挤密螺纹桩工艺在地铁施工中的应用研究

曹中文

摘 要：随着施工技术的飞速发展，桩基施工工艺越发先进，处理方式也越来越多样化。其中，挤密螺纹桩是近年来新兴的一种桩基施工工艺，目前该桩基施工工艺开始应用于城市地铁项目，应用越来越广泛。

关键词：桩基施工;挤密螺纹桩;城市地铁项目

中图分类号：U213.14文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）08-0091-03

Research on the Application of Compacted Thread Piles in Subway Construction

CAO Zhongwen

（The 6th Engineering Co.， Ltd. of China Railway 11th Bureau Group，Xiangyang Hubei 441003）

Abstract： With the rapid development of construction technology， the pile foundation construction technology has become more advanced and the treatment methods have become more and more diverse. Among them， compacted thread piles are a new type of pile foundation construction technology in recent years. At present， the pile foundation construction technology has begun to be applied to urban subway projects and has become more and more widely used.

Keywords： pile foundation construction;compacted thread pile;urban subway project

擠密螺纹桩是指桩身带有螺牙的混凝土灌注桩，适用于一般黏性土、粉土、砂土、碎石土、残积土及强风化岩等土层[1]。挤密螺纹桩是在高强度钢纤维混凝土预制螺纹桩和长螺旋钻孔灌注桩的基础上研发出的一种实用价值很高的新型桩，借鉴螺钉的受力原理，通过变截面的构造，在桩基成孔时，桩侧壁土体受挤压和加密作用，成桩后，桩身形成螺纹，与桩侧土紧密咬合。当桩顶承载时，螺纹段的桩侧土受压，环状螺母根部受剪，桩身直杆段的侧阻力和桩端的端承载力共同作用。同时，螺纹段的抗剪力大于同条件下的侧阻力，附加应力的分布规律和应力分担比及刚度变化能达到最佳组合，桩身受力与土体受力能够协调一致。竖向受力方面，附加应力由上到下慢慢变小，桩身的应力分解。挤密螺纹桩上部的柱体段在荷载传递中加大了受压面积，提高了桩身刚度，充分发挥了螺纹段功能，起到承上启下的作用。

1 挤密螺纹桩优势

与其他传统桩型相比，挤密螺纹桩优势更加明显：施工过程无噪声、无振动，更满足绿色环保要求;施工过程中不取土，通过对天然地基的挤密作用，对地基土进行压缩，可以有效提高地基承载力，减小地基沉降;挤密螺纹桩的单桩承载力较高，桩基数量可以进一步优化，可以有效节省工程造价;解决了预应力管桩无法在砂卵石（卵石密度>30%）及强风化岩层施工、挤土负效应、长螺旋钻孔灌注桩桩端虚土、现浇混凝土全螺纹桩体承载力不足的弊病;桩机设备扭矩大，穿透力强，对土质的适应性非常强，同时不受地下水位的影响，应用更加广泛;挤密螺纹桩施工工艺简单，施工过程没有清底、取土、护壁、塌孔、断桩等问题，桩身质量可靠;采用专用液压步履螺杆桩机，可以自行行走、回转、起落立柱，对位准确，桩机设备自动化程度高，工作性能先进，人工劳动强度降低，大大加快施工进度，可以连续泵送混凝土，实现了真正的优质高产[2]。

2 城市地铁项目挤密螺纹桩概述

青岛地铁四号线登瀛车辆段的段落里程JK0+987.2～JK1+308.1区域属于软弱地基，处理设计采用挤密螺纹桩施工工艺。挤密螺纹桩螺牙外径为0.6 m，螺距为0.45 m，采用正方形布置，桩间距为2.2 m，设计挤密螺纹桩总长度25.45万m，采用由中间向两边扩展的成孔顺序进行桩基作业。

3 桩基机械设备选用

青岛地铁四号线登瀛车辆段挤密螺纹桩采用的是JZB30型液压步履螺杆桩机，桩机主要由动力头、钻杆、立柱、液压步履式底盘、回转结构、卷扬机、操作室、电气系统、液压系统和托运机构等选配组成，可实现行走、回转、起落立柱及桩机对位。工作时由动力头驱动钻杆、钻头旋转、卷扬机控制钻具的升降，被钻切削下的土料大部分由螺杆挤压加密到孔壁，没有泥浆污染和弃土。钻至设计深度提钻成孔，也可以边提钻边压注混凝土（或泥浆）而成桩。

4 挤密螺纹桩施工工艺

挤密螺纹桩的施工工艺如下：施工准备及桩机组装调试→测量放线及复核→桩机就位（控制垂直度）→桩机下钻→提钻泵压混凝土拌和料→后置钢筋笼制安（钢筋笼制作→钢筋笼验收→钢筋笼套穿钢管及振动装置）→桩机移位（下一根桩循环）→清理桩间土、环切桩头→桩头钢筋调直→桩基检测。

4.1 施工准备及桩机组装调试

4.1.1 场地准备。考虑桩机设备大体积和大质量，机械进场组装前先进行场地平整，同时设置临时排水沟、集水井等降排水设施，抽排地上积水，场地内排水疏干后，挖出原地面种植土。

4.1.2 桩机组装调试。桩机操作手根据操作规程，将桩机设备组装好;操作手接线试运行时，将钻杆提升至距离地面约400 mm位置，观察整机行走、回转是否正常，卷扬机制动器是否灵活可靠，行程控制开关动作是否灵敏，各电机运动方向是否正确，如果各项指标显示正常，即桩机调试完成。

4.2 测量放线及复核

施工前由测量人员根据图纸桩位进行现场桩基点位放样，先测出桩基控制角点，将木桩打入控制角点处，再依据控制角点放出中间点（即桩位），用白灰或者专门的木桩做好标记。每个桩基点的测量要求测量人员对测量基线、控制点及桩位点进行复核，桩位纵横向偏差要求不大于5 cm，确认准确无误后方可结束。

4.3 桩机就位（控制垂直度）

桩位控制点放好后可以安排桩机就位，由桩机操作手根据桩机桩架上前后、左右的刻度尺调整垂直度，保证竖向垂直度要求。桩机钻进2～3 m后使用吊锤复核钻杆竖向垂直度是否在容许偏差范围（钻杆竖向垂直度允许偏差为1%），为保证垂直度控制准确，可以提前在桩机导向杆上刻上“十”字标记，确保吊锤与导向杆上的“十”字垂直，如果钻杆竖向垂直度超出偏差范围，则停止钻进，要求重新调整直至满足垂直度要求。

4.4 桩机下钻

桩基开始钻孔时，先关闭钻头阀门，释放卷扬，当钻头即将接触地面时，启动动力装置开始向下钻进。钻进时保持先慢后快，以减少钻杆摇晃，确保钻进过程平稳，钻进过程中动态检查钻孔的偏差，以便及时纠正[3]。在成孔过程中，如果发现钻杆摇晃或钻进困难，要及时放慢钻进速度，检查是否遇到障碍物，避免钻杆和钻头损坏。

钻孔过程中，严格控制钻杆的下降和旋转速度，保持匀速下钻。钻孔形成螺纹段时，钻杆每降一个螺距时，钻杆旋转一周，钻至螺纹段设计深度。当遇有障碍物时，应立即停钻，清除障碍物后再重新鉆进。

4.5 提钻、泵压混凝土拌和料

4.5.1 混凝土拌和料的选用。挤密螺纹桩桩体材料采用碎石、石屑或砂、粉煤灰、水泥加水配合而成，桩身水泥采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺入量不大于200 kg/m3，掺加优质粉煤灰（等级不低于III级），粉煤灰掺加量为70～90 kg/m3，石屑率一般控制在0.3左右，碎石粗骨料满足级配要求，松散堆积密度大于1 500 kg/m3，碎石最大粒径不大于25 mm，拌和料28天标准立方体无侧限抗压强度不小于20 MPa。

4.5.2 桩机成孔泵送混凝土拌和料。挤密螺纹桩成孔至设计标高时，停止钻进，先排出管内的空气，然后开始泵送混凝土拌和料。当钻杆芯管充满混凝土拌和料后，桩机反向旋转提升钻杆，钻杆顺着已形成的土体螺纹反向旋转，严格控制提管速度，使提升和旋转速度同步和匹配，保持钻杆提拔的速度控制在1.3～1.5 m/min。维持钻杆反向旋转一圈，钻杆上升一个螺距。此时，通过中心泵管高压泵送混凝土拌和料迅速填充钻杆同步旋转提升时所产生的螺纹段空间。当桩机钻头提钻到一定位置时，停止泵送混凝土拌和料，由桩机钻杆内的混凝土拌和料来充填至桩顶设计标高。该过程要及时关注输送泵泵送次数和控制混凝土拌合料实灌量，灌注过程要确保拌和料超灌高度不低于设计标高的50 cm，保证混凝土拌和料实灌量不小于设计灌注量。

4.6 后置钢筋笼制安

4.6.1 钢筋材料选用。根据图纸要求的钢筋参数，合理选用主筋、螺旋箍筋和加劲箍筋。钢筋进场时，对进场批次的钢筋产品合格证、出厂检验报告仔细检查，检查钢筋表面的标志和铭牌是否一致、进场的钢筋是否和图纸设计要求的规格一致等。钢筋进场后，及时切割样品，按要求送检，检验合格后方可使用。

4.6.2 钢筋笼制作。采用钢筋笼滚焊机加工钢筋笼;根据图纸设计要求，精确计算所需钢筋用料长度下料放样，用钢筋切割机将钢筋切好备用，按规格尺寸分类摆放，防止错用;控制钢筋笼两相邻接头间距不小于35[d]（[d]为纵向受力钢筋的较大直径），且同一截面搭接头数量不大于主筋根数的50%;控制钢筋笼主筋与箍筋的每个交叉点绑扎牢固，主筋、加强筋采用单面搭接焊，焊接长度确保不小于10倍钢筋直径，架立筋与主筋焊点保证焊接均匀牢固，对钢筋笼吊点处的焊接点重点加强，避免钢筋笼起吊时出现脱焊情况。

4.6.3 钢筋笼套穿钢管振动装置。在地面上把振笼用的钢管振动装置从水平方向穿入钢筋笼的内腔，将专用振动装置连接固定好，同时用钢丝绳把钢筋笼与振动装置柔性连接，在钢筋笼吊装前，工作人员必须排查连接情况，确保连接安全可靠。

4.6.4 钢筋笼吊装。钢筋笼采用后置式安装。当桩机钻头提升至孔口时，按要求停止泵送混凝土拌合料，然后将钻头提出，把半成品钢筋笼安装好，用桩机的自备吊钩将钢筋笼竖直吊起，使钢筋笼垂直于桩基的孔口上方，保证钢筋笼居中。接着，启动吊钩把钢筋笼下端插入混凝土的桩体中，开启振动装置，使钢筋笼振动下沉到预定深度。

在钢筋笼的上部、中部和下部，按水平方向分别设置6个支撑限位，保证钢筋笼安装时位于桩中心位置，同时在钢筋笼外侧每间隔1 m放置一个混凝土垫块，使钢筋笼的保护层达到《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB 50202—2018）的规定要求。在桩孔位置上专门放置一个钢筋笼限位架，当钢筋笼下沉到预定位置时，用钢丝把钢筋笼捆绑在限位架上，使钢筋笼不再下沉，然后振动拔出钢筋笼套管钢管。

4.7 桩机移位

桩基施工完成后，对桩头做好现场成品保护，由操作手操控桩机设备通过自行行走、回转移动到下一个桩位处，重复以上步骤进行下一根桩的施工。

4.8 清理桩间土、环切桩头

4.8.1 清理桩间土。挤密螺纹桩桩身达到设计强度的70%后，开始进行桩间土开挖和清理，预留足够的工作面。桩间土清理完成后，在基坑四周设置高度不低于1.2 m的护栏。

4.8.2 环切桩头。技术人员根据测量数据，用油漆沿着桩身周围标记切割线，同时用钢筋保护层测定仪测定混凝土保护层厚度及钢筋位置。桩头环切时，采用无齿锯沿桩身标记线绕桩头环向切割一周，切缝深度控制在3～4 cm，不超过钢筋混凝土保护层，接着用风镐从外到内、从上到下在桩头上凿出V形槽剥离混凝土使钢筋剥离，其间不能损坏钢筋。钢筋剥离后，沿桩头在切缝线1～2 cm位置用风镐均匀钻孔，钻孔深度控制在10～15 cm，钻孔完毕，插入楔形钢钎来顶断桩头，然后用大锤反复敲击钢钎，使桩头在环形断桩孔处断开。桩头切掉后，人工凿平桩头，将桩头周边的混凝土渣清理干净。

4.9 桩头钢筋调直

桩头切掉后，人工用钢筋扳手将弯曲的钢筋调直，然后用高压水枪对桩头浮渣进行冲洗，待冲洗完成后将积水及时排除，钢筋头刷上一层水泥浆进行防锈处理，之后用橡胶套把钢筋头套好。

4.10 桩基检测

当挤密螺纹桩成桩28天，强度满足规范要求，抽取10%的桩基做低应变试验（每次不少于3根），检验桩体完整性和均匀性;抽取2‰的桩基做单桩承载力试验（每次不少于3根），检验是否满足单桩承载力要求。

5 挤密螺纹桩质量控制

施工前要嚴格对混凝土拌和料做配合比试验，确保混凝土拌和料的强度满足设计要求;要及时检查钻头及钻杆的磨损情况，钻头直径达不到设计桩径时，要及时更换钻头或对钻头补焊;施工过程中加强对成桩的质量检查，重点对成孔、混凝土拌合料浇筑及钢筋笼吊装进行检查;详细填写桩基施工原始记录，包括施工日期、天气、桩号，钻孔深度，桩机提升速度、转速，钻孔过程中桩机每贯入1 m时的电流表读数和对应地层标高匹配情况，混凝土拌和料泵压力等;混凝土拌合料浇筑时，尽量将混凝土泵的位置控制在桩机设备50 m范围内，要求泵管保持水平，减少弯道，尽量使成桩连续进行，施工过程中不能停泵待料，如果泵送过程出现中断，要及时做好桩基中断深度记录，及时做桩基检测试验检测桩身完整性;成桩后，要严禁重载车辆在桩顶行驶，避免成桩被压坏;桩间土清理时尽量采用人工与小型挖掘机配合的方式，禁止挖掘机碰撞桩头造成断桩。

6 结语

地铁领域的工程实践应用充分证明，挤密螺纹桩螺旋成孔和钢筋笼下插协同法大大提高了桩基施工效率，其螺纹桩型设计又进一步加强了桩基承载力，使它相比传统钻孔灌注桩具有更广泛的应用前景。挤密螺纹桩作为一种新型桩基工艺，通过工程实践肯定还能进一步改善，性能会进一步加强，未来还需要人们积极探索。

参考文献：

[1]住房和城乡建设部.螺纹桩技术规程：JGJ/T 379—2016[S].北京：中国标准出版社，2016.

[2]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，2016（12）：26-27.

[3]上海市城乡建设和管理委员会.全螺纹压灌桩技术规程：DG/TJ 08-2155—2014[S].上海：同济大学出版社，2014.