現(xiàn)澆螺桿樁在高速鐵路站場軟基處理中的應(yīng)用

賀凱

摘要：螺桿樁采用特制的螺旋式樁機進行施工，通過螺紋式鉆桿旋轉(zhuǎn)擠壓土體，鉆桿提升過程中隨即泵壓混凝土而形成樁體。螺桿樁是一種擠密樁與混凝土直桿樁的結(jié)合體，它具有樁長短、樁數(shù)少、造價低及施工快的特點。螺桿樁是一種具有極高應(yīng)用價值的新型樁，將常識中“螺絲釘比釘子牢固”的道理運用到了軟基處理當中，使其實現(xiàn)了更加牢固的效果。

【關(guān)鍵詞】軟基處理;螺桿樁;技術(shù)

螺桿樁新技術(shù)的誕生，開創(chuàng)了變截面樁的新思路。螺桿樁以自身優(yōu)勢在適用性和應(yīng)用前景上得到了眾多權(quán)威建筑設(shè)計單位、研究單位等專家的肯定。在黃土地區(qū)應(yīng)用螺桿樁可以擠密土質(zhì)，改變黃土非飽和土的性質(zhì)，可以改變目前采用灰土擠密樁、素土樁、灰土樁等的現(xiàn)狀。圓柱螺絲組合樁型更合理，更有適應(yīng)性，工程應(yīng)用市場是比較大的。 螺桿樁上部能形成圓柱型并可根據(jù)地質(zhì)情況來確定螺桿部分的開始深度，對樁的合理受力是非常好的選擇，在西北地區(qū)乃至全國都有很好的應(yīng)用前景。

1.螺桿樁簡介

1.1螺桿樁原理

螺桿樁采用了變截面的構(gòu)造形狀，成孔過程中樁側(cè)土體受到擠密作用，成樁后部分土體形成螺紋，而樁側(cè)土體形成螺母，樁體螺紋與樁側(cè)土螺母緊密咬合，當樁頂受到荷載時，螺紋段的樁側(cè)土受到壓縮，環(huán)狀的根部受到剪切，樁的承載力由直桿段的摩阻力、螺桿段的抗剪力及樁端的端承力組成，而螺紋段的抗剪力遠遠大于同等條件下的摩阻力，滿足了應(yīng)力及剛度的要求，使土與樁之間的協(xié)調(diào)用力，減少了樁端荷載。

1.2螺桿樁適用范圍

螺桿樁適用于各類軟基地層，且不受地下水的限制。

2.工程實例

2.1工程概況

新建大同至張家口高速鐵路大同南站，屬于大同盆地，地形平坦開闊，大部分為耕地，路堤中心最大填高5.82m。地層分別由新黃土、素填土、砂礫、粉砂、粉質(zhì)粘土、中砂、粘土、粗砂層組成。地下水位埋深9.4m～27.2m，土壤最大凍結(jié)深度為1.86m。地震動峰值加速度為0.15g。設(shè)計參數(shù)：樁長18m;鉆機鉆孔樁徑Ф400mm;樁距2.0m正方形布置;水泥強度等級：P.042.5普通硅酸鹽水泥;復(fù)合地基承載力不小于160kpa，單樁承載力不小于600KN。

2.2主要施工工序及工藝要求

2.2.1測量放樣。采用GPS或全站儀放出樁位軸線及兩邊控制樁位，采用木樁上打設(shè)鐵釘?shù)霓k法設(shè)置控制定位樁位（設(shè)于作業(yè)面和施工車輛通行影響范圍之外）并標識。依據(jù)軸線和兩側(cè)定位控制樁從線路中心向兩側(cè)按照圖紙設(shè)計樁間距采用拉線的辦法布置樁位，經(jīng)復(fù)核確認后，插入標志簽準確放出樁位點。

2.2.2鉆機就位調(diào)平。螺桿樁施打順序宜根據(jù)樁間距及地層情況采用從線路中心向兩側(cè)順序推進。螺桿樁施工時，鉆機就位后，應(yīng)用鉆機塔身的垂直標桿檢查塔身導(dǎo)桿垂直度，及時校正位置，使鉆桿垂直對準樁位中心，確保螺桿樁垂直度偏差小于1%的樁長。樁位容許偏差小于5cm。

2.2.3泵送混凝土、提鉆至設(shè)計樁頂標高。鉆頭鉆至設(shè)計標高后，停止鉆進，準備泵送混凝土，待鉆桿芯管內(nèi)充滿混凝土后鉆桿開始反向旋轉(zhuǎn)提升鉆桿，要求提升速度與旋轉(zhuǎn)速度二者相匹配，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(yīng)盡量避免因后臺供料慢而導(dǎo)致停機待料。灌注成樁完成后，用水泥袋蓋好樁頭，進行保護。施工樁頂高程宜比設(shè)計樁頂高30～50cm，以確保樁頭質(zhì)量。

2.2.4截樁頭。樁體強度達到設(shè)計強度的70%以上后采用人工挖除樁頂土和樁間土，截樁頭標高按照施工前整平碾壓的原地面標高進行控制，每排樁在截樁頭前用水準儀進行標高測量，標高測量準確后，用紅油漆在每根樁上做出明顯的標識。按照每根樁上的紅油漆標識進行截樁頭，截樁頭采用截樁機進行施工。

2.2.5檢測。樁頭截除并對樁間土進行打夯后，進行低應(yīng)變檢測、單樁復(fù)合地基荷載試驗和單樁承載力荷載試驗。

3.所解決關(guān)鍵或共性技術(shù)和創(chuàng)新點

3.1鉆桿校正技術(shù)

垂直度的校對分別在三個關(guān)鍵時點：（1）下鉆前鉆桿與樁點中心校對;（2）下鉆3～4米后再次校對;（3）鉆至樁底設(shè)計深度時末次校對。鉆至設(shè)計深度后，若檢測出垂直度不滿足設(shè)計要求，須回填素土夯實后重新成樁。

3.2混凝土泵送連續(xù)技術(shù)

螺桿樁鉆至設(shè)計標高后，邊提鉆邊泵送混凝土，提至設(shè)計標高后成樁。在此過程中易出現(xiàn)混凝土泵送不暢或堵管現(xiàn)象。研究其原因發(fā)現(xiàn)，鉆桿在提鉆過程中鉆桿中形成一封閉的環(huán)境類似于“氣壓包”，造成混凝土泵送壓力大且困難，易出現(xiàn)堵管、泵送不暢出現(xiàn)斷樁情況。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)：泵送過程中，由于空氣的進入和混凝土內(nèi)部的氣泡匯集形成“氣壓包”作用于鉆桿內(nèi)，造成泵送困難;在螺桿鉆機泵送管頂端開設(shè)通氣孔能有效解決此問題。

3.3成樁保護技術(shù)

螺桿樁混凝土泵送灌注至標高后就需要采取措施進行保護，如若不采取防護措施，容易造成樁頭質(zhì)量不合格而進行大面積接樁?，F(xiàn)場經(jīng)過不同施工措施對比后，經(jīng)檢測和成本分析，研究表明混凝土灌注完成后，在樁頭處采用編制袋覆蓋防護法能有效的避免出現(xiàn)夾泥、夾砂等現(xiàn)象。

3.4樁頭截除技術(shù)

截樁機三面環(huán)切技術(shù)：根據(jù)樁徑特制4塊鋼板圍繞在樁體四周做為截樁機的施工平臺，圍繞處開孔半徑為狀體半徑+2cm，鋪設(shè)前整平地面，鋪設(shè)位置較截除位置底3cm;合理選擇截樁機型號，確保截除動力充足，截樁機切割片的半徑為樁徑的0.75倍;三面切入點互成120度，每面切至樁中心后環(huán)面再截除，如此每根樁分三次切割完成;最后一面截除快到位時，控制截樁機穩(wěn)定情況，避免樁截斷時機械擺動破壞樁頭或傷人。

4.效益分析

通過本課題在中鐵十二局集團大張高速鐵路項目經(jīng)理部工程施工過程中的研究及應(yīng)用，不僅取得了較好的社會效益，還在材料消耗、勞務(wù)成本等方面產(chǎn)生了相應(yīng)的經(jīng)濟效益。

（1）在材料消耗方面：由于螺桿樁兼具水泥擠密樁和CFG樁的效果，相同樁徑的螺桿樁與CFG樁使用的材料相同，相比較水泥土擠密樁使用的材料則是多出的材料。大同南站共用螺桿樁約58萬延米，直徑40cm58萬延米的水泥土擠密樁共需要水泥為：17702t。每噸245元，共節(jié)省材料費為：17702*245=433.7萬。

（2）在勞務(wù)成本方面：螺桿樁與勞務(wù)隊結(jié)算合同單計價為：33元/m;CFG樁與勞務(wù)隊結(jié)算合同單價為21元/m;灰土擠密樁每延米單價為16元。綜上所述每延米螺桿樁節(jié)約勞務(wù)單價為：（21+16-33）=4元，勞務(wù)成本節(jié)約為：580000*4=232萬元。

5.結(jié)束語

螺桿樁施工技術(shù)在鐵路領(lǐng)域?qū)儆谛录夹g(shù)，雖然存在操作無統(tǒng)一規(guī)程和驗收標準的現(xiàn)象，但從受力狀態(tài)、軟基處理效果、施工技術(shù)等方面的分析來看，存在較其他類型軟基處理樁強度高、地基復(fù)合受力、受力狀態(tài)更符合理論需求、操作簡便、適用性廣、質(zhì)量可靠等一系列好處;從長遠施工發(fā)展來看，是一種很有前景、值得推廣的施工技術(shù)，在鐵路、公路、機場和房建工程將普遍應(yīng)用。

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