淺談螺桿樁在高速鐵路地基處理中的應(yīng)用及質(zhì)量控制

余根欽

摘 要 螺桿樁是一種單樁豎向承載力高、造價(jià)低、施工快速的新型樁。隨著我國(guó)高速鐵路施工技術(shù)的迅速發(fā)展，近年這項(xiàng)地基加固技術(shù)在高鐵建設(shè)中也得到廣泛應(yīng)用。本文以福廈高鐵莆田站地基處理施工實(shí)踐為背景，介紹了螺桿樁施工工藝參數(shù)及質(zhì)量控制等相關(guān)內(nèi)容，供同類工程施工參考。

關(guān)鍵詞 螺桿樁;高速鐵路;工藝參數(shù);質(zhì)量控制

1螺桿樁受力原理

螺桿樁是在長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁和日本鋼釬維全螺紋預(yù)制樁的基礎(chǔ)上的新樁型。其主要技術(shù)特征為樁的“上部為直柱型，下部為螺絲型”，變截面樁體更符合附加應(yīng)力場(chǎng)由上而下減少的分布規(guī)律，樁與土界面構(gòu)成了機(jī)械型咬合。以“螺絲釘比釘子牢固”的道理運(yùn)用在樁基施工中，使其更牢固的特點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn)[1]。

2地質(zhì)條件

適用于淤泥質(zhì)黏土，粉土，黏土，粉質(zhì)黏土，中細(xì)沙，沙礫石層，強(qiáng)風(fēng)化層，象皮泥等地層。不受地下水的限制。

3施工案例

新建福（州）至廈（門(mén)）鐵路位于福建省沿海地區(qū)，北起福州市，途經(jīng)莆田市，南至廈門(mén)市和漳州市，設(shè)計(jì)時(shí)速350km/h，線路全長(zhǎng)277.42km。莆田站DK86+801.42～DK89+300段路基采用螺桿樁復(fù)合地基加固，樁直徑0.5m，樁間距1.9m～2.2m，樁長(zhǎng)8～24m，樁帽直徑1.4m、厚度55cm的圓形樁帽，正方形布置。樁身采用C25混凝土灌注，樁帽采用C30混凝土，本段樁長(zhǎng)總計(jì)103810延米/6132根[2]。

3.1 工程地質(zhì)和水文條件

該段路基位于剝蝕丘陵及丘間谷地區(qū)，相對(duì)高差大，地勢(shì)稍有起伏，周?chē)废嗤ǎ煌ū憷?。地層巖性及構(gòu)造：（0）1，Q4ml雜填土;（0）2，Q4ml素填土;（1）4，Q4al+m粉質(zhì)黏土，硬塑;（2）1，Q4al+pl淤泥，流塑;（2）3，Q4al+pl粉質(zhì)黏土，軟塑;（2）4，Q4al+pl粉質(zhì)黏土，硬塑;（4）1，Qel+dl粉質(zhì)黏土，硬塑，夾粗角礫;（11）1，γ花崗巖，全風(fēng)化，土狀，夾強(qiáng)風(fēng)化碎塊;（11）1-1，γ花崗巖，全風(fēng)化（砂礫狀），夾強(qiáng)風(fēng)化碎塊;（11）2，γ花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化;（11）3，γ花崗巖，弱風(fēng)化;（13）2，δ閃長(zhǎng)巖，強(qiáng)風(fēng)化;（13）3，δ閃長(zhǎng)巖，弱風(fēng)化。該區(qū)震動(dòng)峰值加速度值0.10g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期值0.45s。

3.2 施工設(shè)備及材料選用

施工設(shè)備：本工程選用JZU90型螺桿樁鉆機(jī)、HZS120型混凝土攪拌機(jī)、HBT60型混凝土泵等。為保證施工過(guò)程中，鉆桿下降和提升速度與旋轉(zhuǎn)速度相對(duì)應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)配備與樁機(jī)匹配的自動(dòng)控制裝置。

施工材料：采用C25混凝土，坍落度為180～200mm。粗骨料為碎石，粒徑為5～25mm。細(xì)骨料選用中粗砂，含泥量小于5%，砂率為40%～50%。水泥選用PO42.5普通硅酸鹽水泥，可根據(jù)不同的使用要求摻加外加劑，其摻入量根據(jù)施工條件、氣候條件和混凝土性能要求等因素綜合確定。

3.3 施工工藝流程及質(zhì)量控制

施工流程：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→鉆機(jī)就位調(diào)平→鉆進(jìn)成孔→至設(shè)計(jì)標(biāo)高停鉆→提鉆同時(shí)泵送混凝土→至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高0.5m以上停泵→提鉆至孔口→成樁、移位施工下一根→開(kāi)挖、截樁頭→樁基檢測(cè)→施工樁帽。

施工質(zhì)量控制：

（1）施工區(qū)域內(nèi)場(chǎng)地整平、清除草皮、樹(shù)根等，不平處壓實(shí)，壓實(shí)度大于90%為宜，兩側(cè)設(shè)臨時(shí)排水系統(tǒng);

（2）樁機(jī)就位后，樁位偏差不應(yīng)大于50mm。根據(jù)放樣點(diǎn)采用Ф10mm鋼筋打入原地下20cm，并用做好標(biāo)記，保證鉆機(jī)移位及清理鉆渣時(shí)，樁位的準(zhǔn)確性;

（3）鉆頭對(duì)中后，垂直度偏差不大于1%;

（4）下鉆過(guò)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，使二者匹配，鉆桿旋轉(zhuǎn)1周，鉆桿下降1個(gè)螺距，鉆至螺紋段設(shè)計(jì)深度，在土體中形成螺紋狀。鉆進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)速宜控制在5～7轉(zhuǎn)/分鐘，隨地質(zhì)變化，電流會(huì)逐漸變化，當(dāng)進(jìn)入設(shè)計(jì)地層時(shí)，觀察電流變化值，終樁以樁長(zhǎng)和電流雙控，并記錄深度、地質(zhì)及電流數(shù)據(jù);

（5）鉆至設(shè)計(jì)深度后，樁機(jī)反向旋轉(zhuǎn)提升，提升過(guò)程中嚴(yán)格控制提升速度和旋轉(zhuǎn)速度，保持同步和匹配，并與該段下鉆時(shí)一致。提到螺紋部分頂端設(shè)計(jì)深度時(shí)鉆桿正向旋轉(zhuǎn)并提升產(chǎn)生柱狀空間;

（6）提鉆桿同時(shí)，將混凝土采用高壓泵送（泵壓>6MPa）

方式迅速填滿由鉆桿旋轉(zhuǎn)提升所產(chǎn)生的螺紋狀空間，提到螺紋部分的頂端時(shí)，鉆桿正向旋轉(zhuǎn)提升產(chǎn)生柱狀空間，并同時(shí)向鉆桿內(nèi)繼續(xù)泵入混凝土。鉆桿提升到最后2m時(shí)，將鉆桿內(nèi)泵送滿混凝土，利用混凝土自身重力將混凝土壓入到鉆桿周?chē)?，并從鉆桿與土層之間的縫隙中壓出地面。如提鉆過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)地面壓出的混凝土量少，則說(shuō)明鉆桿內(nèi)混凝土不足，繼續(xù)泵入混凝土，反之可以繼續(xù)提鉆;

（7）為保證樁頂及截樁質(zhì)量，混凝土宜超灌0.5m;

（8）待鉆孔中心混凝土形成柱狀體后，緩慢提出鉆頭。再用50型振動(dòng)棒對(duì)樁頂2m范圍混凝土振搗，保證樁頂混凝土密實(shí);

（9）清理樁間土到設(shè)計(jì)高程位置后，采用專用切樁機(jī)截樁頭，樁頭截除后，樁頂平整，樁身無(wú)裂紋;

（10）螺桿樁截樁后開(kāi)挖50cm～100cm，測(cè)量計(jì)算樁體有效直徑。采用小應(yīng)變進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)，28天后鉆芯取樣檢查抗壓強(qiáng)度并進(jìn)行單樁承載力檢測(cè)。

3.4 總結(jié)

在福廈鐵路莆田站路基施工中，對(duì)螺桿樁施工工藝、機(jī)械性能及不同地層施工參數(shù)進(jìn)行總結(jié)，根據(jù)樁身質(zhì)量檢測(cè)結(jié)論，形成了具體質(zhì)量控制指標(biāo)。

施工過(guò)程中鉆進(jìn)速度控制：

（1）4粉質(zhì)黏土σ160kpa鉆進(jìn)速度為1.05～1.75m/min;（11）1全風(fēng)化花崗巖土狀σ200kpa鉆進(jìn)速度為0.52～1.05m/min;（11）1-1全風(fēng)化花崗砂礫狀σ250kpa鉆進(jìn)速度為0.35～0.52m/min;

鉆進(jìn)過(guò)程中及終孔電流控制：

（1）4粉質(zhì)黏土σ160kpa電流值控制在41～49A;（11）1全風(fēng)化花崗巖土狀σ200kpa電流值控制在71～79A;（11）1-1全風(fēng)化花崗砂礫狀σ250kpa電流值控制在100～110A;進(jìn)入（11）3弱風(fēng)化花崗巖σ1000kpa終孔電流值控制在155～170A。

終孔控制標(biāo)準(zhǔn)：

樁長(zhǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)深度，并且電流值滿足該地層的試驗(yàn)電流值，可終孔;樁長(zhǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)深度，但鉆機(jī)電流值小于對(duì)應(yīng)地層的試驗(yàn)電流值，需繼續(xù)鉆進(jìn)增加樁長(zhǎng)，直到鉆機(jī)電流值達(dá)到對(duì)應(yīng)地層的試驗(yàn)電流值方能終孔;樁長(zhǎng)未達(dá)到設(shè)計(jì)深度，但鉆機(jī)電流值達(dá)到對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)地層的試驗(yàn)電流值，如樁長(zhǎng)偏差在2米以上需上報(bào)設(shè)計(jì)單位，調(diào)整樁長(zhǎng);如樁長(zhǎng)偏差在2米以內(nèi)，可以根據(jù)試驗(yàn)總結(jié)電流值直接終孔[3]。

4常見(jiàn)問(wèn)題預(yù)防

（1）導(dǎo)管堵塞：保證粗骨料的粒徑、混凝土的配合比和坍落度符合要求。灌注管路避免過(guò)大變徑和彎折，拆卸導(dǎo)管后清洗干凈。

（2）偏樁：場(chǎng)地要平整壓以防鉆機(jī)偏斜;開(kāi)鉆前和鉆進(jìn)過(guò)程中檢查樁機(jī)的水平度和垂直度。

（3）縮頸：根據(jù)不同土質(zhì)，選擇成樁順序，做工藝試驗(yàn)，以確定合理的參數(shù);

（4）斷樁：保持灌注過(guò)程連續(xù)，泵壓>6MPa;控制提鉆速度，確保鉆桿內(nèi)有0.1m?以上的混凝土，灌注過(guò)程中因特殊情況停滯時(shí)間大于混凝土的初凝時(shí)間時(shí)，應(yīng)重新成孔灌注。

（5）夾泥、氣泡、浮漿太厚：保持鉆桿頂端氣閥開(kāi)啟自如，防止混凝土中積氣造成樁頂混凝土含氣泡;樁頂浮漿應(yīng)超灌排除浮漿后終止灌注;已經(jīng)施工完成區(qū)域設(shè)置禁區(qū)，防止機(jī)械進(jìn)入擾動(dòng)樁頭。

參考文獻(xiàn)

[1] 于慶福.新型螺桿樁在深厚松軟土地區(qū)高速鐵路施工中的應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新，2014（5）：83-84.

[2] 陳虹瑋.螺桿樁技術(shù)施工工藝及造價(jià)分析[J].鐵路工程造價(jià)管理，

2011，（2）：9-12.

[3] 張偉，彭振斌，李志平.螺桿樁在地基處理中的應(yīng)用[J].巖土工程界，2007，（11）：41-42.