螺紋樁在一干北引工程中的設計應用

馬洪飛

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

螺紋樁在一干北引工程中的設計應用

馬洪飛

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

長螺旋鉆孔灌注樁是建筑業中一種新的樁型。依據建筑物受荷特點，通過3種地基處理方案比較，選取螺紋樁作為一干北引工程推薦方案。

螺紋樁；一干北引工程；應用

1 工程概況

一干北引工程任務是將潮白河水經群英渠總干渠、一分干渠、一干北引渠、尹家溝引入鮑邱河上游，可為鮑邱河上游年補水量3900萬m3。一干北引全長5160m，采用加泵提水方案，進水口建泵站1座，渠線沿縣界方向長1250m，采用鋼筋混凝土箱涵，斷面尺寸3.5m（寬）×2.5m（高）；雙臼村以南長1900m，采用自然邊坡渠道；牛萬屯村北穿福喜路采用頂管方案；福喜路以東渠道長2010m，采用直立駁岸；渠道末端與尹家溝連接，同時設節制閘1座。

2 泵站總體布置

提水泵站樞紐由上游防護段、上游防滲段、站前閘、前池、進水池、泵房、出水池、出水閘、下游防滲段等主要建筑物及生活管理用房等附屬建筑物組成。

3 地基處理方案

根據建筑物受荷特點、地基土特性及結構重要性等情況，進行了3種方案的比選。

3.1 換填水泥土墊層

換水泥土墊層法即將地基土上部一定厚度的軟弱土層挖除，換填水泥土（水泥摻入量18%）。該方案能改善地基應力分布，適當提高地基承載力，但對沉降量改善不大。換土墊層處理措施需進一步加大基坑深度，邊坡穩定不易保證，增加了施工難度，且施工時段受天氣影響較大，對基坑降水、排水要求較高。但該方案具有投資小，施工方法簡單，施工質量易于保證等優點。

3.2 水泥土攪拌樁

水泥土攪拌樁是用水泥作為固化劑，通過深層攪拌機械在地基深處將軟土與水泥強制攪拌，利用

水泥和軟土間的物理及化學反應，使軟土硬結成為具有整體性和一定強度的優質復合地基。該方案施工方便，造價相對不高，能同時解決地基承載力不足和沉降量過大的問題。但在工程實踐中，攪拌機械的性能和施工監控系統比較落后，成樁質量難以保證，質量檢測有待加強。

3.3 長螺旋鉆孔灌注樁——螺紋樁

螺紋樁是由長螺旋鉆機、混凝土輸送泵及強制式的混凝土攪拌機3部分組成的完整施工體系。成樁時，由帶有自控裝置的螺紋樁機器，特制螺紋鉆桿鉆進，直接鉆至設計深度，在土體中形成螺紋，并在提鉆過程中螺紋樁機器自動控制系統，嚴格控制螺紋鉆桿提升速度和旋轉速度，同時將制備好的混凝土經過高壓混凝土泵的輸送，通過空心螺紋鉆桿由鉆頭泵出，泵出的高壓細石混凝土迅速填充螺紋鉆桿旋轉提升產生的帶螺紋空間，形成螺紋，然后將綁扎好的鋼筋籠壓入或振入混凝土中，形成螺紋樁。螺紋樁是剛性樁基礎，可較大地提高地基承載力，減少建筑物沉降量，提高建筑物抗滑穩定性，且施工工藝成熟、質量易保證，地基穩定安全性高，是可靠的地基處理方案，并且該方案造價不高，在同等承載力要求下，螺紋樁比普通灌注樁節約材料50%以上。在適合的地層和深度，施工效率300～500m/d，一般鉆孔直徑300～800mm，施工深度不超過40m。

根據以上3種地基處理方案的特點，結合本工程的天然地基穩定性的具體情況，由于螺紋樁方案能同時解決地基承載力及沉降問題，且安全性高，故本工程的建筑物地基處理推薦采用螺紋樁方案。

4 樁基承載力計算

初擬螺紋樁直徑0.6m，排距2.0m，樁距2.0m，樁長10m，矩形布置。螺紋樁樁頂所受的豎向力可按JGJ94—2008《建筑樁基技術規范》公式計算，如式（1）。

式中 Nk為荷載效應的標準組合軸心豎向力的作用下基樁的平均豎向力（kN）；Fk為荷載效應的標準組合下，上部結構傳至承臺頂面的豎向力（kN）；Gk為螺紋樁基礎承臺及其上部土的自重標準值（kN），對于地下水位以下部分應扣除水的浮力，當其作用有利時，

式中 Hik為荷載效應標準組合下，作用于第i基樁的水平力（kN）；Hk為荷載效應標準組合下，作用于樁基承臺底面的水平力（kN）；n為承臺下螺紋樁的數量。

軸心豎向力作用下，其公式如式（3）。

式中 Nk為荷載效應標準組合時，螺紋樁樁頂所受的豎向力（kN）；R為螺紋樁單樁豎向承載力特征值（kN）。

偏心豎向力作用下除符合式（3）要求外，尚應符合式（4）要求：

式中 Nkmax為荷載效應的標準組合下，偏心豎向力作用于承臺頂面時螺紋樁樁頂所承受的最大豎向力（kN）。

單樁德豎向承載力特征值應按式（5）計算：

式中 Quk為螺紋樁單樁豎向極限承載力標準值（kN）；K為安全系數，取2。

螺紋樁單樁豎向極限承載力標準值可采用式（6）計算：

式中 u為按螺紋樁外徑計算的周長（m）；qlwsik為螺紋樁側的第i層土的極限側阻力的標準值 （kPa），qlwsik= βqsik，β為螺紋樁樁身等效極限側阻力的標準值相對于干作業的鉆孔樁極限側阻力標準值的增強系數，可以根據工程經驗確定。若無經驗時，螺紋樁直桿段可取1.0，螺紋段可取1.3～1.7，當螺紋段樁的側土以砂土為主或樁長較短時宜取高值，以黏性土為主或樁長較長時宜取低值，qsik為干作業的鉆孔樁極限側阻力的標準值（kPa）；qpk為螺紋樁極限端阻力的標準值（kPa）；li為螺紋樁穿過第i層土層的厚度（m）；Ap為螺紋樁的外徑在樁端的投影面積（m2）。

計算結果取單樁豎向承載力特征值及單樁豎向極限承載力標準值的較小值為1087.41kN。

本工程樁頂設有30cm褥墊層，樁與基礎不整體連接，按復合地基設計。

樁端處地基承載力依據GB50007—2011《建筑地基基礎設計規范》，按式（7）進行修正：應乘0.9的折減系數。

單樁樁頂水平力公式如式（2）。式中 fa為修正后的地基承載力的設計值（kPa）；fak為地基承載力的標準值 （kPa）；b為基礎底面的寬度（m），取6m；d為基礎埋置的深度（m）；ηb，ηd為基礎的寬度和埋深的地基承載力的修正系數；γ，γm為基礎底面以下的土的重度和基礎底面以上土的加權平均重度（kN/m3）。

計算修正后的地基承載力設計值536.73kPa，滿足設計要求。

5 結語

（1）根據建筑物的受荷特點、地基土的特性及結構重要性等具體情況，通過3種地基處理方案比較，選定螺紋樁作為推薦方案。

（2）螺紋樁在長螺旋鉆孔灌注樁已有優勢的基礎上，更加具有承載力高、節約材料、工期短及環保等特點。該工程實施后處理效果良好，望為今后類似工程設計提供一定借鑒。

［1］大廠縣一干北引渠治理工程實施方案［R］.2015.

［2］GB50007—2002，建筑地基基礎設計規范［S］.

［3］JGJ94—2008，建筑樁基技術規范［S］.

［4］李紅文，李雪梅，鄭俊杰，等.螺紋樁的設計及應用［J］.土工基礎，2006，20（2）：82-85.

［5］李波揚，吳敏.一種新型的全螺旋灌注樁——螺紋樁［J］.建筑結構，2004（8）：55-58.

（責任編輯：姜彤宇）

Design and application of screw pile in the Yiganbei diversion canal engineering

MA Hong-fei
（Hebei Research Institute of Investigation&Design ofWater Conservancy&Hydropower，Tianjin 300250，China）

The poured long screw drill piles is a new type of pile in construction industry.Based on the load characteristics of buildings，through the comparison of three kinds of foundation treatment schemes，the screw pile is selected as recommended program to Yiganbeidiversion canal project.

screw pile；Yiganbeidiversion canal project；application

TV553

：B

：1672-9900（2017）04-0080-03

2017-04-28

馬洪飛（1983-），女（漢族），河北南宮人，高級工程師，主要從事水利工程設計工作，（Tel）13920355770。