摘要：根據(jù)國家《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，為滿足快速增長的客運(yùn)需求，優(yōu)化拓展區(qū)域發(fā)展空間，未來，在“四縱四橫”高速鐵路的基礎(chǔ)上，將增加客流支撐、標(biāo)準(zhǔn)適宜、發(fā)展需要的高速鐵路，部分利用時(shí)速200公里鐵路，形成以“八縱八橫”主通道為骨架的鐵路大格局。

鐵路是國民經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和重大民生工程，是綜合交通運(yùn)輸體系的骨干和主要交通方式之一，在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的地位和作用至關(guān)重要。加快鐵路建設(shè)特別是中西部地區(qū)鐵路建設(shè)，是穩(wěn)增長、調(diào)結(jié)構(gòu)，增加有效投資，擴(kuò)大消費(fèi)，既利當(dāng)前、更惠長遠(yuǎn)的重大舉措。

跟著國家《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》的步伐，鐵路建設(shè)已經(jīng)快速延伸至中西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)。而這些地區(qū)，往往存在著復(fù)雜多變的地形、地貌；濕陷、松軟的不良地質(zhì)；分布廣泛的凍土層，惡劣的自然環(huán)境，給鐵路建設(shè)者們帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。為了能夠在確保施工安全、質(zhì)量的前提下，克服不良地質(zhì)條件，快速、高效地完成鐵路施工建設(shè)，我們突破傳統(tǒng)施工工藝，進(jìn)行了“螺桿樁地基處理新工藝技術(shù)研究”并在“新建赤峰至京沈高鐵喀左站鐵路CFSG-6標(biāo)項(xiàng)目”進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：螺桿樁；前截法；效率高

1、前 言

螺桿樁是一種新型樁，是一種“上部為圓柱型，下部為螺絲型”組合式樁，該樁及成樁工法簡稱為螺桿樁技術(shù)。

現(xiàn)澆螺桿樁是在施工過程中采用樁機(jī)鉆具旋轉(zhuǎn)擠壓土體泵壓砼成樁，與打入式預(yù)制樁相比，施工噪音低，無振動(dòng)，對已施工的樁無影響；與全螺旋鉆，普通泥漿護(hù)壁成孔的灌注樁相比，無泥漿污染和棄土問題。螺桿樁是一種具有很高實(shí)用價(jià)值的新型樁，將常識中“螺絲釘比釘子牢固”的道理運(yùn)用在樁與樁施工中，使其更牢固的特點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn)。

螺桿樁是采用了變截面的構(gòu)造形狀，成孔過程中樁側(cè)土體受到擠壓，加密作用，成樁后部分土體形成螺紋，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，當(dāng)樁頂受荷時(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，樁的承載力有直桿段的側(cè)阻力（摩阻力），螺紋段的抗剪強(qiáng)度和樁端的端承載力組成，而螺紋段的抗剪力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同等條件下的側(cè)阻力，滿足了附加應(yīng)力的分布規(guī)律和應(yīng)力分擔(dān)比及剛度變化的要求，調(diào)整了土與樁之間的作用，樁側(cè)土體應(yīng)力分?jǐn)偙燃皯?yīng)力擴(kuò)散度提高，樁端荷載減少，使樁身受力與土體受力協(xié)調(diào)一致。

2、工程概況

新建赤峰至京沈高鐵喀左站鐵路是赤峰至京沈高鐵的聯(lián)絡(luò)線，是沈陽鐵路局的重點(diǎn)工程。CFSG-6標(biāo)段，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市境內(nèi)，標(biāo)段所處地區(qū)松軟土、濕陷性黃土地質(zhì)分布廣泛。項(xiàng)目主要以路基為主，軟基處理樁種類繁多，其中螺桿樁樁長從8m到22m不等，所占比例最大，共計(jì)41萬米。樁頂采用鋼筋混凝土樁帽，樁帽設(shè)計(jì)為直徑1.1m，厚度0.35m，其上為碎石墊層。

內(nèi)蒙地區(qū)冬休時(shí)間長、年度有效施工時(shí)間短，工期壓力大，螺桿樁等軟基處理樁，嚴(yán)重制約著路基主體工程施工。為了確保工期，盡早完成螺桿樁施工，進(jìn)行下道工序轉(zhuǎn)換。經(jīng)過項(xiàng)目部技術(shù)部門對螺桿樁施工工藝的潛心研究，制定出一套快速、高效的螺桿樁施工新工藝，“前截法螺桿樁施工”。

本標(biāo)段線路走行于蒙東境內(nèi)，屬于中溫帶亞干旱季風(fēng)氣候區(qū)。主要特點(diǎn)春季干旱多風(fēng)；夏季炎熱，降水集中；秋季涼爽；冬季干冷。按照對鐵路工程影響氣候分區(qū)為寒冷地區(qū)。

3、技術(shù)分析

3.1傳統(tǒng)螺桿樁施工工藝

3.1.1傳統(tǒng)截取樁頭的方法

灌注樁施工時(shí)，因?yàn)槭欠菙D土施工，浮漿、沉渣多，施工樁頂標(biāo)高須高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高不少于0.5m；且出土量大，樁頭附近堆土多，故只能是采用“后截法”處理樁頭，即：樁頭截取，是在成樁灌注混凝土 28 天后進(jìn)行，流程如下：

1）用挖掘機(jī)清除樁間土，露出已凝固的樁頭。

2）用切割機(jī)在樁頭上切出縫隙。

3）用鋼釬砸入縫隙，將樁頭分離。

3.1.2傳統(tǒng)截取樁頭方法的缺點(diǎn)

1）成樁后樁頭高于地面，樁機(jī)在進(jìn)行后續(xù)成樁作業(yè)時(shí)，樁機(jī)的履帶、液壓腿會(huì)擠壓到已成樁的樁頭，造成樁頭變形、裂縫。

2）清樁頭土?xí)r，因?yàn)闃额^已凝固，并高出地面 50cm以上；挖掘機(jī)在樁頭間行走時(shí)，履帶會(huì)不可避免地?cái)D壓樁身；挖掘機(jī)的斗也不可避免地碰撞樁身；故會(huì)造成樁身淺部斷樁或裂紋。

3）截樁頭時(shí)方式原始粗暴，容易造成樁頭破裂甚至斷樁。

4）成樁時(shí)樁頭的氣泡較多，沒有搗振密實(shí)，容易使樁頭有氣孔質(zhì)量不佳。 因?yàn)橛幸陨瞎に嚾秉c(diǎn)，故傳統(tǒng)長螺旋的小應(yīng)變檢測時(shí)，會(huì)有較多的樁頭問題及淺部斷樁，這是一個(gè)長期以來存在的困撓。

5）按照傳統(tǒng)螺桿樁施工工藝，進(jìn)行挖樁間土、樁頭環(huán)切、綁扎鋼筋、立模澆筑樁帽混凝土、回填樁間土等工序施工，工序繁多、人員、機(jī)械、模板材料投入巨大且施工效率低下，既不能滿足工期需要，又增加了大量的施工成本。

4、施工方案優(yōu)化

通過技術(shù)研究、工期分析發(fā)現(xiàn)：要想在保證螺桿樁樁身質(zhì)量的前提下，提高螺桿樁施工效率，可以在樁帽施工過程中進(jìn)行方案優(yōu)化，減少工序、提高功效。

4.1優(yōu)化后螺桿樁施工工藝

4.2優(yōu)化后螺桿樁樁帽尺寸對比

4.3“前截法”螺桿樁施工

4.3.1施工準(zhǔn)備

（1）施工前查明地下管線、電力線等設(shè)施，遷改完成或采取必要的防護(hù)措施對既有管線進(jìn)行防護(hù)。

（2）對施工場地進(jìn)行清表，清除坡腳范圍內(nèi)的垃圾土、腐殖土、種植土等，按照設(shè)計(jì)要求對施工場地整平至設(shè)計(jì)樁帽頂標(biāo)高，并碾壓密實(shí)。做到”三通一平”即水通、路通、電通、場地平整。

（3）施工材料及鉆孔施工的各類機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備就緒。

（4）測量人員按照設(shè)計(jì)樁位圖進(jìn)行樁位放樣，并做好標(biāo)記。

（5）施工技術(shù)交底及施工圖已經(jīng)下發(fā)作業(yè)隊(duì)，并對相關(guān)技術(shù)員進(jìn)行了崗前培訓(xùn).

4.3.2成樁工藝性試驗(yàn)

選取地質(zhì)條件代表性段落進(jìn)行成樁質(zhì)量試驗(yàn)。

（1）確定螺桿樁的施工參數(shù)

①鉆進(jìn)速度、鉆桿提升速度、同步技術(shù)參數(shù)、非同步技術(shù)參數(shù)。

混凝土塌落度、泵送速度等各項(xiàng)工藝參數(shù)。

②檢驗(yàn)鉆桿外徑及芯管直徑是否滿足設(shè)計(jì)要求，成孔深度能力和成孔終孔的控制電流、每根樁的混凝土用量等。

③確定作業(yè)隊(duì)的人員配合和施工設(shè)備是否能夠滿足施工要求。

（2）確定設(shè)計(jì)參數(shù)

成樁7d內(nèi)樁身完整性檢測符合設(shè)計(jì)要求。

28d后單樁地基靜荷載試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3.3鉆機(jī)就位

應(yīng)使鉆桿垂直對準(zhǔn)樁位中心，確保螺桿灌注樁垂直度允許偏差不大于1%，樁位允許偏差不大于5cm?，F(xiàn)場控制采用在鉆架上掛垂球的方法測量該孔的垂直度，也可采用鉆機(jī)自帶垂直度調(diào)整器控制鉆桿垂直度。每根樁施工前現(xiàn)場工程技術(shù)人員進(jìn)行樁位對中及垂直度檢查，滿足要求后，方可開鉆。

4.3.4鉆孔參數(shù)設(shè)置

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不同的地質(zhì)條件，按照設(shè)計(jì)施工圖，設(shè)置孔徑、孔深、鉆進(jìn)速度、提鉆速度等相關(guān)參數(shù)。

4.3.5鉆進(jìn)成孔

下鉆過程中樁機(jī)自控系統(tǒng)嚴(yán)格控制鉆桿下降速度和旋轉(zhuǎn)速度，充分利用樁機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使二者匹配，要求鉆桿旋轉(zhuǎn)二周以上，螺桿鉆桿下降一個(gè)螺距，鉆至螺桿樁直線段設(shè)計(jì)深度，在土體中形成圓柱狀；鉆桿旋轉(zhuǎn)一周，螺桿鉆桿下降一個(gè)螺距，鉆至螺桿樁螺紋段設(shè)計(jì)深度，在土體中形成螺紋狀。鉆頭到達(dá)設(shè)計(jì)深度，停止鉆進(jìn)，于動(dòng)力頭底面停留位置相應(yīng)的鉆機(jī)塔身處作醒目標(biāo)記，作為施工時(shí)控制樁長的依據(jù)。樁長允許偏差不大于10cm，樁徑允許偏差不大于2cm。

4.3.6混合料的拌合及運(yùn)輸

混合料要求按配合比進(jìn)行配料，計(jì)量要求準(zhǔn)確，上料順序?yàn)椋合妊b碎石或卵石，再加水泥、粉煤灰和泵送劑，最后加砂，使水泥、粉煤灰和泵送劑夾在砂、石之間，每盤料攪拌時(shí)間不應(yīng)小于60s。在泵送前混凝土泵料斗、攪拌機(jī)攪拌桶應(yīng)備好熟料。混凝土現(xiàn)場施工的坍落度宜控制在180mm～220mm，混凝土攪拌運(yùn)輸車集中運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場。

4.3.7樁體混凝土灌注

鉆頭鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，停止鉆進(jìn)，開始泵送混凝土，當(dāng)鉆桿芯管充滿混凝土后鉆桿開始反向旋轉(zhuǎn)提升鉆桿，提鉆過程中應(yīng)嚴(yán)格控制提升速度與旋轉(zhuǎn)速度，使二者匹配，嚴(yán)禁先提管后泵料。成樁的提拔速度宜控制在每分鐘2～3m，成樁過程宜連續(xù)進(jìn)行，應(yīng)避免因后臺供料慢而導(dǎo)致停機(jī)待料，施工完樁頂標(biāo)高應(yīng)高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高不少于0.2m。灌注達(dá)到控制標(biāo)高后，鉆機(jī)移位進(jìn)行下一根樁施工時(shí)，采用連續(xù)法施工。

4.3.8清除樁頂浮土、浮漿

在混凝土初凝之前，對樁頭超灌部份的混凝土與虛土進(jìn)行清理，將樁頭清理至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高；樁頭內(nèi)部的混凝土需由人工檢查清理，保證樁頭內(nèi)部無異物浮漿。

4.3.9樁頭搗震

樁頭清理至設(shè)計(jì)標(biāo)高完成后，人工采用插入式振搗器，對樁頭混凝土進(jìn)行振搗，振搗時(shí)插入深度不小于1m，振搗器插入樁頭內(nèi)部反復(fù)震搗，直至混凝土密實(shí)，表面不再產(chǎn)生氣泡為止。

4.3.10樁頭保護(hù)

為保證樁頭混凝土質(zhì)量，對振搗完成后的樁頭，采用小型機(jī)具進(jìn)行壓光平整處理?；炷脸跄?，用塑料膜將樁頭裸露的混凝土全部進(jìn)行隔離、覆蓋，塑料布上方敷設(shè)一層細(xì)粒土以固定塑料膜。

4.3.11開挖樁帽

樁身砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度的70%后，清除樁頂浮土并對地面碾壓密實(shí)，采用樁帽成孔設(shè)備，形成土模。人工配合機(jī)械，清除土模內(nèi)的浮土，以保證土模尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.3.12樁體質(zhì)量檢測

①樁身混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)后，采用電鎬和角磨機(jī)對樁頂進(jìn)行鑿平、打磨處理。

②成樁7天后，進(jìn)行樁身完整性檢測，檢測數(shù)量為總樁數(shù)的百分之十，且不小于3根。

③成樁28天后，進(jìn)行單樁承載力檢測，檢測數(shù)量為總樁數(shù)的千分之二，且不小于3根。

4.3.13樁帽混凝土澆筑

樁體質(zhì)量檢測合格后，進(jìn)行樁帽混凝土澆筑?；炷猎诎韬险炯邪韬?，砼運(yùn)輸車運(yùn)輸，汽車泵泵送入模。

澆筑砼時(shí)，采用插入式振搗棒振動(dòng)搗實(shí)。振動(dòng)器振動(dòng)搗實(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定：

①使用插入式振動(dòng)器時(shí)，先快后慢。移動(dòng)間距不超過振動(dòng)器作用半徑的1.5倍；與側(cè)模保持5～10cm的距離；插入下層砼5～10cm；每一層振動(dòng)完畢后邊振動(dòng)邊徐徐提出振動(dòng)棒；避免振動(dòng)棒碰撞側(cè)模。

②對每一振動(dòng)部位，必須振動(dòng)到該部位砼密實(shí)為止。密實(shí)的標(biāo)志是砼停止下沉、不再冒出氣泡、表面呈現(xiàn)光澤、泛漿。

③混凝土初凝前，對混凝土年進(jìn)行平整、壓光處理。

4.3.14混凝土養(yǎng)生

①混凝土澆筑完畢后必須采用覆蓋、灑水養(yǎng)護(hù)，使其芯部混凝土與表層、表層與環(huán)境之間的溫度不得大于15℃。

②當(dāng)陽光直射并且溫度T≥20℃ 時(shí)養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于10天；陽光直射并且10℃≤T<20℃時(shí)養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14天，碎石墊層鋪設(shè)前，確保樁帽混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5、施工工藝比選

5.1優(yōu)化后“前截法”樁帽施工的優(yōu)點(diǎn)

①鉆機(jī)采用擠土工藝施工，幾乎無沉渣，且浮漿少，比設(shè)計(jì)樁頂高程超灌 20cm 即可，且出土量少，可在混凝土凝固之前截取樁頭。樁機(jī)后續(xù)成樁施工時(shí)不會(huì)對已施工的樁造成干撓。

②清理樁棄土?xí)r，因樁頭不高于地面，故挖掘機(jī)不會(huì)觸碰樁身，造成樁體淺層斷樁進(jìn)而影響樁身質(zhì)量。

③成樁后對樁頭進(jìn)行有效振動(dòng)搗實(shí)，故樁頭密實(shí)，質(zhì)量得到可靠保證，樁頭在未初凝前就進(jìn)行修整，凝固后，樁頭平整光滑，形狀規(guī)整不變形。

④通過樁帽機(jī)械開挖設(shè)備，加快了樁帽開挖，提高了工作效率，減少了材料、設(shè)備、人員的投入。 特別是鉆樁帽過程中，鉆機(jī)自帶套筒套在樁帽上，保護(hù)樁頭不被扭斷，較挖掘機(jī)挖樁間土的工藝極大的保護(hù)了樁身的完整性。

因此通過以上的工藝優(yōu)化改進(jìn)，螺桿樁施工不僅減少了施工工序，縮短了施工時(shí)間，而且在提高效率的同時(shí)，樁身、樁頭的質(zhì)量得到有效保證；故在成樁后的樁身質(zhì)量檢測中，I類樁率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)施工工藝。

5.2經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

新工藝減少了樁帽土方外棄量，降低了環(huán)境污染，節(jié)約了人力資源投入。

除少量人工外（每臺設(shè)備配備3-4人），投入的設(shè)備為樁帽成孔器，單價(jià)為2萬元/臺，租賃挖掘機(jī)費(fèi)用為4.5萬元/臺月。單機(jī)投入固定費(fèi)用2萬，其余費(fèi)用為4.5萬/月，投資可控。

最主要的，極大提高了施工效率。單機(jī)生產(chǎn)率約為400-500個(gè)/臺班。

6、結(jié)論

通過對“螺桿樁地基處理新工藝技術(shù)研究”，相比較傳統(tǒng)螺桿樁施工工藝，優(yōu)化后的“前截法”螺桿樁施工工藝，工序少、效率高、成本低、操作簡單。既避免了傳統(tǒng)工藝施工中的缺點(diǎn)，保證了成樁質(zhì)量，又創(chuàng)造性地開發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù)的推廣與應(yīng)用。這項(xiàng)研究對傳統(tǒng)螺桿樁施工，將是一場技術(shù)革新。

參考文獻(xiàn)：

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[5]《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南》鐵建設(shè)[2010]241號

[6]《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10424-2010）

作者簡介：

宋國映，男，30歲，工程師，從事鐵路工程施工6年，曾研究課題有特大溶洞級暗河處理施工技術(shù)研究、隧道溶洞特大體積混凝土施工技術(shù)研究、巖溶地質(zhì)條件下的橋梁挖孔樁施工技術(shù)探討、路基巖溶整治施工技術(shù)研究、350公里時(shí)速鐵路沉降變形技術(shù)研究等，中鐵三局集團(tuán)第二工程有限公司。