鐵路路基螺桿樁加固地基機(jī)理及施工技術(shù)

劉世安LIU Shi-an

（中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司，石家莊050227）

0 引言

螺桿樁全稱(chēng)為半螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土灌注樁，是一種“上部為圓柱型，下部為螺絲型”的復(fù)合式地基加固樁。它通過(guò)變截面的構(gòu)造形狀，調(diào)整了土體與樁之間的作用，讓地基承載力大幅提高，有效減小路基沉降。

1 工程簡(jiǎn)介

鄭州至徐州鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)全長(zhǎng)長(zhǎng)361.937km，全線(xiàn)共設(shè)6個(gè)新建車(chē)站，站線(xiàn)路基地基采用螺桿樁加固，共計(jì)45.8萬(wàn)延米。螺桿樁樁徑0.5m，最大孔深不超過(guò)30m，樁間距1.6～2.5m，正三角形布置。

2 螺桿樁加固地基機(jī)理

2.1 工藝原理 螺桿樁將“螺絲釘比釘子牢固”的簡(jiǎn)單道理運(yùn)用在樁施工中。螺桿樁是采用了螺紋形式的構(gòu)造形狀，成樁后樁體混凝土形成螺紋，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。樁頂荷載使螺紋段的樁側(cè)土“螺母”受壓，環(huán)狀“螺母”的根部受剪，而螺紋段的抗剪力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同等條件下不設(shè)螺紋時(shí)的側(cè)阻力，滿(mǎn)足了附加應(yīng)力的分布規(guī)律和應(yīng)力分擔(dān)比及剛度變化的要求，更好的發(fā)揮了樁與土之間的受力關(guān)系。螺桿樁上部直桿段在荷載傳遞過(guò)程中，受壓面積大，提高了樁身剛度，對(duì)螺紋段受力起到承上啟下的作用。

2.2 工藝改進(jìn) 施工時(shí)樁機(jī)鉆桿采用下降或上升速度與鉆桿旋轉(zhuǎn)速度同步技術(shù)，滿(mǎn)足了螺桿樁上部為圓柱型，下部為螺紋型的工藝和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。同步技術(shù)是指將下鉆速度與旋轉(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，從而形成螺紋形狀。非同步技術(shù)是指下鉆速度與旋轉(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，從而形成圓柱形狀。螺桿樁機(jī)鉆進(jìn)時(shí)，采用正向非同步鉆進(jìn)，擠壓土體以形成圓柱段，隨后鉆桿采用正向同步鉆進(jìn)，形成螺紋段。提鉆時(shí)，采用反向旋轉(zhuǎn)同步提升鉆桿至螺紋段設(shè)計(jì)高程的位置，同時(shí)泵壓混凝土，形成螺桿樁的螺紋段。鉆桿提升到螺紋段頂部設(shè)計(jì)高程時(shí)，再采用正向旋轉(zhuǎn)或直接提升，同時(shí)泵壓混凝土至樁頂設(shè)計(jì)高程成樁。

2.3 螺桿樁構(gòu)造 螺桿樁是一種由上、下兩部分組成的變截面異形樁。樁的上部為圓柱形，與普通的灌注樁相同下部為帶螺紋狀的樁體。上下兩段的長(zhǎng)度分配根據(jù)地質(zhì)情況不同，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工藝性試驗(yàn)一般采用1：2即可滿(mǎn)足承載力要求。具體參數(shù)為：螺紋樁體內(nèi)徑為260～400mm，對(duì)應(yīng)的螺桿樁樁徑D為300～600mm，螺紋高度為50mm。螺桿樁具體構(gòu)造見(jiàn)圖1。

圖1 螺桿樁構(gòu)造圖

3 螺桿樁施工工藝流程

螺桿樁采用JZU90型樁架螺桿鉆機(jī)成樁，具體施工工藝如下：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放樣→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)成孔→反轉(zhuǎn)提升鉆桿及泵壓混凝土→移位施工下一樁基→鑿樁→樁基檢測(cè)。

4 螺桿樁施工技術(shù)

4.1 施工準(zhǔn)備 ①施工前應(yīng)清除地面障礙物并平整場(chǎng)地，按總體平面布置要求做好施工便道、用水、用電等布置。②施工前應(yīng)進(jìn)行圖紙和技術(shù)交底，并做好原材料進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)工作。③樁位編號(hào)和施工順序。施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙按行、列進(jìn)行逐樁編號(hào)，施工時(shí)由中線(xiàn)向兩側(cè)按順序進(jìn)行，根據(jù)樁間距和地層情況及工藝試驗(yàn)結(jié)果，確定是否采用跳樁施工方法，以免造成相鄰樁孔縮徑或串漿。④施工前應(yīng)做成樁工藝性試驗(yàn)，以核對(duì)設(shè)計(jì)地質(zhì)情況，取得合理的施工設(shè)備配置、工藝和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，研究相鄰樁孔的施工順序，是否需要采用跳樁施工，以確保樁體質(zhì)量和工期。

4.2 測(cè)量放樣 原地面處理完畢后首先進(jìn)行地面復(fù)測(cè)，記錄地面高程，復(fù)核線(xiàn)路中線(xiàn)。根據(jù)施工圖用全站儀逐樁放出樁位，在樁位處撒石灰做標(biāo)記。

4.3 鉆機(jī)就位 ①樁機(jī)就位。螺桿樁放樣定位后，由專(zhuān)人指揮鉆機(jī)前后移動(dòng)、主機(jī)左右擺動(dòng)，直到鉆頭與樁位對(duì)中。鉆機(jī)對(duì)中后，將前支腿支起，并使履帶完全接觸地面，防止在施工過(guò)程中主機(jī)失穩(wěn)和偏位。②調(diào)整鉆桿垂直度。樁機(jī)就位后，利用樁機(jī)塔身的前后和左右的垂直標(biāo)桿校正鉆桿垂直度，確保垂直度小于樁長(zhǎng)的1.0%。

4.4 鉆進(jìn)成孔 對(duì)位準(zhǔn)確后，即可開(kāi)始鉆進(jìn)，鉆進(jìn)前需關(guān)閉鉆頭閥門(mén)。鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)先慢后快，以減少鉆桿搖晃。在鉆孔過(guò)程中，嚴(yán)格控制鉆桿下降和旋轉(zhuǎn)速度，使二者匹配。如發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或進(jìn)尺困難，應(yīng)放慢鉆進(jìn)速度，查明原因，防止由于鉆速過(guò)快造成鉆孔傾斜、位移。圓柱段成孔時(shí)，按鉆桿每下降一個(gè)螺距，鉆桿旋轉(zhuǎn)二周以上。螺紋段成孔時(shí)，按螺桿樁鉆桿每下降一個(gè)螺距，鉆桿旋轉(zhuǎn)一周。

4.5 反轉(zhuǎn)提升鉆桿及泵壓混凝土 螺桿樁成孔經(jīng)檢查合格，即可進(jìn)行混凝土泵送。螺桿樁機(jī)反向旋轉(zhuǎn)提升鉆桿，提鉆速度控制在1±0.2m/min，提鉆過(guò)程中鉆桿旋轉(zhuǎn)和提升速度應(yīng)保持同步和匹配。提鉆同時(shí)泵送高壓細(xì)石混凝土，填充形成螺紋段樁體。當(dāng)鉆桿提升至螺紋段頂面設(shè)計(jì)高度時(shí)，鉆桿再次正向旋轉(zhuǎn)或直接提升，同時(shí)泵壓混凝土充填圓柱段，直至樁頂設(shè)計(jì)高程。

4.6 移位施工下一樁基 灌注完畢后鉆機(jī)移動(dòng)至下一樁位繼續(xù)施工，移動(dòng)時(shí)不得擾動(dòng)或破壞已施工的螺桿樁，并做好現(xiàn)場(chǎng)成品保護(hù)。

4.7 鑿樁 成樁7天后進(jìn)行樁頭鑿除，使樁頭新鮮混凝土外露。

4.8 樁基檢測(cè) 成樁28天后，采用小應(yīng)變檢測(cè)方法及單樁荷載試驗(yàn)方法分別進(jìn)行樁身完整性、單樁豎向承載力檢測(cè)。

5 螺桿樁質(zhì)量控制

①灌注混凝土前，嚴(yán)格按照驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)對(duì)已成孔的樁中心、孔深、孔徑、垂直度進(jìn)行檢測(cè)，并填寫(xiě)相應(yīng)質(zhì)量檢查記錄。②鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)以下三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)鉆桿垂直度進(jìn)行校對(duì)，分別為：下鉆前；下鉆3～4米；鉆至設(shè)計(jì)深度后。成孔后若垂直度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，不得泵送混凝土，且應(yīng)回填重新成樁。③提鉆泵壓混凝土?xí)r，鉆桿提升速度控制在1±0.2m/min，并保持速度同步，嚴(yán)禁先提鉆后泵送。④施工中每根樁的實(shí)際灌注量與理論體積的比值，即混凝土的充盈系數(shù)不小于1.2。⑤施工完成后，為確保樁頭混凝土質(zhì)量，灌注時(shí)頂面超灌不得小于50cm。

6 結(jié)束語(yǔ)

由于螺桿樁施工不受地下水影響，且具有承載力高、沉降小、工期短、施工方便、造價(jià)低、無(wú)污染、無(wú)噪音等特點(diǎn)，適用于中密～密實(shí)砂層、砂礫石層等地質(zhì)條件下的地基加固處理，在客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路路基施工中被大面積推廣應(yīng)用。

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