黄河冲击平原地区扩径螺杆桩的应用

黄河冲击平原地区扩径螺杆桩的应用

郝,鹏

中建铁路投资建设集团有限公司  济南  250000

【摘要】黄河冲击平原地区扩径螺杆桩，其工艺原理为：采用混凝土成型桩，即通过钻杆向孔内压灌混凝土，填充土体的柱状空间，形成混凝土螺纹桩身，并在桩底通过扩径，增加桩体承载力，提高桩体无侧限抗压强度。该工艺在黄河冲击平原砂土、粉质黏土、淤泥质土、淤泥层中成桩强度明显提高。提钻过程完成桩体混凝土灌注，而形成具有一定强度与足够的扩径螺杆桩，来达到加固地基的目的。

【关键词】扩径螺杆桩工艺原理；施工；应用；增加强度；提高承载力

1 引言

扩径螺杆桩是通过钻具旋转挤压土体成孔，管内泵压混凝土成桩的一种新型的变截面异形桩，其形状是上部为圆柱型、中部为螺纹型、下部为扩径螺纹型的组合式桩。与通常的扩径螺杆桩，普通泥浆护壁成孔的灌注桩相比，该技术无泥浆污染和弃土问题；与传统预制桩体施工工艺相比，具有承载力高、沉降小、工期短、施工方便、造价低、无污染等特点。

该技术于济滨高铁项目路基工程中应用，取得了良好的经济效益和社会效益。通过工程的实践，编制该技术施工技术工法，用以推广使用。

2 施工方法

2.1 扩径螺杆桩简介

扩径螺杆桩施工采用旋挤式扩径螺杆桩机、管内泵压送混合料成桩工艺；采用带有同步技术和自动化控制的桩机成孔，管内泵压混合料灌注成桩，桩头处理采用“前截法”处理工艺，桩帽施工采用机械一体化桩帽的施工方法。扩径螺杆桩桩身上部为直杆、中部为螺纹、下部为扩径螺纹段，直杆段长度为总桩长的1/3。扩径螺杆桩采用钻机钻具旋转挤压土体成孔，管内泵压混凝土成桩。

2.2 扩径螺杆桩施工方法

1.施工工艺流程

施工工艺流程：清表→施工准备→测量放点→桩机就位→桩机调平→钻进成孔→提钻成螺并泵送→提钻扫螺并泵送→桩身灌注完成→前截法桩头处理(桩头清理→桩顶标高修整→桩头捣震→桩头保护)→桩基检测→机械一体化桩帽施工(桩帽土模机械成型→桩帽土模修整→桩间土清理→桩帽灌注→桩帽养护）。

2.施工前准备

根据预先选定好的施工工艺参数，准备好自动化控制的扩径螺杆桩机施工机械，做好技术交底，进场作业人员完成安全技术培训，机械操作人员持证上岗，现场临时道路保持畅通，临时排水设施完善。

扩径螺杆桩混凝土由拌和站集中供应，扩径螺杆桩施工前进行室内配合比试验，以确定混合料的配比，要求桩体混合料试块标准养护28天立方体抗压强度不小于设计强度。

3.施工场地准备

（1）施工前做好范围内地下管线及高压线迁改。

（2）场地施工前清除地表杂物、树根并将场地整平，使场地具备：“三通一平。

（3）场地内设置标化设施（九牌一图），提前制作机械设备操作规程及中建标志张贴在对应机械设备上。

（4）做好防排水措施，确保水流能正常排出。

4.测量放点

放出桩位点，按照布桩图洒出桩位线，在桩位处撒布石灰粉，插入标记物便于桩位查找，并控制好桩位偏差。

5.桩机就位、调平

施工钻机就位后，用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心，确保扩径螺杆桩垂直度容许偏差不大于1%。桩位容许偏差不大于5cm。

6.钻进成孔

下钻过程中严格控制钻杆下降速度和旋转速度，使二者匹配；下钻过程中为保持钻杆稳定，钻机依据动力头的转速，实时自动调整大卷扬机放钢丝绳速度，使钻杆下降速度和放钢丝绳速度一致。当上部为直杆段时，要求旋转二周以上，钻杆下降一个螺距，形成反向扩径螺杆桩的上段直线段；螺杆旋转一周，钻杆下降一个螺距，形成螺钉段，直至设计深度。钻头到达设计直线段、桩长预定标高时，于动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工时控制桩长的依据。

7.提钻成螺并泵送

钻头钻至设计深度后，停止钻进，变径液压系统将顶缸伸出，是扩径段直径达到到设计直径范围，开始泵送混合料，当钻杆芯管充满混合料（管内泵压混合料成桩施工的坍落度宜为180～230mm）后，钻杆改变旋转方向并提升，同时泵送混凝土，严禁先提管后泵料桩机顺时针旋转提升钻杆，提升过程中严格控制钻杆提升速度和旋转速度相协调，保持钻杆顺时针旋转一周，提升一个螺距；以挤压土体形成螺钉空间。在顺时针提钻的同时，通过钻杆向孔内压灌混凝土，填充土体的螺钉空间，形成混凝土螺钉段桩身。

当钻头在螺纹段时，严格控制钻杆提升速度和旋转速度像协调，保持钻杆旋转一周提升一个螺距，当提升至扩大螺纹段2m的设计深度形成混凝土扩径螺纹段桩身后，收回顶缸系统至原来螺纹段直径。然后再提升的同时，通过钻杆向孔内压灌混合料，填充土体的螺纹空间，形成混凝土桩身。

8.提钻扫螺并泵送

提钻到设计的桩身直杆部份时，钻杆由顺时针旋转改为逆时针旋转并提升产生柱状空间。在逆时针提钻的同时，通过钻杆向孔内压灌混凝土，填充土体的柱状空间，形成混凝土直杆段桩身。

3质量控制

1.施工中严格按照设计配合比进行，每台钻机每台班随机抽取混凝土试件一组，根据抗压强度作为混凝土强度判定标准。

2.钻机进场后先用钢尺检查钻机钻杆的直径，螺纹厚度、宽度及间距。

3.开钻前测量精准放出控制桩位，对现场管理人员及钻机人员进行技术交底，钻机人员根据控制桩位，用钢尺放出每根桩位。

4.在钻机主塔位置作明显标记，作为控制钻机钻进深度的依据。

5.钻机到位后，指挥人员指挥钻机调整位置，利用机架上悬挂的两个方向垂直标粗调钻机垂直度，利用数显操作面板精确调整钻机垂直度不大于1%。

6.扩径螺杆桩在灌注混凝土时，上部1～2.5m因为混凝土的压力变小，混凝土中有细微气泡排不出来，而扩径螺杆桩的主要受力部分都在上部，因此上部桩体极易造成不密实，造成桩在工程使用过程中的破坏，解决办法主要为：一是在施工完成后，混凝土凝固之前使用振捣棒振捣上部混凝土，加强混凝土的密实性；二是加强混凝土的坍落度控制，坍落度过小易造成蜂窝现象。

7.现场验证发现，拔管速率太快将造成成桩桩径偏小或缩径断桩，而拔管速率过慢又会造成水泥浆分布不均，桩顶浮浆过多，桩身强度不足和形成混凝土离析现象，导致桩身强度不足。故施工时，应严格控制拔管速率，拔管速度一般控制在1.8～2.5m/min比较适宜，此处的拔管速度为线速度，不是平均速度，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率适当放慢。拔管过程不允许反插。

8.桩低扩孔施工对钻杆顶部做明显标识，当钻头钻至设计深度后将桩机扩径液压探头伸出，并顺时针旋转提升钻杆，提升过程中严格控制钻杆提升速度和旋转速度相协调，保持钻杆顺时针旋转一周，提升一个螺距（360mm），钻杆旋转5.6个螺距时满足设计扩大螺纹段2m的要求，施工时为保证扩孔段的长度现场以提升6个螺距控制扩孔段施工。当提升旋转6个螺距至扩大螺纹段2m的设计长度后收回顶缸系统至原来螺纹段直径，继续灌注剩余部分桩身。

5 结语

扩径螺杆桩处理软基是发展应用的一项扩展技术,具有施工方便、噪音小、无污染等优点 ,尤其适用于施工期短、预压期少的工程。实践证明扩径桩对黄河冲积平原加固处理软基后 ,可提高地基承载力 ,减少沉降和沉降差异 ,比同类型桩成桩强度有着明显提高。同时钻进过程中产生的土通过改良利用可有效用于路基填筑提高土资源的利用，是一种绿色的环护型施工技术。扩径螺杆桩的证明具有很高的推广应用价值。

参考文献

[1]王玉吉,刘珂,夏小兴,等. LGZ系列全液压多功能桩机及其在多种工法的应用[J]. 探矿工程（岩土钻掘工程）,2020,47(11):88-94.