高速鐵路軟土地基下的螺桿樁施工技術(shù)

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摘要：高速鐵路軟土地基條件下采用螺桿樁施工技術(shù)，是一種新型的施工工藝，通過合理選擇施工機(jī)械，編制試驗方案，研究施工方法，檢測試驗結(jié)果，分析總結(jié)試驗數(shù)據(jù)，摸索出一整套螺桿樁施工技術(shù)，推廣到標(biāo)段各個路基工點(diǎn)，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；軟土地基；螺桿樁

1工程概況

合安鐵路HAZQ-3標(biāo)里程為DK65+542.055～DK95+717.01，標(biāo)段共有5段路基，其中路基DK65+542.055～DK66+475.130段采用螺桿樁復(fù)合地基，螺桿樁徑0.5m，樁長為14～16m，樁距2～2.2m，總延長米約為81832萬延米。

2螺桿樁施工的特點(diǎn)

螺桿樁是近年來根據(jù)我國地形發(fā)展起來的新型地樁基礎(chǔ)類型，在承載力和經(jīng)濟(jì)效益方面，螺桿樁與傳統(tǒng)地樁類型相比，經(jīng)濟(jì)效益更好，傳統(tǒng)的CFG樁施工，采用的是圓柱樁，出土量大，螺桿樁與傳統(tǒng)CFG樁樁徑不變，樁身帶有螺紋，通過擠壓周邊土體，增加摩擦力，能有效提高樁基承載力，減少鉆進(jìn)過程的出土量，從而也減少了混凝土澆筑數(shù)量，增加了經(jīng)濟(jì)效益。與此同時，螺桿樁避免了灌注樁在施工過程中樁身易斷裂的缺點(diǎn)，又比普通樁具有更高的承載力，而且螺桿樁的承載效果高，環(huán)保效果好，無噪音，占地小，不污染地下水和環(huán)境，唯一的缺點(diǎn)就是施工速度較慢。

3施工工藝

3.1原地面處理

對原地面進(jìn)行清理和整平，將路基范圍內(nèi)原地面上雜物全部清除，需換填位置按照設(shè)計要求進(jìn)行換填，然后進(jìn)行壓實，要求場地設(shè)置2%橫坡，同時做好場地排水，確保場地?zé)o積水。

3.2測量放線

測量出斷面樁位邊線、左右線中心線，根據(jù)樁位邊線、左右線中心線和樁距，定出樁位。

3.3樁機(jī)就位

按測量放線位置將螺桿樁機(jī)就位，樁位偏差不大于5cm。

3.4對中調(diào)平

鉆機(jī)就位后，鉆進(jìn)進(jìn)行對中調(diào)平，鉆機(jī)鉆頭中心與放樣樁位中心對齊，確保鉆機(jī)垂直。

3.5鉆孔

螺桿鉆機(jī)鉆頭及鉆桿為螺紋狀，鉆進(jìn)時鉆桿旋轉(zhuǎn)一周，下降一個螺距，螺距為35cm，在施工過程中，通過螺紋壓迫土體，使之在土體中形成螺紋狀樁。鉆進(jìn)過程中需保持鉆桿穩(wěn)定及垂直，鉆機(jī)根據(jù)動力頭的轉(zhuǎn)速與螺距的關(guān)系，調(diào)整卷揚(yáng)機(jī)放鋼絲繩速度，即鉆進(jìn)速度，使鉆桿鉆進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)速度一致。即鉆桿旋轉(zhuǎn)一周，下降一個螺距，鉆進(jìn)0.35m。通過試樁確定地層巖性與螺桿鉆機(jī)的電流值的關(guān)系，現(xiàn)場施工按照電流值及設(shè)計樁長確定實際施工樁長。鉆進(jìn)時，鉆桿轉(zhuǎn)速控制在5～7轉(zhuǎn)/分鐘，隨著地質(zhì)變化，電流會逐漸變化，當(dāng)達(dá)到設(shè)計要求深度后，并記錄相應(yīng)深度、地質(zhì)及電流數(shù)據(jù)；當(dāng)進(jìn)入持力層時，觀察電流變化，如果電流變化突然加速，且鉆機(jī)不再進(jìn)尺，持續(xù)鉆進(jìn)1分鐘，說明已經(jīng)進(jìn)入持力層，滿足樁底承載力要求，記錄鉆進(jìn)深度、地質(zhì)及電流值。

3.6提升鉆頭

鉆頭鉆至設(shè)計深度后，螺桿樁樁機(jī)反向旋轉(zhuǎn)提升鉆桿，提升過程中嚴(yán)格按照工藝性試驗數(shù)據(jù)控制鉆桿提升速度和旋轉(zhuǎn)速度，順著已形成的土體螺紋軌跡鉆桿反向旋轉(zhuǎn)，螺桿鉆桿其旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)和提升速度應(yīng)保持同步和匹配，勻速控制提管速度，與此同時確保泵送混凝土迅速填充鉆桿同步旋轉(zhuǎn)提升所產(chǎn)生的螺紋段空間。當(dāng)鉆桿提升到螺紋部分頂面的設(shè)計高度時，螺紋鉆桿再次正向旋轉(zhuǎn)，同時鉆頭泵出高壓混凝土澆筑鉆桿直接提升所產(chǎn)生的帶圓柱空間直至樁頂設(shè)計標(biāo)高。

3.7泵送混凝土

螺桿樁混凝土由拌和站集中供應(yīng)，罐車運(yùn)輸至現(xiàn)場，泵送前由試驗人員對混凝土的性能進(jìn)行檢測，檢測合格后進(jìn)行灌注。采用泵送高壓法進(jìn)行灌注，通過鉆桿桿芯送入孔內(nèi)。進(jìn)場混凝土需進(jìn)行檢測，檢測合格后通過地泵，泵送至鉆桿桿芯，鉆桿頂部位置預(yù)留排氣孔，通過排氣孔排出鉆桿內(nèi)氣體，同時根據(jù)排氣孔判斷鉆桿內(nèi)混凝土是否充足，停止泵送混凝土；其次是提升鉆桿，根據(jù)鉆桿長度、孔徑，計算桿芯內(nèi)混凝土方量，經(jīng)過計算，鉆桿桿芯內(nèi)混凝土可以保證灌入樁體2m；再次是根據(jù)試驗總結(jié)確定根據(jù)地泵型號、泵送速度、泵送方量、鉆桿提升速度的關(guān)系，按照試驗總結(jié)進(jìn)行施工；最后是鉆桿提升至最后2m時，一次性將鉆桿桿芯泵送滿混凝土，這時鉆桿桿芯內(nèi)混凝土量可以灌注2m的樁體，混凝土自身壓力會將混凝土壓入到鉆桿周圍，并且從鉆桿與土層之間的縫隙中壓出地面，灌注高度按照設(shè)計高度+50cm控制。

3.8停泵

提鉆時鉆桿到達(dá)樁頂設(shè)計標(biāo)高以下1.5m時（考慮虛樁0.5m），鉆桿內(nèi)充滿混凝土?xí)r停止泵壓混凝土，為保證樁身頂部混凝土強(qiáng)度及截樁頭，灌注混凝土?xí)r超灌量控制在30cm～50cm左右，不足時可補(bǔ)泵送混凝土。3.9提出鉆頭澆筑完成停泵后，緩慢地提出鉆頭，滿足虛樁長度后，鉆頭可直接提出地面。3.10成樁后，開始下一個樁身施工。

4螺桿樁試驗及檢測

首先螺桿樁需進(jìn)行工藝性試驗，2017年5月1日開始施工9根螺桿樁試樁；其次是成樁后對樁基進(jìn)行開挖，檢測樁徑符合設(shè)計要求；再次是采用低應(yīng)變檢測樁身完整；第四是通過試驗，檢測單樁承載力，單樁承載力滿足設(shè)計要求；第五是通過對樁基取芯試驗，檢測芯樣抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計要求，觀察芯樣完整，骨料分部均勻，堅硬，樁長復(fù)核設(shè)計要求。第六是對工藝性試驗進(jìn)行總結(jié)，總結(jié)鉆進(jìn)過程數(shù)據(jù)，復(fù)核地質(zhì)資料，判斷加固效果，分析施工數(shù)據(jù)，改進(jìn)、完善施工方法，然后進(jìn)行全線推廣。螺桿樁施工過程中應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)核查，加大自查頻次，自查按100%檢測，第三方低應(yīng)變檢測按照驗標(biāo)10%控制，單樁承載力按照2‰控制。

5試驗總結(jié)

①每方混合料配合比（理論）：（水泥+粉煤灰）：砂：碎石：減水劑：水=（1+0.43）：3.2：（0.85+1.7+1.7）：0.014：0.63。混合料坍落度控制在180~200mm之間，坍落度小于180mm禁止泵送混合料。②JZU180型螺桿樁機(jī)鉆孔速度為0.7～1.5m/min（隨地質(zhì)情況而變化），拔管速度2～3.0m/min。③經(jīng)現(xiàn)場觀察儀表讀數(shù)，當(dāng)鉆孔電流超過140A證明已進(jìn)入持力層。④按照工藝性試驗，控制拔管速度。拔管速率太快可能造成螺桿樁樁徑偏小、縮頸或是斷樁，拔管速率過慢可能造成堵管，或是粗骨料下沉，樁頂浮漿過多,樁身強(qiáng)度不足、混和料離析現(xiàn)象，因此，拔管速度必須按照工藝性試驗進(jìn)行控制。⑤嚴(yán)格控制鉆速和轉(zhuǎn)速的關(guān)系，即鉆桿旋轉(zhuǎn)一周，下降一個螺距（0.35m），提鉆過程也如此。保證樁基下2/3呈螺紋狀，上1/3呈柱狀。⑥螺桿樁每延米的灌注量為0.15m3左右，其大小與鉆頭的直徑和環(huán)境條件有關(guān)。超灌的高度比設(shè)計樁頂標(biāo)高高出0.5m。因此，采用螺桿樁機(jī)成孔及芯管內(nèi)泵送混合料灌注的方法，適合我標(biāo)段地層條件，螺桿樁成孔及成樁質(zhì)量均滿足設(shè)計要求。

6結(jié)束語

通過螺桿樁工藝性試驗，總結(jié)出適用于本標(biāo)段地質(zhì)情況的施工參數(shù)，尤其是螺桿樁鉆進(jìn)速度及拔管速度，確保樁體質(zhì)量可控。合安鐵路站前三標(biāo)已按照螺桿樁工藝總結(jié)，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，目前螺桿樁已完成80%，已開挖螺桿樁進(jìn)行的低應(yīng)變、單樁承載力、取芯試驗及外觀觀察試驗基本合格。

參考文獻(xiàn)：

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[4]TB10001-2005，鐵路路基設(shè)計規(guī)范[S].

作者:黃想祿 單位:中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司