劉守進(jìn)/LIU Shou-jin

（東北煤田地質(zhì)局沈陽(yáng)鉆探機(jī)械研制中心，遼寧 沈陽(yáng) 110122）

1 背 景

在現(xiàn)有的鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)中，按成樁施工方法可分為非擠土樁、部分?jǐn)D土樁和擠土樁三大類。非擠土樁包括螺旋鉆機(jī)灌注樁、人工挖孔（擴(kuò)）灌注樁、旋挖鉆孔灌注樁、潛水鉆成孔灌注樁、正反循環(huán)回轉(zhuǎn)灌注樁等；部分?jǐn)D土樁包括多節(jié)擠擴(kuò)灌注樁、預(yù)鉆孔打入式預(yù)制樁等；擠土樁包括振動(dòng)沉管樁、錘擊沉管樁、靜壓沉管樁、夯擴(kuò)樁、擠土預(yù)制樁、螺桿樁等。各種樁型都有自己的適用范圍和特點(diǎn)，非擠土樁所需的成孔設(shè)備動(dòng)力轉(zhuǎn)矩偏小，轉(zhuǎn)速偏高，在成孔過(guò)程中有殘土或需泥漿護(hù)壁，污染環(huán)境，施工成本高，而人工挖孔樁施工安全性差，現(xiàn)已限制使用；部分?jǐn)D土樁所需設(shè)備復(fù)雜，施工過(guò)程復(fù)雜，施工效率低，有殘土需外運(yùn)；擠土樁在施工中利用振動(dòng)沖擊類的施工方法，會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，影響周圍建筑物，利用靜壓的施工方法所需設(shè)備質(zhì)量大，搬運(yùn)不方便，費(fèi)用高?，F(xiàn)有的螺桿樁的施工設(shè)備動(dòng)力頭轉(zhuǎn)矩偏小，同步控制性能不穩(wěn)定，鉆具螺紋牙截面尺寸不規(guī)范，擠孔成樁適用于淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、砂性土層等軟地質(zhì)層，對(duì)較硬層，復(fù)雜地層施工有很大難度。

2 螺桿樁的特點(diǎn)

螺桿樁是一種由上部為圓柱形樁體，下部為螺紋形樁體組合而成的變截面異形灌注樁，其上下兩段樁長(zhǎng)度可以根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整，下部螺紋樁體的外徑與上部圓柱樁體直徑相同，如圖1所示。螺桿樁在成孔過(guò)程中，樁側(cè)土體受到擠壓和加密作用，成樁后部分樁體形成螺紋，而樁側(cè)土體形成“螺母”。樁體螺紋與樁側(cè)土“螺母”緊密咬合在一起，當(dāng)螺桿樁受到豎直向下載荷時(shí)，螺紋段的樁側(cè)土“螺母”受到壓縮，環(huán)狀“螺母”的根部受到剪切。樁的承載力是由直桿段的側(cè)阻力（摩阻力）、螺紋段的抗剪強(qiáng)度和樁端的端承力組成。由于螺紋段的抗剪力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同等條件下的側(cè)阻力，螺桿樁與一般的柱體完全側(cè)阻力（摩阻力）樁相比，承載力高很多。螺桿樁施工過(guò)程中是完全擠土樁，無(wú)殘土排出，不需要泥漿護(hù)壁，樁底無(wú)虛土。螺桿樁上部的樁體段在荷載傳遞過(guò)程中，加大了受壓面積，提高了樁身剛度和對(duì)螺紋段功能發(fā)揮起著承上啟下的作用。

圖1 螺桿樁剖面示意圖

在成樁施工時(shí)，樁機(jī)鉆桿的旋轉(zhuǎn)速度與上升或下降速度同步與不同步的控制是形成螺桿樁上部圓柱型和下部螺紋型的關(guān)鍵技術(shù)。同步即鉆桿上升或下降一個(gè)螺距，鉆桿剛好旋轉(zhuǎn)一圈實(shí)施擠壓土體，從而形成螺紋形的孔或樁。不同步即鉆桿每上升或下降一個(gè)螺距，鉆桿旋轉(zhuǎn)多圈并擠壓土體，從而形成圓柱形的孔或樁。螺桿樁成樁的過(guò)程分為下鉆和提鉆兩個(gè)過(guò)程。下鉆時(shí)，螺桿樁機(jī)采用正向非同步技術(shù)擠壓土體形成螺桿樁的圓柱段，隨后鉆桿采用正向同步技術(shù)擠壓土體，形成螺桿樁的螺紋段。提鉆時(shí)，螺桿樁機(jī)采用反向同步技術(shù)提升鉆桿至出地表面，在提鉆同時(shí)泵送混凝土，直至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高，后置鋼筋籠至標(biāo)高。

螺桿樁混凝土要求強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25，塌落度控制在18～20cm，混凝土石子粒徑宜在5～25mm范圍內(nèi)，針片狀顆粒不大于10%，混凝土宜采用早強(qiáng)混凝土，確保一周內(nèi)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的100%。螺桿樁質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，除了按《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50202-2002),《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》(JGJ 18-2003)，《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50204-2002）執(zhí)行外，還應(yīng)符合以下標(biāo)：①樁體傾斜偏差不超過(guò)1%；②進(jìn)入持力層深度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；③樁徑偏差不超過(guò)50mm，樁徑不允許出現(xiàn)負(fù)偏差。

3 螺桿樁機(jī)的現(xiàn)狀

現(xiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造螺桿樁機(jī)的企業(yè)主要有山東卓力樁工機(jī)械有限公司、山東方圓集團(tuán)、山東探礦機(jī)械廠、武漢武船機(jī)電設(shè)備有限公司、東煤地質(zhì)局沈陽(yáng)鉆探機(jī)械研制中心等幾家。這幾家生產(chǎn)的螺桿樁機(jī)在不同地區(qū)、不同地質(zhì)條件施工，本人經(jīng)過(guò)多次到各地現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的螺桿樁機(jī)存在共同的特點(diǎn)：①動(dòng)力頭的輸出轉(zhuǎn)矩偏??；②樁機(jī)主塔架抗扭剛度不足；③同步技術(shù)不穩(wěn)定；④加壓力不足；⑤鉆桿螺牙截面不規(guī)范；⑥只能適用于淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、砂性 土等軟地質(zhì)層。分析其原因，是螺桿樁機(jī)生產(chǎn)制造時(shí)關(guān)鍵環(huán)節(jié)缺乏系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)依據(jù)，從而影響施工速度和成樁質(zhì)量。

螺桿樁檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中要求樁體傾斜度偏差不大于1%，樁徑偏差不超過(guò)50mm，這就要求螺桿樁機(jī)的主塔架抗扭剛度滿足動(dòng)力頭的輸出轉(zhuǎn)矩要求，同時(shí)也要求鉆桿的壓桿穩(wěn)定滿足加壓后載荷的要求?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備施工過(guò)程中，遇到較硬層或接近持力層時(shí)，所需轉(zhuǎn)矩很大，此時(shí)主塔架容易發(fā)生擺動(dòng)甚至出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形。加壓力與動(dòng)力頭轉(zhuǎn)矩不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致鉆桿彎曲影響成孔直徑，鉆桿螺牙截面尺寸不規(guī)范。按規(guī)定螺桿樁（圖2）的樁芯直徑為?250～400mm，螺紋高度為50mm，螺紋為梯形截面，梯形的上底為50mm，下底為100mm，螺紋間距為螺桿樁徑的1.0～1.5倍。由于動(dòng)力頭輸出轉(zhuǎn)矩不足，為了減小施工巖土對(duì)鉆桿的阻力，各生產(chǎn)廠商相應(yīng)地減少了螺紋梯形截面的尺寸，最小的尺寸為梯形的上底為35mm，下底為70mm，由于混凝土中石子粒徑為5～25mm，此時(shí)所形成的螺牙是不飽和的，直接影響樁的承載力。同步技術(shù)是形成標(biāo)準(zhǔn)螺紋的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在原狀土擠壓成螺紋是螺桿樁的根本要求，同步技術(shù)的不穩(wěn)定，造成原狀土的擾動(dòng)，形成二次成螺紋現(xiàn)象，樁側(cè)土所形成的“螺母”抗剪切強(qiáng)度會(huì)明顯下降，從而影響樁的承載力。

圖2 螺桿樁結(jié)構(gòu)

4 螺桿樁機(jī)的改進(jìn)方向

滿足螺桿樁的成樁原理和施工質(zhì)量控制要求，是應(yīng)用和發(fā)展螺桿樁的根本所在。擴(kuò)大螺桿樁的運(yùn)用和推廣使用范圍，也是在提倡節(jié)能減排，是一件益事。這就要求對(duì)現(xiàn)有的螺桿樁機(jī)進(jìn)行升級(jí)和改進(jìn)，螺桿樁機(jī)的動(dòng)力頭輸出轉(zhuǎn)矩需加大，加壓裝置的有效加壓能力需提高，同步控制技術(shù)精度需提高，主塔架和鉆桿的剛度要提高，螺紋牙要滿足螺桿樁要求。東煤地質(zhì)局沈陽(yáng)鉆探機(jī)械研制中心研制的第二代螺桿樁機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐，滿足了螺桿樁在硬塑粘土、密實(shí)砂土、粒徑大于30mm，小于100mm的卵礫石層及強(qiáng)風(fēng)化巖等地層成孔成樁。這種螺桿樁機(jī)的參數(shù)為：動(dòng)力頭額定輸出轉(zhuǎn)矩為450kNm，有效加壓力為500kN，同步控制精度為±0.5mm/m，鉆具螺矩誤差不大于±1mm，主塔及斜支桿采用高強(qiáng)度BS700MC材料。

5 結(jié) 語(yǔ)

螺桿樁是一種新型節(jié)能減排樁，在同等承載力情況下可以節(jié)約材料30%～35%，螺桿樁的施工無(wú)噪聲、無(wú)振動(dòng)、無(wú)排土、無(wú)泥漿，螺桿樁沉降量低，樁承載力高，施工效率高，生產(chǎn)和制造新型螺桿樁機(jī)是現(xiàn)代市場(chǎng)的需要。

[1]沈保漢.螺桿灌注樁施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2010，(5)：417-419.

[2]CFG-LGZ-2006JG，螺桿樁設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)定[S].