贺凯

摘要：螺杆桩采用特制的螺旋式桩机进行施工，通过螺纹式钻杆旋转挤压土体，钻杆提升过程中随即泵压混凝土而形成桩体。螺杆桩是一种挤密桩与混凝土直杆桩的结合体，它具有桩长短、桩数少、造价低及施工快的特点。螺杆桩是一种具有极高应用价值的新型桩，将常识中“螺丝钉比钉子牢固”的道理运用到了软基处理当中，使其实现了更加牢固的效果。

【关键词】软基处理;螺杆桩;技术

螺杆桩新技术的诞生，开创了变截面桩的新思路。螺杆桩以自身优势在适用性和应用前景上得到了众多权威建筑设计单位、研究单位等专家的肯定。在黄土地区应用螺杆桩可以挤密土质，改变黄土非饱和土的性质，可以改变目前采用灰土挤密桩、素土桩、灰土桩等的现状。圆柱螺丝组合桩型更合理，更有适应性，工程应用市场是比较大的。 螺杆桩上部能形成圆柱型并可根据地质情况来确定螺杆部分的开始深度，对桩的合理受力是非常好的选择，在西北地区乃至全国都有很好的应用前景。

1.螺杆桩简介

1.1螺杆桩原理

螺杆桩采用了变截面的构造形状，成孔过程中桩侧土体受到挤密作用，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，当桩顶受到荷载时，螺纹段的桩侧土受到压缩，环状的根部受到剪切，桩的承载力由直杆段的摩阻力、螺杆段的抗剪力及桩端的端承力组成，而螺纹段的抗剪力远远大于同等条件下的摩阻力，满足了应力及刚度的要求，使土与桩之间的协调用力，减少了桩端荷载。

1.2螺杆桩适用范围

螺杆桩适用于各类软基地层，且不受地下水的限制。

2.工程实例

2.1工程概况

新建大同至张家口高速铁路大同南站，属于大同盆地，地形平坦开阔，大部分为耕地，路堤中心最大填高5.82m。地层分别由新黄土、素填土、砂砾、粉砂、粉质粘土、中砂、粘土、粗砂层组成。地下水位埋深9.4m～27.2m，土壤最大冻结深度为1.86m。地震动峰值加速度为0.15g。设计参数：桩长18m;钻机钻孔桩径Ф400mm;桩距2.0m正方形布置;水泥强度等级：P.042.5普通硅酸盐水泥;复合地基承载力不小于160kpa，单桩承载力不小于600KN。

2.2主要施工工序及工艺要求

2.2.1测量放样。采用GPS或全站仪放出桩位轴线及两边控制桩位，采用木桩上打设铁钉的办法设置控制定位桩位（设于作业面和施工车辆通行影响范围之外）并标识。依据轴线和两侧定位控制桩从线路中心向两侧按照图纸设计桩间距采用拉线的办法布置桩位，经复核确认后，插入标志签准确放出桩位点。

2.2.2钻机就位调平。螺杆桩施打顺序宜根据桩间距及地层情况采用从线路中心向两侧顺序推进。螺杆桩施工时，钻机就位后，应用钻机塔身的垂直标杆检查塔身导杆垂直度，及时校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心，确保螺杆桩垂直度偏差小于1%的桩长。桩位容许偏差小于5cm。

2.2.3泵送混凝土、提钻至设计桩顶标高。钻头钻至设计标高后，停止钻进，准备泵送混凝土，待钻杆芯管内充满混凝土后钻杆开始反向旋转提升钻杆，要求提升速度与旋转速度二者相匹配，严禁先提管后泵料。成桩的提拔速度宜控制在每分钟2～3m，成桩过程宜连续进行，应尽量避免因后台供料慢而导致停机待料。灌注成桩完成后，用水泥袋盖好桩头，进行保护。施工桩顶高程宜比设计桩顶高30～50cm，以确保桩头质量。

2.2.4截桩头。桩体强度达到设计强度的70%以上后采用人工挖除桩顶土和桩间土，截桩头标高按照施工前整平碾压的原地面标高进行控制，每排桩在截桩头前用水准仪进行标高测量，标高测量准确后，用红油漆在每根桩上做出明显的标识。按照每根桩上的红油漆标识进行截桩头，截桩头采用截桩机进行施工。

2.2.5检测。桩头截除并对桩间土进行打夯后，进行低应变检测、单桩复合地基荷载试验和单桩承载力荷载试验。

3.所解决关键或共性技术和创新点

3.1钻杆校正技术

垂直度的校对分别在三个关键时点：（1）下钻前钻杆与桩点中心校对;（2）下钻3～4米后再次校对;（3）钻至桩底设计深度时末次校对。钻至设计深度后，若检测出垂直度不满足设计要求，须回填素土夯实后重新成桩。

3.2混凝土泵送连续技术

螺杆桩钻至设计标高后，边提钻边泵送混凝土，提至设计标高后成桩。在此过程中易出现混凝土泵送不畅或堵管现象。研究其原因发现，钻杆在提钻过程中钻杆中形成一封闭的环境类似于“气压包”，造成混凝土泵送压力大且困难，易出现堵管、泵送不畅出现断桩情况。经过分析发现：泵送过程中，由于空气的进入和混凝土内部的气泡汇集形成“气压包”作用于钻杆内，造成泵送困难;在螺杆钻机泵送管顶端开设通气孔能有效解决此问题。

3.3成桩保护技术

螺杆桩混凝土泵送灌注至标高后就需要采取措施进行保护，如若不采取防护措施，容易造成桩头质量不合格而进行大面积接桩。现场经过不同施工措施对比后，经检测和成本分析，研究表明混凝土灌注完成后，在樁头处采用编制袋覆盖防护法能有效的避免出现夹泥、夹砂等现象。

3.4桩头截除技术

截桩机三面环切技术：根据桩径特制4块钢板围绕在桩体四周做为截桩机的施工平台，围绕处开孔半径为状体半径+2cm，铺设前整平地面，铺设位置较截除位置底3cm;合理选择截桩机型号，确保截除动力充足，截桩机切割片的半径为桩径的0.75倍;三面切入点互成120度，每面切至桩中心后环面再截除，如此每根桩分三次切割完成;最后一面截除快到位时，控制截桩机稳定情况，避免桩截断时机械摆动破坏桩头或伤人。

4.效益分析

通过本课题在中铁十二局集团大张高速铁路项目经理部工程施工过程中的研究及应用，不仅取得了较好的社会效益，还在材料消耗、劳务成本等方面产生了相应的经济效益。

（1）在材料消耗方面：由于螺杆桩兼具水泥挤密桩和CFG桩的效果，相同桩径的螺杆桩与CFG桩使用的材料相同，相比较水泥土挤密桩使用的材料则是多出的材料。大同南站共用螺杆桩约58万延米，直径40cm58万延米的水泥土挤密桩共需要水泥为：17702t。每吨245元，共节省材料费为：17702*245=433.7万。

（2）在劳务成本方面：螺杆桩与劳务队结算合同单计价为：33元/m;CFG桩与劳务队结算合同单价为21元/m;灰土挤密桩每延米单价为16元。综上所述每延米螺杆桩节约劳务单价为：（21+16-33）=4元，劳务成本节约为：580000*4=232万元。

5.结束语

螺杆桩施工技术在铁路领域属于新技术，虽然存在操作无统一规程和验收标准的现象，但从受力状态、软基处理效果、施工技术等方面的分析来看，存在较其他类型软基处理桩强度高、地基复合受力、受力状态更符合理论需求、操作简便、适用性广、质量可靠等一系列好处;从长远施工发展来看，是一种很有前景、值得推广的施工技术，在铁路、公路、机场和房建工程将普遍应用。

【参考文献】

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