擠密螺紋樁工藝在地鐵施工中的應用研究

曹中文

摘 要：隨著施工技術的飛速發展，樁基施工工藝越發先進，處理方式也越來越多樣化。其中，擠密螺紋樁是近年來新興的一種樁基施工工藝，目前該樁基施工工藝開始應用于城市地鐵項目，應用越來越廣泛。

關鍵詞：樁基施工;擠密螺紋樁;城市地鐵項目

中圖分類號：U213.14文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）08-0091-03

Research on the Application of Compacted Thread Piles in Subway Construction

CAO Zhongwen

（The 6th Engineering Co.， Ltd. of China Railway 11th Bureau Group，Xiangyang Hubei 441003）

Abstract： With the rapid development of construction technology， the pile foundation construction technology has become more advanced and the treatment methods have become more and more diverse. Among them， compacted thread piles are a new type of pile foundation construction technology in recent years. At present， the pile foundation construction technology has begun to be applied to urban subway projects and has become more and more widely used.

Keywords： pile foundation construction;compacted thread pile;urban subway project

擠密螺紋樁是指樁身帶有螺牙的混凝土灌注樁，適用于一般黏性土、粉土、砂土、碎石土、殘積土及強風化巖等土層[1]。擠密螺紋樁是在高強度鋼纖維混凝土預制螺紋樁和長螺旋鉆孔灌注樁的基礎上研發出的一種實用價值很高的新型樁，借鑒螺釘的受力原理，通過變截面的構造，在樁基成孔時，樁側壁土體受擠壓和加密作用，成樁后，樁身形成螺紋，與樁側土緊密咬合。當樁頂承載時，螺紋段的樁側土受壓，環狀螺母根部受剪，樁身直桿段的側阻力和樁端的端承載力共同作用。同時，螺紋段的抗剪力大于同條件下的側阻力，附加應力的分布規律和應力分擔比及剛度變化能達到最佳組合，樁身受力與土體受力能夠協調一致。豎向受力方面，附加應力由上到下慢慢變小，樁身的應力分解。擠密螺紋樁上部的柱體段在荷載傳遞中加大了受壓面積，提高了樁身剛度，充分發揮了螺紋段功能，起到承上啟下的作用。

1 擠密螺紋樁優勢

與其他傳統樁型相比，擠密螺紋樁優勢更加明顯：施工過程無噪聲、無振動，更滿足綠色環保要求;施工過程中不取土，通過對天然地基的擠密作用，對地基土進行壓縮，可以有效提高地基承載力，減小地基沉降;擠密螺紋樁的單樁承載力較高，樁基數量可以進一步優化，可以有效節省工程造價;解決了預應力管樁無法在砂卵石（卵石密度>30%）及強風化巖層施工、擠土負效應、長螺旋鉆孔灌注樁樁端虛土、現澆混凝土全螺紋樁體承載力不足的弊病;樁機設備扭矩大，穿透力強，對土質的適應性非常強，同時不受地下水位的影響，應用更加廣泛;擠密螺紋樁施工工藝簡單，施工過程沒有清底、取土、護壁、塌孔、斷樁等問題，樁身質量可靠;采用專用液壓步履螺桿樁機，可以自行行走、回轉、起落立柱，對位準確，樁機設備自動化程度高，工作性能先進，人工勞動強度降低，大大加快施工進度，可以連續泵送混凝土，實現了真正的優質高產[2]。

2 城市地鐵項目擠密螺紋樁概述

青島地鐵四號線登瀛車輛段的段落里程JK0+987.2～JK1+308.1區域屬于軟弱地基，處理設計采用擠密螺紋樁施工工藝。擠密螺紋樁螺牙外徑為0.6 m，螺距為0.45 m，采用正方形布置，樁間距為2.2 m，設計擠密螺紋樁總長度25.45萬m，采用由中間向兩邊擴展的成孔順序進行樁基作業。

3 樁基機械設備選用

青島地鐵四號線登瀛車輛段擠密螺紋樁采用的是JZB30型液壓步履螺桿樁機，樁機主要由動力頭、鉆桿、立柱、液壓步履式底盤、回轉結構、卷揚機、操作室、電氣系統、液壓系統和托運機構等選配組成，可實現行走、回轉、起落立柱及樁機對位。工作時由動力頭驅動鉆桿、鉆頭旋轉、卷揚機控制鉆具的升降，被鉆切削下的土料大部分由螺桿擠壓加密到孔壁，沒有泥漿污染和棄土。鉆至設計深度提鉆成孔，也可以邊提鉆邊壓注混凝土（或泥漿）而成樁。

4 擠密螺紋樁施工工藝

擠密螺紋樁的施工工藝如下：施工準備及樁機組裝調試→測量放線及復核→樁機就位（控制垂直度）→樁機下鉆→提鉆泵壓混凝土拌和料→后置鋼筋籠制安（鋼筋籠制作→鋼筋籠驗收→鋼筋籠套穿鋼管及振動裝置）→樁機移位（下一根樁循環）→清理樁間土、環切樁頭→樁頭鋼筋調直→樁基檢測。

4.1 施工準備及樁機組裝調試

4.1.1 場地準備。考慮樁機設備大體積和大質量，機械進場組裝前先進行場地平整，同時設置臨時排水溝、集水井等降排水設施，抽排地上積水，場地內排水疏干后，挖出原地面種植土。

4.1.2 樁機組裝調試。樁機操作手根據操作規程，將樁機設備組裝好;操作手接線試運行時，將鉆桿提升至距離地面約400 mm位置，觀察整機行走、回轉是否正常，卷揚機制動器是否靈活可靠，行程控制開關動作是否靈敏，各電機運動方向是否正確，如果各項指標顯示正常，即樁機調試完成。

4.2 測量放線及復核

施工前由測量人員根據圖紙樁位進行現場樁基點位放樣，先測出樁基控制角點，將木樁打入控制角點處，再依據控制角點放出中間點（即樁位），用白灰或者專門的木樁做好標記。每個樁基點的測量要求測量人員對測量基線、控制點及樁位點進行復核，樁位縱橫向偏差要求不大于5 cm，確認準確無誤后方可結束。

4.3 樁機就位（控制垂直度）

樁位控制點放好后可以安排樁機就位，由樁機操作手根據樁機樁架上前后、左右的刻度尺調整垂直度，保證豎向垂直度要求。樁機鉆進2～3 m后使用吊錘復核鉆桿豎向垂直度是否在容許偏差范圍（鉆桿豎向垂直度允許偏差為1%），為保證垂直度控制準確，可以提前在樁機導向桿上刻上“十”字標記，確保吊錘與導向桿上的“十”字垂直，如果鉆桿豎向垂直度超出偏差范圍，則停止鉆進，要求重新調整直至滿足垂直度要求。

4.4 樁機下鉆

樁基開始鉆孔時，先關閉鉆頭閥門，釋放卷揚，當鉆頭即將接觸地面時，啟動動力裝置開始向下鉆進。鉆進時保持先慢后快，以減少鉆桿搖晃，確保鉆進過程平穩，鉆進過程中動態檢查鉆孔的偏差，以便及時糾正[3]。在成孔過程中，如果發現鉆桿搖晃或鉆進困難，要及時放慢鉆進速度，檢查是否遇到障礙物，避免鉆桿和鉆頭損壞。

鉆孔過程中，嚴格控制鉆桿的下降和旋轉速度，保持勻速下鉆。鉆孔形成螺紋段時，鉆桿每降一個螺距時，鉆桿旋轉一周，鉆至螺紋段設計深度。當遇有障礙物時，應立即停鉆，清除障礙物后再重新鉆進。

4.5 提鉆、泵壓混凝土拌和料

4.5.1 混凝土拌和料的選用。擠密螺紋樁樁體材料采用碎石、石屑或砂、粉煤灰、水泥加水配合而成，樁身水泥采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量不大于200 kg/m3，摻加優質粉煤灰（等級不低于III級），粉煤灰摻加量為70～90 kg/m3，石屑率一般控制在0.3左右，碎石粗骨料滿足級配要求，松散堆積密度大于1 500 kg/m3，碎石最大粒徑不大于25 mm，拌和料28天標準立方體無側限抗壓強度不小于20 MPa。

4.5.2 樁機成孔泵送混凝土拌和料。擠密螺紋樁成孔至設計標高時，停止鉆進，先排出管內的空氣，然后開始泵送混凝土拌和料。當鉆桿芯管充滿混凝土拌和料后，樁機反向旋轉提升鉆桿，鉆桿順著已形成的土體螺紋反向旋轉，嚴格控制提管速度，使提升和旋轉速度同步和匹配，保持鉆桿提拔的速度控制在1.3～1.5 m/min。維持鉆桿反向旋轉一圈，鉆桿上升一個螺距。此時，通過中心泵管高壓泵送混凝土拌和料迅速填充鉆桿同步旋轉提升時所產生的螺紋段空間。當樁機鉆頭提鉆到一定位置時，停止泵送混凝土拌和料，由樁機鉆桿內的混凝土拌和料來充填至樁頂設計標高。該過程要及時關注輸送泵泵送次數和控制混凝土拌合料實灌量，灌注過程要確保拌和料超灌高度不低于設計標高的50 cm，保證混凝土拌和料實灌量不小于設計灌注量。

4.6 后置鋼筋籠制安

4.6.1 鋼筋材料選用。根據圖紙要求的鋼筋參數，合理選用主筋、螺旋箍筋和加勁箍筋。鋼筋進場時，對進場批次的鋼筋產品合格證、出廠檢驗報告仔細檢查，檢查鋼筋表面的標志和銘牌是否一致、進場的鋼筋是否和圖紙設計要求的規格一致等。鋼筋進場后，及時切割樣品，按要求送檢，檢驗合格后方可使用。

4.6.2 鋼筋籠制作。采用鋼筋籠滾焊機加工鋼筋籠;根據圖紙設計要求，精確計算所需鋼筋用料長度下料放樣，用鋼筋切割機將鋼筋切好備用，按規格尺寸分類擺放，防止錯用;控制鋼筋籠兩相鄰接頭間距不小于35[d]（[d]為縱向受力鋼筋的較大直徑），且同一截面搭接頭數量不大于主筋根數的50%;控制鋼筋籠主筋與箍筋的每個交叉點綁扎牢固，主筋、加強筋采用單面搭接焊，焊接長度確保不小于10倍鋼筋直徑，架立筋與主筋焊點保證焊接均勻牢固，對鋼筋籠吊點處的焊接點重點加強，避免鋼筋籠起吊時出現脫焊情況。

4.6.3 鋼筋籠套穿鋼管振動裝置。在地面上把振籠用的鋼管振動裝置從水平方向穿入鋼筋籠的內腔，將專用振動裝置連接固定好，同時用鋼絲繩把鋼筋籠與振動裝置柔性連接，在鋼筋籠吊裝前，工作人員必須排查連接情況，確保連接安全可靠。

4.6.4 鋼筋籠吊裝。鋼筋籠采用后置式安裝。當樁機鉆頭提升至孔口時，按要求停止泵送混凝土拌合料，然后將鉆頭提出，把半成品鋼筋籠安裝好，用樁機的自備吊鉤將鋼筋籠豎直吊起，使鋼筋籠垂直于樁基的孔口上方，保證鋼筋籠居中。接著，啟動吊鉤把鋼筋籠下端插入混凝土的樁體中，開啟振動裝置，使鋼筋籠振動下沉到預定深度。

在鋼筋籠的上部、中部和下部，按水平方向分別設置6個支撐限位，保證鋼筋籠安裝時位于樁中心位置，同時在鋼筋籠外側每間隔1 m放置一個混凝土墊塊，使鋼筋籠的保護層達到《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》（GB 50202—2018）的規定要求。在樁孔位置上專門放置一個鋼筋籠限位架，當鋼筋籠下沉到預定位置時，用鋼絲把鋼筋籠捆綁在限位架上，使鋼筋籠不再下沉，然后振動拔出鋼筋籠套管鋼管。

4.7 樁機移位

樁基施工完成后，對樁頭做好現場成品保護，由操作手操控樁機設備通過自行行走、回轉移動到下一個樁位處，重復以上步驟進行下一根樁的施工。

4.8 清理樁間土、環切樁頭

4.8.1 清理樁間土。擠密螺紋樁樁身達到設計強度的70%后，開始進行樁間土開挖和清理，預留足夠的工作面。樁間土清理完成后，在基坑四周設置高度不低于1.2 m的護欄。

4.8.2 環切樁頭。技術人員根據測量數據，用油漆沿著樁身周圍標記切割線，同時用鋼筋保護層測定儀測定混凝土保護層厚度及鋼筋位置。樁頭環切時，采用無齒鋸沿樁身標記線繞樁頭環向切割一周，切縫深度控制在3～4 cm，不超過鋼筋混凝土保護層，接著用風鎬從外到內、從上到下在樁頭上鑿出V形槽剝離混凝土使鋼筋剝離，其間不能損壞鋼筋。鋼筋剝離后，沿樁頭在切縫線1～2 cm位置用風鎬均勻鉆孔，鉆孔深度控制在10～15 cm，鉆孔完畢，插入楔形鋼釬來頂斷樁頭，然后用大錘反復敲擊鋼釬，使樁頭在環形斷樁孔處斷開。樁頭切掉后，人工鑿平樁頭，將樁頭周邊的混凝土渣清理干凈。

4.9 樁頭鋼筋調直

樁頭切掉后，人工用鋼筋扳手將彎曲的鋼筋調直，然后用高壓水槍對樁頭浮渣進行沖洗，待沖洗完成后將積水及時排除，鋼筋頭刷上一層水泥漿進行防銹處理，之后用橡膠套把鋼筋頭套好。

4.10 樁基檢測

當擠密螺紋樁成樁28天，強度滿足規范要求，抽取10%的樁基做低應變試驗（每次不少于3根），檢驗樁體完整性和均勻性;抽取2‰的樁基做單樁承載力試驗（每次不少于3根），檢驗是否滿足單樁承載力要求。

5 擠密螺紋樁質量控制

施工前要嚴格對混凝土拌和料做配合比試驗，確保混凝土拌和料的強度滿足設計要求;要及時檢查鉆頭及鉆桿的磨損情況，鉆頭直徑達不到設計樁徑時，要及時更換鉆頭或對鉆頭補焊;施工過程中加強對成樁的質量檢查，重點對成孔、混凝土拌合料澆筑及鋼筋籠吊裝進行檢查;詳細填寫樁基施工原始記錄，包括施工日期、天氣、樁號，鉆孔深度，樁機提升速度、轉速，鉆孔過程中樁機每貫入1 m時的電流表讀數和對應地層標高匹配情況，混凝土拌和料泵壓力等;混凝土拌合料澆筑時，盡量將混凝土泵的位置控制在樁機設備50 m范圍內，要求泵管保持水平，減少彎道，盡量使成樁連續進行，施工過程中不能停泵待料，如果泵送過程出現中斷，要及時做好樁基中斷深度記錄，及時做樁基檢測試驗檢測樁身完整性;成樁后，要嚴禁重載車輛在樁頂行駛，避免成樁被壓壞;樁間土清理時盡量采用人工與小型挖掘機配合的方式，禁止挖掘機碰撞樁頭造成斷樁。

6 結語

地鐵領域的工程實踐應用充分證明，擠密螺紋樁螺旋成孔和鋼筋籠下插協同法大大提高了樁基施工效率，其螺紋樁型設計又進一步加強了樁基承載力，使它相比傳統鉆孔灌注樁具有更廣泛的應用前景。擠密螺紋樁作為一種新型樁基工藝，通過工程實踐肯定還能進一步改善，性能會進一步加強，未來還需要人們積極探索。

參考文獻：

[1]住房和城鄉建設部.螺紋樁技術規程：JGJ/T 379—2016[S].北京：中國標準出版社，2016.

[2]閉歷平，方崇，張信貴.新型螺桿灌注樁的施工工藝與質量控制措施[J].西部探礦工程，2016（12）：26-27.

[3]上海市城鄉建設和管理委員會.全螺紋壓灌樁技術規程：DG/TJ 08-2155—2014[S].上海：同濟大學出版社，2014.