螺纹桩在一干北引工程中的设计应用

马洪飞

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

螺纹桩在一干北引工程中的设计应用

马洪飞

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

长螺旋钻孔灌注桩是建筑业中一种新的桩型。依据建筑物受荷特点，通过3种地基处理方案比较，选取螺纹桩作为一干北引工程推荐方案。

螺纹桩；一干北引工程；应用

1 工程概况

一干北引工程任务是将潮白河水经群英渠总干渠、一分干渠、一干北引渠、尹家沟引入鲍邱河上游，可为鲍邱河上游年补水量3900万m3。一干北引全长5160m，采用加泵提水方案，进水口建泵站1座，渠线沿县界方向长1250m，采用钢筋混凝土箱涵，断面尺寸3.5m（宽）×2.5m（高）；双臼村以南长1900m，采用自然边坡渠道；牛万屯村北穿福喜路采用顶管方案；福喜路以东渠道长2010m，采用直立驳岸；渠道末端与尹家沟连接，同时设节制闸1座。

2 泵站总体布置

提水泵站枢纽由上游防护段、上游防渗段、站前闸、前池、进水池、泵房、出水池、出水闸、下游防渗段等主要建筑物及生活管理用房等附属建筑物组成。

3 地基处理方案

根据建筑物受荷特点、地基土特性及结构重要性等情况，进行了3种方案的比选。

3.1 换填水泥土垫层

换水泥土垫层法即将地基土上部一定厚度的软弱土层挖除，换填水泥土（水泥掺入量18%）。该方案能改善地基应力分布，适当提高地基承载力，但对沉降量改善不大。换土垫层处理措施需进一步加大基坑深度，边坡稳定不易保证，增加了施工难度，且施工时段受天气影响较大，对基坑降水、排水要求较高。但该方案具有投资小，施工方法简单，施工质量易于保证等优点。

3.2 水泥土搅拌桩

水泥土搅拌桩是用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械在地基深处将软土与水泥强制搅拌，利用

水泥和软土间的物理及化学反应，使软土硬结成为具有整体性和一定强度的优质复合地基。该方案施工方便，造价相对不高，能同时解决地基承载力不足和沉降量过大的问题。但在工程实践中，搅拌机械的性能和施工监控系统比较落后，成桩质量难以保证，质量检测有待加强。

3.3 长螺旋钻孔灌注桩——螺纹桩

螺纹桩是由长螺旋钻机、混凝土输送泵及强制式的混凝土搅拌机3部分组成的完整施工体系。成桩时，由带有自控装置的螺纹桩机器，特制螺纹钻杆钻进，直接钻至设计深度，在土体中形成螺纹，并在提钻过程中螺纹桩机器自动控制系统，严格控制螺纹钻杆提升速度和旋转速度，同时将制备好的混凝土经过高压混凝土泵的输送，通过空心螺纹钻杆由钻头泵出，泵出的高压细石混凝土迅速填充螺纹钻杆旋转提升产生的带螺纹空间，形成螺纹，然后将绑扎好的钢筋笼压入或振入混凝土中，形成螺纹桩。螺纹桩是刚性桩基础，可较大地提高地基承载力，减少建筑物沉降量，提高建筑物抗滑稳定性，且施工工艺成熟、质量易保证，地基稳定安全性高，是可靠的地基处理方案，并且该方案造价不高，在同等承载力要求下，螺纹桩比普通灌注桩节约材料50%以上。在适合的地层和深度，施工效率300～500m/d，一般钻孔直径300～800mm，施工深度不超过40m。

根据以上3种地基处理方案的特点，结合本工程的天然地基稳定性的具体情况，由于螺纹桩方案能同时解决地基承载力及沉降问题，且安全性高，故本工程的建筑物地基处理推荐采用螺纹桩方案。

4 桩基承载力计算

初拟螺纹桩直径0.6m，排距2.0m，桩距2.0m，桩长10m，矩形布置。螺纹桩桩顶所受的竖向力可按JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》公式计算，如式（1）。

式中 Nk为荷载效应的标准组合轴心竖向力的作用下基桩的平均竖向力（kN）；Fk为荷载效应的标准组合下，上部结构传至承台顶面的竖向力（kN）；Gk为螺纹桩基础承台及其上部土的自重标准值（kN），对于地下水位以下部分应扣除水的浮力，当其作用有利时，

式中 Hik为荷载效应标准组合下，作用于第i基桩的水平力（kN）；Hk为荷载效应标准组合下，作用于桩基承台底面的水平力（kN）；n为承台下螺纹桩的数量。

轴心竖向力作用下，其公式如式（3）。

式中 Nk为荷载效应标准组合时，螺纹桩桩顶所受的竖向力（kN）；R为螺纹桩单桩竖向承载力特征值（kN）。

偏心竖向力作用下除符合式（3）要求外，尚应符合式（4）要求：

式中 Nkmax为荷载效应的标准组合下，偏心竖向力作用于承台顶面时螺纹桩桩顶所承受的最大竖向力（kN）。

单桩德竖向承载力特征值应按式（5）计算：

式中 Quk为螺纹桩单桩竖向极限承载力标准值（kN）；K为安全系数，取2。

螺纹桩单桩竖向极限承载力标准值可采用式（6）计算：

式中 u为按螺纹桩外径计算的周长（m）；qlwsik为螺纹桩侧的第i层土的极限侧阻力的标准值 （kPa），qlwsik= βqsik，β为螺纹桩桩身等效极限侧阻力的标准值相对于干作业的钻孔桩极限侧阻力标准值的增强系数，可以根据工程经验确定。若无经验时，螺纹桩直杆段可取1.0，螺纹段可取1.3～1.7，当螺纹段桩的侧土以砂土为主或桩长较短时宜取高值，以黏性土为主或桩长较长时宜取低值，qsik为干作业的钻孔桩极限侧阻力的标准值（kPa）；qpk为螺纹桩极限端阻力的标准值（kPa）；li为螺纹桩穿过第i层土层的厚度（m）；Ap为螺纹桩的外径在桩端的投影面积（m2）。

计算结果取单桩竖向承载力特征值及单桩竖向极限承载力标准值的较小值为1087.41kN。

本工程桩顶设有30cm褥垫层，桩与基础不整体连接，按复合地基设计。

桩端处地基承载力依据GB50007—2011《建筑地基基础设计规范》，按式（7）进行修正：应乘0.9的折减系数。

单桩桩顶水平力公式如式（2）。式中 fa为修正后的地基承载力的设计值（kPa）；fak为地基承载力的标准值 （kPa）；b为基础底面的宽度（m），取6m；d为基础埋置的深度（m）；ηb，ηd为基础的宽度和埋深的地基承载力的修正系数；γ，γm为基础底面以下的土的重度和基础底面以上土的加权平均重度（kN/m3）。

计算修正后的地基承载力设计值536.73kPa，满足设计要求。

5 结语

（1）根据建筑物的受荷特点、地基土的特性及结构重要性等具体情况，通过3种地基处理方案比较，选定螺纹桩作为推荐方案。

（2）螺纹桩在长螺旋钻孔灌注桩已有优势的基础上，更加具有承载力高、节约材料、工期短及环保等特点。该工程实施后处理效果良好，望为今后类似工程设计提供一定借鉴。

［1］大厂县一干北引渠治理工程实施方案［R］.2015.

［2］GB50007—2002，建筑地基基础设计规范［S］.

［3］JGJ94—2008，建筑桩基技术规范［S］.

［4］李红文，李雪梅，郑俊杰，等.螺纹桩的设计及应用［J］.土工基础，2006，20（2）：82-85.

［5］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（8）：55-58.

（责任编辑：姜彤宇）

Design and application of screw pile in the Yiganbei diversion canal engineering

MA Hong-fei
（Hebei Research Institute of Investigation&Design ofWater Conservancy&Hydropower，Tianjin 300250，China）

The poured long screw drill piles is a new type of pile in construction industry.Based on the load characteristics of buildings，through the comparison of three kinds of foundation treatment schemes，the screw pile is selected as recommended program to Yiganbeidiversion canal project.

screw pile；Yiganbeidiversion canal project；application

TV553

：B

：1672-9900（2017）04-0080-03

2017-04-28

马洪飞（1983-），女（汉族），河北南宫人，高级工程师，主要从事水利工程设计工作，（Tel）13920355770。