fā)成熟。螺桿樁是一種變截面樁，其上部為圓柱形直桿，下部為螺紋型[1]。樁身變截面使其更符合軸力從上到下逐漸變小的分布規(guī)律，其螺紋構造形狀還改變了樁與樁周土體之間的作用，具有較高的工程應用價值[2]。

在房建實際工程中，地基選用不當易產(chǎn)生基礎沉降量過大、不均勻沉降等問題，嚴重影響房屋的使用壽命和住房安全[3]。當前常用的軟基處理方法有樁基礎和復合地基處理，包括沖孔灌注樁、旋挖灌注樁、長螺旋壓灌樁、PHC管樁、CFG樁基、水泥攪拌樁、碎石樁等。每一種樁型都有適用條件，也均存在一定局限和不足，如PHC管樁經(jīng)濟性好，但存在地層適應性差的缺點；沖孔樁能適用各種復雜的地質(zhì)條件，但存在噪聲擾民、對周邊建筑影響大等問題；CFG樁能適用多種土層情況，但存在巖層適應能力差、混凝土超方嚴重等問題[4]。

螺桿樁綜合了長螺旋鉆孔灌注樁、全螺紋灌注樁和日本的高強度鋼纖維混凝土全螺紋預制樁的諸多優(yōu)點，采用變截面的構造形式，通過螺紋鉆桿進行成孔[5]。在成孔過程中螺紋鉆桿擠壓、加密土體，使土體形成螺紋腔體，然后通過鉆桿向螺紋腔體內(nèi)灌注混凝土，最終形成螺紋樁身，樁體與樁側土緊密咬合，形成樁土一體受力[6]。文章以螺桿樁施工技術在實際工程的應用為例，進行單樁豎向抗壓靜載荷試驗并闡述螺桿樁的實際施工工藝，以期為今后螺桿樁在廣西地區(qū)的推廣應用提供可靠的施工參考依據(jù)。

1 工程概況

1.1 建筑及地質(zhì)概況

某項目位于廣西省防城港市港口區(qū)，地上有7棟相互獨立的18層住宅，其中1～2層設裙樓商鋪，場地整平標高為6.450m；設1層地下室，基坑底面標高為1.75m。

該項目地處南華準地臺欽州殘余地槽構造單元，無深大活動斷裂構造通過，區(qū)域地質(zhì)構造相對較為穩(wěn)定。場地內(nèi)土層自上而下分布為素填土、淤泥、全風化泥質(zhì)粉砂巖、強風化泥質(zhì)粉砂巖、中風化泥質(zhì)粉砂巖，其工程地質(zhì)剖面圖如圖1所示。在勘探深度范圍內(nèi)，結合地基土的成因類型、分布厚度、性質(zhì)、工程特性等勘察成果資料，自上而下土層承載力指標如表1所示。

圖1 場地工程地質(zhì)剖面圖

1.2 地質(zhì)情況分析

經(jīng)初步分析，該場地填土較深，不適合采用天然基礎，需采用樁基礎。持力層可選用強風化泥質(zhì)粉砂巖④、中風化泥質(zhì)粉砂巖⑤。由于該場地的泥質(zhì)粉砂層有干強度高、遇水軟化的特點，選用施工工藝時需綜合考慮場地地質(zhì)特點，盡量采用入巖能力強、不需要泥漿護壁、施工完成后不易被地表水侵蝕的工藝。

表1 各土層承載力及樁基參數(shù)建議值 單位：kPa

2 基礎方案對比

2.1 單樁豎向抗壓承載力特征值的對比

工程設計樁基為螺桿樁，樁徑為600mm，根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ 94—2008）中的經(jīng)驗公式，螺紋樁單樁豎向極限承載力按式（1）估算。

式中：Qsk為總極限側阻力值；Qpk為總極限端阻力值；u為樁身截面周長；qsik為樁周第i層土的極限側阻力；Li為樁周第i層土的的厚度；βi為第i層土極限側阻力的增大系數(shù)，可根據(jù)工程經(jīng)驗確定，無經(jīng)驗時依據(jù)土性選擇βi=1.0～1.2；qpk為樁端極限端阻力標準值；Ap為樁端面積。

計算結果如表2所示。根據(jù)一般工程經(jīng)驗，直徑為400mm的預應力管樁，其單樁承載力特征值為1000～1200kN，直徑為500mm的預應力管樁約1800kN。螺桿樁單樁承載力特征值約為預應力管樁的2.63～3.16倍。

表2 螺桿樁單樁豎向承載力特征值計算表

2.2 綜合成本的對比

螺桿樁不僅在承載力方面有優(yōu)勢，在造價方面也具有明顯的優(yōu)勢。螺桿樁基礎與傳統(tǒng)旋挖灌注樁基礎綜合成本對比分析結果如表3所示。與傳統(tǒng)旋挖樁基礎相比，一個結構單元螺桿樁的綜合成本造價可節(jié)省大約87.8萬元，預估工期縮短了約15d。

表3 綜合經(jīng)濟性對比

2.3 對比結果分析

基于表2、表3的對比數(shù)據(jù)，并結合該項目場地前期的工程經(jīng)驗分析可知，在施工方面，螺桿樁為鉆孔灌注樁，采用邊成孔邊澆筑，與旋挖灌注樁相比，其具有諸多方面的優(yōu)勢。具體體現(xiàn)在：（1）螺桿樁施工時無噪音、無泥漿排放、無樁底沉渣，總體施工相對簡單和安全；（2）螺桿樁可以克服預應力管樁樁長不足、擠樁的風險，其螺紋的側阻力大，穿透土層能力強，所以螺桿樁承載力高且成樁質(zhì)量有保證；（3）實際工程采用螺桿樁，綜合經(jīng)濟指標略占優(yōu)勢。

3 試樁和單樁豎向抗壓靜載荷試驗

由于螺桿樁在廣西地區(qū)是首次應用于實際工程中，因此施工前先按照規(guī)范進行試樁，并進行單樁豎向抗壓承載力靜荷載試驗，以確定該樁的極限承載力。該項目按照擬定的施工工藝，設計樁長為18m，樁徑為0.6m，要求按樁穿越、強風化泥質(zhì)粉砂巖長度不少于10m，樁端進入中風化泥質(zhì)粉砂巖層不少于2m進行設計，在該場地選擇有代表性的樁端巖層進行試樁。其試驗數(shù)據(jù)分別如表4、表5、表6所示，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)表繪制的Q-S曲線如圖2所示。

圖2 螺桿樁靜載試驗Q-S曲線圖

由Q-S曲線圖可知，試樁的Q-S關系曲線無明顯陡降段，這說明樁-土體未達到塑性破壞極限工作狀態(tài)，尚處于彈塑性工作狀態(tài)。試樁的單樁豎向抗壓極限承載力可達5800kN，承載力特征值約3160kN，能滿足設計要求。同時，試樁的沉降量較小，這表明樁的承載力尚有余地。因此，該工程選擇螺桿樁是經(jīng)濟且合理的。

4 主要施工順序及施工控制方法

螺桿灌注樁的施工工藝流程如下：（1）施工準備；（2）樁位測量放線及定位；（3）樁機就位（雙向控制垂直）；（4）下鉆；（5）按規(guī)定速度提鉆同時泵壓混凝土；（6）后置法放鋼筋籠。

表4 試樁5-117單樁豎向抗壓靜載荷試驗數(shù)據(jù)

施工中應注意控制以下幾點，以確保成樁質(zhì)量：（1）螺桿灌注樁施工應根據(jù)試打樁的結果和地層的滲透性、擠土效應情況確定合理的施工順序，避免造成串漿或擠土效應，最終成樁圖如圖3所示。（2）提鉆速度應根據(jù)試樁的混凝土用量和混凝土泵的排量計算確定，特別注意提鉆至軟土層時應適當放慢提鉆速度。（3）應根據(jù)試樁時的混凝土用量計算出充盈系數(shù)作為該工程的標準充盈系數(shù)，每根樁記錄和計算充盈系數(shù)，充盈系數(shù)與標準充盈系數(shù)相差較大的樁應檢測其樁身完整性。（4）現(xiàn)場開挖出來的樁頭顯示，形成的螺紋與設想的基本一致，如圖3所示。

表5 試樁5-67單樁豎向抗壓靜載荷試驗數(shù)據(jù)

圖3 螺桿灌注樁最終成樁圖

表6 試樁結果匯總表

5 檢測結果分析

目前，該項目5#工程樁已經(jīng)施工完成，該子項總樁數(shù)168根，入巖深度均滿足設計要求，體現(xiàn)出較強的入巖能力。按規(guī)范抽取總樁數(shù)的1%并且不少于3根進行靜載試驗，試驗結果與試樁結果吻合，樁基礎滿足設計以及規(guī)范要求。

6 結束語

螺桿樁是近些年來發(fā)展起來的一種節(jié)能環(huán)保新型灌注樁。綜合以上對螺桿樁承載力、經(jīng)濟性和施工方面的對比分析可知，在同等條件下，螺桿樁相較于傳統(tǒng)樁型具有成樁質(zhì)量高、綜合成本低和施工安全環(huán)保等明顯的實用優(yōu)勢。同時，螺桿樁施工技術也是一種前景廣闊、值得推廣的施工技術，未來將在現(xiàn)代工程中得到普遍應用。