錢(qián)勝

摘要： 本文以張呼客專(zhuān)鐵路某標(biāo)某某段路基施工為背景，在高速鐵路松軟土粉砂層地基處理施工中，采用螺桿樁施工技術(shù)，并取得了顯著效果，為鐵路路基工程螺桿樁施工控制提供有益經(jīng)驗(yàn)。

Abstract： In this paper， taking a section subgrade contruction of Zhangjiakou-Huhhot passenger dedicated railway as the background， in the foundation treatment of silt layer of the high-speed railway， the screw pile technology is used and has achieved remarkable results， providing useful experience for screw pile construction control the railway subgrade engineering.

關(guān)鍵詞： 螺桿樁；高速鐵路施工；粉砂層地基

Key words： screw pile；high-speed railway construction；silty sand foundation

中圖分類(lèi)號(hào)：U238 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）15-0071-04

0 引言

螺桿樁是在長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁與日本鋼釬維全螺紋預(yù)制樁的基礎(chǔ)上研發(fā)的新樁型，已被廣泛應(yīng)用于高層建筑施工中。隨著我國(guó)鐵路施工技術(shù)的迅速發(fā)展，近年來(lái)這項(xiàng)樁基施工技術(shù)也逐漸在鐵路施工中得到更多更廣泛的應(yīng)用，螺桿樁承載力高、造價(jià)低、施工快速環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)更為突顯。新建張家口至呼和浩特鐵路是設(shè)計(jì)時(shí)速250公里的客運(yùn)專(zhuān)線，某標(biāo)段路基段全部為松軟土路基，地下水埋深淺，存在液化現(xiàn)象，為滿(mǎn)足路基工后沉降的設(shè)計(jì)要求，地基加固處理采用了螺桿樁技術(shù)。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)情況

新建張家口至呼和浩特客運(yùn)專(zhuān)線位于華北北部，地形地貌為沖洪積平原，地勢(shì)起伏不大，多為旱地及草地，植被較為發(fā)育，地面相對(duì)高差相對(duì)較小，地下水主要補(bǔ)給為大氣降雨滲入，地下水對(duì)混凝土無(wú)侵蝕性。整條線路呈東西走向，全長(zhǎng)286.773km。某標(biāo)段施工范圍內(nèi)路基類(lèi)型屬松軟土路基，地層結(jié)構(gòu)依次為粉土、粉砂、細(xì)砂、中砂和細(xì)圓礫土等。

松軟土：松軟土分布較為廣泛，沿線地表分布的第四系的黏性土、粉土、砂質(zhì)黃土等地層的表層，承載能力較低，沉降變形較大。

黃土：厚度不等，一般為3～15m，局部可達(dá)40m。一般具有I級(jí)非自重-II級(jí)自重濕陷性，部分地段具有Ⅲ級(jí)自重濕陷性，濕陷土層厚度3～20m。

1.2 地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃

工程所在位置土壤最大凍結(jié)深度1.31m。根據(jù)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局1：400萬(wàn)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），結(jié)合本線工程地質(zhì)條件，沿線地震動(dòng)峰值為0.10g（地震基本烈度7度），地震動(dòng)反應(yīng)譜特征值0.40s。

1.3 水文及氣象條件

該地區(qū)屬中溫帶干旱氣候區(qū)，大陸性氣候明顯，季風(fēng)影響顯著。冬季長(zhǎng)而寒冷，夏季短而溫涼，春秋季氣候多變，溫差大，日照充足。年降雨量小，多集中在7～9月份，年平均降水量394.7mm。

該地區(qū)地表水系不發(fā)育，無(wú)常年地表徑流，地表水主要為大氣降水形成的地表水流，水量受季節(jié)性影響較大，其自然排泄順暢，需注意暴雨期間對(duì)施工的影響；地下水主要是第四系松散巖類(lèi)孔隙水和基巖裂隙水，地下水較發(fā)育。

第四系松散巖類(lèi)孔隙潛水：孔隙潛水主要賦存于河谷階地、山間盆地及沖溝中，局部地段孔隙水具承壓性，沖洪積的砂類(lèi)土及碎石類(lèi)土為其主要的含水層；基巖裂隙水：基巖裂隙水，又分基巖裂隙潛水和承壓水兩類(lèi)。基巖裂隙潛水主要賦存于各類(lèi)基巖的風(fēng)化帶及構(gòu)造裂隙中，一般埋深大于20m，多數(shù)水量不大，部分地段埋藏較淺，地表徑流較弱，大氣降水多沿裂隙下滲，為地下水的主要補(bǔ)給源，地下水位隨季節(jié)變化顯著。局部地段具承壓性，主要賦存于構(gòu)造裂隙中，水量較大，承壓水多存在于太古界變質(zhì)巖中，因原巖成分的差異及遭受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，致使構(gòu)造節(jié)理裂隙發(fā)育程度不同，加之多期巖脈的侵入和斷裂的切割阻隔作用，形成了部分地段和層位無(wú)含水、部分地段和層位無(wú)隔水的構(gòu)造，形成了承壓含水層。

2 施工技術(shù)參數(shù)

本標(biāo)段螺桿樁設(shè)計(jì)樁徑0.4m，呈正方形布置，間距2m，樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)12.28～24.43m，樁身上部圓柱段為總樁長(zhǎng)的1/3，余下2/3為螺紋段，樁身混凝土強(qiáng)度為C20，其上設(shè)置直徑1.0m、高0.4mC25混凝土樁帽。螺桿樁具體設(shè)計(jì)如圖1。

3 鉆機(jī)選型及主要設(shè)備表（表1）

根據(jù)臨近工程施工地質(zhì)情況調(diào)查，施鉆過(guò)程中有可能出現(xiàn)卵石層，設(shè)備選型過(guò)程中應(yīng)充分考慮設(shè)備扭矩和鉆桿剛度問(wèn)題，就此選用JUS180履帶式螺桿樁機(jī)其參數(shù)如下：塔高41（m）；鉆孔深度35（m）；最大鉆孔直徑？準(zhǔn)1500（mm）；動(dòng)力頭輸出扭矩450（kN·m）；履帶最大工作寬度7100（mm）；最大提拔力800（kN）；整機(jī)質(zhì)量110（t）；配重質(zhì)量22（t）。

此種機(jī)型在類(lèi)似工程使用過(guò)程中性能穩(wěn)定，成樁質(zhì)量好，效率較高，與其他螺桿樁機(jī)相比，動(dòng)力輸出扭矩大，同步操作性強(qiáng)，輸出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍廣，底盤(pán)穩(wěn)定操作簡(jiǎn)單故障率低，施工效率明顯提高。特別是復(fù)雜地層的施工更體現(xiàn)它的優(yōu)越性，具有在卵石層、漂石層及堅(jiān)硬巖層高效鉆孔能力。

4.施工人員及組織情況（表2）

5 施工工藝要點(diǎn)

施工工藝流程詳見(jiàn)圖2、圖3。

5.1 施工準(zhǔn)備

①螺桿樁施工前應(yīng)具備以下文件資料：

1）路基施工圖，地質(zhì)柱狀圖及補(bǔ)勘資料；

2）施工區(qū)域內(nèi)的地下管線、地下構(gòu)筑物等的調(diào)查資料；

3）螺桿樁樁位平面布置圖及技術(shù)要求；

4）試樁資料或工藝實(shí)驗(yàn)資料；

5）施工技術(shù)交底、安全技術(shù)交底、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)、施工方案等。

②施工前，清除地表土、腐殖土，回填平整場(chǎng)地，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整至設(shè)計(jì)標(biāo)高，并做好地表排水系統(tǒng)，保證現(xiàn)場(chǎng)不積水以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，最后壓路機(jī)碾壓密實(shí)。

③施工前應(yīng)做好原材料質(zhì)量檢驗(yàn)工作。

④測(cè)量人員對(duì)設(shè)計(jì)控制樁進(jìn)行復(fù)測(cè)定位，利用全站儀放出試樁樁位。

⑤施工前應(yīng)做試樁，其目的是核對(duì)檢驗(yàn)所選設(shè)備、機(jī)具、施工工藝及技術(shù)要求是否合適。同時(shí)，檢測(cè)相鄰樁孔之間的影響，確定影響程度，相鄰樁孔之間影響較大時(shí)需要考慮跳打施工。如試樁滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，則根據(jù)試樁試驗(yàn)的數(shù)據(jù)確定施工時(shí)工藝參數(shù)，編制試樁工藝性總結(jié)，指導(dǎo)螺桿樁大面積施工。

5.2 施工方法

①確定螺桿樁的施工順序。螺桿樁的施工順序應(yīng)從路基一側(cè)向另一側(cè)施工，按編號(hào)順序進(jìn)行，防止樁位漏打，同時(shí)根據(jù)樁間距和地層的滲透情況以及成樁試驗(yàn)結(jié)果，確定是否采用跳樁施工方法，以免因擠壓造成相鄰樁孔縮徑，甚至影響樁體完整性。

②測(cè)量定位放線。測(cè)量定位放線要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工圖紙進(jìn)行，采用全站儀和鋼尺測(cè)量，逐個(gè)施放在現(xiàn)場(chǎng)，樁位中心點(diǎn)用釬子插入地下，并用白灰明示。

③樁機(jī)就位、對(duì)中。采用主要施工機(jī)械設(shè)備為JZU180型螺桿樁機(jī)，80型泵送混凝土機(jī)。螺桿樁機(jī)到達(dá)指定樁位進(jìn)行對(duì)中。首先使樁機(jī)鉆桿的鉆頭垂直對(duì)準(zhǔn)施工的樁位，螺桿樁機(jī)就位后必須調(diào)直、調(diào)平并穩(wěn)固，確保成孔垂直度，容許偏差不大于1%。樁位容許偏差不大于10cm。

④調(diào)整鉆桿垂直度。樁機(jī)就位后，應(yīng)用樁機(jī)塔身的前后和左右的垂直標(biāo)桿檢查鉆桿，校正位置，使鉆桿垂直對(duì)準(zhǔn)樁位中心，確保垂直度小于1%樁長(zhǎng)。

⑤鉆進(jìn)成孔。鉆孔開(kāi)始時(shí)，關(guān)閉鉆頭閥門(mén)，向下移動(dòng)鉆桿至鉆頭觸及地面時(shí)，啟動(dòng)馬達(dá)鉆進(jìn)。一般應(yīng)先慢后快，這樣既減少鉆桿搖晃，又容易檢查鉆孔的偏差，以便及時(shí)糾正。在粉砂層地層中，鉆進(jìn)速度宜控制在1.5m/min左右，鉆進(jìn)電流控制在50～110A，在鉆進(jìn)過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)鉆桿劇烈搖晃或震顫時(shí)，應(yīng)降低鉆進(jìn)速度，否則將導(dǎo)致導(dǎo)致鉆孔偏斜位移和螺紋結(jié)構(gòu)破壞，甚至使鉆桿、鉆具損壞。在鉆孔的過(guò)程中操縱樁機(jī)自控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)同步裝置嚴(yán)格控制鉆桿進(jìn)給速度和旋轉(zhuǎn)速度，使二者匹配。形成圓柱段時(shí)，要求鉆桿每下降一個(gè)螺距，鉆桿旋轉(zhuǎn)二周以上，鉆至螺桿樁直線段設(shè)計(jì)深度。形成螺紋段時(shí)，要求螺桿樁鉆桿每下降一個(gè)螺距，鉆桿旋轉(zhuǎn)一周，鉆至螺桿樁螺紋段設(shè)計(jì)深度。當(dāng)遇有障礙物時(shí)應(yīng)立即停鉆，判明原因后處理重新鉆進(jìn)。

⑥反向旋轉(zhuǎn)提升鉆桿及泵送混凝土。螺桿樁成孔到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后，停止鉆進(jìn)，開(kāi)始泵送混凝土，泵送前檢查泵管密閉性減少泵管彎曲保持平順，灌注前應(yīng)先泵送配合比砂漿潤(rùn)管，泵送混合料的坍落度宜控制在18～22cm，混合料攪拌時(shí)間不小于60s，當(dāng)鉆桿芯管充滿(mǎn)混凝土后，螺桿樁機(jī)反向旋轉(zhuǎn)提升鉆桿，與鉆進(jìn)參數(shù)相同達(dá)到螺紋成形目的，鉆桿其旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)和提升速度應(yīng)保持聯(lián)動(dòng)同步，勻速控制提管速度，要求鉆桿旋轉(zhuǎn)一圈，鉆桿上升一個(gè)螺距。與此同時(shí)泵送高壓的細(xì)石混凝土迅速填充由于鉆桿同步旋轉(zhuǎn)提升所產(chǎn)生的螺紋段空間。當(dāng)鉆桿提升至螺紋段頂面的設(shè)計(jì)高度時(shí)，鉆桿再次正向旋轉(zhuǎn)不同步聯(lián)動(dòng)提升產(chǎn)生圓柱樁體，同時(shí)鉆頭泵出高壓混凝土大于6MPa澆筑，距樁頂2.5m時(shí)管內(nèi)混凝土在自重狀態(tài)即可完成剩余部分混凝土澆筑，最后混凝土超灌至樁頂標(biāo)高以上50cm。成樁過(guò)程灌注提升連續(xù)進(jìn)行，應(yīng)避免因后臺(tái)供料慢而導(dǎo)致停機(jī)待料。

⑦鋼筋籠制作。鋼筋籠制作過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸加工，鋼筋連接全部采用焊接，為保證樁體鋼筋保護(hù)層厚度每隔2m進(jìn)行焊耳焊接，嚴(yán)格檢查鋼筋籠變徑位置，螺紋段鋼筋保護(hù)層應(yīng)按內(nèi)徑進(jìn)行控制。每隔3m加工中心桿定位筋保證鋼筋籠下沉的準(zhǔn)確性，鋼筋籠底部加工尖頭焊接減少下放阻力提高導(dǎo)向性能。

⑧鋼筋籠下放。混凝土灌注至樁頂標(biāo)高以上50cm，清除樁口泥土，采用樁基自帶吊裝設(shè)備吊起鋼筋籠對(duì)準(zhǔn)樁位在自重作用和人工配合下緩慢下放，然后吊起震動(dòng)裝置震動(dòng)下放到控制標(biāo)高。

⑨樁機(jī)移位進(jìn)行下一根施工。對(duì)施工完成的樁體進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，必要時(shí)樁頭澆水并加蓋草簾，做好現(xiàn)場(chǎng)成品保護(hù)。重復(fù)以上步驟進(jìn)行下一根樁的施工。

⑩樁頭鑿除及樁帽澆筑。所有螺桿樁達(dá)到一定強(qiáng)度后，先用風(fēng)鎬鑿除樁頭至設(shè)計(jì)標(biāo)高，清理樁頂檢查樁位，調(diào)整鋼筋位置后立模澆筑樁帽混凝土，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度10%拆除樁帽模板，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后采用小型夯實(shí)機(jī)具夯實(shí)回填。

6 施工功效分析

根據(jù)螺桿樁施工全過(guò)程按24.43m樁50根取樣平均進(jìn)行分析，樁機(jī)移動(dòng)就位調(diào)整所需時(shí)間5min；正向鉆進(jìn)至樁底標(biāo)高所需時(shí)間為7 min；混凝土灌注反轉(zhuǎn)提升至地面9 min；鋼筋籠提升下放到位所需時(shí)間為4 min，總計(jì)成樁時(shí)間為25 min。混凝土平均充盈系數(shù)為1.08，對(duì)樁體強(qiáng)度、直徑、長(zhǎng)度及完整性檢查，樁檢合格率100%。

7 施工質(zhì)量保證

①螺桿樁樁身水泥可采用普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥，所選用的水泥應(yīng)有出廠合格證。

②混凝土用砂應(yīng)選用粗砂或中砂，砂應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬、干凈，含泥量小于5%。

③粗骨料可選用卵石或碎石，石子應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬、耐久、干凈，混凝土石子粒徑宜采用8～25mm，壓碎值指標(biāo)滿(mǎn)足要求?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C20，施工過(guò)程中嚴(yán)格按照配合比下料，嚴(yán)格控制粉煤灰的慘入量，塌落度控制在18～22cm。

④混凝土應(yīng)符合泵送混凝土的要求，粉煤灰等級(jí)要求Ⅲ級(jí)及以上。減水劑、泵送劑等外加劑可根據(jù)不同的使用要求適量參入。外加劑的用量根據(jù)施工需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。

⑤泵料時(shí)，嚴(yán)禁先提鉆后泵料，確保成樁質(zhì)量。

⑥若施工中因其它原因不能連續(xù)灌注，須避開(kāi)飽和砂性土、粉土層，不得在這些土層內(nèi)停機(jī)。

8 安全管理重點(diǎn)

①大風(fēng)天氣禁止操作，鉆桿回收停放。

②鉆機(jī)必須支撐穩(wěn)定地基上，對(duì)于軟土地帶應(yīng)初步換填墊設(shè)鋼板，防止鉆機(jī)失穩(wěn)傾覆。

③鉆機(jī)操作人員必須培訓(xùn)并持證上崗，不得酒后作業(yè)。

④必須按照鉆機(jī)說(shuō)明書(shū)定期進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)。

⑤鉆機(jī)上方與既有電線路保持安全距離，防止觸電事故發(fā)生。

⑥鉆機(jī)施工作業(yè)前必須進(jìn)行探槽探知地下管線埋設(shè)情況。

⑦鉆機(jī)工作前應(yīng)試運(yùn)轉(zhuǎn)，確保設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)處于正常狀態(tài)，而后才能正常施鉆。

⑧施工過(guò)程中如突然停電，設(shè)備各項(xiàng)開(kāi)關(guān)應(yīng)歸于零位，現(xiàn)場(chǎng)布置備用電源啟動(dòng)。

⑨雨后應(yīng)及時(shí)清除積水，防止地基浸泡造成地基承載力下降影響樁機(jī)穩(wěn)定。

⑩吊具應(yīng)定期進(jìn)行檢查排除安全隱患。

9 結(jié)論

①螺桿樁與傳統(tǒng)的混凝土灌注樁、長(zhǎng)螺旋灌注樁相比在施工過(guò)程中不取土，對(duì)樁間土有明顯的擠密效果。通過(guò)對(duì)天然地基的擠密，降低了地基土的壓縮性，從而提高了天然地基的承載力，減小了地基的沉降。對(duì)沉降變形要求很高的構(gòu)筑物，螺桿樁有很高的應(yīng)用價(jià)值。

②由于螺桿樁的下部形成了螺紋段，使樁的受力性能發(fā)生了變化，螺紋段不但提高了與周?chē)馏w的接觸面積而且土體的提供的剪切反力也遠(yuǎn)大于摩阻力，從而提高了樁的整體承載能力。在相同條件下，螺桿樁與普通直桿灌注樁相比單樁的極限承載力有顯著提高。

③螺桿樁單樁承載力較高，在達(dá)到同等設(shè)計(jì)效果下與直樁相比可縮短樁長(zhǎng)，減少樁徑和減少樁數(shù)，從而降低工程造價(jià)，便于施工。

④目前隨著螺桿樁應(yīng)用的普及，專(zhuān)業(yè)設(shè)備制造有了長(zhǎng)足發(fā)展，現(xiàn)有螺桿樁鉆機(jī)成套設(shè)備具有機(jī)械扭矩潛能大，穿透力強(qiáng)的特點(diǎn)，因此螺桿樁對(duì)于不同土質(zhì)有很強(qiáng)的適應(yīng)性，并且不受地下水位的影響。

⑤螺桿樁施工工藝簡(jiǎn)單便于操作，具有無(wú)振動(dòng)、低噪音、無(wú)環(huán)境污染等綠色樁型特色。

⑥通過(guò)螺桿樁處理的復(fù)合地基可以有效降低地震力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，由于加固后消除了可液化土層，從而可以廣泛地應(yīng)用于地震區(qū)工程施工。

⑦螺桿樁機(jī)設(shè)備性能先進(jìn)，自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，可靠性強(qiáng)，施工進(jìn)度快，可以連續(xù)泵送混凝土成樁。

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