铁路工程螺纹桩施工

铁路工程螺纹桩施工

李峰

中铁十局集团青岛工程有限公司 山东省 266000

 [摘要] 螺纹桩作为一种单桩竖向承载力高、造价低、施工快速、无环境污染的新型地基加固技术，近年来在高速铁路工程中得到广泛应用。本文以某铁路西站地基处理施工实践为背景, 阐述了螺纹桩工艺特点、施工流程、工艺工法及质量控制。
        [关键词] 铁路工程 地基处理 螺纹桩

引言：螺纹桩是一种高效、环保、经济的桩型，螺纹桩桩承载力计算进行了初步探讨，方法可行，并对施工常遇问题提供了解决办法，从应用实例看，尽管预应力管桩的设计本身就比较经济，但有的情况下螺纹桩承载力不低于管桩，甚至高于管桩，且比管桩更经济，因此螺纹桩是值得推广的一种新桩型，但任何一种桩型都不是万能的，都有其使用范围，需在理论上和实践中进一步发展完善，并结合工程具体情况选用合理的桩长、桩径，以达到优化设计。
            一、螺纹桩概述
        （一）工艺特点

螺纹桩综合了长螺旋灌注桩和钢纤维混凝土全螺旋预制桩的特点.不存在清底、护壁、塌孔等问题，它具有长螺旋灌注桩桩身质量好，施工速度快，环保(低噪音，无震动，无泥浆排的特点，同时具有钢纤维混凝土全螺旋预制桩高承载力特性，并克服长螺旋灌注桩施工大量余土外运问题，由于采用常规混凝土灌注，克服了钢纤维混凝土全螺旋预制桩造价高的问题。
        螺纹桩是一种形态类似于"螺丝钉"的顶端为圆柱型,下部带有螺纹的组合式桩基。螺纹桩地基处理是一种近年来出现的新型复合地基施工方法，在铁路地基处理工程中得到广泛推广和应用。螺纹桩采用专用桩机，施工时螺纹钻具向下正转挤压土体成孔，到达设计深度时反向旋转提升，同时泵压混凝土成桩。与预制桩相比较，螺纹桩施工噪音低、无振动，且对已施工的桩基影响小。与CFG桩、水泥搅拌桩相比较，螺纹桩综合造价低，单桩承载力高、成桩质量好；与普通泥浆护壁成孔的灌注桩相比较，螺纹桩无泥浆污染和弃土问题，是一种具有经济、环保的地基处理新工艺。
        （二）工艺原理
        螺纹桩通过管内泵压混凝土成桩，成孔过程中对桩周土体产生挤密作用。成桩后，桩体呈螺纹状，桩侧土体呈螺母状，桩体螺纹与桩侧土体螺母紧密咬合，当桩顶承受荷载时，桩侧土“螺母”受力，环状“螺母”的根部受到剪切，桩的承载力由“螺母”根部桩周土体抗剪强度和桩端的端阻力共同组成。土体抗剪力远大于同等条件下的侧阻力，调整了土与桩之间的作用，桩侧土体应力分摊比及应力扩散度提高，桩端荷载减少，使桩身受力与土体受力协调一致。
        （三）适用范围
        螺纹桩适用于一般黏性土、粉土、砂土、碎石土、残积土及强风化岩等土层，由于很难进入较好持力层，一般只作为复合地基的刚性增强体使用，适宜复合地基承载力特征值≤300kPa。螺纹桩桩侧面呈变截面螺纹状，桩间土强度亦获得挤密加固提高，在中等强度的土层，如可塑~硬塑粘土、中密~密实砂层、中密~密实卵石等，螺杆桩每立方混凝土可提供比CFG桩更高的承载力。
        二、主要施工技术
         (一)施工技术要求
        1．施工流程：测量放线→钻机就位调平→钻进成孔→至设计标高停钻→泵送混凝土、提钻→至设计标高停泵→提钻至孔口→成桩→移位施工下一根桩。
        2.施工前应分段进行工艺性试桩，每个工点不少于3根，通过试桩确定施工工艺、施工参数和加固效果，并进行单桩或复合地基载荷试验，确认设计参数。试桩的规格、长度、数量及地质条件应具有代表性，试验桩与工程桩的条件应一致。
        3．施工顺序应考虑设计桩间距、地质条件和周围建筑物情况，按流水法分区施工。一般从线路中心往两侧布桩。当靠近既有建筑物（如既有线等）时，应从毗邻建筑物的一侧开始由近及远施工。
        4.当桩距较小、地下有松散砂层时，应根据现场情况采取跳桩施工，或控制凝固时间间隔施工，以避免相邻桩断桩。
        5.钻机就位后，应用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心，确保螺纹桩垂直度容许偏差不大于1%。桩位容许偏差不大于5cm。
        6.螺纹桩钻孔、管内泵压混凝土灌注成桩施工在钻至设计深度后，应准确掌握提拔钻杆时间，混凝土泵送量应与提拔钻杆速度相配合，遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料。

 7.铁路工程螺纹桩质量检验包括桩身完整性、均匀性、桩身强度、单桩和复合地基承载力等。桩身完整性在成桩28天后采用低应变检测，低应变检验有疑问时，采用钻机在检测桩桩径方向1/4处、桩长范围内垂直钻孔取芯，观察其完整性均匀性，在上、中、下各三分之一范围的中部分别取样作无侧限抗压强度试验。单桩承载力或复合地基承载力的载荷试验质量检测在成桩28天后进行,抽检率为桩数的0.1%,且不少于3根。

        （二）成桩工艺技术要点
        为规范施工工艺和工序流程，明确各项施工参数，确保成桩质量，我们在某站螺纹桩复合地基施工前，组织开展了现场成桩工艺性试验。试桩的规格、长度、数量及地质条件均具有代表性，桩机采用了LGZ35型螺纹桩钻，通过反复试验、总结，形成螺纹桩施工成孔工艺技术要点如下：
        1.根据设计桩型(桩径、螺距)、孔深、地质条件，现场合理选择桩机，桩机应带同步控制设备，其动力及性能参数应满足现场施工要求。
        2.钻孔开始前，应关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面桩中心时，启动马达钻进。钻进应先慢后快，既可减少钻杆摇晃，又容易检查钻孔的偏差，以便及时纠正。
        3.过程中应保持匀速下钻，如发现钻杆摇晃或难钻时，应降低钻进速度，否则容易导致钻孔偏斜、位移。当遇有障碍物时应立即停钻，清除障碍物后再重新钻进。
        4.为确保成桩的螺纹效果，钻机钻进时旋转和钻杆下降速度必须匹配。通过钻机自带的同步控制装置以及操作手的经验，提高钻机同步性。要求旋转二周以上，钻杆下降一个螺距，形成螺纹桩的上部的直线段。螺杆旋转一周，钻杆下降一个螺距，形成螺纹桩下部的螺纹段，直至设计深度。
        5.施工过程中及时记录钻进及地层变化时的机具设备反应，确定桩机钻进不同地层对应的电流仪表数据变化关系，终桩应采用桩长和电流双控。
        6.螺纹桩钻孔达到至设计深度并经终桩确认后，开始泵送混凝土。当钻杆芯管充满混凝土后开始反向旋转提升钻杆,并持续泵送混凝土。混凝土泵送量应与提拔钻杆速度相配合，避免因后台供料慢而导致停机待料。
        7.钻杆提升过程应保持匀速且连续进行，钻机旋转速度和钻杆提升速度必须匹配。钻杆反向旋转一圈应同时上升一个螺距，确保形成螺牙。
        （三）桩身质量控制重点
        1.施工前及施工期间应采用适宜的方法和手段加强工程地质、水文地质资料核对验证（含地下水侵蚀性），当实际水文、地质情况与设计不符时，应及时通知设计单位，根据实际情况对设计进行修改。
        2.施工前应制定详细的桩机走行线路，避免桩机移位过程中对已成孔螺纹桩的破坏。
        3.混凝土的配合比应满足泵压的施工工艺要求。混凝土细骨料宜采用中砂，粗骨料宜采用连续级配，最大粒径应满足设计要求。配合比还需考虑地下水的影响。
        4.螺纹桩桩体强度达到70%后方可人工开挖设计桩顶高程保护土层，过程中不得扰动基底土和碰撞桩体，同时应严格控制高程，不得超挖。
        5.螺纹桩截桩应采用截桩机，如果在基坑开挖或截桩时造成设计桩顶高程以下桩破损或断裂，应剔平凿毛桩头并清水冲洗干净，用相同桩体材料与配合比的混凝土进行接桩，接桩应嵌入原桩体以下不少于0.1m，超出桩周不少于0.2m。
        三、结束语
        通过成桩工艺试验和施工过程控制，螺纹桩施工取得了较好的成效。综上所述，铁路工程螺纹桩施工技术的重点在于施工机械设备的选型，桩机同步控制器频率与钻机施工速度的关系，混凝土泵送量与钻杆提升速度的匹配，地层变化对应仪表电流数值关系以及不同地质条件螺纹桩的挤土效应等几个方面，施工前必须通过试桩确定上述各项施工工艺参数，用于指导现场施工，确保成桩质量。

参考文献：
[1]王国才,赵志明,奚灵智,等. 螺纹桩竖向承载特性研究[J]. 浙江工业大学学报,2020,48(1)

[2]冷伍明,魏广帅,聂如松,等. 螺纹桩竖向承载特性及承载机理研究[J]. 铁道工程学报,2020,37(5)