湿陷性黄土挤密螺纹桩施工技术

湿陷性黄土挤密螺纹桩施工技术

王旭雷

中铁六局集团北京铁路建设有限公司

论文摘要：

湿陷性黄土是中国广泛分布的一种土壤类型，吸水性高，且含水率达到一定界限后，土体受力产生剪切破坏，造成建筑物严重沉降及开裂，使其在建筑工程中的地基处理较为困难。湿陷性黄土的地基处理主要使用换填、强夯、挤密桩法等，但是对地基的承载力提高幅度不够，且各有缺点，而挤密螺纹桩是一种结合挤密桩与螺纹桩两者优点的新型施工技术，避免了传统工法的缺点，从桩体结构受力方面大大的提高了地基的承载力。

本文结合西藏阿里某军民融合项目室外场地复合地基处理，通过对湿陷性黄土地质下挤密螺纹桩施工过程中的质量、安全、环保各方面的研究，取得了良好的经济效益与社会效益，对类似施工具有一定的借鉴意义。

关键词：挤密螺纹桩、质量控制、地基处理、湿陷性黄土

1 引言

西藏阿里13023综合管沟工程属于室内外改造工程，室外原地面以下5-6米为湿陷性黄土构成，既有的室外硬化地面路面由于原施工单位未进行地基处理，板块沉降开裂严重，已不满足使用功能，需重新施工。原设计方案中给出的地基处理方案为开挖换填2.5米三七灰土，上作0.5米碎石垫层；但缺点是土方开挖量大，三七灰土需要现场场拌，施工质量不易控制，且对业主生产生活影响比较大。若采用传统挤密桩处理，承载力又比较低，且桩长较长；经过充分的技术经济方案比选，决定采用挤密螺纹桩的施工工法进行地基处理。

2工程概况

13023综合管沟工程属于军民融合项目，位于西藏藏族自治区阿里地区札达县，14栋单体建筑一层给排水及消防暖通管线增加检漏沟，室外保温、墙面、硬化及散水，有水房间恢复，室内所有洁具、瓷砖、给排水系统、暖通系统、强弱电系统等恢复等。室外场区地层属于湿陷性黄土，既有地面沉降开裂严重，说明拟建场地的原有地基土的工程性质不能满足天然地基的要求，为了满足业主单位工期与造价要求，所以采用挤密螺纹桩来进行地基处理。设计桩径外径500mm，内径320mm，单桩竖向承载力特征值800KN,桩身采用C20混凝土，桩长8-12米，共127根，其中试桩3根，工程桩124根。

3工艺原理与特点

3.1工艺原理

采用专用钻机、中空钻杆、专用钻头成孔，同步控制技术控制钻头提升与钻进速度，在孔壁上切削出连续的螺纹槽，然后控制使钻杆一边旋转提升一边灌注混凝土。这种施工方法使桩与土的界面构成了机械型咬合，这种咬合称为螺牙，优化了桩体结构与土之间的受力模式。这种表面带有螺牙的桩，计算承载力时，可以按螺牙外径计算桩的桩侧阻力，还可考虑螺牙下土体支撑阻力，大大地提高了桩的承载力。螺距可由钻杆转数和提升速度通过电脑程序直接控制、效果可靠、螺纹形状规则。

D-桩外径;b-螺牙高度;d-桩内径;s-螺距;t-螺牙厚度

图1挤密螺纹桩构造图

3.2主要工艺特点

1）受力机理明确，工艺过程简便，施工效率高，质量可靠，可显著降低施工成本和工程造价；

2）相比传统挤密桩，同样的桩长和桩径单桩承载力大大提高；

3）相比换填法所使用机械设备少，施工速度快，避免了土方开挖，弃土少，扬尘少，环保效益好；

4）它在施工过程中相比强夯、重锤夯实对附近房屋及居民生活影响较小,为工程带来了良好的社会效益；

5）可以改善土体的剪切强度和变形模量，减小土体的膨胀性和渗透性；

4 施工工艺流程与操作要点

4.1挤密螺纹桩施工工艺流程见下图2所示：

图2挤密螺纹桩施工工艺流程图

4.2操作要点

4.2.1试桩

通过试桩来确定桩机选用是否满足施工需要，确定钻进速度、提钻速度以及混凝土浇筑速度等参数，验证混凝土配合比是否满足质量及工作性能要求，以及成桩后的单桩承载力是否符合设计及规范要求。

4.2.2施工准备

1技术准备：技术人员施工前必须熟悉设计图纸，编写专项施工方案，对现场工人进行安全技术交底，明确操作要点，施工过程中严格按照方案及交底进行施工。

2管线处理：根据建设单位提供的管线布置图或相关图纸，采用开挖探坑及使用金属探测仪的方式，探明管线位置、走向、埋深等参数，若有妨碍施工的，做好管线迁改及保护工作。

3平整场地，做好排水坡度，设置排水沟及截水沟，疏干场地内积水。

4合理规划现场。施工区域临时围挡封闭，临时道路、用电用水线路等要合理规划。

5测量准备:放线前对各控制点坐标及高程进行复核，采用二级导线及四等高程标准进行控制。

6混凝土准备:采用预拌混凝土，在施工前对商品混凝土搅拌站的原材见证取样送检，验证配合比的工作性能及强度。

7施工顺序:画出桩位布置图，进行桩基编号，宜按照先低后高、先长后短，中间向四周成排推进。

4.2.3测量放线及复核

根据设计桩位的坐标,由测量组采用极坐标定位法，使用全站仪进行轴线引测，以保证桩心定位准确，为便于施工过程中桩心位置的校核，再由桩中心引出4个方向控制点，测定桩位后，做好标识，并注意保护，以便施工过程中随时复核桩位，保持桩位的准确性。并请测量监理工程师复测无误后方可桩机进场施工｡

4.2.4桩机就位

1桩机安放前，应平整桩孔周围场地，确保钻机安放平稳。通过履带行走装置，使桩机到达设计桩位。首先桩机进行初步水平，保持钻头对准桩中心位置，然后保持桩机水平状态，调整钻杆的垂直度，使其始终保持垂直，偏差不大于1%。

2桩机就位后，需对桩机进行加固，采取可靠的防倾覆措施，钻机前两侧的支撑与地面接触时应垫铁鞋，避免在钻孔过程中因钻机的变位而影响成孔位置、孔形、倾斜度不满足设计要求。同时钻机在成孔过程中现场技术人员必须经常检查钻杆的垂直度和平面位置是否发生变化，不符合要求及时进行调整纠偏，确保成孔质量。

4.2.5下钻

桩机就位对中后，关闭钻头上阀门，降下钻头，开始钻进，桩机钻杆应正向回转向下钻，边钻进，钻头周边土体向四周挤压成密实状态。钻进时，通过同步控制装置控制钻进速度，先慢速钻进，观察钻杆是否晃动或移位，若无则提高速度，保持进行匀速钻进。当达到设计孔深时，停止钻进，向专业监理工程师报验，对最终成孔质量进行检查与验收。

4.2.6提钻同时泵送混凝土

1验收完毕后，提升钻头使其距离孔底大于300mm,不可过低，防止钻头阀门由于孔底阻力不能打开，钻头阀门打开，泵送混凝土同时匀速提升钻头，整个过程保持连续平稳，以保证桩体外侧螺纹厚度及间距大小一致。混凝土灌注过程中，对混凝土面的高程测量一定要准确，确保达到超灌高度。

2混凝土灌注应符合下列规定：

1）混凝土采用预拌混凝土，采取泵送施工：

2）混凝土细骨料宜采用中砂，粗骨料宜采用连续级配，最大粒径不应大于20mm;

3）混凝土拌合物出厂与到场都要进行坍落度检测,坍落度应控制在160mm-240mm;

4）混凝土填充钻杆应均匀饱满，当遇到孔深较深等造成泵送压力较大或有流沙等影响成桩质量的情况时，应适当增加混凝土填充钻杆的量，以保证桩身的质量。

5）混凝土浇筑应连续进行，浇筑速度要与提钻速度相匹配。

6）混凝土浇筑超灌高度不应小于500mm,充盈系数宜为1.0-1.2。

3提钻速度应符合下列规定：

1当施工螺纹段时，提钻过程应保持匀速；钻杆反向旋转一圈，应同时上升一个螺距；

2提钻应连续进行。

4.2.7钻机移位

浇筑完混凝土后，做好桩口防护，桩机移动到下一桩位，重复以上施工步骤，直至完成全部挤密螺纹桩施工。

4.2.8清理桩间土，环切桩头

桩体混凝土强度达到设计强度后进行桩间土方开挖，为截桩创造施工条件，露出桩头部位要在桩顶设计标高以上。采用挖掘机配合人工清理，过程中注意桩头保护，防止机械开挖过程中损坏桩身。

露出桩头后，人工持风镐凿除桩顶超灌部分混凝土直至设计标高，凿除过程中要注意风镐功率控制，避免对桩头设计高程内原状土体的扰动，降低复合地基的承载力。

4.2.9桩基检测，设桩帽

1桩基检测

1）完整性检测

检验频数：每施工点桩总量的10%，不小于3根；

检验方法：静载试验前对桩基完整性进行检验，采用低应变动力检测。

2）对桩体强度检验应符合设计要求

检验频数：每50m3或每一工作班浇筑混凝土；

检验方法：浇筑混凝土时，留置150*150*150mm规格混凝土抗压强度试块，标准养护，检测7d及28d强度，评定桩体混凝土强度。

3）对单桩承载力及复合地基承载力检验应符合设计说明。

检验频数：每施工点不小于2%且不少于3根；

检验方法：成桩28d后且桩身强度满足荷载试验条件，进行平板荷载试验。

2设桩帽

桩体检测合格后，剔除桩顶浮渣，对桩顶200mm以内的混凝土进行人工凿毛，支设模板，浇筑桩帽混凝土，养护桩帽混凝土达到设计强度75%后，进行碎石垫层施工，机械碾压密实。

5 材料设备

5.1材料要求

5.1.1桩身混凝土采用预拌混凝土，设计强度等级C20，鉴于场内地质存在部分松软地层，借鉴灌注桩膨润土泥浆护壁的原理，现场准备部分膨润土必要时配置泥浆纺织孔壁坍塌。

5.2 机械设备

施工机械选择应根据桩型、孔深、土层和试桩的情况确定。施工应采用带有同步技术的专用桩机。采用的机械设备见下表1施工机械设备表

表1施工机械设备表

6 质量控制及检验

6.1质量控制标准

6.1.1 JGJ/T 379-2016《螺纹桩技术规程》；

6.1.2 JGJ 79-2012《建筑地基处理技术规范》；

6.1.3 GB 50202-2018《建筑地基基础工程施工质量验收标准》；

6.1.4 GB 50204-2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》；

6.1.5 JGJ 340-2015《建筑地基检测技术规范》JGJ 340-2015。

6.2质量控制措施

6.2.1挤密螺纹桩为地下隐蔽工程，土层对施工的影响较大，故施工前必须研究该区域土层的土性和分布情况，充分研究对比地质勘探报告及现场地质情况，施工过程中如若发现地质情况不符，应及时采取措施进行补勘。

6.2.3 当遇到卡钻、钻机摇晃、偏斜或发生异常声响时，应立即停钻，并采取相应措施。

6.2.5灌注桩施工过程中，技术人员在场全面控制，施工队负责人员应始终在现场指挥作业，派专人做好原始记录。施工中的各种原始记录填写应规范、完整和准确，严禁造假。并及时收集、整理、归档和进行签认。

6.2.6 灌注混凝土时提钻速度要保持匀速，提升速度严禁大于泵送速度，严禁钻头提离混凝土面，造成桩身断桩及夹泥。

6.2.7 现场设备用柴油机一台，防止突发停电，造成施工中断。

6.2.8 混凝土灌注接近桩顶时，加强高程测量，以防过多截桩。

7 安全措施

7.1配备良好的夜间照明，危险处设置警示红灯。

7.2钻机钻进时，孔口人员应集中精力，钻具需要立悬或摆放时，必须牢固垫稳，操纵岗位不得离人。

7.3 桩机上的钻具、钢丝绳均应符合规范要求，在使用桩机上的卷扬机时，严禁工作人员在其上跨越，卷扬机卷筒上的钢丝绳至少保留三圈，严禁人拉钢丝绳卷绕，卷扬机在非工作状态下要关闭电源。

7.4 打桩区域应标示明显的安全标志，禁止非操作人员进入。

7.5钻孔应一次成孔，不得中途停顿，因故停钻时，孔口应加护盖，以防掉人、落物。钻进时，起落钻头速度要均匀，孔内出渣应及时清理。成孔后的孔口要设盖，防止人、物掉入孔中。

7.6现场移动式电器设备使用橡皮绝缘电缆，横过通道时穿管埋地敷设；配电箱设总熔丝、分开关，动力和照明分别设置；夜间施工照明使用低压电路；在工作前应检查电动机的绝缘和接地情况是否良好；在露天的机械，电动机设防雨罩。

8 环保要求

8.1防止空气污染和扬尘措施

现场土方作业面采用绿网覆盖，及时洒水；通过天气预报及时了解天气状况，遇有大风天气，暂停作业。

出口设置自动喷淋、洗车装置、沉淀池，车辆出场必须冲洗轮胎，做到“不带土、不撒土。”

8.2施工噪音控制措施

如需夜间施工，注意夜间施工的噪音影响,尽量采用低噪音施工设备，并采取必要的降噪、吸声、隔振的措施。

8.3油渍处理

油渍的处理：为防止油路泄漏，各种密封件要保持良好状态，如发现重大泄漏现象，应及时维修，以保证正常运转。对易漏油的机械，要有接油、储油措施，将废油倒入指定容器，防止油落地。搽拭机械用的棉纱，用完后不得随地乱丢，放在专用塑料袋里统一处理。

9经济质量分析

西藏阿里13023综合管沟工程利用本工法，进行场区的地基处理，在恶劣的环境条件下，仅用时22天就完成了地基与基础的施工，全过程高度的自动化，既避免了对高原地区劳务人员的身体摧残，又节省了大量的人工费机械费，对外更是满足了业主单位对工期的紧迫要求，取得了良好的经济与社会效益。

9.1经济分析

原设计方案为开挖换填，计划工期为40天，开挖施工用两台挖掘机，6台装载车，机械费为（2×2500+6×600）×40=344000元，期间场拌三七灰土人工费为5×40×350=70000元，机械费1×40×800=3200元，材料费为840000，总费用为1257200元。

挤密螺纹桩施工费用主要为机械费与材料费，机械费为2200×22+4800=53200元，材料费为9×127×380=434340，总费用为487540元。

采用该施工技术后，该分项工程总计节省了769660元，工期进度提前了18天。

9.2质量分析

本工程复合地基共127根挤密螺纹桩，进行桩身完整性检测13根，全部为I类桩；混凝土强度等级全部达到C20，平板荷载试验3根，单桩承载力及复合地基承载力均达到设计要求。且通过开挖试桩后观察测量，桩身外径、内径、螺纹厚度及间距均满足规范要求。

10结语

综上，挤密螺纹桩相比于传统的开挖换填、挤密桩处理湿陷性黄土，具有弃土少、低污染、低噪声、施工快速、造价低、承载力高的优点，且施工过程中质量、安全可控，相信随着科学技术的发展，该项技术会具有更加广阔的应用前景。

主要参考文献：

[1]赵成浩；西藏阿里13023综合管沟工程复合地基处理方案。

[2]孙松；挤密螺纹桩地基加固及施工简介.工程技术 2018年第3期。

https://www.doc88.com/p-9107835433163.html

[3] JGJ/T 379-2016，螺纹桩技术规程

[4] 张启明;王旭雷；赵成浩;张成杰. 湿陷性黄土挤密螺纹桩施工工法