基于螺桿樁技術(shù)的高速鐵路施工工藝研究

摘要：為提高高速鐵路施工質(zhì)量，對(duì)基于螺桿樁技術(shù)的高速鐵路施工工藝展開研究。改進(jìn)高速鐵路螺桿樁施工工藝流程，根據(jù)流程圖制定施工方案，采用螺桿樁技術(shù)研究施工方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用螺桿樁技術(shù)施工可以提升高速鐵路的施工質(zhì)量，可為高質(zhì)量鐵路建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：螺桿樁技術(shù);高速鐵路;施工方案;施工質(zhì)量

0" "引言

螺旋樁是近年來根據(jù)中國(guó)地貌發(fā)展而來的一種新型樁基礎(chǔ)。螺桿樁施工技術(shù)通過擠壓周圍土體增加摩擦，有效地提高了樁基承載力，減少了鉆進(jìn)過程中的開挖量。從經(jīng)濟(jì)角度來看，螺旋樁帶來的經(jīng)濟(jì)效益更高。與同類樁相比，其采用特殊的外形設(shè)計(jì)，在采用同種類型混凝土進(jìn)行施工情況下，由于螺旋樁直徑較小，間接避免了被折斷的風(fēng)險(xiǎn)[1]。當(dāng)進(jìn)行混凝土澆灌時(shí)，螺旋樁自身的承載能力比傳統(tǒng)樁要高，由此減少了樁的數(shù)量，從而在一定程度上減少了經(jīng)濟(jì)支出。總體看來，其具有噪聲低、占地面積小、對(duì)地下水和環(huán)境無污染等優(yōu)勢(shì)。

目前，中國(guó)公路工程和鐵路工程領(lǐng)域主要采用兩種加固軟土地基的技術(shù)。第一種是采用物理或者化學(xué)方法改變施工場(chǎng)地土的特性。由于施工場(chǎng)所在施工前會(huì)進(jìn)行使土質(zhì)變軟的操作，所以為了解決土質(zhì)過軟的問題，采取用重物壓實(shí)或者開挖軟土，然后再回填高強(qiáng)度、低壓縮性土壤。第二種是在土中構(gòu)筑結(jié)構(gòu)，用天然土形成人工地基，也就是將灌注好混凝土的螺桿樁放入天然土中，經(jīng)人工合成變成復(fù)合地基。

這兩種方式都可以對(duì)施工場(chǎng)地的地基進(jìn)行加固，但由于采用物理方法和化學(xué)方法來處理地基的時(shí)間過長(zhǎng)，且會(huì)破壞土壤原有的分子結(jié)構(gòu)，具有不可逆性，承載力的提高也不明顯，控制沉降效果差，不適合大面積使用[2]。在我國(guó)高速鐵路全面建設(shè)的大背景下，通過研究螺桿樁技術(shù)，嘗試改進(jìn)鐵路路基施工工藝，有助于提高高鐵建設(shè)質(zhì)量。

1" "螺桿樁施工工藝研究

1.1" "高速鐵路螺桿樁施工工藝流程

高速鐵路螺桿樁施工工藝流程主要包括原地面處理、測(cè)量放線、設(shè)置打樁位置、找正、鉆孔、起重鉆頭、泵送混凝土、停泵等。先清理施工范圍內(nèi)的雜物，如果地面不平，則需要進(jìn)行填充和平整。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)有大量積水時(shí)，也應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清水沖洗，確保現(xiàn)場(chǎng)施工安全。

清理后，在保證鉆機(jī)垂直的情況下調(diào)整鉆井速度。鉆井時(shí)要注意鉆頭的速度和強(qiáng)度，不要一味追求快速而破壞土質(zhì)結(jié)構(gòu)，造成安全隱患。在保證安全的基礎(chǔ)上確保將混凝土快速填入螺桿樁中[3]。具體螺桿樁施工工藝參數(shù)如表1所示。從表1中可看出，為保證正常施工正常進(jìn)行，螺桿樁施工工藝對(duì)鉆進(jìn)速度、混合料坍落度、拔管速率、垂直度、樁位、保護(hù)樁頭的施工參數(shù)都有嚴(yán)格要求。

在進(jìn)行灌注混凝土的過程中，要對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)筒，通過鉆桿桿芯送入，在達(dá)到灌注高度要求后，提升鉆桿。停泵后，鉆頭應(yīng)緩慢提出直到鉆頭完全提離地面。具體螺旋桿工藝流程如圖1所示

1.2" "高速鐵路螺桿樁施工機(jī)械

螺旋樁施工設(shè)備主要由螺旋樁機(jī)、混凝土攪拌機(jī)、混凝土高壓泵及管道系統(tǒng)、混凝土泵車及導(dǎo)管系統(tǒng)組成。螺旋樁采用國(guó)產(chǎn)jzu180型長(zhǎng)螺旋履帶打樁機(jī)，由履帶主機(jī)和螺紋鉆桿組成。為保證施工時(shí)鉆桿鉆升速度與轉(zhuǎn)速相匹配，螺旋樁機(jī)還配備了相應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

1.3" "高速鐵路螺桿樁機(jī)主要性能參數(shù)

要想使螺桿樁工藝達(dá)到利用程度最大化，首先要對(duì)其各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)定。一般情況下在施工過程中，螺桿樁機(jī)的主要參數(shù)指標(biāo)分別如下：螺桿樁架總高度45m，螺桿樁的容許拉力1200kN;立柱回轉(zhuǎn)半徑4400mm，軌道接地長(zhǎng)度6000mm，履帶板長(zhǎng)度1000mm;鉆孔直徑1000mm，鉆孔深度40m;主卷揚(yáng)機(jī)12.5t（45kW）;行駛速度0.4km/h;額定壓力16MPa;配置90kW×2 DC型電源頭。

2" "高速鐵路螺桿樁施工方法研究

2.1" "螺桿樁試驗(yàn)及檢測(cè)

在采用螺桿樁施工技術(shù)施工之前，應(yīng)先對(duì)其進(jìn)行工藝上的試驗(yàn)，試驗(yàn)主體為8根螺旋樁。在確定試驗(yàn)主題后進(jìn)行地基的開采，也就是在施工現(xiàn)場(chǎng)，挖出深度高度口徑大小相同的8根螺旋樁樁基，每根樁機(jī)的直徑大小要符合之前的施工工藝參數(shù)。

一根完好的螺桿樁應(yīng)具備一定的承載力。在進(jìn)行施工前，應(yīng)對(duì)螺桿樁進(jìn)行承載力測(cè)試，即對(duì)8根螺桿樁進(jìn)行承載強(qiáng)度的壓力測(cè)試，以避免因螺桿樁本身質(zhì)量不符合要求而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。在螺桿樁的承載力滿足測(cè)試要求后，對(duì)8根螺桿樁進(jìn)行設(shè)計(jì)（包括內(nèi)芯設(shè)計(jì)和外形設(shè)計(jì)），以滿足實(shí)驗(yàn)要求。

內(nèi)芯設(shè)計(jì)完成后，也需要進(jìn)行一個(gè)內(nèi)芯抗壓強(qiáng)度測(cè)試。在觀察芯樣外觀完整且抗壓群的高度符合規(guī)格后，對(duì)8根螺桿樁的長(zhǎng)度進(jìn)行統(tǒng)一，使其達(dá)到測(cè)試要求。在上述操作完成后，進(jìn)行螺桿樁工藝試驗(yàn)總結(jié)。對(duì)前述試驗(yàn)工程進(jìn)行復(fù)核，確保施工能夠準(zhǔn)確有效進(jìn)行。

沿用上述測(cè)試工具，對(duì)螺桿樁符合地基的加固效果進(jìn)行測(cè)試，若出現(xiàn)問題及時(shí)改進(jìn)施工方法，以推進(jìn)施工的全面開展。此外，在施工過程中還要加強(qiáng)自檢強(qiáng)度，當(dāng)自檢沒有任何問題時(shí)交給第三方進(jìn)行測(cè)試，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2" "螺桿樁試樁試驗(yàn)

為了驗(yàn)證施工方案是否合理，需要對(duì)螺桿樁的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。在確定螺桿樁的工藝參數(shù)和控制要點(diǎn)的情況下，確定8根螺旋桿需要灌注混凝土數(shù)量。在打樁時(shí)，樁機(jī)的鉆升速度高低是判斷該螺桿樁機(jī)質(zhì)量好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)。

在確定好混凝土配比和總質(zhì)量之后，將其分別注入8根螺桿樁機(jī)中，確定最終最佳設(shè)備組合方案，進(jìn)行大面積施工。施工過程中，需要確保施工場(chǎng)地中每段施工場(chǎng)地的樁基不能少于3個(gè)，以確保能夠在不同地層、不同深度的場(chǎng)地成樁[4]。

2.3" "室內(nèi)配合比試驗(yàn)

在確定好螺桿樁的基礎(chǔ)內(nèi)容后，還需要確定注入螺桿樁機(jī)當(dāng)中的混凝土的各成分配比。傳統(tǒng)的混凝土配比主要包括水泥、砂石等原材料按一定比例進(jìn)行混合。

要想制造出符合要求的螺桿樁，就需要提高混凝土的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。灌注進(jìn)螺桿樁的混凝土的制作材料采用硅酸鹽水泥，選用優(yōu)質(zhì)粉煤灰，在保證質(zhì)量的同時(shí)嚴(yán)格控制添加劑的摻量，確保泵送混凝土質(zhì)量達(dá)到優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)。

2.4" "試樁技術(shù)要求

在完成上述準(zhǔn)備工作之后，進(jìn)行試樁定位。根據(jù)設(shè)計(jì)方案搭設(shè)8根樁基，在確保包裝樁間距為2.3m、樁長(zhǎng)為16m的前提下，采用等邊三角形的方式擺放螺桿樁。螺桿樁的橫截面為螺紋型，上部為直筒型，因此設(shè)置螺桿樁的直徑為0.5m，螺紋長(zhǎng)度為10m，螺距為0.5m。

3" "試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果

3.1" "螺桿樁施工質(zhì)量檢驗(yàn)措施

在進(jìn)行施工檢驗(yàn)過程中，螺桿樁的質(zhì)量檢驗(yàn)必不可少。具體檢驗(yàn)項(xiàng)目、方法及要求如表2所示。在達(dá)到螺桿樁的施工質(zhì)量等各項(xiàng)要求后，需要再次進(jìn)行自檢以保證各項(xiàng)指標(biāo)的正常運(yùn)行。

3.2" "螺桿樁成樁效果檢驗(yàn)

在進(jìn)行螺桿樁效果檢驗(yàn)前，需要先對(duì)螺桿樁的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。定樁一段時(shí)間后，對(duì)固定好的樁基進(jìn)行挖掘，結(jié)果表明，固定好的樁基已形成圖案完整的螺紋。由于施工場(chǎng)地的土壤具有砂質(zhì)特性，致使樁體達(dá)到了良好的成樁效果，形成了自然堅(jiān)固的復(fù)合型地基。

3.3" "螺桿樁樁身質(zhì)量檢驗(yàn)

樁身質(zhì)量的檢測(cè)主要通過低應(yīng)變反射波法。其工作原理主要是依據(jù)質(zhì)量缺陷會(huì)造成樁身承載力的變化，根據(jù)承載力的變化，則可判斷樁身質(zhì)量是否合格。本次測(cè)試共檢測(cè)樁57根，檢測(cè)結(jié)果見表3。由表3可知，57根螺桿樁中I類樁有56根，II類樁有1根，這表明螺旋樁具有良好的成樁質(zhì)量。

3.4" "試驗(yàn)結(jié)論

通過上述試驗(yàn)可得出結(jié)論，該款螺桿樁機(jī)適用于大部分建筑工程的建筑工作。當(dāng)螺桿樁機(jī)開始工作時(shí)，鉆進(jìn)速度宜為1～2.2m/min，不可超過2.2m/min。由于螺桿樁工藝技術(shù)是將土壤與自身的螺紋進(jìn)行粘合，形成了帶有自然屬性的復(fù)合地基，因此應(yīng)用本次試驗(yàn)得到的螺桿樁的質(zhì)量比，采用傳統(tǒng)老式手法制作完成的復(fù)合樁的質(zhì)量更好，在施工場(chǎng)地成樁固定效果更好，螺桿樁成樁質(zhì)量滿足施工要求。

4" "結(jié)語

為提高高速鐵路施工質(zhì)量，本文對(duì)基于螺桿樁技術(shù)的高速鐵路施工工藝展開研究。本文通過對(duì)螺旋樁各種特性的綜合檢測(cè)，找到了適合我國(guó)工程建設(shè)的最佳方案。由此可見，螺旋樁機(jī)鉆孔灌漿方法符合本工程實(shí)際情況，螺旋樁的樁身尺寸和樁身質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。螺旋樁試樁技術(shù)和方法對(duì)后期大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)施工具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 葉陽升，蔡德鉤，陳曉斌，等.高速鐵路螺桿樁復(fù)合地基樁側(cè)摩阻力原位試驗(yàn)研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2020，41（2）：1-10.

[2] 賀凱.現(xiàn)澆螺桿樁在高速鐵路站場(chǎng)軟基處理中的應(yīng)用[J].人民交通，2019（7）：78+80.

[3] 徐明濤.螺桿樁施工技術(shù)在高速鐵路的應(yīng)用[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2018（14）：116-117.

[4] 孫宏偉.高速鐵路路基山前沖洪積復(fù)雜地層螺桿樁加固設(shè)計(jì)[J].鐵道勘察，2016，42（6）：53-57.