鐵路路基施工中螺桿樁加固地基機理及施工工藝

馬新輝 （中鐵十六局集團第五工程有限公司，河北 唐山 064000）

作為一種復合式地基加固樁，螺桿樁可以顯著提升地基的承載能力，這種上部圓柱型、下部螺絲型的形式能夠有效優化土體與樁之間的關系，對于鐵路路基施工而言適用性良好。

1 工程概況

本文以吳忠至中衛城際鐵路為例展開探討，在一期項目中涉及到路基加固施工，對應總長為1.277km，基于螺桿灌注樁的方式對地基進行加固處理，線路的中線填高上限達到了6m。從工程所在的地形環境角度進行分析，其地處于黃河沖擊平原區，整體來說地勢變化較小，施工區域較為平坦，地面高程普遍介于1125～1228m范圍內。經實際勘查可知，區域內粉質黏土以及砂類土的含量較高。

施工區域內存在一些阻礙工程施工的地質因素，具體有：①主要以飽和粉土以及粉細砂為主，從地震液化范圍這一角度考慮其達到地下水位-13m；②土質大多表現為軟土特性，所具有的承載水平較低[1]。

2 螺桿樁加固地基機理

2.1 工藝原理

之所以使用螺桿樁進行加固，是因為其充分運用了“螺絲釘穩固性優于釘子”的原則。詳細來說，經施工后得到的螺桿樁表面會產生一定量的螺紋，而外樁側土體區域則會形成螺母，二者正好可以達到彼此咬合的狀態。受樁頂荷載的影響，樁側土“螺母”將處于受壓狀態，此時環狀“螺母”的根部區域處于受剪狀態，相比之下螺紋段的抗剪力明顯加大，這正好與附加應力的分布規律相吻合。對于螺桿樁上部的直桿段而言，其具有荷載傳遞的功能，加之受壓面積較大的特性，明顯提升了樁身的剛度，從而發揮出承上啟下的作用。

2.2 工藝改進

施工中嚴格控制好螺桿各個方向的運行速度，即垂直運動與旋轉運動所對應的速度應一致，只有具備此特性才滿足螺桿上下部的結構特點。基于此同步技術，若鉆頭沿著豎直方向做出相應動作時，對應的鉆桿則會旋轉一周，此時可以進入到土體結構中，從而形成螺紋結構。相比之下，非同步技術則意味著豎直方向與旋轉速度不處于同一水平，當鉆頭豎直方向運動一個螺距后，相同的時間內鉆桿將會旋轉若干圈而后進入土體中，最終形成圓柱狀形式。在本工程的鉆進過程中，采用的是正向非同步鉆進技術，此時通過對土體的擠壓作用可得到圓柱段結構，此后改變工藝方法，以正向同步的方式進行鉆進施工，經此環節后方可得到螺紋段。在進行提鉆作業時，采用反向旋轉同步提升的方式進行，待達到螺紋段設計高程后停止，此時隨即展開泵壓混凝土澆筑施工，由此形成螺桿樁的螺紋段結構[2]。

2.3 螺桿樁構造

螺桿樁是一種典型的變截面異性樁，其上部設置為圓柱形，與工程中常規的灌注樁具有一致性，下部設置為帶有螺紋特性的樁體結構。基于實際施工條件的不同，對應的段長分配情況也存在一定的差異。在本工程中，經實際勘查后最終選定1∶2的長度分配方案。

3 螺桿樁施工工藝

在進行螺桿樁的制作過程中，以JZU90型樁架螺桿鉆機為宜，經指定工序后得到的結果如下圖1所示。

3.1 施工準備

圖1 成樁效果

①在施工前需要做好場地清理工作，將殘留的樹枝等雜質徹底去除，做好水電供應，開辟出相應的施工便道。②做好技術交底工作，確保所有施工人員均能夠良好的掌握工程實際狀況，同時對進場的原材料進行質量檢驗。③進行樁位編號并展開施工，遵循由中線逐步延展至兩側的順序進行，綜合參考實際施工環境以及工藝方法，確定是否進行跳樁施工。④展開相應的成樁工藝試驗，此時需要考慮到施工區域的地質條件，由此選定合適的施工設備，采取有效的工藝技術方法。

當做好原地面處理工作后，首先應對地面進行一次復測，由此獲悉實際地面高程情況，而后再進行線路中線的復核。引入全站儀設備，以施工圖為指導做好放樁工作，并在樁位處撒上適量石灰用以標記[3]。

3.2 鉆機就位

①樁機就位。當結束螺桿樁放樣定位工作后便可將樁機就位于指定施工區域，引入調度人員，確保鉆頭與樁位處于對中狀態。此外，將前腿支起，使得履帶能夠完全與地面相接觸，由此避免后續施工過程中出現主機失穩等現象。②調整鉆桿垂直度。借助樁基塔身上的垂直標桿進行校正，以樁長為基準，所得的垂直度應控制在該值的1.0%范圍內。

3.3 鉆進成孔

在進行鉆進施工時首先應將鉆頭閥門關閉，嚴格遵循先慢后快的順序進行施工，在最大程度上避免鉆桿搖晃現象。在鉆桿下降過程中，應將速度控制在合理范圍內，使其與旋轉速度相匹配。對鉆桿的狀態進行密切觀察，當出現劇烈搖晃等問題時，則需要暫停施工，尋找到誘發因素并做以針對性處理，由此避免鉆速過快而帶來的孔傾斜等問題。

3.4 反轉提升鉆桿及泵壓混凝土

完成成孔施工后需要對其質量進行檢驗，當達到工程標準后便可進行混凝土泵送施工。螺桿樁機以反向的方式進行旋轉，此過程提鉆速度宜控制在1±0.2m/min范圍內，需要注意的是，此時旋轉以及提升兩大工序的速度應相同。所使用的材料以細石混凝土為宜，利用該材料進行填充處理后便可形成螺紋段樁體。關注鉆桿的提升位置，當其達到頂面設計高程時則需要進行正向旋轉，同時應兼對圓柱段進行混凝土填充作業，直至施工到樁頂設計高程為止。當結束某一灌注樁施工后，在移動至下一施工區域時應控制好速度，不可對已完成的螺桿樁造成破壞。待成樁時間達到7d后便可對樁頭部分進行鑿除處理；待成樁28d后便需要對樁的質量做以全面檢測，由此得知其承載水平等性能。

3.5 螺桿樁質量控制

①施工過程中嚴格對樁位偏差進行檢測，與設計標準所產生的偏差應控制在5cm范圍內。此外，樁身的垂直度偏差不可超過1%。

②施工人員對鉆桿進行密切的量測并做好相關數據的記錄工作，從源頭上避免超鉆等問題。

③以試驗所得到的配合比為基準，在此基礎上進行混凝土的拌制施工，拌制完成的混凝土材料應在2h內使用完畢。

④當出現鉆桿跳動或是不進尺的現象時，應立即暫停作業并查明原因。

⑤嚴格控制好高壓泵管的壓力，使其必須穩定在工程指定的范圍內，以避免泵管破裂現象。

⑥允許出現一定的超灌現象，但對應高度應在0.4m范圍內，充盈系數應控制在1.0～1.2范圍內。

4 結束語

綜上所述，螺桿樁施工可以避免結構遭到地下水的影響，具有優良的承載能力，所帶來的沉降現象較小，工程施工效率高，不會對周邊環境造成污染，因此對于中密砂層以及砂礫石層而言具有高度的可行性。經實際工程案例表明，其在客運鐵路的路基施工中具有良好的應用價值。