螺杆桩地基处理试验与检测

王恒

中铁十二局集团第四工程有限公司 陕西西安 710000

螺杆桩是一种挤土式灌注桩，成桩过程中不需要泥浆护壁，且不用清底，因此具有不上返土、无泥浆污染等绿色桩型的特点，因其桩身具有螺纹变截面且施工过程中挤压周边土体，所以螺杆桩还具有承载力高、施工速度快、节约混凝土等优点[1]。

本文结合大张高铁大同南站站前工程，论述螺杆桩的施工工艺，并采用低应变等方法检测成桩后的桩身质量是否满足设计要求。

1 试验段黄土工程地质条件

试验场地位于大张铁路大同南站内，属大同盆地，冲洪积平原，地形平坦开阔，局部地段略有起伏，大部分为耕地。

地层：素填土，杂色，稍密，成分以黏性土、砾石、细砂为主，层厚0-2.8m；粉土，黄褐色、棕红色，稍湿，层厚0.8-2.7m；粗砂，黄褐色，稍密-中密，稍湿-饱和，成分以石英、长石为主，层厚2.3-8.3m等。

水文地质：勘测期间地下水位埋深9.4-27.2m，类型主要为第四系孔隙潜水，主要依靠大气降水及地表水补给，以大气蒸发为主要排泄方式，水位季节变化幅度1-2m。

2 螺杆桩成桩工艺流程

2.1 主要机械设备配置

根据螺杆钻的结构、施工要求，现场通过与钻机厂家合作将市场上现有的LW30型长螺旋钻机改造成满足施工要求的螺杆钻机，主要参数见表1。本项目进场的螺杆钻机已改换了动力头、螺旋钻杆，同时增加了变频调控装置，主要技术参数如表1所示。

表1 LW30 型螺杆桩钻桩机主要参数

2.2 原材选择及控制

（1）在原材料进场后，向监理工程师报送相关质量证明文件。

（2）对水泥、卵石（或碎石）、砂、粉煤灰等原材进行取样送实验室进行复检。

（3）对配制好的混合料进行检测。施工前完成拌合机标定，严控混合料的配合比，加强过程监督检查。

另一方面，1871年德国重归统一后表现出推崇民族文化的浪漫主义思想，集中体现在对本国中世纪自然主义城镇形态尺度的保护、更新等方面.而德意志帝国的殖民者也将这种对民族主义的狂热带到了青岛，在城市建设中表现出浓厚的自豪情节[4]，如1898年其颁布的建筑条例提到：“注重道路尽端和转折点及建筑物的外观设计”.这显然是对德国中世纪城镇中对景手法的效仿.

（4）混合料配比主要参数：①P.O42.5级水泥；②粒径5-25mm碎石；③干净的河砂，含泥量小于5%的中粗砂；④等级要求Ⅲ级及Ⅲ级以上的粉煤灰。

2.3 地表清除及测量放点

填筑试验段表层采用推土机清除，清表过程基于测量基准点控制整体清表标高，按桩顶标高+0.5m高度控制。测量班按照交底放设边、中线，技术人员按照两米间距拉钢尺布点。

2.4 试验实施

第一点：确认混凝土塌落度。本次试桩分别采用塌落度采用160mm、170mm、180mm和200mm进行工艺试验，分别灌注8根试验桩。其中，78-7、78-8采用160mm、165mm混凝土塌落度；78-9、78-10采用170mm、175mm混凝土塌落度；79-7、79-8采用180mm、185mm混凝土塌落度；79-9、79-10采用195mm、200mm混凝土塌落度。

经现场试验，这几种塌落度均能满足施工要求，未发生堵管情况，灌注顺利。

第二点：确认每个施工进程中混凝土的泵送量。安排生产2m³C20混凝土，再地磅精确测量方量，罐车运输至工地，再用泵车全部达到另一辆空罐车内，期间统计泵车进程次数。如此反复三次，求得该辆泵车每个进程能泵送的混凝土量。

经现场测量，这台泵车（B01）每个循环进程泵入混凝土量为0.0575m³。

第三点：确认混凝土灌注方法。混凝土输送泵泵压稳定在10MPa，保证混凝土充满钻杆杆芯，施工过程注意观察排气孔情况，当发现有混凝土从钻杆顶端排气孔溢出时，停止泵送，提升钻杆（21m）。提升1.5m后，让混凝土输送泵再次向钻杆内压入混凝土，直到混凝土再次溢出排气孔时停止，如此循环反复直到灌注完成。

第四点：确认施打顺序。按照图纸要求，从线路中心向线路外侧施打。

第五点：确认钻杆垂直度。在开钻之前和钻进过程中，专人查看主塔上侧面和后面的两个锤球指针，若发现偏离中心过大，立即停转，查明原因。桩体龄期达到后，对78-9、78-7、78-10螺杆桩进行钻芯取样试验，经现场检测表明桩，身取样完整，长度满足设计桩长要求。

第六点：钻进过程中确认钻杆下降速度和旋转速度的匹配。经现场试验，在黄土、粉质粘土地层，能达到钻杆下降速度和旋转速度匹配，但在砂土地层无法达到钻杆下降速度和旋转速度匹配，但通过放慢钻进速度和停钻冷却钻头，可以达到钻杆下降速度和旋转速度匹配。

第七点：钻杆提升速度与旋转速度匹配。经现场试验，通过采用变频一档，提升时间均在7-8分钟中间，计算提升速度在2.25m/min-2.6m/min，符合要求；按照变频二挡时，此桩的提升速度太快，达到3.3m/min，不符合要求。

第八点：确认截桩机刀片尺寸。分别安装直径为50cm、60cm和70cm的刀片切割桩头，结果表明：50cm直径的刀片无法切除桩头中心部位，切割后桩头不平整；60cm直径的刀片可以从三个方向切割平整的切除桩头；70cm的刀片安装后，整个截桩机在切割过程中，机身很不稳定，晃动太大，无法进行切割作业。

第九点：确认桩身垂直度。开挖78-7、78-8、78-9、78-10桩体，开挖深度1.0m。剔除干净桩周土后，测量桩头下0.5-1.5m处桩体垂直度，分别为2mm、2mm、3mm、1mm，均小于10mm（1%）的设计要求。

3 螺杆桩成桩质量检测

根据设计文件要求，螺杆桩成桩质量分别采用低应变法与单桩承载力试验相结合检测。

3.1 低应变法检测

本试验采用低应变反射波法检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置，反射波法测桩的示意图如图1所示。

图1 反射波法测桩的示意图

桩身强度达到75%以后，清运桩间土后，截除桩头，进行低应变试验，检测桩身完整性，所测的8根桩桩身完整性均符合设计要求，其中15-078-04号桩低应变波形图见图2，可以看出本桩波形为Ⅰ类桩波形。

图2 15-078-04 号桩低应变波形图

3.2 单桩承载力试验

螺杆桩试桩混凝土达到28天后，经对试验桩进行3根单桩承载力试验检测，螺杆桩单桩承载力特征值均大于600kN（表2），满足单桩承载力试验要求。

表2 单桩承载力试验结果汇总表

78-9号桩试验曲线，如图3-图5所示（在本文中只展示78-9号桩试验曲线，其他桩点试验曲线不再一一展示）：

图3 78-9#桩P-s 曲线

图4 78-9#桩s-lgt 曲线

图5 78-9#桩s-lgp 曲线

4 结语

通过对大同南站站前工程螺杆桩处理段落进行工艺性试验，并采用钻芯法、低应变及单桩承载力试验进行质量检测，分析表明：

（1）各项现场测试结果表明：通过加强施工管控，螺杆桩应用在粉土为主的地基具有成桩效果好、适应性好的特点，且处理效果良好；

（2）经相应检测结果表明，试验桩未出现异常情况，成桩质量均符合设计要求，地基达到预期加固效果。