高速鐵路軟土地基條件下螺桿樁施工技術(shù)

黃想祿

摘要： 高速鐵路軟土地基條件下采用螺桿樁施工技術(shù)，是一種新型的施工工藝，通過(guò)合理選擇施工機(jī)械，編制試驗(yàn)方案，研究施工方法，檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，分析總結(jié)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，摸索出一整套螺桿樁施工技術(shù)，推廣到標(biāo)段各個(gè)路基工點(diǎn)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

Abstract： The application of screw pile construction technology under the condition of soft soil foundation of high-speed railway is a new type of construction technology. Through reasonable selection of construction machinery， preparation of test plans， research of construction methods， detection of test results， analysis and summary of test data， a complete set of the screw pile construction technology was extended to the various subgrade work points of the tender section to guide the construction on site.

關(guān)鍵詞： 高速鐵路；軟土地基；螺桿樁

Key words： high speed railway；soft soil foundation；screw pile

中圖分類(lèi)號(hào)：TU753.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）17-0135-02

1 工程概況

合安鐵路HAZQ-3標(biāo)里程為DK65+542.055～DK95+717.01，標(biāo)段共有5段路基，其中路基DK65+542.055～DK66+475.130段采用螺桿樁復(fù)合地基，螺桿樁徑0.5m，樁長(zhǎng)為14～16m，樁距2～2.2m，總延長(zhǎng)米約為81832萬(wàn)延米。

2 螺桿樁施工的特點(diǎn)

螺桿樁是近年來(lái)根據(jù)我國(guó)地形發(fā)展起來(lái)的新型地樁基礎(chǔ)類(lèi)型，在承載力和經(jīng)濟(jì)效益方面，螺桿樁與傳統(tǒng)地樁類(lèi)型相比，經(jīng)濟(jì)效益更好，傳統(tǒng)的CFG樁施工，采用的是圓柱樁，出土量大，螺桿樁與傳統(tǒng)CFG樁樁徑不變，樁身帶有螺紋，通過(guò)擠壓周邊土體，增加摩擦力，能有效提高樁基承載力，減少鉆進(jìn)過(guò)程的出土量，從而也減少了混凝土澆筑數(shù)量，增加了經(jīng)濟(jì)效益。

與此同時(shí)，螺桿樁避免了灌注樁在施工過(guò)程中樁身易斷裂的缺點(diǎn)，又比普通樁具有更高的承載力，而且螺桿樁的承載效果高，環(huán)保效果好，無(wú)噪音，占地小，不污染地下水和環(huán)境，唯一的缺點(diǎn)就是施工速度較慢。

3 施工工藝

螺桿樁工藝流程圖見(jiàn)圖1。

3.1 原地面處理

對(duì)原地面進(jìn)行清理和整平，將路基范圍內(nèi)原地面上雜物全部清除，需換填位置按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行換填，然后進(jìn)行壓實(shí)，要求場(chǎng)地設(shè)置2%橫坡，同時(shí)做好場(chǎng)地排水，確保場(chǎng)地?zé)o積水。

3.2 測(cè)量放線

測(cè)量出斷面樁位邊線、左右線中心線，根據(jù)樁位邊線、左右線中心線和樁距，定出樁位。

3.3 樁機(jī)就位

按測(cè)量放線位置將螺桿樁機(jī)就位，樁位偏差不大于5cm。

3.4 對(duì)中調(diào)平

鉆機(jī)就位后，鉆進(jìn)進(jìn)行對(duì)中調(diào)平，鉆機(jī)鉆頭中心與放樣樁位中心對(duì)齊，確保鉆機(jī)垂直。

3.5 鉆孔

螺桿鉆機(jī)鉆頭及鉆桿為螺紋狀，鉆進(jìn)時(shí)鉆桿旋轉(zhuǎn)一周，下降一個(gè)螺距，螺距為35cm，在施工過(guò)程中，通過(guò)螺紋壓迫土體，使之在土體中形成螺紋狀樁。鉆進(jìn)過(guò)程中需保持鉆桿穩(wěn)定及垂直，鉆機(jī)根據(jù)動(dòng)力頭的轉(zhuǎn)速與螺距的關(guān)系，調(diào)整卷?yè)P(yáng)機(jī)放鋼絲繩速度，即鉆進(jìn)速度，使鉆桿鉆進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)速度一致。即鉆桿旋轉(zhuǎn)一周，下降一個(gè)螺距，鉆進(jìn)0.35m。

通過(guò)試樁確定地層巖性與螺桿鉆機(jī)的電流值的關(guān)系，現(xiàn)場(chǎng)施工按照電流值及設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)確定實(shí)際施工樁長(zhǎng)。鉆進(jìn)時(shí)，鉆桿轉(zhuǎn)速控制在5～7轉(zhuǎn)/分鐘，隨著地質(zhì)變化，電流會(huì)逐漸變化，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求深度后，并記錄相應(yīng)深度、地質(zhì)及電流數(shù)據(jù)；當(dāng)進(jìn)入持力層時(shí)，觀察電流變化，如果電流變化突然加速，且鉆機(jī)不再進(jìn)尺，持續(xù)鉆進(jìn)1分鐘，說(shuō)明已經(jīng)進(jìn)入持力層，滿(mǎn)足樁底承載力要求，記錄鉆進(jìn)深度、地質(zhì)及電流值。

3.6 提升鉆頭

鉆頭鉆至設(shè)計(jì)深度后，螺桿樁樁機(jī)反向旋轉(zhuǎn)提升鉆桿，提升過(guò)程中嚴(yán)格按照工藝性試驗(yàn)數(shù)據(jù)控制鉆桿提升速度和旋轉(zhuǎn)速度，順著已形成的土體螺紋軌跡鉆桿反向旋轉(zhuǎn)，螺桿鉆桿其旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)和提升速度應(yīng)保持同步和匹配，勻速控制提管速度，與此同時(shí)確保泵送混凝土迅速填充鉆桿同步旋轉(zhuǎn)提升所產(chǎn)生的螺紋段空間。

當(dāng)鉆桿提升到螺紋部分頂面的設(shè)計(jì)高度時(shí)，螺紋鉆桿再次正向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)鉆頭泵出高壓混凝土澆筑鉆桿直接提升所產(chǎn)生的帶圓柱空間直至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.7 泵送混凝土

螺桿樁混凝土由拌和站集中供應(yīng)，罐車(chē)運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，泵送前由試驗(yàn)人員對(duì)混凝土的性能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)合格后進(jìn)行灌注。采用泵送高壓法進(jìn)行灌注，通過(guò)鉆桿桿芯送入孔內(nèi)。進(jìn)場(chǎng)混凝土需進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)合格后通過(guò)地泵，泵送至鉆桿桿芯，鉆桿頂部位置預(yù)留排氣孔，通過(guò)排氣孔排出鉆桿內(nèi)氣體，同時(shí)根據(jù)排氣孔判斷鉆桿內(nèi)混凝土是否充足，停止泵送混凝土；其次是提升鉆桿，根據(jù)鉆桿長(zhǎng)度、孔徑，計(jì)算桿芯內(nèi)混凝土方量，經(jīng)過(guò)計(jì)算，鉆桿桿芯內(nèi)混凝土可以保證灌入樁體2m；再次是根據(jù)試驗(yàn)總結(jié)確定根據(jù)地泵型號(hào)、泵送速度、泵送方量、鉆桿提升速度的關(guān)系，按照試驗(yàn)總結(jié)進(jìn)行施工；最后是鉆桿提升至最后2m時(shí)，一次性將鉆桿桿芯泵送滿(mǎn)混凝土，這時(shí)鉆桿桿芯內(nèi)混凝土量可以灌注2m的樁體，混凝土自身壓力會(huì)將混凝土壓入到鉆桿周?chē)⑶覐你@桿與土層之間的縫隙中壓出地面，灌注高度按照設(shè)計(jì)高度+50cm控制。（圖2）

3.8 停泵

提鉆時(shí)鉆桿到達(dá)樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以下1.5m時(shí)（考慮虛樁0.5m），鉆桿內(nèi)充滿(mǎn)混凝土?xí)r停止泵壓混凝土，為保證樁身頂部混凝土強(qiáng)度及截樁頭，灌注混凝土?xí)r超灌量控制在30cm～50cm左右，不足時(shí)可補(bǔ)泵送混凝土。

3.9 提出鉆頭

澆筑完成停泵后，緩慢地提出鉆頭，滿(mǎn)足虛樁長(zhǎng)度后，鉆頭可直接提出地面。

3.10 成樁后，開(kāi)始下一個(gè)樁身施工。

4 螺桿樁試驗(yàn)及檢測(cè)

首先螺桿樁需進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，2017年5月1日開(kāi)始施工9根螺桿樁試樁；其次是成樁后對(duì)樁基進(jìn)行開(kāi)挖，檢測(cè)樁徑符合設(shè)計(jì)要求；再次是采用低應(yīng)變檢測(cè)樁身完整；第四是通過(guò)試驗(yàn)，檢測(cè)單樁承載力，單樁承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；第五是通過(guò)對(duì)樁基取芯試驗(yàn)，檢測(cè)芯樣抗壓強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，觀察芯樣完整，骨料分部均勻，堅(jiān)硬，樁長(zhǎng)復(fù)核設(shè)計(jì)要求。第六是對(duì)工藝性試驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，總結(jié)鉆進(jìn)過(guò)程數(shù)據(jù)，復(fù)核地質(zhì)資料，判斷加固效果，分析施工數(shù)據(jù)，改進(jìn)、完善施工方法，然后進(jìn)行全線推廣。

螺桿樁施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)核查，加大自查頻次，自查按100%檢測(cè)，第三方低應(yīng)變檢測(cè)按照驗(yàn)標(biāo)10%控制，單樁承載力按照2‰控制。

5 試驗(yàn)總結(jié)

①每方混合料配合比（理論）：（水泥+粉煤灰）：砂：碎石：減水劑：水=（1+0.43）：3.2：（0.85+1.7+1.7）：0.014：0.63。混合料坍落度控制在180～200mm之間，坍落度小于180mm禁止泵送混合料。

②JZU180型螺桿樁機(jī)鉆孔速度為0.7～1.5m/min（隨地質(zhì)情況而變化），拔管速度2～3.0m/min。

③經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察儀表讀數(shù)，當(dāng)鉆孔電流超過(guò)140A證明已進(jìn)入持力層。

④按照工藝性試驗(yàn)，控制拔管速度。拔管速率太快可能造成螺桿樁樁徑偏小、縮頸或是斷樁，拔管速率過(guò)慢可能造成堵管，或是粗骨料下沉，樁頂浮漿過(guò)多，樁身強(qiáng)度不足、混和料離析現(xiàn)象，因此，拔管速度必須按照工藝性試驗(yàn)進(jìn)行控制。

⑤嚴(yán)格控制鉆速和轉(zhuǎn)速的關(guān)系，即鉆桿旋轉(zhuǎn)一周，下降一個(gè)螺距（0.35m），提鉆過(guò)程也如此。保證樁基下2/3呈螺紋狀，上1/3呈柱狀。

⑥螺桿樁每延米的灌注量為0.15m3左右，其大小與鉆頭的直徑和環(huán)境條件有關(guān)。超灌的高度比設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高高出0.5m。

因此，采用螺桿樁機(jī)成孔及芯管內(nèi)泵送混合料灌注的方法，適合我標(biāo)段地層條件，螺桿樁成孔及成樁質(zhì)量均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)螺桿樁工藝性試驗(yàn)，總結(jié)出適用于本標(biāo)段地質(zhì)情況的施工參數(shù)，尤其是螺桿樁鉆進(jìn)速度及拔管速度，確保樁體質(zhì)量可控。合安鐵路站前三標(biāo)已按照螺桿樁工藝總結(jié)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，目前螺桿樁已完成80%，已開(kāi)挖螺桿樁進(jìn)行的低應(yīng)變、單樁承載力、取芯試驗(yàn)及外觀觀察試驗(yàn)基本合格。

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