浅析螺杆灌注桩技术
2015-08-27于艳
于艳
摘 要：螺杆灌注桩具有桩身刚度大、承载力高和综合造价低等特点，所以，在工程中得到了推广和应用。结合工程实践和理论研究成果，深入分析了螺杆桩的传力特性、承载力计算方法和使用条件等问题，以期为螺杆灌注桩的设计和施工提供必要的参考。
关键词：螺杆桩;传力特性;承载力;设计方法
中图分类号：TU753.3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.147
螺杆灌注桩是在传统圆形桩基础上发展起来的一种变截面桩，该桩型不仅可以充分发挥螺纹段地基土的抗剪切承载力，而且还能够调动桩身刚度的优势，节省桩长或桩数，降低基础造价。该桩型契合了环保、节能、安全和经济的桩基发展要求，得到了主管部门、行业企业和业主的充分肯定，其应用范围也在不断扩大。
本文主要从受力原理、承载力计算和适用条件等方面介绍了螺杆灌注桩，以期进一步了解螺杆灌注桩技术。
1 螺杆灌注桩技术
螺杆灌注桩是一种表面由直杆段和螺旋段构成的组合式变截面桩，它是由螺旋形钻具旋转挤压土体成孔、管内连续泵压现浇混凝土和后置钢筋笼3步成桩的。螺杆桩成桩完成后如图1所示。
1.1 工作原理
螺杆桩采用上段为直杆、下段为螺旋叶片的组合截面形式，螺旋钻具旋转挤压孔壁土体，对桩侧土体具有挤压和加密效应。
当螺杆桩成桩完成后，在上部结构的荷载作用下，上部直杆段、下部螺纹段和桩端共同发挥承载力。直杆段承载力主要是由桩侧土体摩擦力提供，而螺纹段与桩侧土体存在多重咬合力和摩擦力，有利于充分发挥土体的抗剪能力，而螺杆桩荷载传递符合应力分布规律，桩土荷载分担更趋合理。
1.2 承载力计算方法
根据土的物理力学指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，应按公式（1）估算：
Quk=Qsk1+Qsk2+Qpk. （1）
式（1）中：Quk为螺杆桩单桩竖向极限承载力标准值，kN;Qsk1为等截面段极限侧阻力标准值，kN;Qsk2为螺纹段极限侧阻力标准值，kN;Qpk为螺杆桩极限侧阻力标准值，kN。
螺杆桩等截面段极限侧阻力标准值按式（2）计算，计算参数可参照勘察资料，也可按照《建筑桩基技术规范》（JGJ 94）表5.3.5-1中混凝土预制桩取值。螺杆桩等截面段极限侧阻力标准值计算公式为：
（2）
式（2）中：D为等截面段桩径，m;qsik为第i层土的桩极限侧阻力标准值，kPa;li为等截面段在第i层土中的长度，m。
螺杆桩螺纹段与直杆段的受力机理截然不同，螺纹段极限侧阻力标准值建议按式（3）计算：
（3）
式（3）中：qsik为第i层土的桩极限侧阻力标准值，kPa;αi为第i层土的桩侧阻力提高系数;D为按螺纹段外径计算的周长;li为螺纹段在第i层土中的长度，m。
螺杆桩端阻力标准值按式（4）计算，计算参数可参照勘察资料，也可按照《建筑桩基技术规范》（JGJ 94）中混凝土预制桩取值。螺杆桩端阻力标准值计算公式为：
（4）
式（4）中：qpk为持力层极限侧阻力标准值，kPa。
1.3 适用条件
螺杆桩技术适用于黏性土、粉土、砂土和碎石土等土层，并且不得在流塑状淤泥或淤泥质土、松散粉细砂层中设计螺纹段。当该技术应用于流塑状淤泥或淤泥质土中时，需要采用屏障技术辅助成孔成桩，或将场地硬化处理后再进行成孔成桩。
螺杆桩技术适用于独立承台、条形基础和桩筏基础等各种桩基础，以及以刚性桩为竖向增强体的刚性桩复合地基、刚-柔性桩复合地基。当其应用于复合地基时，桩身可不配钢筋。
2 螺杆桩承载特性
螺杆灌注桩属于新技术和新工法，其设计理论的发展滞后于工程实践和应用。目前，主要参考现行的桩基规范和相关企业标准设计和计算，在此过程中，需要注意以下3点：①螺杆灌注桩主要依靠变截面段提供的比圆形截面桩大得多的侧摩阻力，因此，在软土地基中，需要谨慎选择计算参数，而在土质较好地基中，要注意桩基承载力有可能是由桩身强度控制的;②螺纹叶片间土体因为螺杆桩的沉降无法充分发挥其承载力，因此，需合理选择螺纹叶片间距;③由于螺杆灌注桩的截面形状比较特殊，所以，其负摩阻力可能比等截面桩大，在计算桩基负摩阻力时引起重视。
3 结束语
虽然螺杆灌注桩技术在工程实践中被广泛应用，但是，其设计计算理论还不够成熟，需要通过理论研究和现场试验不断深化和改进。另外，螺杆灌注桩的质量检测方法也需要进一步完善。
参考文献
[1]彭桂皎，虞峰，赵思学，等.半螺丝桩及其成桩工法：中国，ZL03128265.2[P].2006.
[2]范静海，肖静静，潘尧锋.螺杆桩技术及其应用[J].浙江建筑，2011，28（3）：32-34.
[3]赵娣.螺杆桩在高层建筑物中的应用[J].铁道建筑技术，2009（6）：121-123.
[4]刘守进.浅析螺杆桩机技术发展趋势[J].建筑机械化，2014（4）：61-63.
〔编辑：白洁〕
