關于提高松軟土層螺桿樁成樁質量的研究

王偉

摘 要 螺桿樁具有強度高、工期短、功效高、沉降小、無沉渣、不塌孔無污染等優點。本文在簡單介紹螺桿樁受力特性分析和施工工藝的基礎上，對多個施工環節加強了質量控制措施，提高了松軟土層螺桿樁成樁質量，以期能夠起到一定借鑒作用。

關鍵詞 螺桿樁;松軟土層;成樁質量

引言

我們所稱的螺桿樁技術是在日本的高強度鋼纖維混凝土預制螺紋樁的基礎上創新而成，其主要利用鉆機鉆桿下降與旋轉對鉆桿周圍土體形成擠壓，然后鉆桿勻速反轉，泵壓混合料灌注成樁。螺桿樁是一種“上圓柱、下螺紋”的復合地基加固樁。具有強度高，工期短，功效高，沉降小，無沉渣、不塌孔、無泥漿污染等優點，適應多種土層等優勢。現就提高松軟土層螺桿樁成樁質量進行研究，以期起到借鑒作用。

1工程概況

此項工程屬于商合杭鐵路河南省境內正線47.99km，線路自

商丘站引出，經由商丘新站至豫皖省界（DK2+300～DK46+195.389），

設商丘、商丘新區2站，其中商丘站與在建鄭徐客運專并站設置。線路經過區域為沖積平原，表層發育軟土、松軟土，且二者無明顯界限，均呈層狀分布，局部呈透鏡體狀，河塘溝渠表層分布有淤泥質土。軟土層厚度一般為0.5～2.5m，松軟土層厚3～19m。地層為：填筑土（）、雜填土（）、素填土（）、粉質黏土（）、粉土（）、粉砂（） 、細砂（）、軟粉質黏土（）。由于土質地基厚度大，多為中壓縮性土，承載力不高，路基工程采用復合地基處理。

新建商丘至合肥至杭州鐵路（JJDK2+300～DK1+617.13，含短鏈0.501km），螺桿樁共53萬延米。樁徑0.5m，樁間距2.2～2.4m，樁長22～30m，樁身分直桿段、螺紋段，螺紋長1/3L，正方形布置，螺桿樁設計樁身強度不低于C25[1]。

2螺桿樁受力特性分析

螺旋樁作為一種新型的變截面樁，改變了以往的樁與周圍土體的相互作用模式。 文中為了分析螺旋樁的受力特性，應分別對螺旋樁的上直桿段和下螺紋段進行分析。 上直桿段的力學特性與普通灌注樁相同，由于螺紋與土體之間的機械咬合作用，改變了直樁的承載機理。 螺旋樁的承載力由上直桿側摩阻力、下螺旋桿側摩阻力、螺旋樁端部側摩阻力和樁底端部側摩阻力四部分組成。 但它們的極限值不能同時出現。 隨著荷載的不斷增加，螺旋樁上直桿段的承載力先于下螺紋段的承載力，樁側摩阻力先于樁端摩阻力，樁側摩阻力的大小與樁土位移有關。

在螺桿樁樁頂受荷情況下，當荷載足夠大時，螺旋段樁周土體發生剪切破壞，螺旋段樁體和螺旋段土體均產生向下位移，螺旋段土體和樁周土體發生錯位，螺旋段土體和螺旋段土體之間的咬合力消失。 當荷載持續增加時，上部荷載迅速向樁底傳遞，荷載增量由樁端阻力承擔，當樁端阻力達到極限狀態時，樁頂荷載為單樁極限承載力值。

3螺桿樁施工控制要點

3.1 施工機械的選擇

螺桿樁機分履帶式和步履式兩種，根據現場原狀土體保持完好情況進行選擇。一般表層為松軟土地區宜選用履帶式螺桿樁機，步履式螺桿樁機對場地要求較高，移位時動力裝置處在頂部，導致機體重心升高，螺桿樁機存在傾覆風險。

另外，螺桿樁機必須有完善的自動控制系統，在操作界面輸入經工藝試驗確定的參數后，能夠自動按要求運轉。

螺紋段直徑等于直桿段直徑。 線的寬度一般為50～60毫米。 線頭的厚度約為50毫米。 根的厚度一般是102毫米。 節距與樁徑之比為1∶0.6～1。

3.2 樁體混合料

螺旋樁體由水泥、碎石（或礫石）、砂子、粉煤灰（如有必要，加入適量的泵送劑）混合，在攪拌機中加水強制攪拌。 水泥和混凝土可以是硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥，這取決于混凝土受地下水侵蝕的類型和程度，依據相關規范確定。粗骨料宜選用碎石或卵石，粒徑8～25mm。中粗砂含泥量低于5% 時，應選擇細集料。粉煤灰等級要求三級或以上的粉煤灰。施工過程中，還要根據現場需要摻入不同的外加劑（減水劑、緩凝劑、泵送劑等）。

3.3 施工工藝

（1）螺桿樁施工工藝流程圖

（2）鉆機就位。鉆機就位時，鉆桿垂直對準樁心，確保螺旋樁垂直度偏差不超過1% 。 垂直度檢測由現場技術人員通過投擲垂直球來控制。 在每根樁施工前，由專人進行樁身定位和垂直度檢查，以確保鉆孔前符合要求[2]。

（3）鉆進過程的控制措施。在針對鉆進過程中，打樁機自動控制系統嚴格控制鉆桿的下降速度和旋轉速度，使它們相互匹配，在土體中形成圓柱狀;鉆桿旋轉1周，螺桿轉干下降1個螺距，鉆至螺桿樁螺紋段設計深度，在土體中形成螺紋狀。若二者不匹配，會導致螺紋內部土體與周圍土體發生錯動，影響螺牙的端阻力。下鉆過程中，操作人員須密切關注操作界面電流變化，一般情況電流變化比較均勻，從開鉆到成孔逐漸勻速增大，待達到持力層，電流變化較為明顯，表明鉆頭鉆進位置已到達設計深度，可以停止鉆進工作，與動力頭底面停留位置相應的鉆機塔身處作醒目標記，作為施工時控制樁長的依據;若鉆進過程且未達到設計深度，出現電流急劇變化，此時應立即停止鉆桿旋轉，待查明原因排除問題后，方可繼續鉆進;若鉆桿出現只旋轉不鉆進的情況，會導致螺紋內部土體與周圍土體發生錯動，機械咬合力消失，螺牙端阻力消失，即使最后灌注成樁，仍然改變了螺桿樁的受力特性，對成樁質量極為不利，最終會導致單樁承載力不足。

鉆機在進行首次鉆孔時，需要先進行泵壓水和水泥砂漿，用高壓輸送泵開始向泵壓1～2m3水，然后再泵壓1～2m3的水泥砂漿，直至鉆尖出料口處泵出砂漿。這一過程的實現，其主要目的就是檢查泵壓管的密閉性能，榆次同時也可以在泵壓之前對管道起到了潤滑的作用，以確保后期工程進行過程中的安全性與連貫性。

（4）混合料泵送過程的控制措施。樁身混合料按照C25混凝土配比，計量要求準確，每盤攪拌時間不應小于60s。當鉆桿充滿混合物時，將鉆桿拔出，同時抬起反向動力頭，每次旋轉的高度等于提升裝置的高度，嚴禁先提起鉆桿再泵入物料。 遇到飽和砂或飽和淤泥層等軟土時，不得停泵等候物料。 在施工過程中，樁頂標高不低于設計標高0.5 m，控制最后填筑量，樁頂不低，樁頭在1.5～2.0 m 深度范圍內機械振動，灌注樁樁頂覆土養護[3]。在灌注混合料時，對于泵壓混凝土的控制采用記錄泵壓次數的辦法，對于同一種型號的輸送泵通過試驗確定泵壓次數為4次/米。鉆機移位時，要避免對已成螺桿樁的樁體造成破壞。

（5）樁間土施工的控制措施。①樁體強度達到70%后，方可清除樁間土，樁間土清除采用小型挖機配合人工進行清土。②螺桿樁為混合料素樁，承受水平荷載能力遠小于豎向荷載。施工時首先測定地面標高，并做出標記，計算出需要挖深，用小型挖掘機將土一次性挖至設計樁頂標高上20cm處，剩余20cm必須人工清底挖除。小型挖機清土時，嚴禁觸碰樁頭，樁身受剪力影響，可能會出現斷樁。③現場施工機械嚴禁在已開挖場地上行走，現場施工機械自重會擠壓樁間土形成橡皮土，同時樁體承受側向剪力，影響樁身完整性。

4結束語

螺桿樁作為一種新型樁基形式，在商合杭鐵路的成功應用，證實了該種樁基在松軟土層的地基處理有著明顯的優勢。但螺桿樁施工過程的質量控制是至關重要的，本文僅就螺桿樁在松軟土層施工的鉆進、混合料灌注、樁間土施工等環節加強了質量控制措施，有一定的局限性，還需不斷積累地區施工經驗，以確保施工效果。

參考文獻

[1] 周俊磊，張智慧.鐵路路基螺桿樁質量檢測技術[J].鐵道建筑，2019，59（9）：93-95，105.

[2] 熊乾.高速鐵路有砟軌道黃土路基螺桿樁復合地基沉降控制技術研究[D].蘭州：蘭州交通大學，2019.

[3] 馬新輝.鐵路路基施工中螺桿樁加固地基機理及施工工藝[J].安徽建筑，2019，26（5）：51-52.