关于提高松软土层螺杆桩成桩质量的研究

王伟

摘 要 螺杆桩具有强度高、工期短、功效高、沉降小、无沉渣、不塌孔无污染等优点。本文在简单介绍螺杆桩受力特性分析和施工工艺的基础上，对多个施工环节加强了质量控制措施，提高了松软土层螺杆桩成桩质量，以期能够起到一定借鉴作用。

关键词 螺杆桩;松软土层;成桩质量

引言

我们所称的螺杆桩技术是在日本的高强度钢纤维混凝土预制螺纹桩的基础上创新而成，其主要利用钻机钻杆下降与旋转对钻杆周围土体形成挤压，然后钻杆匀速反转，泵压混合料灌注成桩。螺杆桩是一种“上圆柱、下螺纹”的复合地基加固桩。具有强度高，工期短，功效高，沉降小，无沉渣、不塌孔、无泥浆污染等优点，适应多种土层等优势。现就提高松软土层螺杆桩成桩质量进行研究，以期起到借鉴作用。

1工程概况

此项工程属于商合杭铁路河南省境内正线47.99km，线路自

商丘站引出，经由商丘新站至豫皖省界（DK2+300～DK46+195.389），

设商丘、商丘新区2站，其中商丘站与在建郑徐客运专并站设置。线路经过区域为冲积平原，表层发育软土、松软土，且二者无明显界限，均呈层状分布，局部呈透镜体状，河塘沟渠表层分布有淤泥质土。软土层厚度一般为0.5～2.5m，松软土层厚3～19m。地层为：填筑土（）、杂填土（）、素填土（）、粉质黏土（）、粉土（）、粉砂（） 、细砂（）、软粉质黏土（）。由于土质地基厚度大，多为中压缩性土，承载力不高，路基工程采用复合地基处理。

新建商丘至合肥至杭州铁路（JJDK2+300～DK1+617.13，含短链0.501km），螺杆桩共53万延米。桩径0.5m，桩间距2.2～2.4m，桩长22～30m，桩身分直杆段、螺纹段，螺纹长1/3L，正方形布置，螺杆桩设计桩身强度不低于C25[1]。

2螺杆桩受力特性分析

螺旋桩作为一种新型的变截面桩，改变了以往的桩与周围土体的相互作用模式。 文中为了分析螺旋桩的受力特性，应分别对螺旋桩的上直杆段和下螺纹段进行分析。 上直杆段的力学特性与普通灌注桩相同，由于螺纹与土体之间的机械咬合作用，改变了直桩的承载机理。 螺旋桩的承载力由上直杆侧摩阻力、下螺旋杆侧摩阻力、螺旋桩端部侧摩阻力和桩底端部侧摩阻力四部分组成。 但它们的极限值不能同时出现。 随着荷载的不断增加，螺旋桩上直杆段的承载力先于下螺纹段的承载力，桩侧摩阻力先于桩端摩阻力，桩侧摩阻力的大小与桩土位移有关。

在螺杆桩桩顶受荷情况下，当荷载足够大时，螺旋段桩周土体发生剪切破坏，螺旋段桩体和螺旋段土体均产生向下位移，螺旋段土体和桩周土体发生错位，螺旋段土体和螺旋段土体之间的咬合力消失。 当荷载持续增加时，上部荷载迅速向桩底传递，荷载增量由桩端阻力承担，当桩端阻力达到极限状态时，桩顶荷载为单桩极限承载力值。

3螺杆桩施工控制要点

3.1 施工机械的选择

螺杆桩机分履带式和步履式两种，根据现场原状土体保持完好情况进行选择。一般表层为松软土地区宜选用履带式螺杆桩机，步履式螺杆桩机对场地要求较高，移位时动力装置处在顶部，导致机体重心升高，螺杆桩机存在倾覆风险。

另外，螺杆桩机必须有完善的自动控制系统，在操作界面输入经工艺试验确定的参数后，能够自动按要求运转。

螺纹段直径等于直杆段直径。 线的宽度一般为50～60毫米。 线头的厚度约为50毫米。 根的厚度一般是102毫米。 节距与桩径之比为1∶0.6～1。

3.2 桩体混合料

螺旋桩体由水泥、碎石（或砾石）、砂子、粉煤灰（如有必要，加入适量的泵送剂）混合，在搅拌机中加水强制搅拌。 水泥和混凝土可以是硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥，这取决于混凝土受地下水侵蚀的类型和程度，依据相关规范确定。粗骨料宜选用碎石或卵石，粒径8～25mm。中粗砂含泥量低于5% 时，应选择细集料。粉煤灰等级要求三级或以上的粉煤灰。施工过程中，还要根据现场需要掺入不同的外加剂（减水剂、缓凝剂、泵送剂等）。

3.3 施工工艺

（1）螺杆桩施工工艺流程图

（2）钻机就位。钻机就位时，钻杆垂直对准桩心，确保螺旋桩垂直度偏差不超过1% 。 垂直度检测由现场技术人员通过投掷垂直球来控制。 在每根桩施工前，由专人进行桩身定位和垂直度检查，以确保钻孔前符合要求[2]。

（3）钻进过程的控制措施。在针对钻进过程中，打桩机自动控制系统严格控制钻杆的下降速度和旋转速度，使它们相互匹配，在土体中形成圆柱状;钻杆旋转1周，螺杆转干下降1个螺距，钻至螺杆桩螺纹段设计深度，在土体中形成螺纹状。若二者不匹配，会导致螺纹内部土体与周围土体发生错动，影响螺牙的端阻力。下钻过程中，操作人员须密切关注操作界面电流变化，一般情况电流变化比较均匀，从开钻到成孔逐渐匀速增大，待达到持力层，电流变化较为明显，表明钻头钻进位置已到达设计深度，可以停止钻进工作，与动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工时控制桩长的依据;若钻进过程且未达到设计深度，出现电流急剧变化，此时应立即停止钻杆旋转，待查明原因排除问题后，方可继续钻进;若钻杆出现只旋转不钻进的情况，会导致螺纹内部土体与周围土体发生错动，机械咬合力消失，螺牙端阻力消失，即使最后灌注成桩，仍然改变了螺杆桩的受力特性，对成桩质量极为不利，最终会导致单桩承载力不足。

钻机在进行首次钻孔时，需要先进行泵压水和水泥砂浆，用高压输送泵开始向泵压1～2m3水，然后再泵压1～2m3的水泥砂浆，直至钻尖出料口处泵出砂浆。这一过程的实现，其主要目的就是检查泵压管的密闭性能，榆次同时也可以在泵压之前对管道起到了润滑的作用，以确保后期工程进行过程中的安全性与连贯性。

（4）混合料泵送过程的控制措施。桩身混合料按照C25混凝土配比，计量要求准确，每盘搅拌时间不应小于60s。当钻杆充满混合物时，将钻杆拔出，同时抬起反向动力头，每次旋转的高度等于提升装置的高度，严禁先提起钻杆再泵入物料。 遇到饱和砂或饱和淤泥层等软土时，不得停泵等候物料。 在施工过程中，桩顶标高不低于设计标高0.5 m，控制最后填筑量，桩顶不低，桩头在1.5～2.0 m 深度范围内机械振动，灌注桩桩顶覆土养护[3]。在灌注混合料时，对于泵压混凝土的控制采用记录泵压次数的办法，对于同一种型号的輸送泵通过试验确定泵压次数为4次/米。钻机移位时，要避免对已成螺杆桩的桩体造成破坏。

（5）桩间土施工的控制措施。①桩体强度达到70%后，方可清除桩间土，桩间土清除采用小型挖机配合人工进行清土。②螺杆桩为混合料素桩，承受水平荷载能力远小于竖向荷载。施工时首先测定地面标高，并做出标记，计算出需要挖深，用小型挖掘机将土一次性挖至设计桩顶标高上20cm处，剩余20cm必须人工清底挖除。小型挖机清土时，严禁触碰桩头，桩身受剪力影响，可能会出现断桩。③现场施工机械严禁在已开挖场地上行走，现场施工机械自重会挤压桩间土形成橡皮土，同时桩体承受侧向剪力，影响桩身完整性。

4结束语

螺杆桩作为一种新型桩基形式，在商合杭铁路的成功应用，证实了该种桩基在松软土层的地基处理有着明显的优势。但螺杆桩施工过程的质量控制是至关重要的，本文仅就螺杆桩在松软土层施工的钻进、混合料灌注、桩间土施工等环节加强了质量控制措施，有一定的局限性，还需不断积累地区施工经验，以确保施工效果。

参考文献

[1] 周俊磊，张智慧.铁路路基螺杆桩质量检测技术[J].铁道建筑，2019，59（9）：93-95，105.

[2] 熊乾.高速铁路有砟轨道黄土路基螺杆桩复合地基沉降控制技术研究[D].兰州：兰州交通大学，2019.

[3] 马新辉.铁路路基施工中螺杆桩加固地基机理及施工工艺[J].安徽建筑，2019，26（5）：51-52.