馬新輝 （中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司，河北 唐山 064000）

作為一種復(fù)合式地基加固樁，螺桿樁可以顯著提升地基的承載能力，這種上部圓柱型、下部螺絲型的形式能夠有效優(yōu)化土體與樁之間的關(guān)系，對(duì)于鐵路路基施工而言適用性良好。

1 工程概況

本文以吳忠至中衛(wèi)城際鐵路為例展開探討，在一期項(xiàng)目中涉及到路基加固施工，對(duì)應(yīng)總長(zhǎng)為1.277km，基于螺桿灌注樁的方式對(duì)地基進(jìn)行加固處理，線路的中線填高上限達(dá)到了6m。從工程所在的地形環(huán)境角度進(jìn)行分析，其地處于黃河沖擊平原區(qū)，整體來說地勢(shì)變化較小，施工區(qū)域較為平坦，地面高程普遍介于1125～1228m范圍內(nèi)。經(jīng)實(shí)際勘查可知，區(qū)域內(nèi)粉質(zhì)黏土以及砂類土的含量較高。

施工區(qū)域內(nèi)存在一些阻礙工程施工的地質(zhì)因素，具體有：①主要以飽和粉土以及粉細(xì)砂為主，從地震液化范圍這一角度考慮其達(dá)到地下水位-13m；②土質(zhì)大多表現(xiàn)為軟土特性，所具有的承載水平較低[1]。

2 螺桿樁加固地基機(jī)理

2.1 工藝原理

之所以使用螺桿樁進(jìn)行加固，是因?yàn)槠涑浞诌\(yùn)用了“螺絲釘穩(wěn)固性優(yōu)于釘子”的原則。詳細(xì)來說，經(jīng)施工后得到的螺桿樁表面會(huì)產(chǎn)生一定量的螺紋，而外樁側(cè)土體區(qū)域則會(huì)形成螺母，二者正好可以達(dá)到彼此咬合的狀態(tài)。受樁頂荷載的影響，樁側(cè)土“螺母”將處于受壓狀態(tài)，此時(shí)環(huán)狀“螺母”的根部區(qū)域處于受剪狀態(tài)，相比之下螺紋段的抗剪力明顯加大，這正好與附加應(yīng)力的分布規(guī)律相吻合。對(duì)于螺桿樁上部的直桿段而言，其具有荷載傳遞的功能，加之受壓面積較大的特性，明顯提升了樁身的剛度，從而發(fā)揮出承上啟下的作用。

2.2 工藝改進(jìn)

施工中嚴(yán)格控制好螺桿各個(gè)方向的運(yùn)行速度，即垂直運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所對(duì)應(yīng)的速度應(yīng)一致，只有具備此特性才滿足螺桿上下部的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。基于此同步技術(shù)，若鉆頭沿著豎直方向做出相應(yīng)動(dòng)作時(shí)，對(duì)應(yīng)的鉆桿則會(huì)旋轉(zhuǎn)一周，此時(shí)可以進(jìn)入到土體結(jié)構(gòu)中，從而形成螺紋結(jié)構(gòu)。相比之下，非同步技術(shù)則意味著豎直方向與旋轉(zhuǎn)速度不處于同一水平，當(dāng)鉆頭豎直方向運(yùn)動(dòng)一個(gè)螺距后，相同的時(shí)間內(nèi)鉆桿將會(huì)旋轉(zhuǎn)若干圈而后進(jìn)入土體中，最終形成圓柱狀形式。在本工程的鉆進(jìn)過程中，采用的是正向非同步鉆進(jìn)技術(shù)，此時(shí)通過對(duì)土體的擠壓作用可得到圓柱段結(jié)構(gòu)，此后改變工藝方法，以正向同步的方式進(jìn)行鉆進(jìn)施工，經(jīng)此環(huán)節(jié)后方可得到螺紋段。在進(jìn)行提鉆作業(yè)時(shí)，采用反向旋轉(zhuǎn)同步提升的方式進(jìn)行，待達(dá)到螺紋段設(shè)計(jì)高程后停止，此時(shí)隨即展開泵壓混凝土澆筑施工，由此形成螺桿樁的螺紋段結(jié)構(gòu)[2]。

2.3 螺桿樁構(gòu)造

螺桿樁是一種典型的變截面異性樁，其上部設(shè)置為圓柱形，與工程中常規(guī)的灌注樁具有一致性，下部設(shè)置為帶有螺紋特性的樁體結(jié)構(gòu)?；趯?shí)際施工條件的不同，對(duì)應(yīng)的段長(zhǎng)分配情況也存在一定的差異。在本工程中，經(jīng)實(shí)際勘查后最終選定1∶2的長(zhǎng)度分配方案。

3 螺桿樁施工工藝

在進(jìn)行螺桿樁的制作過程中，以JZU90型樁架螺桿鉆機(jī)為宜，經(jīng)指定工序后得到的結(jié)果如下圖1所示。

3.1 施工準(zhǔn)備

圖1 成樁效果

①在施工前需要做好場(chǎng)地清理工作，將殘留的樹枝等雜質(zhì)徹底去除，做好水電供應(yīng)，開辟出相應(yīng)的施工便道。②做好技術(shù)交底工作，確保所有施工人員均能夠良好的掌握工程實(shí)際狀況，同時(shí)對(duì)進(jìn)場(chǎng)的原材料進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。③進(jìn)行樁位編號(hào)并展開施工，遵循由中線逐步延展至兩側(cè)的順序進(jìn)行，綜合參考實(shí)際施工環(huán)境以及工藝方法，確定是否進(jìn)行跳樁施工。④展開相應(yīng)的成樁工藝試驗(yàn)，此時(shí)需要考慮到施工區(qū)域的地質(zhì)條件，由此選定合適的施工設(shè)備，采取有效的工藝技術(shù)方法。

當(dāng)做好原地面處理工作后，首先應(yīng)對(duì)地面進(jìn)行一次復(fù)測(cè)，由此獲悉實(shí)際地面高程情況，而后再進(jìn)行線路中線的復(fù)核。引入全站儀設(shè)備，以施工圖為指導(dǎo)做好放樁工作，并在樁位處撒上適量石灰用以標(biāo)記[3]。

3.2 鉆機(jī)就位

①樁機(jī)就位。當(dāng)結(jié)束螺桿樁放樣定位工作后便可將樁機(jī)就位于指定施工區(qū)域，引入調(diào)度人員，確保鉆頭與樁位處于對(duì)中狀態(tài)。此外，將前腿支起，使得履帶能夠完全與地面相接觸，由此避免后續(xù)施工過程中出現(xiàn)主機(jī)失穩(wěn)等現(xiàn)象。②調(diào)整鉆桿垂直度。借助樁基塔身上的垂直標(biāo)桿進(jìn)行校正，以樁長(zhǎng)為基準(zhǔn)，所得的垂直度應(yīng)控制在該值的1.0%范圍內(nèi)。

3.3 鉆進(jìn)成孔

在進(jìn)行鉆進(jìn)施工時(shí)首先應(yīng)將鉆頭閥門關(guān)閉，嚴(yán)格遵循先慢后快的順序進(jìn)行施工，在最大程度上避免鉆桿搖晃現(xiàn)象。在鉆桿下降過程中，應(yīng)將速度控制在合理范圍內(nèi)，使其與旋轉(zhuǎn)速度相匹配。對(duì)鉆桿的狀態(tài)進(jìn)行密切觀察，當(dāng)出現(xiàn)劇烈搖晃等問題時(shí)，則需要暫停施工，尋找到誘發(fā)因素并做以針對(duì)性處理，由此避免鉆速過快而帶來的孔傾斜等問題。

3.4 反轉(zhuǎn)提升鉆桿及泵壓混凝土

完成成孔施工后需要對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)后便可進(jìn)行混凝土泵送施工。螺桿樁機(jī)以反向的方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，此過程提鉆速度宜控制在1±0.2m/min范圍內(nèi)，需要注意的是，此時(shí)旋轉(zhuǎn)以及提升兩大工序的速度應(yīng)相同。所使用的材料以細(xì)石混凝土為宜，利用該材料進(jìn)行填充處理后便可形成螺紋段樁體。關(guān)注鉆桿的提升位置，當(dāng)其達(dá)到頂面設(shè)計(jì)高程時(shí)則需要進(jìn)行正向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)應(yīng)兼對(duì)圓柱段進(jìn)行混凝土填充作業(yè)，直至施工到樁頂設(shè)計(jì)高程為止。當(dāng)結(jié)束某一灌注樁施工后，在移動(dòng)至下一施工區(qū)域時(shí)應(yīng)控制好速度，不可對(duì)已完成的螺桿樁造成破壞。待成樁時(shí)間達(dá)到7d后便可對(duì)樁頭部分進(jìn)行鑿除處理；待成樁28d后便需要對(duì)樁的質(zhì)量做以全面檢測(cè)，由此得知其承載水平等性能。

3.5 螺桿樁質(zhì)量控制

①施工過程中嚴(yán)格對(duì)樁位偏差進(jìn)行檢測(cè)，與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)所產(chǎn)生的偏差應(yīng)控制在5cm范圍內(nèi)。此外，樁身的垂直度偏差不可超過1%。

②施工人員對(duì)鉆桿進(jìn)行密切的量測(cè)并做好相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄工作，從源頭上避免超鉆等問題。

③以試驗(yàn)所得到的配合比為基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行混凝土的拌制施工，拌制完成的混凝土材料應(yīng)在2h內(nèi)使用完畢。

④當(dāng)出現(xiàn)鉆桿跳動(dòng)或是不進(jìn)尺的現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即暫停作業(yè)并查明原因。

⑤嚴(yán)格控制好高壓泵管的壓力，使其必須穩(wěn)定在工程指定的范圍內(nèi)，以避免泵管破裂現(xiàn)象。

⑥允許出現(xiàn)一定的超灌現(xiàn)象，但對(duì)應(yīng)高度應(yīng)在0.4m范圍內(nèi)，充盈系數(shù)應(yīng)控制在1.0～1.2范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

綜上所述，螺桿樁施工可以避免結(jié)構(gòu)遭到地下水的影響，具有優(yōu)良的承載能力，所帶來的沉降現(xiàn)象較小，工程施工效率高，不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成污染，因此對(duì)于中密砂層以及砂礫石層而言具有高度的可行性。經(jīng)實(shí)際工程案例表明，其在客運(yùn)鐵路的路基施工中具有良好的應(yīng)用價(jià)值。