螺杆桩在EPC工程中的应用

唐国栋

中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：

螺杆灌注桩是一种上部为直杆，下部为螺旋杆的变截面异形桩，与传统的杆桩和全螺旋灌注桩相比，具有承载力高、沉降小、工期短、施工方便、造价低、环保等优点，在建筑工程中应用越来越广泛。本文结合工程实例，从螺杆桩受力机理出发，通过基础方案比选，论述了螺杆桩的经济性，并介绍了螺杆桩的施工工艺及质量控制要点，为今后同类工程提供借鉴。

0 引言

螺杆桩是在日本的高强度钢纤维混凝土预制螺纹桩的基础上创新而成的，上部为直杆，下部为螺旋杆的变截面异形桩，广泛适用于螺杆桩适用于杂填土、粘土、粉土、黄土、各类砂层，粒径小于30cm（含石量≤50%）的砾石层等土层。具有承载力高、沉降小、工期短、施工方便、造价低、环保等优点。在民用建筑基础工程方面的应用越来越广泛。

1 工程概况

安哥拉共和国DUNDO省生态新城项目是我集团承接的大型海外EPC项目，一期工程包括5000多套住宅及其配套工程，总投资46亿元，是安哥拉政府重点投资项目。在勘探范围内，结合地基土的成因，分布厚度、性质、工程特性及试验成果，场地地基土可以分为5个土层，各土层主要物理力学性质详见表1

2 螺杆桩技术原理

螺杆桩技术简介

螺杆桩技术是在日本的高强度钢纤维混凝土预制螺纹桩的基础上创新而成，是一种上部为直杆，下部为螺旋杆的变截面异形桩，采用专用设备螺杆桩机钻具旋转挤压土体泵压砼成桩。具有承载力高、沉降小、工期短、施工方便、造价低、环保等优点，广泛适用于螺杆桩适用于杂填土、粘土、粉土、黄土、各类砂层，粒径小于30cm（含石量≤50%）的砾石层等土层。

螺杆桩技术原理

螺杆桩成孔过程中桩侧土体受到挤压和加密作用，成桩后部分桩体形成螺纹，而桩侧土体形成螺母，桩体螺纹与桩侧土螺母紧密咬合，当桩顶受荷时，螺纹段的桩侧土“螺母”受到压缩，环状“螺母”的根部受到剪切，桩的承载力由直杆段的侧阻力（摩阻力）、螺纹段的抗剪强度和桩端的端承力组成，而螺纹段的抗剪力远远大于同等条件下的侧阻力，满足了附加应力的分布规律和应力分担比及刚度变化的要求，调整了土与桩之间的作用，桩侧土体应力分摊比及应力扩散度提高，桩端荷载减少，从而使桩身受力与土体受力协调一致。桩的竖向承载立与桩的长细比有着密切的关系，桩断面积的大小和刚度的变化在制约桩的受力及变形方面起重要作用。螺杆桩上部的柱体段在荷载传递过程中，加大了受压面积，提高了桩身刚度和对螺纹段功能发挥起到承上启下的作用。

3基础方案优化

以DUNDO生态新城5层住宅为例进行方案比选，原方案为D500mm管桩，桩长20m，后经多次考察拟改用D400mm螺杆桩，桩长13.5m，详见图1。现就两种基础方案进行比选。

管桩设计计算

管桩单桩竖向承载力，

式中：为桩周极限侧阻力标准值（Kpa），根据表1选取；

为桩穿过的第层土的厚度；

为极限桩端阻力标准值（Kpa），根据表1选取；

为桩端面积；

（2）螺杆桩设计计算[1]

螺杆桩的承载力由直杆段的侧阻力（摩阻力）、螺纹段的抗剪强度和桩端的端承力组成。因此须分别计算：

①直线段侧阻力计算

直杆段侧阻力由桩土之间的摩阻力实现，计算方法与直杆桩相同。

其中：为直杆段极限侧阻力标准值（Kpa），根据地勘资料取值；

为直杆段为桩周长；

为直杆段穿过的第层土的厚度；

②螺纹段侧阻力计算

螺纹段的侧阻力由桩的螺牙和土的咬合力通过桩侧壁的土的抗剪强度体现的，与直杆段的受力机理不同，采用下式计算：

为螺纹段第层土的抗剪强度；一般根据土体性质确定：

砂类土：

粘性土：

式中：为剪切滑动面上得法向应力，根据有关技术规程取值；

为第层土的粘聚力；

为第层土的内摩擦角（°）；

③桩端阻力计算

由于螺杆桩在成桩过程中有挤土作用，加之管内混凝土有较高的压力，作用机理与打入桩相类似。可以按下式计算：

为极限桩端阻力标准值（Kpa），可根据地勘资料取值；

为桩端面积；

螺杆桩单桩竖向极限承载

直线段侧阻力、螺线段侧阻力和桩端阻力之和即为螺杆桩单桩竖向承载力，计算公式：

方案比选结论：

从方案比选可见，螺杆桩基础承载力较高，可以降低桩长或减小桩径，从而大大节约成本，另外管桩需采用高标号混凝土，国外缺少规模化生产工厂，只能在国内预制船运至安哥拉，需定制一定的备用品也不利于成本控制。仅此基础方案优化一项，节约工程成本约6500万元，使该EPC项目取得了良好的经济效益。

4 施工工艺流程及质量控制要点

（1）螺杆桩施工工艺流程见图2

螺杆桩施工前准备与普通桩基施工准备基本相似，在此不再赘述，仅就阐述螺杆桩施工工艺主要过程。

① 下钻

桩基就位后，关闭钻头阀门开始钻进，钻进过程中桩机自控系统控制钻杆下降速度和旋转速度，使二者匹配，直线段要求钻杆旋转两周以上，螺杆钻杆下降一个螺距，通过挤压形成直柱形；螺纹段要求钻杆旋转一周，螺杆钻杆下降一个螺距，形成螺纹段。

② 反向提升钻杆同时泵送混凝土

螺杆桩成孔达到设计标高后，停止钻进开始泵送混凝土，当钻杆芯管充满混凝土后，螺杆桩反向旋转提升钻杆，提钻过程中自控系统应严格控制钻杆提升速度和旋转速度，钻杆旋转的转数和提升速度应保持同步和匹配，匀速控制提管速度，与此同时泵送高压的细石混凝土，迅速填充由于钻杆同步旋转提升所产生的螺纹段空间。当钻杆提升至螺纹段顶面设计标高时，钻杆反向旋转或直接提升产生带圆柱空间，同时钻头泵出高压混凝土浇筑钻杆直接提升所产生的圆柱空间，直至桩顶设计标高。

③ 钢筋笼安装

钢筋笼采用后置式安装，素混凝土桩成桩后安放钢筋笼。利用安放在钢筋笼上的振动器，把钢筋笼下端插入桩体中，固定调整好钢筋笼位置后震动拔出钢管成桩。

从整个施工过程来看，螺杆桩成桩过程无需清底、取土、护壁、无振动、低噪音等绿色桩型特点；施工时对桩周土有明显的挤密作用，降低了地基土的压缩性，从而提高了桩基承载力。

施工质量控制要点

① 施工前应进行试桩，以确定有关设计参数和工艺参数

施工前应进行成桩工艺试验，以核对地质资料，检验所选设备、机具、施工工艺及技术要求是否合适，确定施工工艺参数。并应选择3根以上桩基做静载试验确定单桩极限承载力，以检验设计所采用的参数是否符合实际。

②应严把材料关，控制混凝土的和易性。

混凝土用碎石粒径控制在5~25mm之间，砂应选用质地坚硬干净的中粗砂，并严格控制含泥量，水泥宜选用早强水泥，标号不低于32.5级。混凝土应符合泵送的要求，塌落度控制在18-20cm。

③应严格控制钻杆旋转速度和提升速度，并使泵送混凝土速度和钻杆提升速度相协调，在泵料时应严格控制钻杆旋转速度和提升应保持一致，避免破坏土体中的螺纹。混凝土的泵送量过大提管速度过慢宜造成堵管，泵送量不足钻杆提升过快会影响成桩质量，造成断桩或缩颈，因此混凝土的泵送量要与钻杆的提升速度相协调。

我公司在工程建设过程中严格控制质量，已完成封顶的5000多套住宅无一出现因基础不均匀沉降产生的

5 结束语

我公司以EPC方式承建的安哥拉DUNDO生态新城成功应用螺杆桩新技术，不仅节约了成本，取得了良好的经济效益，同时由于施工过程绿色环保也受到安哥拉政府赞扬和葡萄牙专家的一致好评。实践证明，螺杆桩技术具有一定的推广优势，应尽快完善其设计施工规范，力争早日在适合的国内项目中推广应用，也值得国内同类工程借鉴。

参考文献：

方崇，张信贵，彭桂皎 对新型螺杆桩的受力特征与破坏性状的探讨，岩土工程技术，2006（6）

彭桂皎 虞锋 石庆华 张宁，螺杆桩设计与施工技术（CFG-LGZ-2006JG）【S】

沈保汉王凤良，螺杆灌注桩施工技术【J】，建筑技术，2010（3）

闭历平 方崇 张信贵，新型螺杆灌注桩的施工工艺与质量控制措施【J】，西部探矿工程，2006（12）

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。