螺桿樁在某工程中的應用

陳 波，莫琳琳

（1.廣西華藍工程管理有限公司，廣西 南寧 530000；2.廣西大學，廣西 南寧 530000）

隨著我國建筑領域的高速發展，應用在房屋建筑的實際工程中的各項技術也愈發成熟。螺桿樁是一種變截面樁，其上部為圓柱形直桿，下部為螺紋型[1]。樁身變截面使其更符合軸力從上到下逐漸變小的分布規律，其螺紋構造形狀還改變了樁與樁周土體之間的作用，具有較高的工程應用價值[2]。

在房建實際工程中，地基選用不當易產生基礎沉降量過大、不均勻沉降等問題，嚴重影響房屋的使用壽命和住房安全[3]。當前常用的軟基處理方法有樁基礎和復合地基處理，包括沖孔灌注樁、旋挖灌注樁、長螺旋壓灌樁、PHC管樁、CFG樁基、水泥攪拌樁、碎石樁等。每一種樁型都有適用條件，也均存在一定局限和不足，如PHC管樁經濟性好，但存在地層適應性差的缺點；沖孔樁能適用各種復雜的地質條件，但存在噪聲擾民、對周邊建筑影響大等問題；CFG樁能適用多種土層情況，但存在巖層適應能力差、混凝土超方嚴重等問題[4]。

螺桿樁綜合了長螺旋鉆孔灌注樁、全螺紋灌注樁和日本的高強度鋼纖維混凝土全螺紋預制樁的諸多優點，采用變截面的構造形式，通過螺紋鉆桿進行成孔[5]。在成孔過程中螺紋鉆桿擠壓、加密土體，使土體形成螺紋腔體，然后通過鉆桿向螺紋腔體內灌注混凝土，最終形成螺紋樁身，樁體與樁側土緊密咬合，形成樁土一體受力[6]。文章以螺桿樁施工技術在實際工程的應用為例，進行單樁豎向抗壓靜載荷試驗并闡述螺桿樁的實際施工工藝，以期為今后螺桿樁在廣西地區的推廣應用提供可靠的施工參考依據。

1 工程概況

1.1 建筑及地質概況

某項目位于廣西省防城港市港口區，地上有7棟相互獨立的18層住宅，其中1～2層設裙樓商鋪，場地整平標高為6.450m；設1層地下室，基坑底面標高為1.75m。

該項目地處南華準地臺欽州殘余地槽構造單元，無深大活動斷裂構造通過，區域地質構造相對較為穩定。場地內土層自上而下分布為素填土、淤泥、全風化泥質粉砂巖、強風化泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖，其工程地質剖面圖如圖1所示。在勘探深度范圍內，結合地基土的成因類型、分布厚度、性質、工程特性等勘察成果資料，自上而下土層承載力指標如表1所示。

圖1 場地工程地質剖面圖

1.2 地質情況分析

經初步分析，該場地填土較深，不適合采用天然基礎，需采用樁基礎。持力層可選用強風化泥質粉砂巖④、中風化泥質粉砂巖⑤。由于該場地的泥質粉砂層有干強度高、遇水軟化的特點，選用施工工藝時需綜合考慮場地地質特點，盡量采用入巖能力強、不需要泥漿護壁、施工完成后不易被地表水侵蝕的工藝。

表1 各土層承載力及樁基參數建議值 單位：kPa

2 基礎方案對比

2.1 單樁豎向抗壓承載力特征值的對比

工程設計樁基為螺桿樁，樁徑為600mm，根據《建筑樁基技術規范》（JGJ 94—2008）中的經驗公式，螺紋樁單樁豎向極限承載力按式（1）估算。

式中：Qsk為總極限側阻力值；Qpk為總極限端阻力值；u為樁身截面周長；qsik為樁周第i層土的極限側阻力；Li為樁周第i層土的的厚度；βi為第i層土極限側阻力的增大系數，可根據工程經驗確定，無經驗時依據土性選擇βi=1.0～1.2；qpk為樁端極限端阻力標準值；Ap為樁端面積。

計算結果如表2所示。根據一般工程經驗，直徑為400mm的預應力管樁，其單樁承載力特征值為1000～1200kN，直徑為500mm的預應力管樁約1800kN。螺桿樁單樁承載力特征值約為預應力管樁的2.63～3.16倍。

表2 螺桿樁單樁豎向承載力特征值計算表

2.2 綜合成本的對比

螺桿樁不僅在承載力方面有優勢，在造價方面也具有明顯的優勢。螺桿樁基礎與傳統旋挖灌注樁基礎綜合成本對比分析結果如表3所示。與傳統旋挖樁基礎相比，一個結構單元螺桿樁的綜合成本造價可節省大約87.8萬元，預估工期縮短了約15d。

表3 綜合經濟性對比

2.3 對比結果分析

基于表2、表3的對比數據，并結合該項目場地前期的工程經驗分析可知，在施工方面，螺桿樁為鉆孔灌注樁，采用邊成孔邊澆筑，與旋挖灌注樁相比，其具有諸多方面的優勢。具體體現在：（1）螺桿樁施工時無噪音、無泥漿排放、無樁底沉渣，總體施工相對簡單和安全；（2）螺桿樁可以克服預應力管樁樁長不足、擠樁的風險，其螺紋的側阻力大，穿透土層能力強，所以螺桿樁承載力高且成樁質量有保證；（3）實際工程采用螺桿樁，綜合經濟指標略占優勢。

3 試樁和單樁豎向抗壓靜載荷試驗

由于螺桿樁在廣西地區是首次應用于實際工程中，因此施工前先按照規范進行試樁，并進行單樁豎向抗壓承載力靜荷載試驗，以確定該樁的極限承載力。該項目按照擬定的施工工藝，設計樁長為18m，樁徑為0.6m，要求按樁穿越、強風化泥質粉砂巖長度不少于10m，樁端進入中風化泥質粉砂巖層不少于2m進行設計，在該場地選擇有代表性的樁端巖層進行試樁。其試驗數據分別如表4、表5、表6所示，根據試驗數據表繪制的Q-S曲線如圖2所示。

圖2 螺桿樁靜載試驗Q-S曲線圖

由Q-S曲線圖可知，試樁的Q-S關系曲線無明顯陡降段，這說明樁-土體未達到塑性破壞極限工作狀態，尚處于彈塑性工作狀態。試樁的單樁豎向抗壓極限承載力可達5800kN，承載力特征值約3160kN，能滿足設計要求。同時，試樁的沉降量較小，這表明樁的承載力尚有余地。因此，該工程選擇螺桿樁是經濟且合理的。

4 主要施工順序及施工控制方法

螺桿灌注樁的施工工藝流程如下：（1）施工準備；（2）樁位測量放線及定位；（3）樁機就位（雙向控制垂直）；（4）下鉆；（5）按規定速度提鉆同時泵壓混凝土；（6）后置法放鋼筋籠。

表4 試樁5-117單樁豎向抗壓靜載荷試驗數據

施工中應注意控制以下幾點，以確保成樁質量：（1）螺桿灌注樁施工應根據試打樁的結果和地層的滲透性、擠土效應情況確定合理的施工順序，避免造成串漿或擠土效應，最終成樁圖如圖3所示。（2）提鉆速度應根據試樁的混凝土用量和混凝土泵的排量計算確定，特別注意提鉆至軟土層時應適當放慢提鉆速度。（3）應根據試樁時的混凝土用量計算出充盈系數作為該工程的標準充盈系數，每根樁記錄和計算充盈系數，充盈系數與標準充盈系數相差較大的樁應檢測其樁身完整性。（4）現場開挖出來的樁頭顯示，形成的螺紋與設想的基本一致，如圖3所示。

表5 試樁5-67單樁豎向抗壓靜載荷試驗數據

圖3 螺桿灌注樁最終成樁圖

表6 試樁結果匯總表

5 檢測結果分析

目前，該項目5#工程樁已經施工完成，該子項總樁數168根，入巖深度均滿足設計要求，體現出較強的入巖能力。按規范抽取總樁數的1%并且不少于3根進行靜載試驗，試驗結果與試樁結果吻合，樁基礎滿足設計以及規范要求。

6 結束語

螺桿樁是近些年來發展起來的一種節能環保新型灌注樁。綜合以上對螺桿樁承載力、經濟性和施工方面的對比分析可知，在同等條件下，螺桿樁相較于傳統樁型具有成樁質量高、綜合成本低和施工安全環保等明顯的實用優勢。同時，螺桿樁施工技術也是一種前景廣闊、值得推廣的施工技術，未來將在現代工程中得到普遍應用。