2陕西地矿综合地质大队有限公司 陕西 渭南 714000
摘要：随着社会的飞速发展，高层建筑日渐普及，对桩基础的承载力提出了越来越高的要求，传统的直杆桩已难以满足要求，因此，越来越多的异型桩技术涌现出来，桩基工程领域已经进入“异型桩”时代。挤土型螺杆灌注桩已广泛应用在黄土地区高层建筑的地基处理中，它是一种承载力高，造价低、不排浆，无污染，利于环保，不存在清底、护壁、塌孔、断桩的桩型。本文阐述了螺杆灌注桩的技术原理、施工要点、工艺流程及经济效益。
关键词：螺杆桩；灌注桩；施工工艺；要点；效益
1前言
螺杆桩技术是在日本的高强度钢纤维混凝土预制螺纹桩的基础上创新而成，采用常规混凝土灌注和独立的施工工法形成螺杆桩，达到了高强度钢纤维混凝土全螺纹预制桩的承载力水平，并在保持其优点的同时，更具有强度高，工期短，功效高，沉降小，抗震，不取土，不排浆，不污染，施工及成桩质量不受地下水影响，应用范围广等特点。
2螺杆桩技术原理
2.1概述
螺杆桩全称为半螺旋挤孔管内泵压混凝土灌注桩，也可简称为螺杆桩，是指一种上部为圆柱形桩体、下部为螺纹形桩体组合而成的变截面异形灌注桩。其上下两段桩的长度可根据地基土质情况进行调节，下部螺纹桩体的外径与上部圆柱桩体直径相同。
2.2作用原理
螺杆桩是采用了变截面的构造形状，成孔过程中桩侧土体受到挤压，加密作用，成桩后部分土体形成螺纹，而桩侧土体形成螺母，桩体螺纹与桩侧土螺母紧密咬合，当桩顶受荷时，螺纹段的桩侧土“螺母”受到压缩，环状“螺母”的根部受到剪切，桩的承载力有直杆段的侧阻力（摩阻力），螺纹段的抗剪强度和桩端的端承力组成，而螺纹段的抗剪力远远大于同等条件下的侧阻力，满足了附加应力的分布规律和应力分担比及刚度变化的要求，调整了土与桩之间的作用，桩侧土体应力分摊比及应力扩散度提高，桩端荷载减少，使桩身受力与土体受力协调一致。桩在竖向受力方面，附加应力是遵循由上至下逐步减小的规律，桩身应力逐步分担，约为10:1，即桩身的应力集中为上部大于下部。螺杆桩的上大下小的分段设计满足了附加应力的分布规律。桩的竖向承载力与桩的长细比有着密切的关系，桩横断面积的大小和刚度的变化在制约桩的受力及变形方面起重要作用。螺杆桩上部的柱体段在荷载传递过程中，加大了受压面积，提高了桩身刚度和对螺纹段功能发挥起到承上启下的作用。
2.3适用范围
适用于黏性土、粉土、砂土、碎石土等土层，且不得在流塑状淤泥或淤泥质土、松散粉细砂层中设计螺纹段。在流塑状淤泥或淤泥质土中应用时，尚需采用屏障技术辅助成孔成桩，或将场地硬化处理后再进行成孔成桩。螺杆桩技术适用于独立承台、条形基础、桩筏基础等各种桩基础，以及以刚性桩为竖向增强体的刚性桩复合地基、刚-柔性桩复合地基，仅当应用于复合地基时桩身可不配钢筋。
3施工机具和设备
螺杆桩的施工设备主要由半螺旋螺杆桩桩机、强制式混凝土搅拌机、混凝土高压泵装置与管路系统、混凝土泵送车及导管系统组成。螺杆桩采用最新研制的国产半螺旋螺杆桩桩机设备进行施工，桩机由履带式或步履式的主机和特制的螺杆钻杆组成。为了保证施工过程中，钻杆下降和提升的速度与旋转速度相适应，螺杆桩桩机应具有能实现同步技术与非同步技术的自控装置，额定直流输出扭矩不小于200kN?m。
4施工工艺流程
（1）桩机就位。按测量放线的桩位将螺杆桩机就位。
（2）对中调平。桩机就位后调平并固定桩机，保证桩孔的垂直度。
（3）钻孔至设计深度。下钻过程中桩机自控系统严格控制钻杆下降速度和旋转速度，使二者匹配。要求钻杆旋转二周以上，下降一个螺距，钻至螺杆桩直线段设计深度，在土体中形成圆柱状段，此后钻杆旋转一周，下降一个螺距，钻至螺杆桩设计螺纹段深度，在土体中形成螺纹状段。
（4）泵送混凝土。钻头钻至设计标高后，桩机反向旋转提升钻杆，提升过程中自控系统严格控制旋转速度和提升速度。与此同时，将制备好的细石混凝土采用高压泵送方式迅速填满由钻杆和旋转提升所产生的螺纹状空间，提到螺纹状顶端设计高度时，螺纹钻杆直接提升产生圆柱状空间，并同时向钻杆内连续泵压灌注细石混凝土。
（5）停泵。提钻时钻杆到达桩顶设计标高处时停止泵压细石混凝土，并考虑灌注余量。
（6）提出钻头。待钻孔中心泵压的细石混凝土形成桩体后，缓慢提出钻头。
（7）沉放钢筋笼。钻杆拨出孔口前，应先将孔口浮土及杂物清理干净，然后将吊起的钢筋笼垂直对准孔口，把钢筋笼下端插入混凝土桩体中，采用不完全卸载方式，使钢筋笼震动下沉至设计深度。
（8）成桩。准备下一循环作业。
5施工要点
5.1成孔
（1）当螺杆桩机需要穿越老黏土、厚层砂土、碎石土及塑性指数大于20的黏性土时，应在场地内进行试钻，验证该工艺的适宜性和参数的合理性。
（2）钻头与桩位的偏差不得大于20mm，钻头刚接触地面时，下钻速度应缓慢。
（3）钻头在钻进过程中，若出现卡钻、偏斜、摇晃及异响时，应立即停钻，查明原因。
5.2混凝土配合比
（1）根据桩身混凝土强度设计等级，通过试验确定混凝土配合比，入泵混凝土塌落度宜控制在180～220mm之间，可根据地质、水文、气候等因素适当调整，但除非有试验或施工数据为依据，否则不得小于160mm或不得大于220mm。一般初凝时间应大于6h。
（2）粗骨料宜用卵石或碎石，最大粒径不宜大于20mm（桩径为400～600mm时），针片状颗粒不大于10%，施工中严格按照配合比下料。
5.3混凝土泵送
（1）混凝土输送泵应根据桩径选型，安放位置应与桩机的施工顺序相配合，泵管布置尽量减少弯道，泵与桩机的距离不宜大于60m。混凝土输送泵管尽量保持水平，长距离泵送混凝土时，泵管下面应垫实。
（2）当气温过高时，应在泵管上覆盖隔热材料，每隔一段时间应洒水湿润，以防泵管内混凝土失水离析，造成堵塞。冬季施工时，应采取保暖措施，使泵压混凝土的温度保持在5℃以上。
（3）成桩后，应及时清理钻杆及软管内残留的混凝土。长时间停置时，应用清水将钻杆、泵管及泵彻底清洗干净。
（4）螺杆桩的充盈系数应为1.02～1.20，桩顶混凝土超灌高度不宜小于500～700mm。
（5）桩身混凝土强度等级不得小于C25，应采用早强混凝土，确保一周内混凝土强度达到设计值的100%。
5.4沉放钢筋笼
钢筋笼震动插放装置可以由低频率、大能量震动锤和传力导杆组成，传力导杆的长度和直径应根据钢筋笼的长度确定，震动插放工艺应进行试验以保证钢筋笼能够插放到设计深度且混凝土不离析。若钢筋笼长度不长，且混凝土塌落度合适时，应立即将钢筋笼插入混凝土桩体中；若钢筋笼长度较长，应设置下拉式刚性传力杆作为沉放的工具杆用，并采用合适的平板振捣器或振动棒将钢筋笼震动沉入混凝土桩体中。钢筋笼沉入混凝土中具有一定的振捣密实作用，钢筋笼的钢筋与混凝土的握裹力能够充分保证。混凝土的和易性是钢筋笼沉入到位的充分条件，经验表明，桩孔内混凝土塌落度损失较快，是造成沉入钢筋笼失败和桩身质量缺陷的关键因素之一。
6优缺点及效益分析
6.1优点及效益分析
螺杆桩施工工艺简单、不取土、不震动、不排浆、无污染、利于环保；不存在清底、护壁、塌孔、断桩等问题，桩身质量可靠，且适用范围广泛，成桩质量不受地下水影响，可用于复合地基的刚性桩，独立柱基的桩基础；利用螺杆桩承载力公式计算的理论值与试验值基本接近；在相同条件下，螺杆桩单桩承载力比CFG桩、管桩承载力高，即相同条件下桩数量较少；混凝土的用量比普通混凝土灌注桩用量少，节省工程成本。
在陕北某黄土梁峁沟壑区项目，一期规划5栋楼（1#～5#楼），二期规划5栋楼（6#～10#楼），皆为地上29层，地下2层，1#楼初步设计采用钢筋混凝土灌注桩基础，总桩数97根，桩长21m，桩径600mm，设计单桩竖向极限承载力标准值不小于5000kN，试桩经检测，单桩竖向极限承载力标准值为6000kN。经多方研究与方案比对，对2#～5#楼采用挤土型螺杆桩处理地基，共设计螺杆桩316根，桩长21m，桩径600mm，预估单桩竖向极限承载力标准值不小于7000kN，经检测，其单桩竖向极限承载力标准值为8521kN。该项目一期4栋楼不仅总桩数减少，且单桩竖向承载力得到较大提高，为工程节约近百万元。
表1 效益分析
6.2缺点
由于螺杆桩成桩工艺的特点，要求螺杆桩机必须具有旋转动力和提升动力的同步技术与非同步技术，因此对机械的要求较高；成孔成桩工艺特殊，受力机理较复杂；不易贯穿硬塑黏土、密实砂土、非均质含碎砖、混凝土块的杂填土层及粒径大于30mm的卵砾石层。
7结束语
近几年，螺杆桩技术在陕北高层建筑地基处理中广泛应用，施工工艺简单、不取土、不震动、不排浆、无污染；在相同条件下，与CFG桩、管桩相比，具有承载力高，造价低等特点，其技术、经济和环境效益较为显著，但该桩型属于挤土型灌注桩，施工时应充分考虑挤土效应带来的不利影响，需采取减小挤土效应的措施。
参考文献
[1]闭历平,方崇,张信贵.新型螺杆灌注桩的施工工艺与质量控制措施[J].西部探矿工程,2006(12):15-16.
[2]《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)[J].建设科技,2012(Z1):38-39.
[3]陈虹玮.螺杆桩技术施工工艺及造价分析[J].铁路工程造价管理,2011,26(02):9-12.
论文作者:董小恒
论文发表刊物:《防护工程》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/17
标签：螺杆论文; 混凝土论文; 钻杆论文; 承载力论文; 钢筋论文; 螺纹论文; 泵管论文; 《防护工程》2018年第1期论文;