黃煌，李月霞，段云峰，古思

（重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶 400015）

0 引言

樁基礎(chǔ)是工程中應(yīng)用最為廣泛的基礎(chǔ)形式，常見的有上部圓柱形而下部螺紋形的“螺桿樁”，以及全樁身螺紋形且上部成樁可以根據(jù)承載力需要進行變截面直徑調(diào)整的 “變徑全螺紋灌注樁”[1]。螺紋樁的設(shè)計以螺釘受力原理為基礎(chǔ)，借鑒了“高強度鋼纖維混凝土全螺紋預(yù)制樁”的技術(shù)特點，在我國最早于2003年開始嘗試使用[2]。

1 技術(shù)優(yōu)勢

與傳統(tǒng)圓柱形灌注樁相比，螺紋成孔灌注一體樁具有很多技術(shù)優(yōu)勢[3]：

1）提高單樁承載力，減少樁身沉降。降低成本，節(jié)約基礎(chǔ)工程造價。運用擠土密實效應(yīng)，通過樁側(cè)螺牙增大與地基的摩擦，提高樁側(cè)摩阻力。通過大量的試驗和觀測記錄，螺紋樁與同直徑灌注樁相比，單樁承載力可以提高30%以上。螺紋成孔灌注一體成樁施工簡單快捷，可單機完成，降低機械成本。同等條件下，螺紋樁與普通灌注樁相比可縮短樁長，減小樁直徑和減少樁數(shù)，可節(jié)約基礎(chǔ)工程造價20%～30%。

2）一體成樁，提高了成樁效果。螺紋成孔灌注一體成樁施工過程運用機械扭矩擠壓成孔、鉆桿中心壓灌混凝土和后置鋼筋籠，實現(xiàn)一體成樁，提高了成樁質(zhì)量和效率。

3）綠色施工。螺紋成孔灌注一體成樁施工過程中，基本不排土不排漿，根本解決了余土外運、泥漿污染問題，并且無振動、低噪音、不擾民，節(jié)能節(jié)材，做到綠色施工。

4）適應(yīng)性強。螺紋樁運用獨特的施工工藝，不受地下水和淤泥、流砂層影響，對于不同土質(zhì)有很強的適應(yīng)性，能更好地應(yīng)用在地質(zhì)條件特殊的基礎(chǔ)施工中。

2 技術(shù)原理

常見的螺紋樁成樁設(shè)備主要由螺紋樁機、混凝土輸送系統(tǒng)和輔助自動化智能系統(tǒng)等部分組成（圖1）。

圖1 螺紋樁鉆機

螺紋成孔灌注成樁施工利用鉆桿作為護壁并通過鉆桿中心壓灌混凝土和后置鋼筋籠，實現(xiàn)一體成樁，提高了成樁質(zhì)量。利用樁機自動控制鉆桿下降、提升速度與旋轉(zhuǎn)速度同步，每旋轉(zhuǎn)一周，鉆桿下降或提升一個螺距，形成帶螺紋的樁體；當鉆機采用鉆桿旋轉(zhuǎn)速度與提升速度不同步而去掉樁側(cè)螺牙，形成不帶螺牙的樁身。

螺紋樁成樁方法屬擠土樁，成孔過程中產(chǎn)生擠土效應(yīng)，對土體擠壓密實，使其產(chǎn)生螺紋段形成“螺母”，樁側(cè)螺牙與土層“螺母”形成緊密的“機械咬合”，實現(xiàn)樁土共同作用，產(chǎn)生極大摩阻力，從而提高樁承載力和抗震能力。

3 螺紋樁的受力特點

螺紋樁在實際工程中的應(yīng)用引起了學(xué)者的注意，方崇[2]根據(jù)螺桿樁的研究現(xiàn)狀結(jié)合靜載試驗資料，介紹了螺紋樁的結(jié)構(gòu)并分析了其受力和破壞特征。徐春華、張小冬等[4]通過ABAQUS有限元對螺紋樁受力特性進行了模擬，探究了螺紋樁周圍土體應(yīng)力情況及設(shè)備參數(shù)對其承載能力的影響。李紅文[5]從成樁形態(tài)、破壞機理、受力模型方面對螺紋樁的承載力設(shè)計計算方法進行了初步探討。

螺桿樁的承載力可以視為四個部分的疊加：上、下部樁身的側(cè)摩阻力、下部螺紋的端阻力以及樁底端阻力。目前螺紋樁的承載力計算參考《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）中普通灌注樁的計算方法。據(jù)學(xué)者研究[1]，桿與螺紋的分段存在一個“黃金分割點”，以保證其分段的比例應(yīng)符合樁身附加應(yīng)力的分布規(guī)律。樁土之間的相對位移對螺紋樁側(cè)摩擦阻力的大小起主要影響，側(cè)摩阻沿樁身分布，理想條件下均勻發(fā)揮作用。同時帶螺紋部分的螺紋端阻力則由樁的中下部分開始發(fā)揮作用，螺紋端阻力的大小主要由樁的沉降量決定，兩者近似成正比關(guān)系。樁頂荷載通過摩阻力傳遞到土層中，螺紋樁對周圍的土體產(chǎn)生剪切應(yīng)力。剪切應(yīng)力對土體的作用使其發(fā)生相對樁身的沉降，土體在剪切應(yīng)力的作用下持續(xù)變形并構(gòu)成“土拱結(jié)構(gòu)”，導(dǎo)致土體應(yīng)力重分布。樁身螺紋與樁體之間存在一定角度，發(fā)生沉降時，螺紋齒沿斜下方擠壓土體向更廣的范圍變形擴展，直到上層螺齒擠壓的土體影響到了下層螺齒的周圍土體，最終導(dǎo)致樁周土體連接成整個沉降滑移面出現(xiàn)沉降極限。此時螺紋樁底端阻力達到最大值并導(dǎo)致樁底出現(xiàn)張拉應(yīng)力。綜上可知，相同條件下的螺紋樁極限承載力遠大于普通圓樁。而在一定范圍內(nèi)，螺紋樁的極限承載和控制沉降的能力隨著螺距減小逐漸增強[6-7]。當樁周土的密實度增大時，螺紋樁極限承載力增大的幅度要比普通圓樁大得多[8-9]。

4 施工步驟

1）樁機就位，對準樁芯雙向控制垂直度。

2）下鉆時對準樁位，樁機控制鉆桿下降速度、提升速度與旋轉(zhuǎn)速度，每旋轉(zhuǎn)一周，鉆桿下降或提升一個螺距，擠壓土體形成螺紋段直至設(shè)計深度，完成樁孔。

3）當螺紋樁設(shè)計為全部帶螺牙時，鉆桿順著螺紋軌跡反向旋轉(zhuǎn)提升，提升速度與反向旋轉(zhuǎn)速度同步；當螺紋樁設(shè)計為部分帶螺牙時，提鉆時正向旋轉(zhuǎn)或直接提升（除去螺牙）產(chǎn)生圓柱空間。提鉆的同時泵機利用鉆桿管芯為通道，泵壓混凝土至鉆桿頂高，從鉆頭閥門高壓泵出。

4）混凝土澆筑完畢，采用后置方式將套入振動管的鋼筋籠沉入樁身混凝土中，形成鋼筋混凝土螺紋樁。

5 施工質(zhì)量控制關(guān)鍵點

1）施工過程，利用鉆機控制系統(tǒng)，控制鉆桿下降、提升速度與旋轉(zhuǎn)速度同步，每旋轉(zhuǎn)一周，鉆桿下降或提升一個螺距，形成帶螺紋的樁體。

2）由于螺紋樁是擠土樁，施工過程中產(chǎn)生擠土效應(yīng)。施工順序應(yīng)考慮樁間距、地質(zhì)和周圍建筑物的情況，按流水法分區(qū)施工；較密集的布樁宜采取從中間向四周成排推進；當靠近既有建筑物時，宜從毗鄰建筑物的一側(cè)開始由近及遠施工；宜先長后短、先低后高施工；當樁距小于1.5m且地下有松散砂層時，應(yīng)采取跳躍式施工，或采用凝固時間間隔施工，減少螺紋樁施工成孔的擠土效應(yīng)。

3）嚴格控制混凝土原材料級配，保證具有良好的和易性，坍落度控制在160～220mm，確?；炷猎诔跄颁摻罨\能順利沉入樁體內(nèi)。每根樁的實際灌入量不得小于理論計算量，充盈系數(shù)一般在1.0～1.2之間為宜。

4）鋼筋籠采用后置式安裝，應(yīng)保證鋼筋籠具有足夠的剛度，在搬運、吊裝和振動下沉時，防止變形。為保證鋼筋籠保護層的厚度和安裝時位于樁中心，沿鋼筋籠的延長米每隔2m分別設(shè)置一道耳筋，每道耳筋的數(shù)量不少于4個，且沿環(huán)向均勻布置。

6 工程實例

某工程在基礎(chǔ)施工中采用該施工技術(shù)。在施工中利用鉆桿作為護壁并通過鉆桿中心壓灌混凝土和后置鋼筋籠，實現(xiàn)一體成樁，提高了成樁效果。利用同步原理形成帶螺紋的樁體；而非同步原理形成不帶螺牙的樁身，提高了單樁承載力。采用一臺螺紋樁基作業(yè)，使樁基施工作業(yè)周期控制在20天左右，相比傳統(tǒng)施工技術(shù)可提前約20天完成。

該技術(shù)具有適應(yīng)多種土層、單樁承載力高、成樁質(zhì)量穩(wěn)定、施工效率高、造價低，無泥漿污染，對周邊環(huán)境干擾小的特點，促進了施工管理水平，推動了行業(yè)進步。

7 結(jié)論

螺紋成孔灌注一體樁以其自身獨特的結(jié)構(gòu)和施工工藝，具有承載能力大、沉降小、抗震性能好的力學(xué)特點；設(shè)計上可以應(yīng)用于常見的多種地質(zhì)地層以及復(fù)雜地質(zhì)條件；對于一定的承載力要求，可以縮短樁長、減少單位樁數(shù)、節(jié)省配筋、節(jié)約工期，經(jīng)濟效益明顯；施工過程簡潔高效，一方面節(jié)省了勞動力，另一方面提高了施工質(zhì)量；在環(huán)保方面，螺紋樁施工無震動、不排泥漿、噪音小，符合綠色施工的要求。螺紋樁相比普通圓樁具有多方面的優(yōu)勢，值得大力推廣使用。