銀西鐵路地基處理中螺桿灌注樁的實踐應用

雷保珂 （中鐵十六局集團第五工程有限公司，河北 唐山 064000）

1 項目簡介

1.1 工程概況

新建銀西鐵路吳忠至銀川客專鐵路第三標，線路起止里程為DK599+587.08～DK639+150，長度39.563km。本標段施工范圍線路總長度25.748km，其中黃河東岸線路總長9774.51m，黃河西岸線路總長15973.59m。經分析DK604+206.5～DK604+800、DK606+010～DK 606+180、DK623+174.39-DK626+232.14（涵洞/箱形橋除外）段地基工后沉降不滿足無砟軌道的鋪設要求，故需采用螺桿灌注樁予以地基處理。

1.2 地質情況

銀川至吳忠段發育的不良地質主要有滑坡和錯落、泥石流和地震液化等；特殊巖土主要為濕陷性黃土、膨脹土、軟土及松軟土。不良地質和特殊巖土在段內不均勻分布，主要特征如下：①靈武至機場段沖溝發育，且其沖溝溝谷縱坡較大，溝谷中堆積了較多第四系松散堆積層；②黃河沖積平原區部分路段位于地震基本烈度八度區，地下水位高；據收集的太中銀竣工圖資料及本次勘察，地下20m范圍內的飽和粉細砂及粉土為地震可液化層；③沿線黃土地層廣泛分布，主要為黏質黃土、砂質黃土，結構疏松，多孔隙；④軟土及松軟土主要分布于黃河沖洪積平原及沿線大型沖溝溝谷中，多呈透鏡體分布，巖性多為飽和軟黃土、流塑-軟塑的粉質黏土，以松軟土為主。

1.3 技術要求

①本標段螺桿灌注樁加固范圍，須大于基底寬度，且路堤應加固至填方坡腳。②采用正三角形布置，樁徑0.4m，樁長10～21m。③按各工點設計施工，螺桿樁樁頂設C25混凝土樁帽，墊層采用未風化的干凈且級配良好的砂礫石或碎石，其最大粒徑不得大于3cm，含泥量不得大于5%。墊層內鋪設一層高強度土工格柵（極限抗拉強度不得小于200kN/m，延伸率≤10%）。④樁體原材料采用水泥、碎石、石屑、粉煤灰配合而成，樁身水泥采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，摻加優質粉煤灰，粉煤灰摻量為70～90kg/m3。⑤施工過程中，抽樣做混合料試塊，并測定28天齡期標準試塊抗壓強度不小于15MPa。

2 螺桿灌注樁施工技術要點

2.1 工藝流程

螺桿灌注樁施工工藝流程見圖1。

圖1 螺桿樁灌注示意圖

2.2 施工準備

①前期準備。組織相應技術人員召開圖紙會審專題會，并根據圖紙會審結果向施工班組施工人員進行技術交底，做好樁基工程施工圖紙及圖紙會審記錄，同時，根據巖土工程勘察報告，熟悉施工區域及鄰近范圍內的地下障礙物情況。

②場地平整。做好施工場地區域內的“三通一平”工作，對施工場地做好排水疏干、硬化整平，將影響施工的地表植物及根系挖除干凈并整平，同時，將施工場地內影響施工的障礙物予以徹底清理，以便于后期設備能夠順利進場施工。

③測量放樣。螺桿鉆機就位施鉆前，相應人員應進行螺桿灌注樁施工樁位布設圖的繪制，詳細標注樁位編號。然后，依照樁位布設圖、施組設計，并借助經緯儀等設備進行測量放樣，將各個樁位測放到施工現場，并布設控制點，以便后期施工時對所放樁位點進行復測校核。施工中，為防止樁基施工而導致的樁位點移動，務須做好實時監測，以確保樁位點精準有效。

④材料準備。施工前，應根據設計要求并結合施工現場實際，由試驗室進行混凝土配比試驗，選擇合理的配比，并在后期施工中嚴格依照確定的配比進行混凝土混合料的拌制。

⑤機械準備。結合施工現場實際明確施工用機械設備與配套設備，合理選擇混凝土攪拌機、運輸罐車等設備型號與數量，該項目施工中主要用到的機械設備包括螺桿樁鉆機、混凝土輸送泵、吊車、振動錘等。

⑥試樁工藝。螺桿灌注樁大面積正式施工前，應選擇代表性較強的地段進行試樁，以確定混凝土配比、坍落度、混凝土泵送量、拔管速度等參數。試樁試驗滿足相關工藝要求后，即可開展正式的樁基施工。

2.3 鉆機就位

將螺桿樁鉆機就位，就位時應確保鉆機機身平穩，無傾斜、無位移等不良情況，并確保施工區域內地基承載力滿足樁機的承載力要求，如若地基承載性能較差，可于鉆機下墊設鋼板以提升地基承載力，確保樁機的平穩性[1]。鉆機穩定后，調整鉆頭中心對準樁心點，并借助水平尺與垂球雙向把控對鉆機中心與鉆桿垂直度，確保鉆機嚴格對正，垂直度偏差＜0.5%，鉆桿下端與地面距離10～20cm，對準樁位壓入土中，確保樁中心偏差不得超過規范及設計的允許偏差。鉆頭對準標志樁后，用經緯儀或垂球法在相互垂直的兩個方向，將鉆桿或挺桿調至設計角度，并控制垂直度為1%樁長。

2.4 鉆進成孔

①正式鉆孔前，應將鉆頭閥門關閉，移動鉆桿至鉆頭與地面接觸后時啟動馬達實施鉆進，鉆進時應按照“先慢后快”的原則，不僅能夠減少快速鉆進而導致的鉆桿搖晃減少鉆進偏差，而且便于對鉆進時出現的偏差進行檢查[2]。鉆進過程中，如若鉆桿搖晃幅度較大或鉆進較為困難時，應及時放慢鉆進速度。②鉆進過程中，應控制樁機自控系統使鉆桿旋轉速度與下降速度保持匹配，即鉆桿旋轉一周，下降或提升一個螺距，直至鉆至螺桿樁設計的設計深度后停鉆。

2.5 泵送混凝土

鉆機鉆進至設計的深度后，即螺桿樁成孔深度滿足樁基設計的要求后，停鉆并采用混凝土輸送泵通過鉆機鉆頭中心的混凝土輸送孔將混凝土泵送至孔樁內，此時應準確掌握提拔鉆桿時間，待泵送混凝土充滿鉆桿的芯管后，反向旋轉螺桿樁機提升鉆桿，邊提升、邊泵送混凝土，鉆桿提升的過程中須嚴格控制確保鉆桿旋轉速度與提升速度保持匹配，并確?；炷粱旌狭媳盟土繎c拔管速度相配合，并控制樁孔內混凝土灌注高度與鉆頭距離應＜20cm，以確保泵送混凝土能夠快速將螺紋段樁孔空間填充密實[3]。此時，在螺桿樁機鉆桿提升至螺紋段頂與直桿段底的設計標高時，鉆桿再次正向旋轉或直接向上提升以形成圓柱的直桿段空間，同時高壓泵送混凝土將圓柱直桿段空間填充密實，提升至距樁頂設計標高一定高度時停止泵送，用鉆桿芯管內剩余的混凝土灌注至設計標高，然后將鉆機提出孔口并移機至下一樁位。

2.6 樁間土清理

采用小型機具配合人工將樁間土清理干凈，并采用專用切割機械將樁頭截除，嚴禁人工進行鑿除，樁頂偏差應控制0～±2cm。清土和截樁的過程中，須小心謹慎，以免造成設計樁頂標高以下樁身斷裂和樁間土發生擾動。

2.7 樁基檢測

圖2 螺桿樁灌注示意圖

①樁身完整性：采用低應變動力試驗對樁身完整性進行檢測。②樁基承載力：采用單樁靜載試驗對樁基豎向承載力進行檢測，復合地基檢測應采用單樁承載力與復合地基載荷試驗。③樁身情況檢測：對于軟土地基或樁長＞15m時，還應進行鉆孔取芯試驗對樁基長度、混凝土強度、持力層情況等進行檢測。成樁過程中，每臺機械一個臺班做一組共3塊混凝土混合料試塊，標準養護并測定28d抗壓強度。④樁間土檢測：施工后取樁間土做室內土工試驗，檢查土的物理力學指標變化，并在現場進行靜力觸探與標準貫入試驗，然后與地基處理前進行比較。

3 高速鐵路螺桿灌注樁施工質量控制

3.1 成孔質量控制

①螺桿樁鉆進需穿越老粘土、較厚砂土、碎石土以及塑眭＞25的粘土時，應先試鉆[4]。②樁機就位后鉆進前，應先檢查確保鉆頭與樁位偏差應＜2cm，與地面接觸時應緩慢鉆進。③鉆進過程中，發生卡鉆、晃動嚴重、鉆桿傾斜或異響嚴重，應立即停鉆查看，并在確保無誤后繼續施鉆。

3.2 混凝土工程質量控制

3.2.1 混凝土配比質量控制

①根據樁身混凝土設計強度要求，應先試驗確定混凝土配比，泵送混凝土坍落度約16～20cm；初凝時間＞6h；②水泥宜選用強度較好的P·O42.5水泥，用量應＞300kg/m3；③適量摻加粉煤灰與外加劑，確?；炷亮己玫谋盟托浴⒘鲃有?；④對于樁徑為40～60cm時，粗骨料宜選用粒徑＜16mm的卵石或碎石。

3.2.2 混凝土灌注質量控制

①泵送混凝土設備應根據樁徑予以合理選擇，混凝土輸送泵位置應根據鉆機位置合理布置，兩者相差應＜60m以盡量減少彎道；②首盤混凝土泵送前，應先用清水對管理進行沖洗，再泵送適量水泥砂漿進行潤滑，以便于后期混凝土能夠順利泵送；③混凝土泵送應確保連續性不得間斷，鉆機移位時應連續攪拌料斗內混凝土料，以避免出現離析；④混凝土輸送泵須盡量保持水平，泵送距離較遠時，應將泵管下方騰空部位墊實；⑤外界氣溫＞30℃時，須采用隔熱材料覆蓋輸送泵，并予以灑水濕潤，以免管內混凝土失水發生離析而堵管；⑥鉆至設計標高泵送混凝土時，首次灌注應暫停加壓10～20s，以確保樁底灌注的密實性；⑦通過螺桿樁機的自控系統，控制鉆桿勻速提升，提桿速度應與混凝土混合料泵送速度相配合，遇到飽和砂土或飽和粉土層，不得停泵待料；⑧螺桿樁混凝土的充盈系數應控制為1.02～1.20，樁頂混凝土超灌高度應＜30～50cm；⑨樁孔灌注完成后，應及時清理鉆桿及軟管內殘余混凝土，并用清水對鉆桿、泵送管以及輸送泵予以徹底清洗；⑩泵送過程中，應對泵送管道的密封性進行隨時檢查，防止漏水而導致局部坍落度損失。

3.3 樁基檢測質量控制

①樁身完整性抽檢率為樁數的10%，且不小于3根；②單樁靜載承載力檢測及復合地基承載力檢測數量為總數的2‰，且每工點不少于3根；③鉆孔取芯試驗抽檢率為樁數的0.2%，且每工點不少于3根，鉆芯取樣應確保均勻性，即在轉身上、中、下取不同深度的不小于3個試樣做抗壓強度試驗。

4 結語

較以往單純的沉管灌注樁、螺紋灌注樁等施作工藝而言，螺桿灌注樁的力學性能更優、經濟效益更好、更加綠色環保，因而于地基加固處治項目中極具實踐推廣運用價值。但因其研發應用時日尚短、成樁工藝較為特殊、結構受力較為復雜等原因，其施作工藝與設計理論等仍具有一定的優化與完善空間。