螺杆灌注桩在软弱地基处理中的应用

阮梦姣++薛璟

摘 要：目前我国的铁路和高速公路正朝着高时速和重荷载方向发展，建设中软弱地基问题十分突出。新型螺杆桩由于其环保节、地基承载性能良好、沉降量小等优势，逐渐替代了传统的预制管桩和灌注桩。螺杆桩施工工艺特殊，其单桩承载力的计算方法是在普通钻孔灌注桩和长螺纹桩单桩承载力计算的基础上发展而来的，本文主要从这两个方面分析了螺杆灌注桩的优势，并通过试桩试验的实例来证明了螺杆桩在控制沉降方面的显著成效。

关键词：螺杆灌注桩；单桩承载力；低应变检测；静载试验

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.095

1 引言

螺杆桩，也被称为半螺旋挤孔管内泵压混凝土灌注桩，是螺纹灌注桩的变型体，为部分挤土桩。近年来，在铁路、公路以及高层建筑中应用广泛。螺杆桩的上半部分和一般的灌注桩相同，圆柱形，主要靠桩体侧阻力产生作用。下半部分与螺纹灌注桩一样，是带螺纹状的桩体，桩周的受力通过螺纹段的叶片从摩擦力变为剪切力，由桩孔侧壁土体的抗剪强度来体现，一旦螺纹段到达极限状态，就会顺着螺纹段的外围产生圆柱状的剪切滑移面[1]。螺杆桩在地下水位上下均可进行施工，分为素混凝土和钢筋混凝土螺杆桩，一般可应用于抗拔桩基、建筑物抗压桩基、基坑支护桩，及桥梁桩等工程领域[2] [3]。

2 螺杆桩的优势

2.1 施工工艺

（1）桩机就位，且桩位偏差不应大于0.4倍桩径。

（2）对中调平，调平并稳固桩基使垂直度偏差小于1%。

（3）钻孔至设计深度。下钻时，桩机的自控系统会控制杆件的旋转和下降速度使两者匹配。速度由慢变快，直至直线段设计深度，形成螺纹桩桩段。

（4）泵送混凝土。泵送混凝土。当钻头钻到了设计标高以后，桩机将反向旋转着来提升钻杆，同时泵送混凝土快速填满螺纹状空间，提升到螺纹部分顶部的设计深度时，在柱状空间内泵压灌注混凝土。

（5）停泵。混凝土的超灌量应该控制在在二十到四十厘米。

（6）提出钻头。待至钻孔中心泵压的混凝土柱状体成型后，慢慢提出钻头。

2.2 单桩承载力

图1为沉管灌注桩，螺纹灌注桩，螺杆灌注桩。对比三者承载性能：

a）沉管灌注桩单桩竖向承载力标准值：

（1）

其中， （2）

b）螺纹单桩竖向极限承载力标准值：

（3）

c）螺杆桩单桩竖向极限承载力标准值：

（4）

对比三种桩型单桩竖向极限承载力：

将三种桩的刚度进行比较，相同条件，利用分层荷载传递法计算得到的桩的刚度与桩的直径成正比。

因此刚度比较：

且侧阻力为主的桩，桩身附加应力深度方向上减小明显，而螺杆桩上大下小，符合了附加应力的分布规律。因此通过比选，既要满足单桩承载力强度，又要保证桩自身的刚度使其不至于破坏，最合適的桩型是螺杆灌注桩。

3 工程应用

某新建铁路客运专线站前工程，设计时速250km/h，基础设施预留进一步提速条件。铁路等级为客运专线，正线数目为双线，工后沉降控制标准高。路基工程须严格控制地基和路堤的地基加固与填筑施工。

本标段所在地区主要为人工填土层，第四系全新统冲洪积层及第四系残坡积层。标段土质从上往下依次为淤泥质黏土，粉质粘土，泥质砂岩，下伏基岩岩性主要为褐红色的强风化岩和弱风化岩层。且未见明显地质构造。试数量3根，间距按设计间距1.7m正方形布桩，试验桩长10到12.5m，直杆段的长度不小于总长1/3。 现场试桩检测试验主要包括静载试验和低应变检测。螺杆桩设计为上部直杆段直径0.5m，下部螺纹段桩芯直径0.38m。

检测结果如图2，以1、2号桩为例，实测曲线波形反射很规则，波列清晰，桩底的反射波明显，易读取反射波列到达时间，桩身混凝土平均波速较高，轻微缩径现象可以判断是由直杆段和螺纹段截面变化所致。施工28天后，对试桩取芯检测，桩身砼芯柱状且完整，胶结好，表面光滑，断口吻合，骨料分布均匀，桩底无沉渣现象，对砼抽检抗压强度在19—25之间，属于完整桩。钻芯检测与反射波检测结果一致。

螺杆桩试桩施工28天后，进行单桩竖向抗压静载试验检测。用慢速维持荷载法，桩的每级荷载增量为最大试验荷载的1/10。3号桩为例，设计单桩承载力为1860KN，试验最大荷载是3720KN，按照9级加压检测，初级荷载20%（747KN），然后按每级加载10%（372KN）。由图3可知，Q-S曲线，平缓，无显著陡降，S-lgt曲线平缓规则。本次荷载试验最大沉降量14.58 mm，最大回弹量2.93 mm，回弹率20.1% 试桩在最大试验荷载条件下未出现异常情况及明显沉降，桩基满足了设计承载力的要求。

4 结语

螺杆灌注桩相比于普通沉管灌注桩和螺纹灌注桩，在施工工艺方面略有差异。与沉管灌注桩相比，单桩承载力明显增大，混凝土用量显著减少，极大地提高了经济效益。与螺纹灌注桩相比，加大了受压面积，

提高了桩身刚度。螺杆灌注桩是新型桩中性价比相对较高的一种桩型。但是目前有关螺杆桩的研究还不全面，比如在螺杆桩的沉降量计算和参数敏感性分析等方面，还需进一步的研究探讨。

参考文献：

[1]彭桂皎，虞锋，石庆华等.螺杆桩新技术设计及其应用[J].地基处理，2006（02）：43-47.

[2]赵娣.螺杆桩在高层建筑物中的应用[J].铁道建筑技术，2009（06）：121-123.

[3]史小燕.螺杆灌注桩及其在房屋建筑中的应用[J]. 工程建设与设计，2012（12）：92-94.

作者简介：阮梦姣（1991-），浙江人，女，研究方向：地质工程。