高速鐵路軟土地基條件下螺桿樁施工技術(shù)

黃想祿

摘要： 高速鐵路軟土地基條件下采用螺桿樁施工技術(shù)，是一種新型的施工工藝，通過合理選擇施工機械，編制試驗方案，研究施工方法，檢測試驗結(jié)果，分析總結(jié)試驗數(shù)據(jù)，摸索出一整套螺桿樁施工技術(shù)，推廣到標段各個路基工點，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

Abstract： The application of screw pile construction technology under the condition of soft soil foundation of high-speed railway is a new type of construction technology. Through reasonable selection of construction machinery， preparation of test plans， research of construction methods， detection of test results， analysis and summary of test data， a complete set of the screw pile construction technology was extended to the various subgrade work points of the tender section to guide the construction on site.

關(guān)鍵詞： 高速鐵路；軟土地基；螺桿樁

Key words： high speed railway；soft soil foundation；screw pile

中圖分類號：TU753.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）17-0135-02

1 工程概況

合安鐵路HAZQ-3標里程為DK65+542.055～DK95+717.01，標段共有5段路基，其中路基DK65+542.055～DK66+475.130段采用螺桿樁復(fù)合地基，螺桿樁徑0.5m，樁長為14～16m，樁距2～2.2m，總延長米約為81832萬延米。

2 螺桿樁施工的特點

螺桿樁是近年來根據(jù)我國地形發(fā)展起來的新型地樁基礎(chǔ)類型，在承載力和經(jīng)濟效益方面，螺桿樁與傳統(tǒng)地樁類型相比，經(jīng)濟效益更好，傳統(tǒng)的CFG樁施工，采用的是圓柱樁，出土量大，螺桿樁與傳統(tǒng)CFG樁樁徑不變，樁身帶有螺紋，通過擠壓周邊土體，增加摩擦力，能有效提高樁基承載力，減少鉆進過程的出土量，從而也減少了混凝土澆筑數(shù)量，增加了經(jīng)濟效益。

與此同時，螺桿樁避免了灌注樁在施工過程中樁身易斷裂的缺點，又比普通樁具有更高的承載力，而且螺桿樁的承載效果高，環(huán)保效果好，無噪音，占地小，不污染地下水和環(huán)境，唯一的缺點就是施工速度較慢。

3 施工工藝

螺桿樁工藝流程圖見圖1。

3.1 原地面處理

對原地面進行清理和整平，將路基范圍內(nèi)原地面上雜物全部清除，需換填位置按照設(shè)計要求進行換填，然后進行壓實，要求場地設(shè)置2%橫坡，同時做好場地排水，確保場地?zé)o積水。

3.2 測量放線

測量出斷面樁位邊線、左右線中心線，根據(jù)樁位邊線、左右線中心線和樁距，定出樁位。

3.3 樁機就位

按測量放線位置將螺桿樁機就位，樁位偏差不大于5cm。

3.4 對中調(diào)平

鉆機就位后，鉆進進行對中調(diào)平，鉆機鉆頭中心與放樣樁位中心對齊，確保鉆機垂直。

3.5 鉆孔

螺桿鉆機鉆頭及鉆桿為螺紋狀，鉆進時鉆桿旋轉(zhuǎn)一周，下降一個螺距，螺距為35cm，在施工過程中，通過螺紋壓迫土體，使之在土體中形成螺紋狀樁。鉆進過程中需保持鉆桿穩(wěn)定及垂直，鉆機根據(jù)動力頭的轉(zhuǎn)速與螺距的關(guān)系，調(diào)整卷揚機放鋼絲繩速度，即鉆進速度，使鉆桿鉆進速度和旋轉(zhuǎn)速度一致。即鉆桿旋轉(zhuǎn)一周，下降一個螺距，鉆進0.35m。

通過試樁確定地層巖性與螺桿鉆機的電流值的關(guān)系，現(xiàn)場施工按照電流值及設(shè)計樁長確定實際施工樁長。鉆進時，鉆桿轉(zhuǎn)速控制在5～7轉(zhuǎn)/分鐘，隨著地質(zhì)變化，電流會逐漸變化，當(dāng)達到設(shè)計要求深度后，并記錄相應(yīng)深度、地質(zhì)及電流數(shù)據(jù)；當(dāng)進入持力層時，觀察電流變化，如果電流變化突然加速，且鉆機不再進尺，持續(xù)鉆進1分鐘，說明已經(jīng)進入持力層，滿足樁底承載力要求，記錄鉆進深度、地質(zhì)及電流值。

3.6 提升鉆頭

鉆頭鉆至設(shè)計深度后，螺桿樁樁機反向旋轉(zhuǎn)提升鉆桿，提升過程中嚴格按照工藝性試驗數(shù)據(jù)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)，螺桿鉆桿其旋轉(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，與此同時確保泵送混凝土迅速填充鉆桿同步旋轉(zhuǎn)提升所產(chǎn)生的螺紋段空間。

當(dāng)鉆桿提升到螺紋部分頂面的設(shè)計高度時，螺紋鉆桿再次正向旋轉(zhuǎn)，同時鉆頭泵出高壓混凝土澆筑鉆桿直接提升所產(chǎn)生的帶圓柱空間直至樁頂設(shè)計標高。

3.7 泵送混凝土

螺桿樁混凝土由拌和站集中供應(yīng)，罐車運輸至現(xiàn)場，泵送前由試驗人員對混凝土的性能進行檢測，檢測合格后進行灌注。采用泵送高壓法進行灌注，通過鉆桿桿芯送入孔內(nèi)。進場混凝土需進行檢測，檢測合格后通過地泵，泵送至鉆桿桿芯，鉆桿頂部位置預(yù)留排氣孔，通過排氣孔排出鉆桿內(nèi)氣體，同時根據(jù)排氣孔判斷鉆桿內(nèi)混凝土是否充足，停止泵送混凝土；其次是提升鉆桿，根據(jù)鉆桿長度、孔徑，計算桿芯內(nèi)混凝土方量，經(jīng)過計算，鉆桿桿芯內(nèi)混凝土可以保證灌入樁體2m；再次是根據(jù)試驗總結(jié)確定根據(jù)地泵型號、泵送速度、泵送方量、鉆桿提升速度的關(guān)系，按照試驗總結(jié)進行施工；最后是鉆桿提升至最后2m時，一次性將鉆桿桿芯泵送滿混凝土，這時鉆桿桿芯內(nèi)混凝土量可以灌注2m的樁體，混凝土自身壓力會將混凝土壓入到鉆桿周圍，并且從鉆桿與土層之間的縫隙中壓出地面，灌注高度按照設(shè)計高度+50cm控制。（圖2）

3.8 停泵

提鉆時鉆桿到達樁頂設(shè)計標高以下1.5m時（考慮虛樁0.5m），鉆桿內(nèi)充滿混凝土?xí)r停止泵壓混凝土，為保證樁身頂部混凝土強度及截樁頭，灌注混凝土?xí)r超灌量控制在30cm～50cm左右，不足時可補泵送混凝土。

3.9 提出鉆頭

澆筑完成停泵后，緩慢地提出鉆頭，滿足虛樁長度后，鉆頭可直接提出地面。

3.10 成樁后，開始下一個樁身施工。

4 螺桿樁試驗及檢測

首先螺桿樁需進行工藝性試驗，2017年5月1日開始施工9根螺桿樁試樁；其次是成樁后對樁基進行開挖，檢測樁徑符合設(shè)計要求；再次是采用低應(yīng)變檢測樁身完整；第四是通過試驗，檢測單樁承載力，單樁承載力滿足設(shè)計要求；第五是通過對樁基取芯試驗，檢測芯樣抗壓強度滿足設(shè)計要求，觀察芯樣完整，骨料分部均勻，堅硬，樁長復(fù)核設(shè)計要求。第六是對工藝性試驗進行總結(jié)，總結(jié)鉆進過程數(shù)據(jù)，復(fù)核地質(zhì)資料，判斷加固效果，分析施工數(shù)據(jù)，改進、完善施工方法，然后進行全線推廣。

螺桿樁施工過程中應(yīng)加強地質(zhì)核查，加大自查頻次，自查按100%檢測，第三方低應(yīng)變檢測按照驗標10%控制，單樁承載力按照2‰控制。

5 試驗總結(jié)

①每方混合料配合比（理論）：（水泥+粉煤灰）：砂：碎石：減水劑：水=（1+0.43）：3.2：（0.85+1.7+1.7）：0.014：0.63。混合料坍落度控制在180～200mm之間，坍落度小于180mm禁止泵送混合料。

②JZU180型螺桿樁機鉆孔速度為0.7～1.5m/min（隨地質(zhì)情況而變化），拔管速度2～3.0m/min。

③經(jīng)現(xiàn)場觀察儀表讀數(shù)，當(dāng)鉆孔電流超過140A證明已進入持力層。

④按照工藝性試驗，控制拔管速度。拔管速率太快可能造成螺桿樁樁徑偏小、縮頸或是斷樁，拔管速率過慢可能造成堵管，或是粗骨料下沉，樁頂浮漿過多，樁身強度不足、混和料離析現(xiàn)象，因此，拔管速度必須按照工藝性試驗進行控制。

⑤嚴格控制鉆速和轉(zhuǎn)速的關(guān)系，即鉆桿旋轉(zhuǎn)一周，下降一個螺距（0.35m），提鉆過程也如此。保證樁基下2/3呈螺紋狀，上1/3呈柱狀。

⑥螺桿樁每延米的灌注量為0.15m3左右，其大小與鉆頭的直徑和環(huán)境條件有關(guān)。超灌的高度比設(shè)計樁頂標高高出0.5m。

因此，采用螺桿樁機成孔及芯管內(nèi)泵送混合料灌注的方法，適合我標段地層條件，螺桿樁成孔及成樁質(zhì)量均滿足設(shè)計要求。

6 結(jié)束語

通過螺桿樁工藝性試驗，總結(jié)出適用于本標段地質(zhì)情況的施工參數(shù)，尤其是螺桿樁鉆進速度及拔管速度，確保樁體質(zhì)量可控。合安鐵路站前三標已按照螺桿樁工藝總結(jié)，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，目前螺桿樁已完成80%，已開挖螺桿樁進行的低應(yīng)變、單樁承載力、取芯試驗及外觀觀察試驗基本合格。

參考文獻：

[1]TB10751-2010，高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標準[S].

[2]Q/CR9602-2015，高速鐵路路基工程施工技術(shù)規(guī)程[S].

[3]TB10424-2010，鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準[S].

[4]TB10001-2005，鐵路路基設(shè)計規(guī)范[S].