高速鐵路螺桿樁軟基處理施工應(yīng)用分析

趙子文

中鐵九局 遼寧沈陽 110041

1 螺桿樁的結(jié)構(gòu)及概念

1.1 螺桿樁的結(jié)構(gòu)

螺桿樁是一種新型樁，有上、下兩部分組成，上部為圓柱型，與普通的樁相同，下部為螺絲型。螺紋的間距與螺紋周圍土體的抗剪強(qiáng)度有關(guān)，一般來說，土的抗剪強(qiáng)度越大，螺距也越大，反之越小。

1.2 螺桿樁的概念

螺桿樁將常識中“螺絲釘比釘子牢固”的簡單道理運(yùn)用在樁與樁施工中，使其更牢固的特點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn)。螺桿樁改變了樁與土體之間相互作用的模式，樁與土界面構(gòu)成了機(jī)械型咬合，成樁后部分土體形成螺紋，而樁側(cè)土體形成螺母，樁體螺紋與樁側(cè)土螺母緊密咬合，使其更牢固的特點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn)[1]。

螺桿樁在成樁施工時(shí)樁機(jī)鉆桿采用了下降或上升速度與鉆桿旋轉(zhuǎn)速度同步技術(shù)，解決了螺桿樁上部為圓柱型，下部為螺紋型的施工工藝。同步技術(shù)：將下鉆速度與旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行同步匹配的一種技術(shù)，鉆頭每提升或下落一個(gè)螺距，鉆桿剛好旋轉(zhuǎn)一圈并擠壓土體，從而形成螺紋形的孔或樁；非同步技術(shù)：下鉆速度與旋轉(zhuǎn)速度不同步匹配，即鉆頭每提升或下落一個(gè)螺距，鉆桿旋轉(zhuǎn)多圈并擠壓土體，從而形成圓柱形的孔或樁。螺桿樁成樁的過程分為下鉆、提鉆兩個(gè)過程。下鉆時(shí)，螺桿樁機(jī)采用正向非同步技術(shù)擠壓土體形成螺桿樁圓柱段，隨后鉆桿采用正向同步技術(shù)下鉆，使土體形成螺紋段。提鉆時(shí)，螺桿樁機(jī)采用反向旋轉(zhuǎn)同步技術(shù)提升鉆桿至螺紋段設(shè)計(jì)標(biāo)高的位置，形成螺桿樁的螺紋段，在提鉆的同時(shí)泵壓混凝土。鉆桿提升到螺紋段頂部設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，鉆桿再次正向旋轉(zhuǎn)或直接提升產(chǎn)生帶圓柱空間，同時(shí)管內(nèi)泵壓澆灌混凝土至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2 螺桿樁特點(diǎn)

2.1 螺桿樁構(gòu)造特點(diǎn)

由于螺桿樁的下部為螺紋段，使樁的受力性能發(fā)生了變化，螺牙的存在使樁身不會喪失粘聚力，從而提高了樁的側(cè)摩阻力。在相同條件下，螺桿樁與普通直桿樁相比單樁的承載力有顯著提高。通過對地基的擠密，降低了地基土的壓縮性，從而提高了地基的承載力，減小了地基的沉降[2]。

2.2 螺桿樁工藝特點(diǎn)

螺桿樁施工工藝簡單，與傳統(tǒng)樁相比，在施工過程中不取土，而是對周圍土體進(jìn)行排擠，使地基土的側(cè)向應(yīng)力增加，樁體樁土結(jié)合粗糙度高，樁周土產(chǎn)生徑向固結(jié)，使其密度增加，樁側(cè)摩阻力增大；其獨(dú)特的技術(shù)形式能有效縮短工期，方便施工，且工程質(zhì)量穩(wěn)定可靠；不存在清底、取土、護(hù)壁、塌孔、斷樁等問題，樁身質(zhì)量可靠，具有無振動、低噪音、無環(huán)境污染等綠色樁型特色。

2.3 螺桿樁效益特點(diǎn)

螺桿樁機(jī)利用伸縮螺紋鉆桿鉆進(jìn)，混凝土通過空心螺紋鉆桿由鉆頭泵出，迅速填充螺紋空間，在樁身周邊形成螺紋，機(jī)械自動化程度高，勞動強(qiáng)度低，施工進(jìn)度快，性能可靠，成孔規(guī)則。螺桿樁單位體積材料所發(fā)揮的承載力較高，沉降小，無泥土外運(yùn)等優(yōu)點(diǎn)。由于螺紋鉆桿螺牙間的泥土取代了部分混凝土，同樁徑螺桿樁混凝土用量只有傳統(tǒng)直線型樁的60%-70%，節(jié)約混凝土量30%-40%，降低了成本，工程總造價(jià)大幅度降低。

3 施工要點(diǎn)

施工前進(jìn)行管線調(diào)查后，開始清表，同時(shí)合理布置施工機(jī)械、輸送管路和電力線路位置。根據(jù)布樁圖進(jìn)行樁位放樣，用竹簽釘緊，一樁一簽，按照測量放線的位置將樁機(jī)就位，樁位偏差不大于5cm。樁的施工順序應(yīng)從中間向四周進(jìn)行，采取間隔跳打的施工方式，以防樁孔間竄漿。樁機(jī)就位后對其進(jìn)行調(diào)平和穩(wěn)固，確保成孔垂直度偏差不大于樁長的1%。

在鉆進(jìn)過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制鉆孔速度，確保成樁時(shí)螺紋段和圓柱段合格。在成孔過程中，如發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆時(shí)，應(yīng)放慢鉆進(jìn)速度，否則容易導(dǎo)致鉆孔偏斜、位移，甚至使鉆桿、鉆具損壞。螺桿樁成孔到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后，停止鉆進(jìn)，開始泵送混凝土，當(dāng)鉆桿芯管充滿混凝土后，螺桿樁機(jī)反向旋轉(zhuǎn)提升鉆桿，提鉆過程中自控系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格控制鉆桿提升速度和旋轉(zhuǎn)速度，順著已形成的土體螺紋軌跡鉆桿反向旋轉(zhuǎn)，鉆桿其旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)和提升速度應(yīng)保持同步和匹配，勻速控制提管速度。當(dāng)鉆桿提升至螺紋段頂面的設(shè)計(jì)高度時(shí)，鉆桿及泵送砼再次正向旋轉(zhuǎn)或直接提升，形成帶圓柱空間，直至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高。

樁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后方可進(jìn)行樁間土開挖及清運(yùn)，樁間土采用人工配合小型挖掘機(jī)開挖，清除保護(hù)土層時(shí)不得擾動地基土，保護(hù)層土清理完畢后，在設(shè)計(jì)樁頂處標(biāo)記處切割線，采用專用樁頭切割機(jī)通過三刀環(huán)切將基礎(chǔ)樁頂多余樁頭切割至設(shè)計(jì)標(biāo)高，施工時(shí)必須確保樁身切口平整，無明顯錯(cuò)臺。

承載力檢驗(yàn)宜在成樁28d后進(jìn)行檢驗(yàn)，采用單樁和復(fù)合地基荷載試驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)量一般為總數(shù)量的2‰（復(fù)合地基承載力及單樁承載力各1‰），螺桿樁單樁承載力及加固后復(fù)合地基承載力需滿足設(shè)計(jì)要求。采用低應(yīng)變檢查樁身完整性，檢查數(shù)量為施工總樁數(shù)的10%。

4 效益分析

同條件下與普通的直桿，如：CFG樁相比。其獨(dú)特的技術(shù)形式能有效縮短工期，減少了工程造價(jià)又方便施工，且工程質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

沉降變形大為減小，承載力明顯提高。該施工方法在鉆孔過程中噪音低、振動小，成孔和澆筑混凝土的過程一次完成，排除了大量的泥漿處理和運(yùn)輸?shù)墓ぷ?，從根本上避免了由此對施工現(xiàn)場和周邊環(huán)境的污染，是一種環(huán)境保護(hù)型的綠色施工方法。

解決了直桿CFG樁樁位偏移大、淺部斷裂、縮徑、擴(kuò)徑、樁頭松散施工中的技術(shù)難題。單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)檢測和基樁完整性檢測滿足設(shè)計(jì)要求，工程應(yīng)用效果較好。

5 結(jié)語

綜上所述，螺桿樁具有的優(yōu)勢還是比較明顯，尤其是對于不同地質(zhì)條件中運(yùn)用；在同條件下，可以有效的提高地基承載力，縮短工期，降低成本，減少環(huán)境污染，可以很好的推廣應(yīng)用。