螺杆桩在某工程中的应用

陈 波，莫琳琳

（1.广西华蓝工程管理有限公司，广西 南宁 530000；2.广西大学，广西 南宁 530000）

随着我国建筑领域的高速发展，应用在房屋建筑的实际工程中的各项技术也愈发成熟。螺杆桩是一种变截面桩，其上部为圆柱形直杆，下部为螺纹型[1]。桩身变截面使其更符合轴力从上到下逐渐变小的分布规律，其螺纹构造形状还改变了桩与桩周土体之间的作用，具有较高的工程应用价值[2]。

在房建实际工程中，地基选用不当易产生基础沉降量过大、不均匀沉降等问题，严重影响房屋的使用寿命和住房安全[3]。当前常用的软基处理方法有桩基础和复合地基处理，包括冲孔灌注桩、旋挖灌注桩、长螺旋压灌桩、PHC管桩、CFG桩基、水泥搅拌桩、碎石桩等。每一种桩型都有适用条件，也均存在一定局限和不足，如PHC管桩经济性好，但存在地层适应性差的缺点；冲孔桩能适用各种复杂的地质条件，但存在噪声扰民、对周边建筑影响大等问题；CFG桩能适用多种土层情况，但存在岩层适应能力差、混凝土超方严重等问题[4]。

螺杆桩综合了长螺旋钻孔灌注桩、全螺纹灌注桩和日本的高强度钢纤维混凝土全螺纹预制桩的诸多优点，采用变截面的构造形式，通过螺纹钻杆进行成孔[5]。在成孔过程中螺纹钻杆挤压、加密土体，使土体形成螺纹腔体，然后通过钻杆向螺纹腔体内灌注混凝土，最终形成螺纹桩身，桩体与桩侧土紧密咬合，形成桩土一体受力[6]。文章以螺杆桩施工技术在实际工程的应用为例，进行单桩竖向抗压静载荷试验并阐述螺杆桩的实际施工工艺，以期为今后螺杆桩在广西地区的推广应用提供可靠的施工参考依据。

1 工程概况

1.1 建筑及地质概况

某项目位于广西省防城港市港口区，地上有7栋相互独立的18层住宅，其中1～2层设裙楼商铺，场地整平标高为6.450m；设1层地下室，基坑底面标高为1.75m。

该项目地处南华准地台钦州残余地槽构造单元，无深大活动断裂构造通过，区域地质构造相对较为稳定。场地内土层自上而下分布为素填土、淤泥、全风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩，其工程地质剖面图如图1所示。在勘探深度范围内，结合地基土的成因类型、分布厚度、性质、工程特性等勘察成果资料，自上而下土层承载力指标如表1所示。

图1 场地工程地质剖面图

1.2 地质情况分析

经初步分析，该场地填土较深，不适合采用天然基础，需采用桩基础。持力层可选用强风化泥质粉砂岩④、中风化泥质粉砂岩⑤。由于该场地的泥质粉砂层有干强度高、遇水软化的特点，选用施工工艺时需综合考虑场地地质特点，尽量采用入岩能力强、不需要泥浆护壁、施工完成后不易被地表水侵蚀的工艺。

表1 各土层承载力及桩基参数建议值 单位：kPa

2 基础方案对比

2.1 单桩竖向抗压承载力特征值的对比

工程设计桩基为螺杆桩，桩径为600mm，根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）中的经验公式，螺纹桩单桩竖向极限承载力按式（1）估算。

式中：Qsk为总极限侧阻力值；Qpk为总极限端阻力值；u为桩身截面周长；qsik为桩周第i层土的极限侧阻力；Li为桩周第i层土的的厚度；βi为第i层土极限侧阻力的增大系数，可根据工程经验确定，无经验时依据土性选择βi=1.0～1.2；qpk为桩端极限端阻力标准值；Ap为桩端面积。

计算结果如表2所示。根据一般工程经验，直径为400mm的预应力管桩，其单桩承载力特征值为1000～1200kN，直径为500mm的预应力管桩约1800kN。螺杆桩单桩承载力特征值约为预应力管桩的2.63～3.16倍。

表2 螺杆桩单桩竖向承载力特征值计算表

2.2 综合成本的对比

螺杆桩不仅在承载力方面有优势，在造价方面也具有明显的优势。螺杆桩基础与传统旋挖灌注桩基础综合成本对比分析结果如表3所示。与传统旋挖桩基础相比，一个结构单元螺杆桩的综合成本造价可节省大约87.8万元，预估工期缩短了约15d。

表3 综合经济性对比

2.3 对比结果分析

基于表2、表3的对比数据，并结合该项目场地前期的工程经验分析可知，在施工方面，螺杆桩为钻孔灌注桩，采用边成孔边浇筑，与旋挖灌注桩相比，其具有诸多方面的优势。具体体现在：（1）螺杆桩施工时无噪音、无泥浆排放、无桩底沉渣，总体施工相对简单和安全；（2）螺杆桩可以克服预应力管桩桩长不足、挤桩的风险，其螺纹的侧阻力大，穿透土层能力强，所以螺杆桩承载力高且成桩质量有保证；（3）实际工程采用螺杆桩，综合经济指标略占优势。

3 试桩和单桩竖向抗压静载荷试验

由于螺杆桩在广西地区是首次应用于实际工程中，因此施工前先按照规范进行试桩，并进行单桩竖向抗压承载力静荷载试验，以确定该桩的极限承载力。该项目按照拟定的施工工艺，设计桩长为18m，桩径为0.6m，要求按桩穿越、强风化泥质粉砂岩长度不少于10m，桩端进入中风化泥质粉砂岩层不少于2m进行设计，在该场地选择有代表性的桩端岩层进行试桩。其试验数据分别如表4、表5、表6所示，根据试验数据表绘制的Q-S曲线如图2所示。

图2 螺杆桩静载试验Q-S曲线图

由Q-S曲线图可知，试桩的Q-S关系曲线无明显陡降段，这说明桩-土体未达到塑性破坏极限工作状态，尚处于弹塑性工作状态。试桩的单桩竖向抗压极限承载力可达5800kN，承载力特征值约3160kN，能满足设计要求。同时，试桩的沉降量较小，这表明桩的承载力尚有余地。因此，该工程选择螺杆桩是经济且合理的。

4 主要施工顺序及施工控制方法

螺杆灌注桩的施工工艺流程如下：（1）施工准备；（2）桩位测量放线及定位；（3）桩机就位（双向控制垂直）；（4）下钻；（5）按规定速度提钻同时泵压混凝土；（6）后置法放钢筋笼。

表4 试桩5-117单桩竖向抗压静载荷试验数据

施工中应注意控制以下几点，以确保成桩质量：（1）螺杆灌注桩施工应根据试打桩的结果和地层的渗透性、挤土效应情况确定合理的施工顺序，避免造成串浆或挤土效应，最终成桩图如图3所示。（2）提钻速度应根据试桩的混凝土用量和混凝土泵的排量计算确定，特别注意提钻至软土层时应适当放慢提钻速度。（3）应根据试桩时的混凝土用量计算出充盈系数作为该工程的标准充盈系数，每根桩记录和计算充盈系数，充盈系数与标准充盈系数相差较大的桩应检测其桩身完整性。（4）现场开挖出来的桩头显示，形成的螺纹与设想的基本一致，如图3所示。

表5 试桩5-67单桩竖向抗压静载荷试验数据

图3 螺杆灌注桩最终成桩图

表6 试桩结果汇总表

5 检测结果分析

目前，该项目5#工程桩已经施工完成，该子项总桩数168根，入岩深度均满足设计要求，体现出较强的入岩能力。按规范抽取总桩数的1%并且不少于3根进行静载试验，试验结果与试桩结果吻合，桩基础满足设计以及规范要求。

6 结束语

螺杆桩是近些年来发展起来的一种节能环保新型灌注桩。综合以上对螺杆桩承载力、经济性和施工方面的对比分析可知，在同等条件下，螺杆桩相较于传统桩型具有成桩质量高、综合成本低和施工安全环保等明显的实用优势。同时，螺杆桩施工技术也是一种前景广阔、值得推广的施工技术，未来将在现代工程中得到普遍应用。