浅谈螺杆桩在高速铁路地基处理中的应用及质量控制

余根钦

摘 要 螺杆桩是一种单桩竖向承载力高、造价低、施工快速的新型桩。随着我国高速铁路施工技术的迅速发展，近年这项地基加固技术在高铁建设中也得到广泛应用。本文以福厦高铁莆田站地基处理施工实践为背景，介绍了螺杆桩施工工艺参数及质量控制等相关内容，供同类工程施工参考。

关键词 螺杆桩;高速铁路;工艺参数;质量控制

1螺杆桩受力原理

螺杆桩是在长螺旋钻孔灌注桩和日本钢钎维全螺纹预制桩的基础上的新桩型。其主要技术特征为桩的“上部为直柱型，下部为螺丝型”，变截面桩体更符合附加应力场由上而下减少的分布规律，桩与土界面构成了机械型咬合。以“螺丝钉比钉子牢固”的道理运用在桩基施工中，使其更牢固的特点得以实现[1]。

2地质条件

适用于淤泥质黏土，粉土，黏土，粉质黏土，中细沙，沙砾石层，强风化层，象皮泥等地层。不受地下水的限制。

3施工案例

新建福（州）至厦（门）铁路位于福建省沿海地区，北起福州市，途经莆田市，南至厦门市和漳州市，设计时速350km/h，线路全长277.42km。莆田站DK86+801.42～DK89+300段路基采用螺杆桩复合地基加固，桩直径0.5m，桩间距1.9m～2.2m，桩长8～24m，桩帽直径1.4m、厚度55cm的圆形桩帽，正方形布置。桩身采用C25混凝土灌注，桩帽采用C30混凝土，本段桩长总计103810延米/6132根[2]。

3.1 工程地质和水文条件

该段路基位于剥蚀丘陵及丘间谷地区，相对高差大，地势稍有起伏，周围公路相通，交通便利。地层岩性及构造：（0）1，Q4ml杂填土;（0）2，Q4ml素填土;（1）4，Q4al+m粉质黏土，硬塑;（2）1，Q4al+pl淤泥，流塑;（2）3，Q4al+pl粉质黏土，软塑;（2）4，Q4al+pl粉质黏土，硬塑;（4）1，Qel+dl粉质黏土，硬塑，夹粗角砾;（11）1，γ花岗岩，全风化，土状，夹强风化碎块;（11）1-1，γ花岗岩，全风化（砂砾状），夹强风化碎块;（11）2，γ花岗岩，强风化;（11）3，γ花岗岩，弱风化;（13）2，δ闪长岩，强风化;（13）3，δ闪长岩，弱风化。该区震动峰值加速度值0.10g，地震动反应谱特征周期值0.45s。

3.2 施工设备及材料选用

施工设备：本工程选用JZU90型螺杆桩钻机、HZS120型混凝土搅拌机、HBT60型混凝土泵等。为保证施工过程中，钻杆下降和提升速度与旋转速度相对应，现场配备与桩机匹配的自动控制装置。

施工材料：采用C25混凝土，坍落度为180～200mm。粗骨料为碎石，粒径为5～25mm。细骨料选用中粗砂，含泥量小于5%，砂率为40%～50%。水泥选用PO42.5普通硅酸盐水泥，可根据不同的使用要求掺加外加剂，其掺入量根据施工条件、气候条件和混凝土性能要求等因素综合确定。

3.3 施工工艺流程及质量控制

施工流程：施工准备→测量放线→钻机就位调平→钻进成孔→至设计标高停钻→提钻同时泵送混凝土→至设计桩顶标高0.5m以上停泵→提钻至孔口→成桩、移位施工下一根→开挖、截桩头→桩基检测→施工桩帽。

施工质量控制：

（1）施工区域内场地整平、清除草皮、树根等，不平处压实，压实度大于90%为宜，两侧设临时排水系统;

（2）桩机就位后，桩位偏差不应大于50mm。根据放样点采用Ф10mm钢筋打入原地下20cm，并用做好标记，保证钻机移位及清理钻渣时，桩位的准确性;

（3）钻头对中后，垂直度偏差不大于1%;

（4）下钻过程中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，钻杆旋转1周，钻杆下降1个螺距，钻至螺纹段设计深度，在土体中形成螺纹状。钻进时，转速宜控制在5～7转/分钟，随地质变化，电流会逐渐变化，当进入设计地层时，观察电流变化值，终桩以桩长和电流双控，并记录深度、地质及电流数据;

（5）钻至设计深度后，桩机反向旋转提升，提升过程中严格控制提升速度和旋转速度，保持同步和匹配，并与该段下钻时一致。提到螺纹部分顶端设计深度时钻杆正向旋转并提升产生柱状空间;

（6）提钻杆同时，将混凝土采用高压泵送（泵压>6MPa）

方式迅速填满由钻杆旋转提升所产生的螺纹状空间，提到螺纹部分的顶端时，钻杆正向旋转提升产生柱状空间，并同时向钻杆内继续泵入混凝土。钻杆提升到最后2m时，将钻杆内泵送满混凝土，利用混凝土自身重力将混凝土压入到钻杆周围，并从钻杆与土层之间的缝隙中压出地面。如提钻过程中，发现地面压出的混凝土量少，则说明钻杆内混凝土不足，继续泵入混凝土，反之可以继续提钻;

（7）为保证桩顶及截桩质量，混凝土宜超灌0.5m;

（8）待钻孔中心混凝土形成柱状体后，缓慢提出钻头。再用50型振动棒对桩顶2m范围混凝土振捣，保证桩顶混凝土密实;

（9）清理桩间土到设计高程位置后，采用专用切桩机截桩头，桩头截除后，桩顶平整，桩身无裂纹;

（10）螺杆桩截桩后开挖50cm～100cm，测量计算桩体有效直径。采用小应变进行桩身完整性检测，28天后钻芯取样检查抗压强度并进行单桩承载力檢测。

3.4 总结

在福厦铁路莆田站路基施工中，对螺杆桩施工工艺、机械性能及不同地层施工参数进行总结，根据桩身质量检测结论，形成了具体质量控制指标。

施工过程中钻进速度控制：

（1）4粉质黏土σ160kpa钻进速度为1.05～1.75m/min;（11）1全风化花岗岩土状σ200kpa钻进速度为0.52～1.05m/min;（11）1-1全风化花岗砂砾状σ250kpa钻进速度为0.35～0.52m/min;

钻进过程中及终孔电流控制：

（1）4粉质黏土σ160kpa电流值控制在41～49A;（11）1全风化花岗岩土状σ200kpa电流值控制在71～79A;（11）1-1全风化花岗砂砾状σ250kpa电流值控制在100～110A;进入（11）3弱风化花岗岩σ1000kpa终孔电流值控制在155～170A。

终孔控制标准：

桩长达到设计深度，并且电流值满足该地层的试验电流值，可终孔;桩长达到设计深度，但钻机电流值小于对应地层的试验电流值，需继续钻进增加桩长，直到钻机电流值达到对应地层的试验电流值方能终孔;桩长未达到设计深度，但钻机电流值达到对应设计地层的试验电流值，如桩长偏差在2米以上需上报设计单位，调整桩长;如桩长偏差在2米以内，可以根据试验总结电流值直接终孔[3]。

4常见问题预防

（1）导管堵塞：保证粗骨料的粒径、混凝土的配合比和坍落度符合要求。灌注管路避免过大变径和弯折，拆卸导管后清洗干净。

（2）偏桩：场地要平整压以防钻机偏斜;开钻前和钻进过程中检查桩机的水平度和垂直度。

（3）缩颈：根据不同土质，选择成桩顺序，做工艺试验，以确定合理的参数;

（4）断桩：保持灌注过程连续，泵压>6MPa;控制提钻速度，确保钻杆内有0.1m?以上的混凝土，灌注过程中因特殊情况停滞时间大于混凝土的初凝时间时，应重新成孔灌注。

（5）夹泥、气泡、浮浆太厚：保持钻杆顶端气阀开启自如，防止混凝土中积气造成桩顶混凝土含气泡;桩顶浮浆应超灌排除浮浆后终止灌注;已经施工完成区域设置禁区，防止机械进入扰动桩头。

参考文献

[1] 于庆福.新型螺杆桩在深厚松软土地区高速铁路施工中的应用[J].科技与创新，2014（5）：83-84.

[2] 陈虹玮.螺杆桩技术施工工艺及造价分析[J].铁路工程造价管理，

2011，（2）：9-12.

[3] 张伟，彭振斌，李志平.螺杆桩在地基处理中的应用[J].岩土工程界，2007，（11）：41-42.