铁路路基螺杆桩加固地基机理及施工技术

刘世安LIU Shi-an

（中铁十七局集团第三工程有限公司，石家庄050227）

0 引言

螺杆桩全称为半螺旋钻孔管内泵压混凝土灌注桩，是一种“上部为圆柱型，下部为螺丝型”的复合式地基加固桩。它通过变截面的构造形状，调整了土体与桩之间的作用，让地基承载力大幅提高，有效减小路基沉降。

1 工程简介

郑州至徐州铁路客运专线全长长361.937km，全线共设6个新建车站，站线路基地基采用螺杆桩加固，共计45.8万延米。螺杆桩桩径0.5m，最大孔深不超过30m，桩间距1.6～2.5m，正三角形布置。

2 螺杆桩加固地基机理

2.1 工艺原理 螺杆桩将“螺丝钉比钉子牢固”的简单道理运用在桩施工中。螺杆桩是采用了螺纹形式的构造形状，成桩后桩体混凝土形成螺纹，而桩侧土体形成螺母，桩体螺纹与桩侧土螺母紧密咬合。桩顶荷载使螺纹段的桩侧土“螺母”受压，环状“螺母”的根部受剪，而螺纹段的抗剪力远远大于同等条件下不设螺纹时的侧阻力，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，更好的发挥了桩与土之间的受力关系。螺杆桩上部直杆段在荷载传递过程中，受压面积大，提高了桩身刚度，对螺纹段受力起到承上启下的作用。

2.2 工艺改进 施工时桩机钻杆采用下降或上升速度与钻杆旋转速度同步技术，满足了螺杆桩上部为圆柱型，下部为螺纹型的工艺和结构特点。同步技术是指将下钻速度与旋转速度进行同步匹配的一种技术，钻头每提升或下落一个螺距，钻杆刚好旋转一圈并挤压土体，从而形成螺纹形状。非同步技术是指下钻速度与旋转速度不同步匹配，即钻头每提升或下落一个螺距，钻杆旋转多圈并挤压土体，从而形成圆柱形状。螺杆桩机钻进时，采用正向非同步钻进，挤压土体以形成圆柱段，随后钻杆采用正向同步钻进，形成螺纹段。提钻时，采用反向旋转同步提升钻杆至螺纹段设计高程的位置，同时泵压混凝土，形成螺杆桩的螺纹段。钻杆提升到螺纹段顶部设计高程时，再采用正向旋转或直接提升，同时泵压混凝土至桩顶设计高程成桩。

2.3 螺杆桩构造 螺杆桩是一种由上、下两部分组成的变截面异形桩。桩的上部为圆柱形，与普通的灌注桩相同下部为带螺纹状的桩体。上下两段的长度分配根据地质情况不同，经现场工艺性试验一般采用1：2即可满足承载力要求。具体参数为：螺纹桩体内径为260～400mm，对应的螺杆桩桩径D为300～600mm，螺纹高度为50mm。螺杆桩具体构造见图1。

图1 螺杆桩构造图

3 螺杆桩施工工艺流程

螺杆桩采用JZU90型桩架螺杆钻机成桩，具体施工工艺如下：施工准备→测量放样→钻机就位→钻进成孔→反转提升钻杆及泵压混凝土→移位施工下一桩基→凿桩→桩基检测。

4 螺杆桩施工技术

4.1 施工准备 ①施工前应清除地面障碍物并平整场地，按总体平面布置要求做好施工便道、用水、用电等布置。②施工前应进行图纸和技术交底，并做好原材料进场检验工作。③桩位编号和施工顺序。施工前应根据设计图纸按行、列进行逐桩编号，施工时由中线向两侧按顺序进行，根据桩间距和地层情况及工艺试验结果，确定是否采用跳桩施工方法，以免造成相邻桩孔缩径或串浆。④施工前应做成桩工艺性试验，以核对设计地质情况，取得合理的施工设备配置、工艺和技术标准。同时，研究相邻桩孔的施工顺序，是否需要采用跳桩施工，以确保桩体质量和工期。

4.2 测量放样 原地面处理完毕后首先进行地面复测，记录地面高程，复核线路中线。根据施工图用全站仪逐桩放出桩位，在桩位处撒石灰做标记。

4.3 钻机就位 ①桩机就位。螺杆桩放样定位后，由专人指挥钻机前后移动、主机左右摆动，直到钻头与桩位对中。钻机对中后，将前支腿支起，并使履带完全接触地面，防止在施工过程中主机失稳和偏位。②调整钻杆垂直度。桩机就位后，利用桩机塔身的前后和左右的垂直标杆校正钻杆垂直度，确保垂直度小于桩长的1.0%。

4.4 钻进成孔 对位准确后，即可开始钻进，钻进前需关闭钻头阀门。钻进时应先慢后快，以减少钻杆摇晃。在钻孔过程中，严格控制钻杆下降和旋转速度，使二者匹配。如发现钻杆摇晃或进尺困难，应放慢钻进速度，查明原因，防止由于钻速过快造成钻孔倾斜、位移。圆柱段成孔时，按钻杆每下降一个螺距，钻杆旋转二周以上。螺纹段成孔时，按螺杆桩钻杆每下降一个螺距，钻杆旋转一周。

4.5 反转提升钻杆及泵压混凝土 螺杆桩成孔经检查合格，即可进行混凝土泵送。螺杆桩机反向旋转提升钻杆，提钻速度控制在1±0.2m/min，提钻过程中钻杆旋转和提升速度应保持同步和匹配。提钻同时泵送高压细石混凝土，填充形成螺纹段桩体。当钻杆提升至螺纹段顶面设计高度时，钻杆再次正向旋转或直接提升，同时泵压混凝土充填圆柱段，直至桩顶设计高程。

4.6 移位施工下一桩基 灌注完毕后钻机移动至下一桩位继续施工，移动时不得扰动或破坏已施工的螺杆桩，并做好现场成品保护。

4.7 凿桩 成桩7天后进行桩头凿除，使桩头新鲜混凝土外露。

4.8 桩基检测 成桩28天后，采用小应变检测方法及单桩荷载试验方法分别进行桩身完整性、单桩竖向承载力检测。

5 螺杆桩质量控制

①灌注混凝土前，严格按照验收标准对已成孔的桩中心、孔深、孔径、垂直度进行检测，并填写相应质量检查记录。②钻进过程中对以下三个关键点对钻杆垂直度进行校对，分别为：下钻前；下钻3～4米；钻至设计深度后。成孔后若垂直度不满足设计要求，不得泵送混凝土，且应回填重新成桩。③提钻泵压混凝土时，钻杆提升速度控制在1±0.2m/min，并保持速度同步，严禁先提钻后泵送。④施工中每根桩的实际灌注量与理论体积的比值，即混凝土的充盈系数不小于1.2。⑤施工完成后，为确保桩头混凝土质量，灌注时顶面超灌不得小于50cm。

6 结束语

由于螺杆桩施工不受地下水影响，且具有承载力高、沉降小、工期短、施工方便、造价低、无污染、无噪音等特点，适用于中密～密实砂层、砂砾石层等地质条件下的地基加固处理，在客运专线铁路路基施工中被大面积推广应用。

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[2]侯天顺,赵旭荣,王红波.砂石桩复合地基的加固机理及其在工程中的应用[J].铁道建筑，2007(07).

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