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(guò)合理選擇施工機(jī)械，編制試驗(yàn)方案，研究施工方法，檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，分析總結(jié)試驗(yàn)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(gè)路基工點(diǎn)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)為14～16m，樁距2～2.2m，總延長(zhǎng)米約為81832萬(wàn)延米。

2螺桿樁施工的特點(diǎn)

螺桿樁是近年來(lái)根據(jù)我國(guó)地形發(fā)展起來(lái)的新型地樁基礎(chǔ)類(lèi)型，在承載力和經(jīng)濟(jì)效益方面，螺桿樁與傳統(tǒng)地樁類(lèi)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(guò)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(guò)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(shí)，螺桿樁避免了灌注樁在施工過(guò)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(wú)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(duì)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(jì)要求進(jìn)行換填，然后進(jìn)行壓實(shí)，要求場(chǎng)地設(shè)置2%橫坡，同時(shí)做好場(chǎng)地排水，確保場(chǎng)地?zé)o積水。

3.2測(cè)量放線

測(cè)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(cè)量放線位置將螺桿樁機(jī)就位，樁位偏差不大于5cm。

3.4對(duì)中調(diào)平

鉆機(jī)就位后，鉆進(jìn)進(jìn)行對(duì)中調(diào)平，鉆機(jī)鉆頭中心與放樣樁位中心對(duì)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(shí)鉆桿旋轉(zhuǎn)一周，下降一個(gè)螺距，螺距為35cm，在施工過(guò)程中，通過(guò)螺紋壓迫土體，使之在土體中形成螺紋狀樁。鉆進(jìn)過(guò)程中需保持鉆桿穩(wěn)定及垂直，鉆機(jī)根據(jù)動(dòng)力頭的轉(zhuǎn)速與螺距的關(guān)系，調(diào)整卷?yè)P(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(gè)螺距，鉆進(jìn)0.35m。通過(guò)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(chǎng)施工按照電流值及設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)確定實(shí)際施工樁長(zhǎng)。鉆進(jìn)時(shí)，鉆桿轉(zhuǎn)速控制在5～7轉(zhuǎn)/分鐘，隨著地質(zhì)變化，電流會(huì)逐漸變化，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)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(shí)，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(shuō)明已經(jīng)進(jìn)入持力層，滿(mǎn)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(jì)深度后，螺桿樁樁機(jī)反向旋轉(zhuǎn)提升鉆桿，提升過(guò)程中嚴(yán)格按照工藝性試驗(yàn)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(shí)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(jì)高度時(shí)，螺紋鉆桿再次正向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)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(jì)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(chē)運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，泵送前由試驗(yàn)人員對(duì)混凝土的性能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)合格后進(jìn)行灌注。采用泵送高壓法進(jìn)行灌注，通過(guò)鉆桿桿芯送入孔內(nèi)。進(jìn)場(chǎng)混凝土需進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)合格后通過(guò)地泵，泵送至鉆桿桿芯，鉆桿頂部位置預(yù)留排氣孔，通過(guò)排氣孔排出鉆桿內(nèi)氣體，同時(shí)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(zhǎng)度、孔徑，計(jì)算桿芯內(nèi)混凝土方量，經(jīng)過(guò)計(jì)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(yàn)總結(jié)確定根據(jù)地泵型號(hào)、泵送速度、泵送方量、鉆桿提升速度的關(guān)系，按照試驗(yàn)總結(jié)進(jìn)行施工；最后是鉆桿提升至最后2m時(shí)，一次性將鉆桿桿芯泵送滿(mǎn)混凝土，這時(shí)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(huì)將混凝土壓入到鉆桿周?chē)?，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(jì)高度+50cm控制。

3.8停泵

提鉆時(shí)鉆桿到達(dá)樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以下1.5m時(shí)（考慮虛樁0.5m），鉆桿內(nèi)充滿(mǎn)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(shí)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(mǎn)足虛樁長(zhǎng)度后，鉆頭可直接提出地面。3.10成樁后，開(kāi)始下一個(gè)樁身施工。

4螺桿樁試驗(yàn)及檢測(cè)

首先螺桿樁需進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，2017年5月1日開(kāi)始施工9根螺桿樁試樁；其次是成樁后對(duì)樁基進(jìn)行開(kāi)挖，檢測(cè)樁徑符合設(shè)計(jì)要求；再次是采用低應(yīng)變檢測(cè)樁身完整；第四是通過(guò)試驗(yàn)，檢測(cè)單樁承載力，單樁承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；第五是通過(guò)對(duì)樁基取芯試驗(yàn)，檢測(cè)芯樣抗壓強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，觀察芯樣完整，骨料分部均勻，堅(jiān)硬，樁長(zhǎng)復(fù)核設(shè)計(jì)要求。第六是對(duì)工藝性試驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，總結(jié)鉆進(jìn)過(guò)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(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)核查，加大自查頻次，自查按100%檢測(cè)，第三方低應(yīng)變檢測(cè)按照驗(yàn)標(biāo)10%控制，單樁承載力按照2‰控制。

5試驗(yàn)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?；旌狭咸涠瓤刂圃?80~200mm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(chǎng)觀察儀表讀數(shù)，當(dāng)鉆孔電流超過(guò)140A證明已進(jìn)入持力層。④按照工藝性試驗(yàn)，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(guò)慢可能造成堵管，或是粗骨料下沉，樁頂浮漿過(guò)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(yàn)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(gè)螺距（0.35m），提鉆過(guò)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(jì)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(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

6結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)螺桿樁工藝性試驗(yàn)，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(chǎng)施工，目前螺桿樁已完成80%，已開(kāi)挖螺桿樁進(jìn)行的低應(yīng)變、單樁承載力、取芯試驗(yàn)及外觀觀察試驗(yàn)基本合格。

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作者:黃想祿 單位:中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司