螺紋樁在黃河沖積平原地基處理中的應(yīng)用

畢華軍，崔業(yè)弘，陳 杰

（山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250013）

1 工藝原理

螺紋樁技術(shù)是在螺旋灌注樁和高強(qiáng)度鋼纖維混凝土全螺紋預(yù)制樁的基礎(chǔ)上研制成功的。螺紋樁歸類于半擠土半取土摩擦型樁，改光面圓柱形樁側(cè)形式為螺紋樁側(cè)形式，從而大大提高樁側(cè)摩阻力。螺紋樁改變了樁與土體之間相互作用的模式，樁與土界面構(gòu)成了更明顯的機(jī)械型咬合。

螺紋樁成樁工藝過程為：空心帶螺紋的鉆桿下鉆，下鉆過程中嚴(yán)格控制螺紋鉆桿下降速度和旋轉(zhuǎn)速度，使二者匹配，要求螺紋鉆桿旋轉(zhuǎn)一圈，鉆桿下降一個(gè)螺距，鉆至螺桿樁螺紋段設(shè)計(jì)深度，在土體中形成螺紋狀。螺紋鉆桿鉆至設(shè)計(jì)深度，反向旋轉(zhuǎn)提升螺旋鉆桿，要求鉆桿旋轉(zhuǎn)一圈，鉆桿上升一個(gè)螺距，與此同時(shí)制備好的細(xì)石混凝土開始由高壓泵輸送通過空心螺紋鉆桿由鉆頭泵出。鉆頭泵出的高細(xì)混凝土迅速充填有螺紋鉆桿反向旋轉(zhuǎn)提升所產(chǎn)生的空間。螺紋鉆桿全部旋轉(zhuǎn)提升出地面，細(xì)石混凝土全部填充帶螺紋的鉆孔，然后將鋼筋籠壓入或振入孔內(nèi)混凝土中，形成螺紋樁。

2 承載力機(jī)理

傳統(tǒng)灌注樁樁側(cè)阻力由3部分組成：巖土與樁表面的黏聚力、巖土與樁接觸面的摩擦力、樁表面粗糙不平與巖土的機(jī)械咬合作用力。螺紋樁與傳統(tǒng)灌注樁相比較主要是提高了樁與巖土的機(jī)械咬合作用力。初加荷載時(shí)，和傳統(tǒng)的灌注樁一樣在滑動(dòng)前主要取決于黏聚力，隨著荷載的加大，黏聚力破壞后樁體開始滑動(dòng)，這時(shí)螺紋樁的螺牙根部局部擠壓變形，當(dāng)荷載達(dá)到極限時(shí)，其破壞是以螺紋外的土體剪切強(qiáng)度耗盡達(dá)到了土的抗剪強(qiáng)度為特征，螺紋樁與土沿螺牙外經(jīng)圓柱面上發(fā)生剪切滑移。

3 工程應(yīng)用實(shí)例

擬建的建筑物位于黃河三角洲，該建筑物8層，高度36.3 m，框架結(jié)構(gòu)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為乙級，建筑抗震設(shè)防類別為丙類。設(shè)計(jì)采用螺紋樁，直徑500 mm（螺桿直徑 300 mm），樁長16.45 m，以粉砂作為樁端持力層，設(shè)計(jì)單樁豎向抗壓承載力特征值600 kN，樁身混凝土強(qiáng)度等級為C30。

場區(qū)土層在勘察揭露深度范圍內(nèi)自上而下依次為：

1）粉質(zhì)黏土：褐色，可塑，干強(qiáng)度及韌性中等，無搖震反應(yīng)，該層厚度4.50～5.60 m。

2）粉土：灰褐色，密實(shí)，很濕，搖震反應(yīng)迅速，干強(qiáng)度及韌性低。該層厚度0.80～2.00 m。

3）粉質(zhì)黏土：褐黃色～灰褐色，可塑，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等。該層厚度3.70～6.20 m。

4）粉土：褐黃色，稍密～密實(shí)，很濕，搖震反應(yīng)迅速，干強(qiáng)度及韌性低，局部黏粒含量較高，含鐵質(zhì)氧化物。該層厚度0.90～3.60 m。

5）粉質(zhì)黏土：褐黃色，可塑，干強(qiáng)度及韌性中等，含鐵錳質(zhì)氧化物。該層厚度0.70～5.00 m。

6）粉砂：褐黃色，中密，飽和，石英～長石質(zhì)，均粒，圓形～亞圓形，級配較差，含云母碎片，夾薄層可塑粉質(zhì)黏土。該層未被揭穿。

7）粉質(zhì)黏土：褐黃色，可塑，干強(qiáng)度及韌性中等，無搖震反應(yīng)。含鐵、錳氧化物。該層未被揭穿。

由于該樁型在本地區(qū)屬于新的工藝，因此設(shè)計(jì)單位要求在工程樁施工前進(jìn)行樁身完整性和承載力檢測，以更好地確定工藝參數(shù)，評估該工藝在本地區(qū)的可行性。

承載力檢測在成樁14 d后進(jìn)行，檢測了1組，Q～S曲線如圖1示。

圖1 承載力檢測曲線圖

從試樁的Q～S曲線上看，有明顯的陡降點(diǎn)，單樁豎向抗壓極限承載力取發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對應(yīng)的荷載值，即試樁的極限承載力為812 kN。這與設(shè)計(jì)要求的1 200 kN相差甚遠(yuǎn)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，陡降型曲線一般發(fā)生在樁端進(jìn)入良好的持力層，樁端荷載的施加而造成樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的破壞。而本工程位于黃河沖積平原，樁底在粉砂層，Q～S曲線應(yīng)為緩變形。為確定樁身完整性，決定對試樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測。檢測曲線見圖2示。

圖2 試樁低應(yīng)變實(shí)測曲線圖

從試樁的低應(yīng)變實(shí)測曲線上看，波形呈現(xiàn)低頻大幅擺動(dòng)，這是典型的淺部嚴(yán)重缺陷樁的信號特征。經(jīng)開挖驗(yàn)證，試樁在距樁頂1 m左右發(fā)生碎裂且主筋發(fā)生壓曲，向外突出。綜合靜載試驗(yàn)和樁身完整性檢測結(jié)果，說明基樁在豎向荷載作用下，樁身結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，從而造成承載力低于設(shè)計(jì)要求。針對這個(gè)問題，向建設(shè)單位提出建議，將混凝土強(qiáng)度等級提高至C35，并將休止時(shí)間延長至28 d。試樁的載荷試驗(yàn)曲線見圖3示。

圖3 試樁的載荷試驗(yàn)曲線圖

試樁的Q～S曲線為緩變形且試樁的單樁豎向抗壓承載力未達(dá)到極限，取最大試驗(yàn)荷載值即1 276kN為試樁的豎向抗壓極限承載力，滿足設(shè)計(jì)要求。試樁的低應(yīng)變信號曲線見圖4，從曲線可見波形平滑，無低頻大幅擺動(dòng)，也無反映樁身缺陷的同向反射波，可以判斷樁身結(jié)構(gòu)完整性良好。

圖4 試樁的低應(yīng)變信號曲線圖

4 結(jié)論

從檢測情況看，更改設(shè)計(jì)后的螺紋樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求且樁身完整性良好，表明其在以粉細(xì)砂為主的黃河沖積平原成樁質(zhì)量可以保證，但應(yīng)考慮因樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞而造成的單樁豎向抗壓承載力降低，采用提高混凝土的強(qiáng)度等級、增加樁徑等措施，消除樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞。由于螺紋樁在相同條件下比傳統(tǒng)灌注樁節(jié)省材料，降低了工程造價(jià)且施工效率高、對周圍環(huán)境影響小，因此具有推廣價(jià)值，但作為一種新樁型，其使用效果和檢測方法及標(biāo)準(zhǔn)還需通過實(shí)際工程進(jìn)一步驗(yàn)證與完善。

［1]吳敏，李波揚(yáng).全螺旋灌注樁——螺紋樁豎向承載力初探[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2002,35（5）.