摘要：根據(jù)國家《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，為滿足快速增長的客運需求，優(yōu)化拓展區(qū)域發(fā)展空間，未來，在“四縱四橫”高速鐵路的基礎上，將增加客流支撐、標準適宜、發(fā)展需要的高速鐵路，部分利用時速200公里鐵路，形成以“八縱八橫”主通道為骨架的鐵路大格局。

鐵路是國民經(jīng)濟大動脈、關鍵基礎設施和重大民生工程，是綜合交通運輸體系的骨干和主要交通方式之一，在我國經(jīng)濟社會發(fā)展中的地位和作用至關重要。加快鐵路建設特別是中西部地區(qū)鐵路建設，是穩(wěn)增長、調結構，增加有效投資，擴大消費，既利當前、更惠長遠的重大舉措。

跟著國家《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》的步伐，鐵路建設已經(jīng)快速延伸至中西部欠發(fā)達地區(qū)。而這些地區(qū)，往往存在著復雜多變的地形、地貌；濕陷、松軟的不良地質；分布廣泛的凍土層，惡劣的自然環(huán)境，給鐵路建設者們帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。為了能夠在確保施工安全、質量的前提下，克服不良地質條件，快速、高效地完成鐵路施工建設，我們突破傳統(tǒng)施工工藝，進行了“螺桿樁地基處理新工藝技術研究”并在“新建赤峰至京沈高鐵喀左站鐵路CFSG-6標項目”進行了試驗應用。

關鍵詞：螺桿樁；前截法；效率高

1、前 言

螺桿樁是一種新型樁，是一種“上部為圓柱型，下部為螺絲型”組合式樁，該樁及成樁工法簡稱為螺桿樁技術。

現(xiàn)澆螺桿樁是在施工過程中采用樁機鉆具旋轉擠壓土體泵壓砼成樁，與打入式預制樁相比，施工噪音低，無振動，對已施工的樁無影響；與全螺旋鉆，普通泥漿護壁成孔的灌注樁相比，無泥漿污染和棄土問題。螺桿樁是一種具有很高實用價值的新型樁，將常識中“螺絲釘比釘子牢固”的道理運用在樁與樁施工中，使其更牢固的特點得以實現(xiàn)。

螺桿樁是采用了變截面的構造形狀，成孔過程中樁側土體受到擠壓，加密作用，成樁后部分土體形成螺紋，而樁側土體形成螺母，樁體螺紋與樁側土螺母緊密咬合，當樁頂受荷時，螺紋段的樁側土“螺母”受到壓縮，環(huán)狀“螺母”的根部受到剪切，樁的承載力有直桿段的側阻力（摩阻力），螺紋段的抗剪強度和樁端的端承載力組成，而螺紋段的抗剪力遠遠大于同等條件下的側阻力，滿足了附加應力的分布規(guī)律和應力分擔比及剛度變化的要求，調整了土與樁之間的作用，樁側土體應力分攤比及應力擴散度提高，樁端荷載減少，使樁身受力與土體受力協(xié)調一致。

2、工程概況

新建赤峰至京沈高鐵喀左站鐵路是赤峰至京沈高鐵的聯(lián)絡線，是沈陽鐵路局的重點工程。CFSG-6標段，位于內蒙古自治區(qū)赤峰市境內，標段所處地區(qū)松軟土、濕陷性黃土地質分布廣泛。項目主要以路基為主，軟基處理樁種類繁多，其中螺桿樁樁長從8m到22m不等，所占比例最大，共計41萬米。樁頂采用鋼筋混凝土樁帽，樁帽設計為直徑1.1m，厚度0.35m，其上為碎石墊層。

內蒙地區(qū)冬休時間長、年度有效施工時間短，工期壓力大，螺桿樁等軟基處理樁，嚴重制約著路基主體工程施工。為了確保工期，盡早完成螺桿樁施工，進行下道工序轉換。經(jīng)過項目部技術部門對螺桿樁施工工藝的潛心研究，制定出一套快速、高效的螺桿樁施工新工藝，“前截法螺桿樁施工”。

本標段線路走行于蒙東境內，屬于中溫帶亞干旱季風氣候區(qū)。主要特點春季干旱多風；夏季炎熱，降水集中；秋季涼爽；冬季干冷。按照對鐵路工程影響氣候分區(qū)為寒冷地區(qū)。

3、技術分析

3.1傳統(tǒng)螺桿樁施工工藝

3.1.1傳統(tǒng)截取樁頭的方法

灌注樁施工時，因為是非擠土施工，浮漿、沉渣多，施工樁頂標高須高出設計樁頂標高不少于0.5m；且出土量大，樁頭附近堆土多，故只能是采用“后截法”處理樁頭，即：樁頭截取，是在成樁灌注混凝土 28 天后進行，流程如下：

1）用挖掘機清除樁間土，露出已凝固的樁頭。

2）用切割機在樁頭上切出縫隙。

3）用鋼釬砸入縫隙，將樁頭分離。

3.1.2傳統(tǒng)截取樁頭方法的缺點

1）成樁后樁頭高于地面，樁機在進行后續(xù)成樁作業(yè)時，樁機的履帶、液壓腿會擠壓到已成樁的樁頭，造成樁頭變形、裂縫。

2）清樁頭土時，因為樁頭已凝固，并高出地面 50cm以上；挖掘機在樁頭間行走時，履帶會不可避免地擠壓樁身；挖掘機的斗也不可避免地碰撞樁身；故會造成樁身淺部斷樁或裂紋。

3）截樁頭時方式原始粗暴，容易造成樁頭破裂甚至斷樁。

4）成樁時樁頭的氣泡較多，沒有搗振密實，容易使樁頭有氣孔質量不佳。 因為有以上工藝缺點，故傳統(tǒng)長螺旋的小應變檢測時，會有較多的樁頭問題及淺部斷樁，這是一個長期以來存在的困撓。

5）按照傳統(tǒng)螺桿樁施工工藝，進行挖樁間土、樁頭環(huán)切、綁扎鋼筋、立模澆筑樁帽混凝土、回填樁間土等工序施工，工序繁多、人員、機械、模板材料投入巨大且施工效率低下，既不能滿足工期需要，又增加了大量的施工成本。

4、施工方案優(yōu)化

通過技術研究、工期分析發(fā)現(xiàn)：要想在保證螺桿樁樁身質量的前提下，提高螺桿樁施工效率，可以在樁帽施工過程中進行方案優(yōu)化，減少工序、提高功效。

4.1優(yōu)化后螺桿樁施工工藝

4.2優(yōu)化后螺桿樁樁帽尺寸對比

4.3“前截法”螺桿樁施工

4.3.1施工準備

（1）施工前查明地下管線、電力線等設施，遷改完成或采取必要的防護措施對既有管線進行防護。

（2）對施工場地進行清表，清除坡腳范圍內的垃圾土、腐殖土、種植土等，按照設計要求對施工場地整平至設計樁帽頂標高，并碾壓密實。做到”三通一平”即水通、路通、電通、場地平整。

（3）施工材料及鉆孔施工的各類機械設備準備就緒。

（4）測量人員按照設計樁位圖進行樁位放樣，并做好標記。

（5）施工技術交底及施工圖已經(jīng)下發(fā)作業(yè)隊，并對相關技術員進行了崗前培訓.

4.3.2成樁工藝性試驗

選取地質條件代表性段落進行成樁質量試驗。

（1）確定螺桿樁的施工參數(shù)

①鉆進速度、鉆桿提升速度、同步技術參數(shù)、非同步技術參數(shù)。

混凝土塌落度、泵送速度等各項工藝參數(shù)。

②檢驗鉆桿外徑及芯管直徑是否滿足設計要求，成孔深度能力和成孔終孔的控制電流、每根樁的混凝土用量等。

③確定作業(yè)隊的人員配合和施工設備是否能夠滿足施工要求。

（2）確定設計參數(shù)

成樁7d內樁身完整性檢測符合設計要求。

28d后單樁地基靜荷載試驗滿足設計要求。

4.3.3鉆機就位

應使鉆桿垂直對準樁位中心，確保螺桿灌注樁垂直度允許偏差不大于1%，樁位允許偏差不大于5cm?，F(xiàn)場控制采用在鉆架上掛垂球的方法測量該孔的垂直度，也可采用鉆機自帶垂直度調整器控制鉆桿垂直度。每根樁施工前現(xiàn)場工程技術人員進行樁位對中及垂直度檢查，滿足要求后，方可開鉆。

4.3.4鉆孔參數(shù)設置

根據(jù)實驗結果，不同的地質條件，按照設計施工圖，設置孔徑、孔深、鉆進速度、提鉆速度等相關參數(shù)。

4.3.5鉆進成孔

下鉆過程中樁機自控系統(tǒng)嚴格控制鉆桿下降速度和旋轉速度，充分利用樁機的自動控制系統(tǒng)，使二者匹配，要求鉆桿旋轉二周以上，螺桿鉆桿下降一個螺距，鉆至螺桿樁直線段設計深度，在土體中形成圓柱狀；鉆桿旋轉一周，螺桿鉆桿下降一個螺距，鉆至螺桿樁螺紋段設計深度，在土體中形成螺紋狀。鉆頭到達設計深度，停止鉆進，于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(jù)。樁長允許偏差不大于10cm，樁徑允許偏差不大于2cm。

4.3.6混合料的拌合及運輸

混合料要求按配合比進行配料，計量要求準確，上料順序為：先裝碎石或卵石，再加水泥、粉煤灰和泵送劑，最后加砂，使水泥、粉煤灰和泵送劑夾在砂、石之間，每盤料攪拌時間不應小于60s。在泵送前混凝土泵料斗、攪拌機攪拌桶應備好熟料?；炷连F(xiàn)場施工的坍落度宜控制在180mm～220mm，混凝土攪拌運輸車集中運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場。

4.3.7樁體混凝土灌注

鉆頭鉆至設計標高后，停止鉆進，開始泵送混凝土，當鉆桿芯管充滿混凝土后鉆桿開始反向旋轉提升鉆桿，提鉆過程中應嚴格控制提升速度與旋轉速度，使二者匹配，嚴禁先提管后泵料。成樁的提拔速度宜控制在每分鐘2～3m，成樁過程宜連續(xù)進行，應避免因后臺供料慢而導致停機待料，施工完樁頂標高應高出設計樁頂標高不少于0.2m。灌注達到控制標高后，鉆機移位進行下一根樁施工時，采用連續(xù)法施工。

4.3.8清除樁頂浮土、浮漿

在混凝土初凝之前，對樁頭超灌部份的混凝土與虛土進行清理，將樁頭清理至設計樁頂標高；樁頭內部的混凝土需由人工檢查清理，保證樁頭內部無異物浮漿。

4.3.9樁頭搗震

樁頭清理至設計標高完成后，人工采用插入式振搗器，對樁頭混凝土進行振搗，振搗時插入深度不小于1m，振搗器插入樁頭內部反復震搗，直至混凝土密實，表面不再產(chǎn)生氣泡為止。

4.3.10樁頭保護

為保證樁頭混凝土質量，對振搗完成后的樁頭，采用小型機具進行壓光平整處理?；炷脸跄?，用塑料膜將樁頭裸露的混凝土全部進行隔離、覆蓋，塑料布上方敷設一層細粒土以固定塑料膜。

4.3.11開挖樁帽

樁身砼強度達到設計要求強度的70%后，清除樁頂浮土并對地面碾壓密實，采用樁帽成孔設備，形成土模。人工配合機械，清除土模內的浮土，以保證土模尺寸達到設計要求。

4.3.12樁體質量檢測

①樁身混凝土強度滿足設計后，采用電鎬和角磨機對樁頂進行鑿平、打磨處理。

②成樁7天后，進行樁身完整性檢測，檢測數(shù)量為總樁數(shù)的百分之十，且不小于3根。

③成樁28天后，進行單樁承載力檢測，檢測數(shù)量為總樁數(shù)的千分之二，且不小于3根。

4.3.13樁帽混凝土澆筑

樁體質量檢測合格后，進行樁帽混凝土澆筑?；炷猎诎韬险炯邪韬?，砼運輸車運輸，汽車泵泵送入模。

澆筑砼時，采用插入式振搗棒振動搗實。振動器振動搗實，應符合下列規(guī)定：

①使用插入式振動器時，先快后慢。移動間距不超過振動器作用半徑的1.5倍；與側模保持5～10cm的距離；插入下層砼5～10cm；每一層振動完畢后邊振動邊徐徐提出振動棒；避免振動棒碰撞側模。

②對每一振動部位，必須振動到該部位砼密實為止。密實的標志是砼停止下沉、不再冒出氣泡、表面呈現(xiàn)光澤、泛漿。

③混凝土初凝前，對混凝土年進行平整、壓光處理。

4.3.14混凝土養(yǎng)生

①混凝土澆筑完畢后必須采用覆蓋、灑水養(yǎng)護，使其芯部混凝土與表層、表層與環(huán)境之間的溫度不得大于15℃。

②當陽光直射并且溫度T≥20℃ 時養(yǎng)護時間不得少于10天；陽光直射并且10℃≤T<20℃時養(yǎng)護時間不得少于14天，碎石墊層鋪設前，確保樁帽混凝土強度達到設計要求。

5、施工工藝比選

5.1優(yōu)化后“前截法”樁帽施工的優(yōu)點

①鉆機采用擠土工藝施工，幾乎無沉渣，且浮漿少，比設計樁頂高程超灌 20cm 即可，且出土量少，可在混凝土凝固之前截取樁頭。樁機后續(xù)成樁施工時不會對已施工的樁造成干撓。

②清理樁棄土時，因樁頭不高于地面，故挖掘機不會觸碰樁身，造成樁體淺層斷樁進而影響樁身質量。

③成樁后對樁頭進行有效振動搗實，故樁頭密實，質量得到可靠保證，樁頭在未初凝前就進行修整，凝固后，樁頭平整光滑，形狀規(guī)整不變形。

④通過樁帽機械開挖設備，加快了樁帽開挖，提高了工作效率，減少了材料、設備、人員的投入。 特別是鉆樁帽過程中，鉆機自帶套筒套在樁帽上，保護樁頭不被扭斷，較挖掘機挖樁間土的工藝極大的保護了樁身的完整性。

因此通過以上的工藝優(yōu)化改進，螺桿樁施工不僅減少了施工工序，縮短了施工時間，而且在提高效率的同時，樁身、樁頭的質量得到有效保證；故在成樁后的樁身質量檢測中，I類樁率遠遠高于傳統(tǒng)施工工藝。

5.2經(jīng)濟社會效益

新工藝減少了樁帽土方外棄量，降低了環(huán)境污染，節(jié)約了人力資源投入。

除少量人工外（每臺設備配備3-4人），投入的設備為樁帽成孔器，單價為2萬元/臺，租賃挖掘機費用為4.5萬元/臺月。單機投入固定費用2萬，其余費用為4.5萬/月，投資可控。

最主要的，極大提高了施工效率。單機生產(chǎn)率約為400-500個/臺班。

6、結論

通過對“螺桿樁地基處理新工藝技術研究”，相比較傳統(tǒng)螺桿樁施工工藝，優(yōu)化后的“前截法”螺桿樁施工工藝，工序少、效率高、成本低、操作簡單。既避免了傳統(tǒng)工藝施工中的缺點，保證了成樁質量，又創(chuàng)造性地開發(fā)了一項新技術的推廣與應用。這項研究對傳統(tǒng)螺桿樁施工，將是一場技術革新。

參考文獻：

[1]蒙遼鐵路客運專線有限責任公司發(fā)布的有關設計圖紙和技術資料

[2]《高速鐵路路基工程施工技術規(guī)程》（Q/CR9602-2015）

[3]《高速鐵路路基工程施工質量驗收標準》（TB10751-2010）

[4]《鐵路路基設計規(guī)范》（TB10001-2005）

[5]《鐵路混凝土工程施工技術指南》鐵建設[2010]241號

[6]《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》（TB10424-2010）

作者簡介：

宋國映，男，30歲，工程師，從事鐵路工程施工6年，曾研究課題有特大溶洞級暗河處理施工技術研究、隧道溶洞特大體積混凝土施工技術研究、巖溶地質條件下的橋梁挖孔樁施工技術探討、路基巖溶整治施工技術研究、350公里時速鐵路沉降變形技術研究等，中鐵三局集團第二工程有限公司。