高速铁路螺杆桩软基处理施工应用分析

赵子文

中铁九局 辽宁沈阳 110041

1 螺杆桩的结构及概念

1.1 螺杆桩的结构

螺杆桩是一种新型桩，有上、下两部分组成，上部为圆柱型，与普通的桩相同，下部为螺丝型。螺纹的间距与螺纹周围土体的抗剪强度有关，一般来说，土的抗剪强度越大，螺距也越大，反之越小。

1.2 螺杆桩的概念

螺杆桩将常识中“螺丝钉比钉子牢固”的简单道理运用在桩与桩施工中，使其更牢固的特点得以实现。螺杆桩改变了桩与土体之间相互作用的模式，桩与土界面构成了机械型咬合，成桩后部分土体形成螺纹，而桩侧土体形成螺母，桩体螺纹与桩侧土螺母紧密咬合，使其更牢固的特点得以实现[1]。

螺杆桩在成桩施工时桩机钻杆采用了下降或上升速度与钻杆旋转速度同步技术，解决了螺杆桩上部为圆柱型，下部为螺纹型的施工工艺。同步技术：将下钻速度与旋转速度进行同步匹配的一种技术，钻头每提升或下落一个螺距，钻杆刚好旋转一圈并挤压土体，从而形成螺纹形的孔或桩；非同步技术：下钻速度与旋转速度不同步匹配，即钻头每提升或下落一个螺距，钻杆旋转多圈并挤压土体，从而形成圆柱形的孔或桩。螺杆桩成桩的过程分为下钻、提钻两个过程。下钻时，螺杆桩机采用正向非同步技术挤压土体形成螺杆桩圆柱段，随后钻杆采用正向同步技术下钻，使土体形成螺纹段。提钻时，螺杆桩机采用反向旋转同步技术提升钻杆至螺纹段设计标高的位置，形成螺杆桩的螺纹段，在提钻的同时泵压混凝土。钻杆提升到螺纹段顶部设计标高时，钻杆再次正向旋转或直接提升产生带圆柱空间，同时管内泵压浇灌混凝土至桩顶设计标高。

2 螺杆桩特点

2.1 螺杆桩构造特点

由于螺杆桩的下部为螺纹段，使桩的受力性能发生了变化，螺牙的存在使桩身不会丧失粘聚力，从而提高了桩的侧摩阻力。在相同条件下，螺杆桩与普通直杆桩相比单桩的承载力有显著提高。通过对地基的挤密，降低了地基土的压缩性，从而提高了地基的承载力，减小了地基的沉降[2]。

2.2 螺杆桩工艺特点

螺杆桩施工工艺简单，与传统桩相比，在施工过程中不取土，而是对周围土体进行排挤，使地基土的侧向应力增加，桩体桩土结合粗糙度高，桩周土产生径向固结，使其密度增加，桩侧摩阻力增大；其独特的技术形式能有效缩短工期，方便施工，且工程质量稳定可靠；不存在清底、取土、护壁、塌孔、断桩等问题，桩身质量可靠，具有无振动、低噪音、无环境污染等绿色桩型特色。

2.3 螺杆桩效益特点

螺杆桩机利用伸缩螺纹钻杆钻进，混凝土通过空心螺纹钻杆由钻头泵出，迅速填充螺纹空间，在桩身周边形成螺纹，机械自动化程度高，劳动强度低，施工进度快，性能可靠，成孔规则。螺杆桩单位体积材料所发挥的承载力较高，沉降小，无泥土外运等优点。由于螺纹钻杆螺牙间的泥土取代了部分混凝土，同桩径螺杆桩混凝土用量只有传统直线型桩的60%-70%，节约混凝土量30%-40%，降低了成本，工程总造价大幅度降低。

3 施工要点

施工前进行管线调查后，开始清表，同时合理布置施工机械、输送管路和电力线路位置。根据布桩图进行桩位放样，用竹签钉紧，一桩一签，按照测量放线的位置将桩机就位，桩位偏差不大于5cm。桩的施工顺序应从中间向四周进行，采取间隔跳打的施工方式，以防桩孔间窜浆。桩机就位后对其进行调平和稳固，确保成孔垂直度偏差不大于桩长的1%。

在钻进过程中，应严格控制钻孔速度，确保成桩时螺纹段和圆柱段合格。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢钻进速度，否则容易导致钻孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。螺杆桩成孔到达设计标高后，停止钻进，开始泵送混凝土，当钻杆芯管充满混凝土后，螺杆桩机反向旋转提升钻杆，提钻过程中自控系统应严格控制钻杆提升速度和旋转速度，顺着已形成的土体螺纹轨迹钻杆反向旋转，钻杆其旋转的转数和提升速度应保持同步和匹配，匀速控制提管速度。当钻杆提升至螺纹段顶面的设计高度时，钻杆及泵送砼再次正向旋转或直接提升，形成带圆柱空间，直至桩顶设计标高。

桩体混凝土强度达到设计强度的70%后方可进行桩间土开挖及清运，桩间土采用人工配合小型挖掘机开挖，清除保护土层时不得扰动地基土，保护层土清理完毕后，在设计桩顶处标记处切割线，采用专用桩头切割机通过三刀环切将基础桩顶多余桩头切割至设计标高，施工时必须确保桩身切口平整，无明显错台。

承载力检验宜在成桩28d后进行检验，采用单桩和复合地基荷载试验，检验数量一般为总数量的2‰（复合地基承载力及单桩承载力各1‰），螺杆桩单桩承载力及加固后复合地基承载力需满足设计要求。采用低应变检查桩身完整性，检查数量为施工总桩数的10%。

4 效益分析

同条件下与普通的直杆，如：CFG桩相比。其独特的技术形式能有效缩短工期，减少了工程造价又方便施工，且工程质量稳定可靠。

沉降变形大为减小，承载力明显提高。该施工方法在钻孔过程中噪音低、振动小，成孔和浇筑混凝土的过程一次完成，排除了大量的泥浆处理和运输的工作，从根本上避免了由此对施工现场和周边环境的污染，是一种环境保护型的绿色施工方法。

解决了直杆CFG桩桩位偏移大、浅部断裂、缩径、扩径、桩头松散施工中的技术难题。单桩竖向抗压静载荷试验检测和基桩完整性检测满足设计要求，工程应用效果较好。

5 结语

综上所述，螺杆桩具有的优势还是比较明显，尤其是对于不同地质条件中运用；在同条件下，可以有效的提高地基承载力，缩短工期，降低成本，减少环境污染，可以很好的推广应用。