螺纹桩施工技术探究

余志贤，张意，颜旭东，张璐

（重庆建工住宅建设有限公司，重庆400015）

螺纹桩施工技术探究

余志贤，张意，颜旭东，张璐

（重庆建工住宅建设有限公司，重庆400015）

螺纹桩施工作为一种高效性、高可靠性的施工技术，目前广泛运用在建筑工程领域。该文对螺纹桩施工和传统桩施工进行了比较，着重介绍了螺纹桩钻机施工的工艺流程，简要阐述了质量控制要点、主要问题的防治措施和施工安全注意事项。

螺纹桩钻机；施工工艺；质量控制；安全措施；挤土效应；机械咬合

0 引言

螺纹桩钻机是一种基础工程的施工成孔机械，具有功率大、轴向压力大、机动灵活、施工效率高及多功能等特点。施工以其成孔快、质量高、污染少等优点被广泛用于市政建设、公路桥梁、高层建筑等地基施工工程中。目前，随着国家重点工程对桩孔质量，施工速度及施工环保等要求的不断提高，螺纹桩施工以其独特的优越性逐渐被广大设计、建设等单位接受，并受到青睐。

螺纹桩[1]的成桩工艺是用带有自控装置的螺纹桩桩机特制的螺纹钻杆钻进,提升,灌注混凝土,进而在土体中形成带螺纹的桩体。螺纹桩综合了长螺旋灌注桩和日本研制的钢纤维混凝土全螺旋预制桩[2]的优点,根本排除了余土外运，泥浆污染和处理问题,直接利用螺杆作为成孔时的护壁，避免一般机械成桩坍塌的风险，有效避免混凝土浇筑过程中夹渣、缩颈、断桩等质量缺陷，成桩效率高。螺纹钻头对周围土层挤压成孔、中心压灌混凝土护壁和成桩合三为一，运用“螺丝钉比钉子更牢固”的原理，通过挤土效应，使桩侧的螺纹与桩身周围土层产生紧密的“机械咬合”，满足附加应力变化规律，从根本上改善了基础桩的承载和变形性状，提高了在地震破坏作用下的抵抗力,在承载力要求一定、场地土质相同的条件下,使用螺纹桩显然可以减小桩长,缩小直径,从而大大降低工程造价。螺纹桩成桩工艺除了能够制作带螺纹长螺旋灌注桩之外,根据桩体材料变化,还可以制作出CFG（螺纹)桩[3]、钻孔压浆（螺纹)桩[4]以及相应带螺纹桩组合的CM复合地基[5]。

螺杆桩适用于淤泥质粘土，粉土，粘土，粉质粘土，中细砂，粒径小于20cm砂砾石层，强风化层，橡皮泥等地层。不受地下水的限制。螺纹桩在粘性土、淤泥、淤泥质土等地层中可以提高桩身的摩阻力[6]。因此，从螺纹桩的适用地层可以看出，在重庆地区，江边地段以淤泥质粘土、粉土等地层为主，地下水极其丰富，适合用螺纹桩钻进施工。

1 螺纹桩钻机施工

1.1 螺纹桩钻机施工技术特点分析

1.1.1 与传统钻机施工的性能比较

（1）效率高。传统钻机的移动方式为牵引平台、滑撬、液压步履等，移动速度慢或要依赖其它辅助机械。

（2）准确性高。螺纹桩机采用电脑控制，自身调整各项技术指标，保证钻机的孔位、垂直度、孔径、孔深等各项技术指标全部达到规范和设计要求。

1.1.2 与传统钻机的施工工艺比较

（1）环境污染小。螺纹桩施工噪音低、无振动，对已施工的桩无影响等；采用螺纹钻头对周围土层挤压成孔、中心压灌混凝土护壁和成桩合三为一，根本排除了余土外运、泥浆污染和处理问题，定位方便，不排浆，无环境污染。

（2）成桩效率高。螺纹桩钻机比传统钻机的适应性更广泛，在软土地层传统钻机行走受到限制，螺纹桩钻机对于不同土质有很强的适应性。

（3）可有效提高桩基的承载力。螺纹桩桩身上大下小的特点，通过挤土效应，使桩侧的螺纹与桩身周围土层产生紧密的“机械咬合”，提高了在地震破坏作用下的抵抗力。

1.2 螺纹桩施工工艺

1.2.1 螺纹桩成桩过程（图1）

第一步：钻杆正向非同步技术钻进至直杆段设计深度；钻杆正向旋转同步技术钻进至桩底，形成桩的螺纹段。

图1 螺纹桩成桩过程示意图

第二步：采用反向同步技术提钻至螺纹段设计标高，在提钻同时泵机利用钻杆作为通道，保持额定泵压和泵速在高压状态下使混凝土形成下部螺纹状桩体。

第三步：钻杆再次正向旋转或直接提升产生圆柱空间，形成非螺纹桩体。

第四步：混凝土浇筑完毕，采用后置方式将钢筋笼沉入桩身混凝土中，形成螺纹桩。

1.2.2 施工过程的测量控制

测量放样人员应具有相应的执业资格。按“从整体到局部的原则”进行桩基的位置放样，也就是先将建筑物的中轴线放出，然后再标定桩基承台和桩孔位置。

1.2.3 钻进成孔

螺纹桩机就位后必须调直、调平并稳固，确保成孔垂直度。桩位偏差小于50mm，垂直度允许偏差不大于1%，在钻机对正桩位下钻前必须进行桩位复核，保证桩基的垂直度和桩位的准确度。

确认桩位无误后启动桩机，钻孔开始时关闭钻头阀门，在钻孔过程中采用先慢后快，其目的是减少钻杆摇晃，下钻过程中保持匀速下钻，桩机自控系统严格控制钻杆下降速度和旋转速度，使二者匹配。要求钻杆旋转一圈，同时下降一个螺距，在土体中形成螺纹，当钻至预定的设计深度后停钻，桩孔形成。施工在螺纹段时，钻机下钻速度、提钻速度应分别和旋转速度同步，保证螺纹的完整性。

1.2.4 螺纹桩混凝土灌注

成孔后，用混凝土泵将混凝土拌合物通过高压管输送到钻杆内并压到钻头，开启钻头阀门，持续泵送混凝土。此时，桩机反向旋转提升螺纹钻杆，提钻过程中桩机自控系统严格控制钻杆提升速度和旋转速度保持同步和匹配，要求螺杆钻杆旋转一圈钻杆上升一个螺距，钻杆上升一个螺距，混凝土不断填充空间，螺纹桩身形成。当钻杆提到螺纹部分顶面的设计高度时，螺杆钻杆再次正旋转或直接提升所产生的带圆柱空间，直至设计顶高，即形成“上部为圆柱，下部为螺纹”的螺纹桩。

提钻过程中应严格控制钻杆提升速度和旋转速度，直至浇筑到桩顶设计标高500mm以上。

混凝土的浇筑必须保证提钻速度和混凝土泵送量相匹配，按水下混凝土的浇筑方式进行浇筑，充盈系数应大于1，保证混凝土的成型质量。

混凝土拌合物扩展度应大于500mm，坍落度应控制在160～220mm，不得离析或泌水。

每根螺纹桩的混凝土应连续浇筑，并一次性浇筑完成，如遇特殊情况不能连续浇筑，必须重新钻孔、重新浇筑混凝土。

螺纹桩混凝土细骨料宜采用中砂，粗骨料采用连续级配，最大公称直径不应大于20mm。

混凝土试件留置每桩必须不少于2组。

1.2.5 安置钢筋笼

在钻孔完成前，将钢筋笼运至桩机附近，并将一端连接振动装置的振动杆穿入钢筋笼的内腔，钢筋笼与振动杆采用钢丝绳柔性连接。而振动装置与振动管采用插销式连接。振动杆的头部与钢筋笼的锥形部位尽量抵紧。

在浇筑混凝土的同时提升钢筋笼，使钢筋笼的锥形底部略高于混凝土顶标高即可，将提升起来的钢筋笼对正桩芯，然后利用振动杆和振动设备的自重将钢筋笼垂直插入已经浇筑完成的混凝土中，待钢筋笼下至设计标高后，开动振动装置，边提升振动杆边振动，使桩芯混凝土密实，如图2。

图2 安置钢筋笼

1.3 质量控制要点

（1）设备及工艺：该工艺的特点就在于桩身带有螺纹，为使桩身形成较为理想的螺纹，在下钻提钻过程中必须严格控制。

（2）桩位及施工顺序：以成桩方法的分类来讲，此桩型属挤土桩，施工过程中应充分考虑对未施工桩位及已施工桩的影响。

（3）桩机就位：桩机就位时钻头中心对准桩位点，桩机底座支放水平，桩机立杆及钻具垂直。

（4）制备压灌混凝土：制备和压灌混凝土是成桩施工的关键，施工前应按设计要求进行混凝土配合比试验，混凝土制作严格按照配合比执行。

（5）钢筋笼制作及下插：由于该工艺桩身形状的特殊性，相对于传统的灌注桩钢筋笼外径较小，制作时应严格控制外径尺寸及钢筋笼的直度[7]。

2 常见问题防治措施

2.1 断桩、夹层

保持混凝土灌注的连续性，可以采取加大混凝土泵量。

严格控制提速，确保中心钻杆内有0.1m3以上的混凝土，如灌注过程中因意外原因造成灌注停滞时间大于混凝土的初凝时间时，应重新成孔灌桩。

2.2 钢筋笼无法沉入

改善混凝土配合比，保证粗骨料的级配和粒径满足要求。

选择合适的外加剂，并保证混凝土灌注量达到要求。

2.3 钢筋笼上浮

在相邻桩间距太近时进行跳打，保证混凝土不串孔，只要桩初凝后钢筋笼一般不会再上浮。

控制好相邻桩的施工时间间隔。

2.4 桩底不能入岩

钻头一定用锥型，避免二翼、三翼等端部平的钻头，切削韧要用大块。

钻杆螺距至少250mm，防止钻头部位挤土而发生堵塞现象。

钻头加水冷却。

对岩石硬度大或很破碎的地层可以用大口径潜孔锤钻入后再用螺纹钻复孔。

3 施工安全保障措施

（1）施工前，必须妥善考虑分析现场地质条件和周围环境的影响。

（2）施工中实行挂牌作业。

（3）围护工程必须按照有关规定的质量标准和要求施工。

（4）进入施工现场施工人员一律身穿统一劳动服装、配戴胸牌和戴安全帽。

（5）规划行车路线，使便道与钻孔位置保持一定的距离。

（6）明确各类管线的位置，对需迁移和保护的各种管线予以明确,发现问题随时进行处理。

（7）螺纹桩施工应制定安全作业方案。

4 小结

（1）在施工效率方面，螺纹桩的时效高，成桩速度快，但随着孔深增大、岩石强度增大施工效率降低。

（2）在施工质量方面，螺纹桩桩芯混凝土通过钻杆中心从钻头活门直接泵送压入桩底，桩端无虚土，避免一般机械成桩清底不干净的质量缺陷。

（3）在适用孔深方面，从安全性及技术优势方面考虑，目前螺纹桩机钻进适宜在10～30m的孔深范围内应用。

（4）在适用孔径方面，螺纹桩适用的孔径范围为300～800mm，尤其以500mm为最适宜。

（5）在适用地层方面，不受地下水和流砂层影响，直接利用螺杆作为成孔时的护壁，避免一般机械成桩坍塌的风险，有效避免混凝土浇筑过程中夹渣、缩颈、断桩等质量缺陷。对于不同土质有很强的适应性。

（6）在施工场地比较狭窄以及高度空间受限制的一些工业与民用建筑工程中，螺纹桩钻机无法进入，使用不便。

（7）在环境保护方面，根本排除了余土外运，泥浆污染和处理问题，定位方便、无振动、低噪音、不排浆、无环境污染。

（8）螺纹桩桩身上大下小的特点，满足附加应力变化规律，通过挤土效应，使桩侧的螺纹与桩身周围土层产生紧密的“机械咬合”，从根本上改善了基础桩的承载和变形性状，提高了在地震破坏作用下的抵抗力，可以广泛应用于地震区。

（9）在施工成本方面，螺纹桩的施工成本相对较低，但螺纹桩机械价格昂贵，一次性投入较大。

[1]李波扬,吴敏.一种新型的全螺旋灌注桩—螺纹桩[J].建筑结构,2004,34（8):55-57.

[2]刘金砺.桩基础设计与计算[M].北京：中国建筑工业出版社,1990.

[3]闫明礼,张东刚.CFG复合地基技术及工程实践[M].北京：中国水利水电出版社,2001.

[4]DL5)24-93火力发电厂地基处理技术规定[S].北京：中国水利电力出版社,1993.

[5]王从才,孙秋荣,刘忠文.CM三维高强复合地基在工程中的应用[J].建材技术与应用,2007（6）.

[6]孙文怀,张元冬,魏厚峰,等.螺纹桩在软弱地层中的应用[J].华北水利水电学院学报,2009,30（3):74-76.

[7]秦永军,张亦凡.全螺纹灌注桩施工质量控制[J].建筑与工程,2009（11):655-705.

Study on Screw Pile Construction Technology

As a construction technology ofhigh efficiency and high reliability,screw pile is widely used in the field of construction engineering.In this article,screw pile construction and traditional pile construction are compared.Then it focuses on introducing the technical process of screw pile drilling construction.and briefly expounds the key points ofquality control,the main problem prevention measures and construction safety precautions.

screw pile rig;construction technology;quality control;safety measures;squeezing effect;mechanicalinterlocking

TU74

A

1671-9107（2014）09-0044-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.09.044

2014-04-08

余志贤（1972-），男，重庆人，本科，工程师，主要从事建筑施工管理工作。