螺桿樁地基處理試驗(yàn)與檢測

王恒

中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司 陜西西安 710000

螺桿樁是一種擠土式灌注樁，成樁過程中不需要泥漿護(hù)壁，且不用清底，因此具有不上返土、無泥漿污染等綠色樁型的特點(diǎn)，因其樁身具有螺紋變截面且施工過程中擠壓周邊土體，所以螺桿樁還具有承載力高、施工速度快、節(jié)約混凝土等優(yōu)點(diǎn)[1]。

本文結(jié)合大張高鐵大同南站站前工程，論述螺桿樁的施工工藝，并采用低應(yīng)變等方法檢測成樁后的樁身質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)要求。

1 試驗(yàn)段黃土工程地質(zhì)條件

試驗(yàn)場地位于大張鐵路大同南站內(nèi)，屬大同盆地，沖洪積平原，地形平坦開闊，局部地段略有起伏，大部分為耕地。

地層：素填土，雜色，稍密，成分以黏性土、礫石、細(xì)砂為主，層厚0-2.8m；粉土，黃褐色、棕紅色，稍濕，層厚0.8-2.7m；粗砂，黃褐色，稍密-中密，稍濕-飽和，成分以石英、長石為主，層厚2.3-8.3m等。

水文地質(zhì)：勘測期間地下水位埋深9.4-27.2m，類型主要為第四系孔隙潛水，主要依靠大氣降水及地表水補(bǔ)給，以大氣蒸發(fā)為主要排泄方式，水位季節(jié)變化幅度1-2m。

2 螺桿樁成樁工藝流程

2.1 主要機(jī)械設(shè)備配置

根據(jù)螺桿鉆的結(jié)構(gòu)、施工要求，現(xiàn)場通過與鉆機(jī)廠家合作將市場上現(xiàn)有的LW30型長螺旋鉆機(jī)改造成滿足施工要求的螺桿鉆機(jī)，主要參數(shù)見表1。本項(xiàng)目進(jìn)場的螺桿鉆機(jī)已改換了動力頭、螺旋鉆桿，同時增加了變頻調(diào)控裝置，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 LW30 型螺桿樁鉆樁機(jī)主要參數(shù)

2.2 原材選擇及控制

（1）在原材料進(jìn)場后，向監(jiān)理工程師報送相關(guān)質(zhì)量證明文件。

（2）對水泥、卵石（或碎石）、砂、粉煤灰等原材進(jìn)行取樣送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行復(fù)檢。

（3）對配制好的混合料進(jìn)行檢測。施工前完成拌合機(jī)標(biāo)定，嚴(yán)控混合料的配合比，加強(qiáng)過程監(jiān)督檢查。

另一方面，1871年德國重歸統(tǒng)一后表現(xiàn)出推崇民族文化的浪漫主義思想，集中體現(xiàn)在對本國中世紀(jì)自然主義城鎮(zhèn)形態(tài)尺度的保護(hù)、更新等方面.而德意志帝國的殖民者也將這種對民族主義的狂熱帶到了青島，在城市建設(shè)中表現(xiàn)出濃厚的自豪情節(jié)[4]，如1898年其頒布的建筑條例提到：“注重道路盡端和轉(zhuǎn)折點(diǎn)及建筑物的外觀設(shè)計(jì)”.這顯然是對德國中世紀(jì)城鎮(zhèn)中對景手法的效仿.

（4）混合料配比主要參數(shù)：①P.O42.5級水泥；②粒徑5-25mm碎石；③干凈的河砂，含泥量小于5%的中粗砂；④等級要求Ⅲ級及Ⅲ級以上的粉煤灰。

2.3 地表清除及測量放點(diǎn)

填筑試驗(yàn)段表層采用推土機(jī)清除，清表過程基于測量基準(zhǔn)點(diǎn)控制整體清表標(biāo)高，按樁頂標(biāo)高+0.5m高度控制。測量班按照交底放設(shè)邊、中線，技術(shù)人員按照兩米間距拉鋼尺布點(diǎn)。

2.4 試驗(yàn)實(shí)施

第一點(diǎn)：確認(rèn)混凝土塌落度。本次試樁分別采用塌落度采用160mm、170mm、180mm和200mm進(jìn)行工藝試驗(yàn)，分別灌注8根試驗(yàn)樁。其中，78-7、78-8采用160mm、165mm混凝土塌落度；78-9、78-10采用170mm、175mm混凝土塌落度；79-7、79-8采用180mm、185mm混凝土塌落度；79-9、79-10采用195mm、200mm混凝土塌落度。

經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)，這幾種塌落度均能滿足施工要求，未發(fā)生堵管情況，灌注順利。

第二點(diǎn)：確認(rèn)每個施工進(jìn)程中混凝土的泵送量。安排生產(chǎn)2m3C20混凝土，再地磅精確測量方量，罐車運(yùn)輸至工地，再用泵車全部達(dá)到另一輛空罐車內(nèi)，期間統(tǒng)計(jì)泵車進(jìn)程次數(shù)。如此反復(fù)三次，求得該輛泵車每個進(jìn)程能泵送的混凝土量。

經(jīng)現(xiàn)場測量，這臺泵車（B01）每個循環(huán)進(jìn)程泵入混凝土量為0.0575m3。

第三點(diǎn)：確認(rèn)混凝土灌注方法。混凝土輸送泵泵壓穩(wěn)定在10MPa，保證混凝土充滿鉆桿桿芯，施工過程注意觀察排氣孔情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有混凝土從鉆桿頂端排氣孔溢出時，停止泵送，提升鉆桿（21m）。提升1.5m后，讓混凝土輸送泵再次向鉆桿內(nèi)壓入混凝土，直到混凝土再次溢出排氣孔時停止，如此循環(huán)反復(fù)直到灌注完成。

第四點(diǎn)：確認(rèn)施打順序。按照圖紙要求，從線路中心向線路外側(cè)施打。

第五點(diǎn)：確認(rèn)鉆桿垂直度。在開鉆之前和鉆進(jìn)過程中，專人查看主塔上側(cè)面和后面的兩個錘球指針，若發(fā)現(xiàn)偏離中心過大，立即停轉(zhuǎn)，查明原因。樁體齡期達(dá)到后，對78-9、78-7、78-10螺桿樁進(jìn)行鉆芯取樣試驗(yàn)，經(jīng)現(xiàn)場檢測表明樁，身取樣完整，長度滿足設(shè)計(jì)樁長要求。

第六點(diǎn)：鉆進(jìn)過程中確認(rèn)鉆桿下降速度和旋轉(zhuǎn)速度的匹配。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)，在黃土、粉質(zhì)粘土地層，能達(dá)到鉆桿下降速度和旋轉(zhuǎn)速度匹配，但在砂土地層無法達(dá)到鉆桿下降速度和旋轉(zhuǎn)速度匹配，但通過放慢鉆進(jìn)速度和停鉆冷卻鉆頭，可以達(dá)到鉆桿下降速度和旋轉(zhuǎn)速度匹配。

第七點(diǎn)：鉆桿提升速度與旋轉(zhuǎn)速度匹配。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)，通過采用變頻一檔，提升時間均在7-8分鐘中間，計(jì)算提升速度在2.25m/min-2.6m/min，符合要求；按照變頻二擋時，此樁的提升速度太快，達(dá)到3.3m/min，不符合要求。

第八點(diǎn)：確認(rèn)截樁機(jī)刀片尺寸。分別安裝直徑為50cm、60cm和70cm的刀片切割樁頭，結(jié)果表明：50cm直徑的刀片無法切除樁頭中心部位，切割后樁頭不平整；60cm直徑的刀片可以從三個方向切割平整的切除樁頭；70cm的刀片安裝后，整個截樁機(jī)在切割過程中，機(jī)身很不穩(wěn)定，晃動太大，無法進(jìn)行切割作業(yè)。

第九點(diǎn)：確認(rèn)樁身垂直度。開挖78-7、78-8、78-9、78-10樁體，開挖深度1.0m。剔除干凈樁周土后，測量樁頭下0.5-1.5m處樁體垂直度，分別為2mm、2mm、3mm、1mm，均小于10mm（1%）的設(shè)計(jì)要求。

3 螺桿樁成樁質(zhì)量檢測

根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，螺桿樁成樁質(zhì)量分別采用低應(yīng)變法與單樁承載力試驗(yàn)相結(jié)合檢測。

3.1 低應(yīng)變法檢測

本試驗(yàn)采用低應(yīng)變反射波法檢測混凝土樁的樁身完整性，判定樁身缺陷的程度及位置，反射波法測樁的示意圖如圖1所示。

圖1 反射波法測樁的示意圖

樁身強(qiáng)度達(dá)到75%以后，清運(yùn)樁間土后，截除樁頭，進(jìn)行低應(yīng)變試驗(yàn)，檢測樁身完整性，所測的8根樁樁身完整性均符合設(shè)計(jì)要求，其中15-078-04號樁低應(yīng)變波形圖見圖2，可以看出本樁波形為Ⅰ類樁波形。

圖2 15-078-04 號樁低應(yīng)變波形圖

3.2 單樁承載力試驗(yàn)

螺桿樁試樁混凝土達(dá)到28天后，經(jīng)對試驗(yàn)樁進(jìn)行3根單樁承載力試驗(yàn)檢測，螺桿樁單樁承載力特征值均大于600kN（表2），滿足單樁承載力試驗(yàn)要求。

表2 單樁承載力試驗(yàn)結(jié)果匯總表

78-9號樁試驗(yàn)曲線，如圖3-圖5所示（在本文中只展示78-9號樁試驗(yàn)曲線，其他樁點(diǎn)試驗(yàn)曲線不再一一展示）：

圖3 78-9#樁P-s 曲線

圖4 78-9#樁s-lgt 曲線

圖5 78-9#樁s-lgp 曲線

4 結(jié)語

通過對大同南站站前工程螺桿樁處理段落進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，并采用鉆芯法、低應(yīng)變及單樁承載力試驗(yàn)進(jìn)行質(zhì)量檢測，分析表明：

（1）各項(xiàng)現(xiàn)場測試結(jié)果表明：通過加強(qiáng)施工管控，螺桿樁應(yīng)用在粉土為主的地基具有成樁效果好、適應(yīng)性好的特點(diǎn)，且處理效果良好；

（2）經(jīng)相應(yīng)檢測結(jié)果表明，試驗(yàn)樁未出現(xiàn)異常情況，成樁質(zhì)量均符合設(shè)計(jì)要求，地基達(dá)到預(yù)期加固效果。