蔣 孫 春

(1.廣西大學(xué)，廣西 南寧 530000； 2.廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530000)

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螺桿樁與長螺旋鉆孔壓灌樁技術(shù)比較分析

蔣 孫 春1,2

(1.廣西大學(xué)，廣西 南寧 530000； 2.廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530000)

介紹了螺桿樁與長螺旋鉆孔壓灌樁的發(fā)展歷程，結(jié)合兩個工程項目，分析了兩種樁的相似性，并從樁的承載機理、適用范圍、成孔控制要點等方面，論述了兩者的差異性，為兩種樁的選型設(shè)計提供依據(jù)。

螺桿樁，長螺旋鉆孔壓灌樁，承載力，樁機

1 螺桿樁與長螺旋鉆孔壓灌樁的發(fā)展歷程

長螺旋鉆孔中心壓灌技術(shù)最先于1997年由中國建筑科學(xué)研究院等單位申請國家九五攻關(guān)項目“長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓CFG樁施工工藝的研究”，經(jīng)過三年的研究和大量的工程實踐，工藝逐漸趨于完善和成熟。2008年4月作為灌注樁的一種施工工藝首先列入新頒布的JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范，2012年8月作為CFG樁的一種施工工藝列入JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范。螺桿樁作為一種新型樁首先在2003年開始出現(xiàn)并運用，2004年被列為“2004年海南建設(shè)科研項目”、2005年列為“2005年建設(shè)部科學(xué)項目計劃”和“2005年全國建設(shè)科技行業(yè)推廣項目”，這種樁及成樁工法是在長螺旋國家“九五攻關(guān)項目”“長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓CFG樁施工工藝的研究”和日本鋼纖維全螺旋預(yù)制樁的基礎(chǔ)上形成的。其主要特征是“上部為圓柱形，下部為螺旋形”。近年來，螺桿樁技術(shù)在全國多個省市實際運用于工程建設(shè)項目，并成功運用于高層和超高層建設(shè)項目。涉及螺桿樁的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)自2013年海南省和山東省率先推出地方標(biāo)準(zhǔn)到2016年1月福建省推出地方標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)僅有少數(shù)幾個省推出相應(yīng)的地方標(biāo)準(zhǔn)。螺桿樁這一兩年開始應(yīng)用于廣西建筑工程。長螺旋鉆孔中心壓灌樁與螺桿樁的施工工藝在我國出現(xiàn)的時間相差不大，其施工工藝流程也有許多共同點。兩項技術(shù)均是住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部的重點推廣項目。

下面通過兩個土層分布類似、承載力大致相當(dāng)?shù)牡湫蛯嶋H工程案例來比較分析這兩種樁的運用。

2 兩典型項目的地質(zhì)概況

兩項目均位于廣西南寧市，其中項目1位于南寧市西鄉(xiāng)塘區(qū)，項目2位于南寧市青秀區(qū)。兩個項目地質(zhì)土層構(gòu)造類似，樁徑相同，樁端持力層均置于泥巖層。兩個項目地質(zhì)概況見表1。兩個項目樁基礎(chǔ)設(shè)計概況見表2。

表1 項目地質(zhì)概況

表2 項目樁基礎(chǔ)設(shè)計概況

3 螺桿樁與長螺旋鉆孔壓灌樁的聯(lián)系

3.1 兩種樁的施工工藝流程類似

長螺旋鉆孔壓灌樁和螺桿樁采用的是CFA工法，其施工工藝流程類似，均是先定位放線→樁機就位→鉆進成孔→鉆至設(shè)計標(biāo)高后邊壓灌混凝土邊退出→采用插筋器插入鋼筋籠→移位至下一根樁施工。

3.2 兩種樁的現(xiàn)場文明施工程度高

兩種施工工藝不受地下水位限制，鉆進成樁過程中無需泥漿護壁，施工場地沒有泥漿污染，地面相對比較干燥，樁側(cè)不存在泥皮，可相應(yīng)地提高樁側(cè)摩阻力。兩個項目均在市區(qū)內(nèi)，其中項目2位于市中心區(qū)，兩種樁機的施工噪聲低，對周圍環(huán)境污染小。成孔與成樁相結(jié)合，一氣呵成，施工簡便、快捷，單機一次完成單樁施工作業(yè)。

3.3 壓灌混凝土的要求相同

兩種樁型成孔完成后均采用壓灌混凝土，混凝土的粗骨料粒徑一般要求不大于25 mm，混凝土的坍落度一般為180 mm～220 mm，當(dāng)氣溫高于30 ℃時，澆筑混凝土?xí)r在輸送泵管上覆蓋隔熱材料，每隔一段時間應(yīng)灑水降溫。壓灌混凝土?xí)r適當(dāng)增大管內(nèi)混凝土的壓力，均會顯著提高樁的承載力。樁頂混凝土超灌高度不宜小于0.3 m～0.5 m。

3.4 均采用后插入鋼筋籠

螺桿樁和長螺旋鉆孔壓灌樁在混凝土澆筑完成后均采用專用插筋器插入鋼筋籠，專用插筋器在振動下沉鋼筋籠時，可以排除混凝土內(nèi)的大量氣泡，對樁孔內(nèi)的混凝土同時起到振動密實作用，但均存在鋼筋籠的垂直度控制差、鋼筋籠容易偏位、局部鋼筋保護層厚度不夠的缺陷。

3.5 兩種樁的樁徑均不大

受成孔鉆機機械的技術(shù)限制，目前兩種施工工藝的成孔直徑與深度有限。盡管資料顯示，長螺旋目前最大的成孔直徑可達(dá)到1 500 mm，深度可達(dá)40 m左右。長螺旋鉆孔壓灌樁樁徑采用較多的一般在600 mm～800 mm，深度普遍在30 m以內(nèi)，如設(shè)計樁徑超過800 mm及深度超過30 m，建筑市場現(xiàn)有設(shè)備很難滿足設(shè)計要求。如國內(nèi)的山河智能SWSD3618長螺旋鉆機，不帶套管成孔直徑為2 000 mm，帶套管成孔直徑1 500 mm。螺桿樁的樁徑一般不超過700 mm，深度一般在30 m以內(nèi)。

3.6 兩種樁在部分土層中均存在成孔困難

盡管螺桿鉆機的動力頭功率一般比長螺旋鉆機的大，但均存在在巖土層成孔鉆進困難，在中密以上圓礫層、大粒徑漂石層和地下水水位較高的砂層成孔困難。

4 螺桿樁與長螺旋鉆孔壓灌樁的區(qū)別

螺桿樁和長螺旋鉆孔壓灌樁盡管在很多方面有相同點和近似點，但兩種樁在實質(zhì)上存在較大的區(qū)別，在設(shè)計和施工這兩種樁時一定要注意到，特別是螺桿樁的施工，如果以施工長螺旋鉆孔壓灌樁的方式控制螺桿樁質(zhì)量，極易造成樁施工質(zhì)量缺陷。以下是這兩種樁的主要不同點。

4.1 兩種樁承載的機理不一樣

長螺旋鉆孔壓灌樁的樁身上下整體為等直徑圓柱狀樁，其豎向承載力主要由樁側(cè)摩阻力和樁端端阻力兩部分組成。

我國JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范采用式(1)確定長螺旋鉆孔壓灌樁的承載力：

Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp

(1)

其中，Quk為螺桿樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)；Qsk為直桿段極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；Qpk為螺桿樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；u為樁身周長；qsik，li分別為圓柱段第i層土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和長度；qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Ap為樁端面積。

螺桿樁是變截面樁，即上部為等直徑的圓柱段，下部為螺紋段，螺紋段螺牙外徑與圓柱段相同，螺紋段樁芯直徑比螺牙外徑小200 mm～300 mm左右，其豎向承載力主要由三部分組成，即圓柱段的側(cè)摩阻力、螺紋段螺牙間土的抗剪強度以及樁端端阻力，其中主要由螺桿樁螺紋段承載。根據(jù)國內(nèi)一些人員的研究成果，螺桿樁螺紋段的螺牙厚度及螺牙間距對螺紋段承載力影響較大。國內(nèi)已出臺螺桿樁地方技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)對螺紋段螺牙間土的抗剪強度基本采用簡化的計算方式，即在同土層圓柱段(直徑取螺紋段螺牙外徑)側(cè)摩阻力的基礎(chǔ)乘上一個樁側(cè)阻力提高系數(shù)。目前國內(nèi)對螺桿樁的承載力計算方式如下：

Quk=Qsk1+Qsk2+Qpk=u∑qsikli+au∑qsjklj+qpkAp

(2)

其中，Quk為螺桿樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)；Qsk1為直桿段極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值,kN；Qsk2為螺紋段極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值,kN；Qpk為螺桿樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值,kN；u為樁身周長；qsik,li分別為圓柱段第i層土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和長度；qsjk，lj分別為螺紋段第j層土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和長度；a為第ji層土的樁側(cè)阻力提高系數(shù)，國內(nèi)目前取值范圍：1.5～2.2，粉土、粘性土、粉細(xì)砂取低值，礫砂、砂礫土、卵石、碎石、全風(fēng)化巖和強風(fēng)化巖取高值；qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Ap為樁端面積。

4.2 適用范圍不一樣

長螺旋鉆孔壓灌樁既可以在一些軟土地區(qū)作為摩擦樁運用，也可以將樁端支撐在承載力較好的風(fēng)化巖層作為端承樁使用，或作為端承摩擦樁運用；長螺旋鉆孔壓灌樁可以全樁長配筋，也可以部分配筋。這種CFA施工工藝也可以作為CFG樁用于地基處理。螺桿樁由于其豎向承載力主要由螺紋段提供，故其常作為摩擦樁運用。目前螺桿樁圓柱段的成孔直徑一般不超過700 mm，螺紋段樁芯直徑大多為299 mm，299 mm，325 mm。螺桿樁一般只在圓柱段配筋，如項目1螺桿樁只在上部圓柱段配筋，對于這種只在樁身局部配筋的樁型不適合用于地處坡地、岸邊的工程，在一些抗震設(shè)防要求高的地區(qū)也不適合使用。另外，螺桿樁在一些鉆進困難的土層，如風(fēng)化巖層，或樁位存在孤石處，常常難以達(dá)到螺桿樁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的正向同步，在堅硬土層中鉆進緩慢，鉆桿螺牙會對螺牙間的土層造成擾動破壞，即對螺牙間的土層造成破壞和擾動，導(dǎo)致螺桿樁的螺紋段不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因此，螺桿樁較適用于軟土土層。

4.3 成孔時的控制要點不同

兩種樁樁機在成孔時其控制要點相差較大，長螺旋鉆機鉆孔一般采用正向鉆進成孔，退出時一般可以通過卷揚機直接緩慢提拔退出，必要時也可采用邊正向旋轉(zhuǎn)邊退出。長螺旋鉆機在砂層、圓礫層以及一些軟弱土層要嚴(yán)格控制退出速度，不能過快，最好控制在1.5 m/min左右，以避免出現(xiàn)縮頸、斷樁現(xiàn)象。螺桿樁在成孔鉆進和退出時，其工藝不一樣且控制要求非常嚴(yán)格，鉆進時在圓柱段可以采用正向非同步技術(shù)鉆進成孔，在螺紋段則必須采用正向同步鉆進工藝，即鉆頭正向旋轉(zhuǎn)一周，螺紋正向下降一個螺距，維持這種鉆進速度一直鉆至螺紋段設(shè)計標(biāo)高，在土體中形成螺紋段。在提升前應(yīng)先壓灌混凝土，之后再邊壓灌混凝土邊退出時，在螺紋段退出時要嚴(yán)格采用反向同步技術(shù)，即鉆頭反向循環(huán)一周，螺紋反向上升一個螺距，即嚴(yán)格按原成形螺紋退出；在圓柱段可以采用正向同步技術(shù)進行掃螺，形成圓柱段。

長螺旋鉆至樁端設(shè)計標(biāo)高處，在原位繼續(xù)旋轉(zhuǎn)進行清底。因螺桿樁的大部分豎向承載力主要由螺紋段提供，且螺紋段的螺牙厚度及螺牙間距大小對螺紋段的承載力影響比較大。螺桿樁鉆至設(shè)計標(biāo)高即不得在原位旋轉(zhuǎn)，而是停鉆，否則會破壞螺紋段螺牙間的原狀土，造成螺紋段承載力大幅下降，致使螺桿樁豎向承載力難以達(dá)到設(shè)計要求。如項目1施工的螺桿樁試驗樁在采用靜載檢測時，其單樁承載力特征值僅為設(shè)計值的70%左右。因此螺桿樁施工時受多重因素的影響，樁身質(zhì)量和樁的豎向承載力變異較大，這是長螺旋與螺桿樁施工中存在的另一個較大的區(qū)別。

長螺旋鉆孔時將原樁位的土層旋出并產(chǎn)生大量的渣土，是一種取土成孔工藝，如項目2樁基施工時在原基坑土方的基礎(chǔ)上再次產(chǎn)生大量的渣土，增大了土方外運費用。長螺旋鉆機成孔時對鄰樁無擠壓作用，一般不會造成鄰樁出現(xiàn)變形和斷樁現(xiàn)象。螺桿樁樁機成孔時特別是螺紋段成孔時采用擠土工藝，成孔時對鄰樁有擠壓作用，對于樁間距較小或在擠土效應(yīng)比較明顯的土層，容易造成鄰樁被擠壓變形和斷樁的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象特別在群樁基礎(chǔ)中更加明顯。螺桿樁樁機成孔時產(chǎn)生的渣土較少，螺桿樁機在圓柱段采用正向同步技術(shù)進行掃螺時螺牙會帶出部分渣土，以及在壓灌混凝土?xí)r有少量混凝土漿液溢出，由此產(chǎn)生少量的渣土。

4.4 樁機的功率和帶鉆具的重量相差較大

長螺旋成孔時將土旋出，且鉆機的螺旋刀片較薄，切入時相對容易，其樁機功率相對較小，如國內(nèi)成孔直徑800 mm，鉆深28 m以內(nèi)的長螺旋鉆機重量在50 t左右，動力頭功率一般在110 kW左右，在施工時對場地地基承載力約為60 kPa。國內(nèi)常見的一些長螺旋鉆機的技術(shù)參數(shù)見表3。螺桿樁機成孔時有擠土效應(yīng)，鉆機螺牙較厚，鉆進時需要較大功率，如目前國內(nèi)成孔直徑600 mm，鉆深25 m以內(nèi)的螺桿鉆機重量在65 t左右，樁機運行總功率一般在200 kW左右，具體技術(shù)參數(shù)見表4。施工時地基承載力為120 kPa。螺桿樁機的重量、功率以及對地基承載力的要求比長螺旋鉆機高，相應(yīng)的會對配套設(shè)施(臨時電的變壓設(shè)備等)的投入要高，對施工場地和地基承載力要求較高。項目1在螺桿樁機施工時出現(xiàn)現(xiàn)場變電設(shè)備不能滿足要求，后采用租借柴油發(fā)電機為樁機提供電源；進場的螺桿樁機是履帶式的，現(xiàn)場場地地基承載不能滿足樁機施工要求，后在場地內(nèi)澆筑了150 mm低標(biāo)號的混凝土層。

表3 國內(nèi)常見的一些長螺旋鉆樁機的技術(shù)參數(shù)

表4 螺桿樁樁機主要技術(shù)參數(shù)

5 結(jié)語

長螺旋鉆孔壓灌樁技術(shù)目前是一種比較成熟的施工技術(shù)，在各種土層中適用性較強，成樁質(zhì)量比較穩(wěn)定。螺桿樁技術(shù)由于其承載力主要由螺紋段提供，因此螺紋段能否形成，成孔及退出時能否避免對螺牙間土造成擾動破壞，是螺桿樁質(zhì)量控制的關(guān)鍵，這要求螺桿樁機的操作人員技術(shù)水平很高，操作熟練，土層鉆進順利，否則螺桿樁質(zhì)量的穩(wěn)定性會變差。

[1] 劉金礪，高文生，邱明兵.建筑樁基技術(shù)規(guī)范應(yīng)用手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2] DBJ 46—026—2013，螺桿樁技術(shù)規(guī)范[S].

[3] GB 51004—2015，建筑地基基礎(chǔ)工程施工規(guī)范[S].

[4] JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[5] 李成巍,陳錦劍.灌注螺紋樁承載機理與計算方法[J].上海交通大學(xué)學(xué)報，2010，44(6)：726-730.

[6] 沈保漢，王鳳良.螺桿樁施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2010，41(5)：417-419.

Jiang Sunchun1,2

On technological comparison of screw pile and long-screw drill grouting pile

(1.Guangxi University, Nanning 530000, China; 2.Guangxi Polytechnic of Construction, Nanning 530000, China)

The paper introduces the development of screw pile and long-screw drill grouting pile, analyzes their similarities by combining with the two engineering programs, and indicates their differences from the loading mechanism of piles, applied scopes, and holing controlling points, so as to provide some reference for the type design of the two piles.

screw pile, long-screw drill grouting pile, loading capacity, pile machine

1009-6825(2016)12-0053-03

2016-02-16

蔣孫春(1969- )，男，副教授，高級工程師，注冊監(jiān)理工程師，注冊一級建造師，注冊造價工程師

TU473

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