螺杆桩在液化土层中的施工工艺与质量控制

螺杆桩在液化土层中的施工工艺与质量控制

作者：刘晓龙 曲家波

来源：《城市建设理论研究》2012年第32期

摘要:本文结合盘锦辽河220千伏变电站新建工程（以下简称“本工程”）中螺杆桩在液化土层中的施工工艺,阐述了螺杆桩的施工要点，通过本工程试验桩检测实例，指出了在施工中遇到的主要技术问题，并提出了切实可行的解决办法。 关键词: 螺杆桩 液化土层 施工工艺 质量控制

Abstract: This paper combine with the Panjin Liaohe 220000 volts transformer substation

construction project ( hereinafter referred to as \"the project\" ) of the screw pile in liquefied soil layer construction technology, expounds the screw pile construction, the engineering test pile testing examples, points out that in the construction of major technical problems encountered, and put forward feasible solutions approach.

Key words: screw pile; soil liquefaction; construction technology; quality control 中图分类号：TQ639.2文献标识码：A 文章编号 前言

螺杆桩采用特制的螺旋钻孔桩机进行施工，通过螺纹式钻杆旋转挤压土体，钻杆提升过程中随即泵压混凝土而形成桩体。螺杆桩是采用了变截面的构造形状，成孔过程中桩侧土体受到挤压，加密作用，成桩后部分土体形成螺纹，而桩侧土体形成螺母，桩体螺纹与桩侧土螺母紧密咬合，从而提高单桩竖向承载力。与普通灌注桩相比，具有单桩竖向承载力高，施工工艺简单，成桩时无振动、无噪音、无泥浆污染和弃土等优点。但在液化土层中施工，对其施工工艺中的每个步骤的一定要严格控制，严把质量控制关，稍有疏忽就容易造成缩径，降低承载力而影响单桩质量。二、工程实例

本工程位于盘锦市大洼县辽滨经济区，其工程地质概况为： 耕土①：灰褐色，稍湿，以粘性土为主，含植物根系，层厚0.50米。

粉质粘土（粉土）（Q4al）②：灰褐色，很湿，混较多粉砂，局部地段为粉土，软塑-流塑，稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层分布于整个拟建场地，层厚约为1.90-3.20米。标准贯入击数修正值平均值为3.6。fak=100kPa

粉砂（Q4al）③：灰黑色，很湿，松散，以石英、长石颗粒为主，混较多粉土。该层分布于整个拟建场地，层厚为3.30-6.40米。此层为液化地层。标准贯入击数修正值平均值为5.3。fak=70kPa

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粉质粘土（Q4al）④：灰褐色，很湿，混较多粉砂，部分地段为粉土，粉土地段为液化层，软塑，稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层分布于整个拟建场地，只在No4地段缺失，层厚约为1.40-5.60米。标准贯入击数修正值平均值为3.3。fak=80kPa 粉质粘土（Q4al）④1：灰褐色，很湿，混较多粉砂，流塑，稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层只出现于No4地段，层厚约为1.8。标准贯入击数修正值平均值为2.4。fak=60kPa

粉土（Q4al）④2：灰褐色，很湿，混较多粉砂，稍密，无光泽，摇振反应中等，低干强度，低韧性。该层只出现于No7和No16地段，层厚约为2.10-4.20米。标准贯入击数修正值平均值为3.6，此层为液化地层。fak=80kPa

粉砂（Q4al）⑤：灰褐色，很湿，松散，以石英、长石颗粒为主，混较多粉土。该层出现于整个拟建场地，层厚约为1.10-5.10米。此层为液化地层。fak=70kPa

粉质粘土（Q4al）⑥：黄褐色，很湿，含较多粉砂，软塑，稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层只在No12缺失，层厚约为1.10-6.00米。标准贯入击数修正值平均值为4.0。fak=120kPa

粉砂（Q4al）⑦：黄褐色，很湿，中密，以石英、长石颗粒为主。此层分布于整个拟建场地，层厚为3.40-5.30米，标准贯入击数修正值平均值为17.8。fak=170kPa

粉土（Q4al）⑧：灰褐色，很湿，混较多粉砂，稍密，无光泽，摇振反应中等，低干强度，低韧性。该层分布于整个场地，只在No19地段缺失，层厚约为1.20~2.60米。标准贯入击数修正值平均值为3.8。

粉砂（Q4al）⑨：灰褐色，很湿，中密，以石英、长石颗粒为主。此层分布于整个拟建场地，层厚大于4.20米，标准贯入击数修正值平均值为18.5。此层为较好的持力层。 细砂（Q4al）⑩：灰褐色，很湿，中密，以石英、长石颗粒为主。此层只出现于No19地段。标准贯入击数修正值平均值为23.4。此层为较好的持力层。 拟建场地勘察期间地下水初见水位为0.50m-0.80m。

经过计算判定场地内粉砂③、粉土④2层为严重液化土层，粉砂⑤层为中等液化土层，粉砂⑦为轻微液化土层。

根据上述地质情况，决定用螺杆桩来来消除地基液化沉陷，经综合分析研究，确定本工程螺杆桩采用直径Φ500mm，混凝土强度等级为C30，地基土层中，⑨粉砂和⑩细砂层为较好的持力层，可作为桩端持力层，经计算平均桩长约为24m。螺杆直杆段长度不小于全长的1/3，螺杆段长度不小于3d或1500mm，根据计算预估单桩承载力极限值约为1600kN。

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螺杆桩的施工工艺 施工前的准备工作

施工场地先进行了回填山皮土平整处理，每回填300mm山皮土就进行碾压并经过检测达到设计要求。回填后的场地确定测量基准点，最后按施工图纸实地进行桩孔中心位置的放线，并按施工顺序对桩位进行编号。 2、成孔与成桩

螺杆桩的施工方法为采用一次性挤压旋转成孔技术，在成孔的同时通过中空钻杆的钻头泵出混凝土，直接成桩。成孔时首先使桩机的桩头垂直对准要施工的桩位，螺杆桩机就位后必须调直、调平并稳固，确保成孔垂直度。桩位偏差小于70mm，垂直度允许偏差不大于1％。确认桩位无误后，混凝土搅拌机开始制备细石混凝土，同时启动桩机，下钻过程中保持均匀的下钻速度，螺旋杆桩机自控系统严格控制钻杆下降速度和旋转速度，使二者匹配，要求钻杆旋转一圈，螺杆钻杆下降一个螺距，在土体中形成螺纹，当钻至预定的设计深度后停钻。与此同时，用高压泵将搅拌好的细石混凝土通过高压管路输送到螺旋钻杆的内管并压到钻头。当钻到设计标高时，螺杆桩桩机反向旋转提升螺杆钻杆，提钻过程中螺杆桩桩杆自控系统严格控制螺杆钻杆提升速度和旋转速度，螺杆钻杆其旋转的转速和提升速度应保持同步和匹配，匀速控制提管速度，要求螺杆钻杆旋转一圈，钻杆上升一个螺距，此时高压的细石混凝土迅速填充由于螺杆钻杆旋转提升所产生的带螺纹空间，当钻杆提到螺纹部分顶面的设计高度时，螺杆钻杆再次正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灌钻杆直接提升所产生的带圆柱空间直至桩顶设计标高，即灌注成“上部为圆柱，下部为螺纹”的螺杆桩。提钻时钻头到达一定位置可停止泵压细石混凝土或砂浆，由钻杆内的混凝土继续充填至桩顶标高。施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高500mm，成桩后凿除多出的浮混凝土高度。钢筋混凝土螺杆桩的施工方法与素混凝土桩相同，只是在注混凝土后随即放入加工好的钢筋笼，从上往下用振动器压入桩体，形成钢筋混凝土桩。