重载铁路路基施工中软土地基工程螺纹桩试验分析

魏金明

摘要：在重载铁路路基工程的施工中，软土地基施工是该工程中关键的组成部分。其中，螺纹桩施工在重载铁路路基软基处理方面比较少见。因此，为了确保软土地基工程螺纹桩的施工质量，必须结合工程现场的实际地质情况对螺纹桩施工进行试验分析。文章结合蒙华铁路MHTJ-23标段工程，对螺纹桩施工进行分析研究，希望对该工程今后的施工提供参考。

关键词：重载铁路；软土地基；螺纹桩；试验

1工程概况

新建蒙西至华中地区铁路煤运通道工程MHTJ-23标起讫里程DK1213+800～DK1287+298.9，正线长度70.65公里。本标段地处湖北省荆门市和荆州市，由北向南依次经过荆门市沙洋县，荆州市沙市区、荆州开发区、江北农场、江陵县。

标段内软土路基按照设计要求需进行地基加固处理，地基处理方式有单向水泥搅拌桩、多向水泥搅拌桩、CFG桩、钢筋（预应力）混凝土管桩、螺纹桩、塑料排水板等。其中螺纹桩26085根、42.471万延米。

2試桩施工

2.1试桩施工过程

2.1.1桩机就位。①变截面挤密螺纹桩钻机主要由：机身、导向架、旋动电机、主动钻杆、成孔钻头及行走系统组成，整套系统与CFG桩钻机相似。②据设计要求测设桩位，经复核确认后，定出桩位点，桩位（纵横向）误差在5cm内。③桩机就位，调整机身，使桩机保持水平，钻杆呈垂直状态。钻头对位后调平桩机机台，精确对位。采用吊垂法，事先已在导向杆上刻有“十”字标记，掉线与导向杆上的“十”字垂直。

2.1.2桩体材料配制与输送。桩体材料：桩体原材料采用碎石、石屑、粉煤灰、水泥配合而成，可按CFG桩材料配制，强度等级一般为C20。施工过程中，抽样做混合料试块，一般一个台班做一组（3块），试块尺寸为15cm×15cm×15cm，并测定28天龄期的抗压强度。混合料28天龄期标准试块抗压强度不小于20MPa。水泥采用强度等级：采用PO42.5级及以上的普通硅酸盐水泥。桩体材料采用1台混凝土搅拌罐车运输，由拌和站运到达施工现场。

2.1.3钻进成孔。钻孔开始时，关闭钻头阀门。在钻进成孔过程中，先慢后快，减少钻杆晃动，检查钻孔的偏差。

2.1.4泵送桩体材料。C20混凝土运输至现场，待钻至设计孔深后。向管内泵料，钻杆芯管充满混凝土后开始拔管。

2.1.5拔管送料。启动钻机，钻杆钻头提离孔底10cm左右，反向回转提升，钻头叶片打开，边提升边灌注混凝土，此时桩径为250mm。提升至距离桩顶0.5倍桩长处时，提升嵌入表层土层的400mm钻头，边提升边灌注混凝土直至桩顶，变截面在距0.5倍桩长处，桩径由250mm变成400mm，形成上大下小，桩体外侧有螺纹。

2.1.6关闭地泵，清洗。地泵中注入适量清水，开启注地泵，清洗管路中残存的桩体材料，直到基本干净，并将粘附在桩机钻头的泥土清理干净。当连续施工，移位时间不长，不用每次清洗钻机。

2.1.7移位至下一根桩。钻机移位到下一根桩重复以上工序，完成下一根桩施工。

2.2质量控制措施

（1）施工前由实验室进行配比试验，施工时按配合比配置混合料。上料顺序为：先装碎石或卵石，再加水泥、粉煤灰和泵送剂，最后加砂，使水泥、粉煤灰和泵送剂夹在砂、石之间，每盘料搅拌时间不应小于60s。

（2）螺纹桩施工前应具备以下文件资料：场地岩土工程详细勘察报告，场地天然地基承载力不小于120kPa，且不应小于螺纹桩机的接地比压；建筑物平面布置图；施工图及图纸会审纪要；建筑场地和邻近区域内的地下管线（管道、电缆）、地下构筑物等的调查资料；施工组织设计和施工技术方案；有关承载力、施工工艺试验参考资料。

（3）螺纹桩成桩设备应满足螺纹桩成桩工法的以下需求：①具有能实现同步技术与非同步技术的自动控制系统；②输出扭矩不小于200kN·m。

（4）螺纹桩施工采用旋挤式螺纹桩机、管内泵压送混合料成桩工艺。施工设备采用螺纹桩机、混凝土泵和强制式搅拌机。

（5）螺杆桩施工时，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10cm。

（6）桩位按设计要求确定后，在桩中心点上插一标杆，移动施工钻机至施工桩位，桩机就位后，校正垂直度至允许误差范围，使钻杆垂直并对准桩位中心，确保垂直度小于1.0%。

（7）钻头钻至设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，当钻杆芯管充满混合料后钻杆开始反向旋转提升钻杆，严格控制提升速度与旋转速度，使二者匹配，严禁先提管后泵料。成桩的提拔速度宜控制在每分钟2～3m，成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致停机待料。灌注成桩完成后，用水泥袋盖好桩头，进行保护。施工桩顶高程宜比设计桩顶高50cm左右，桩长允许偏差不大于10cm，桩径允许偏差不大于2cm。

（8）保护土层清除后，应截桩头、设桩帽；铺设垫层前，应采用人工截去设计高程以下0.5m以上桩长，截桩头完成后，质量检测合格后，凿毛桩顶，在桩顶设置高0.4m、直径1.0m的现浇C25混凝土桩帽（桩顶嵌入桩帽0.1m），在同一分区内相邻桩顶高程相差不大于5cm。待螺纹桩达到强度要求后，回填土至桩帽（或桩顶）高程处，并用小型机器压实。截桩不得造成桩顶标高以下桩体断裂和扰动桩间土。

2.3质量检测与验收

（1）施工质量检测主要检查施工记录、混合料坍落度、桩长、桩径、桩位偏差、桩体试块强度。

（2）成桩7天后，进行桩身低应变动力试验，检测桩身完整性。

（3）成桩28d后，应在桩体中心处桩长范围内垂直钻孔取芯，检验桩体完整性和均匀性，每个孔在桩身上、中、下不同深度取3个试样做抗压度试验。取芯后的孔洞应采用水泥砂浆灌注封闭。endprint

（4）静载荷试验，承载力检验应采用单桩复合地基载荷试验和单桩承载力载荷试验。

2.4施工安全保证措施

⑴认真全面检查和清洗干净设备，防止泵体内有残渣和铁屑。⑵安全阀中的安全销要经常进行检查。⑶定期检修压力表。⑷高压泵司机、钻机司机和浆液搅拌组等都要密切配合，一旦某部发生故障，应及时联系停泵停机，及时排除故障，做好运转情况的记录。⑸现场施工用电采取灵敏可靠的漏电保护，动力与照明的保护器必须分开。⑹施工现场的用电设备和配电箱金属外壳都必须连接专用的保护零线，工作零线和保护零线不可混用。⑺进出电线整齐并从箱底部进入，严禁使用绝缘差、老化、破皮电线，移动式配电箱和开关箱进出线必须使用橡胶绝缘电缆。⑻配电箱要有防雨措施，门锁齐全，有绝缘接地设置，严禁使用木制的配电箱。⑼施工现场内道路畅通、平坦、整齐，不乱堆放，无散落物，材料合理堆放。⑽施工现场禁止饮酒和饮用含酒精饮料。⑾施工现场必须配备消防器材，并有人监护。

2.5环保水保措施

2.5.1临时工程环保措施。认真规划施工道路，做到临时施工场地布置优化，加强临时防护，加强施工过程中的临时防护措施，施工結束后及时进行迹地整治和道路两侧绿化措施，避免雨水冲刷，引起水土流失。便道及施工营地的设置，要合理、紧凑，严禁随意搭建，尽量减少对植被的损坏，不占用既有道路、阻碍交通。

2.5.2废水、废渣处理措施。弃碴场按照设计做好防护，防止雨水冲刷，堵塞河道，污染环境。

（1）加强施工管理，实行文明施工，对可能造成环境污染的物质，经过有关部门同意后送到指定地点处理。

（2）采取有效措施防止施工中的燃料、油料、废料等有害物质对周围环境的污染，指定专用存放区，专人保管和处理。

2.5.3防止空气污染和扬尘措施。做好当地水系、植被的保护工作，在施工时对路基边坡及时进行防护与植被绿化，施工车辆不得越界行驶，以免破坏植被、庄稼、城市道路等。

2.5.4施工噪音控制措施。注意夜间施工的噪音影响，尽量采用低噪音施工设备。对距离居民区160m以内的工程，则应根据需要限定施工时间。

3试桩结论

通过螺纹桩试桩记录和各项检测数据得出的试验数据分析总结如下：

在该地质条件下，采用ZJB-120型大扭矩钻机施工，按上述施工工艺及试桩施工参数施工的水泥搅拌桩，无侧限抗压强度、单桩承载力、复合地基承载力三项指标均符合设计要求，可按如下的施工工具、施工参数进行搅拌桩施工。

螺纹桩施工机具采用ZJB-120型大扭矩螺纹钻机；施工工艺流程为：钻机就位→混凝土拌合运输→钻进成孔→拔管送料→移位→清洗。

采用变频器控制钻进速度，钻进速度根据地层不同而适当调整，一般控制在1m/min左右；提升速度2.5-3m/min。电流值一般在70～90A之间，到达持力层电流值激增到110～120A左右。

4结语

重载铁路路基软土地基处理螺纹桩试验施工是该工程的关键组成部分，螺纹桩施工质量将影响到路基的施工后沉降量以及路基整体的稳定性。因此，对螺纹桩进行试验分析有利于完善路基软土地基螺纹桩的施工质量，并对以后的螺纹桩施工具有指导意义。

参考文献：

[1]孙文怀，张元冬，魏厚峰，毕丹.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（03）：74-76.[2017-08-07].endprint