浅谈高速铁路螺杆桩地基处理

浅谈高速铁路螺杆桩地基处理
【摘要】螺杆桩是一种泛用性极高的新型桩，将人们认知中“有螺纹，更牢固”的理论运用在地基处理的施工中，使其“更牢固”的特点加以放大。

螺杆桩
具有强度高，工期短，功效高，沉降小，抗震，不取土，不排浆，不污染，施工
及成桩质量不受地下水影响，应用范围广，适应多种土层等优势。

【关键词】螺杆桩；工期；效益
1 概况
近年来螺杆桩开始在高速铁路项目大范围应用，本单位承担了济滨高铁项目DK56+253.00～DK72+364.10段生产任务，设计共近5万根，86万余米螺杆桩施工，本文从原材料的准备及施工功法等方面重点阐述配施工过程，从而达到既保
证工程实体质量，又创造经济效益。

2 原材料准备
目前全国环保的大环境下，混凝土原材料价格大幅度上涨，寻找质量可靠、
产量稳定，运距合理的原材比较困难。

经数次实地考察、调研，最终确定了螺杆
桩混凝土原材。

1、水泥：采用P.O 42.5级及以上普通硅酸盐水泥。

2、砂:采用干净的河砂，类型为中粗砂，含泥量小于5%。

3、粉煤灰：施工前进场并检验合格后使用。

4、碎石：施工前进场并检验合格后使用。

以上原材均符合《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB10005-2010铁标要求。

3 施工工艺
3.1 施工准备
（1）工艺性试验
通过工艺性试验确定适用于现场的施工参数。

（2）场地平整
施工前对施工场地内地上和地下管线、构筑物进行核查、拆迁并做好防护，
清除地表植被；根据实际原地面标高和设计桩顶标高对照结果，对钻孔场地进行
平整并做好排水措施。

（3）测量放样
测量放样出路基中线及螺杆桩处理边线，按照布桩图洒出桩位线，用网格交
点标注出螺杆桩桩心位置并插入一次性木筷等标记物便于桩位被埋没后查找。

（4）设计概况
1、螺杆桩采用带有同步技术和自动化控制的螺杆桩机进行施工，通过管内
泵压混合料灌注成桩，桩头处理采用“前截法”工艺处理，桩帽施工采用机械一
体化桩帽的施工方法，桩身与桩帽均为C40混凝土。

2、螺杆桩桩身上部为直杆、下部为螺纹，直杆段长度为总桩长的1/3，且不
小于3m，例如：螺杆桩螺纹段长度为14m（含底部2m扩孔），直杆段长度为7m。

螺杆桩采用钻机钻具旋转挤压土体成孔，成孔后由管内向孔中泵压混凝土同时反
方向旋转提杆的方式成桩。

芯管直径d1为300mm，扩大头直径d2为550mm，螺
距S为360mm，螺牙顶宽W1为50mm，螺牙底宽度W2为100mm。

3、桩帽采用倒柱圆台形状，上半部分为圆柱形，高0.25m，圆直径为1.0m;
下半部分为倒圆台形状，圆台底面直径为0.8m，圆台顶面直径为1.0m，圆台高
0.3m。

螺杆桩嵌入桩帽0.1m、桩顶距离桩帽顶不小于0.45m，根据图纸要求，桩
帽采用一体化机械施工。

3.2 施工方法
（1）钻机成孔
1、螺杆桩钻孔速度平均速度为2m/min，灌注及拔管提升速度为1.8～
2.5m/min。

螺杆桩拔管速度为1.8m/min,2m扩径螺纹段提升速度为1.8m/min,直螺纹段提升速度为2.0m/min，直杆段提升速度为2.2m/min。

2、桩机上安装自控系统用以控制钻机转速及钻进速度，使二者相匹配，同时安装无线监控系统便于实时监控。

螺杆桩直杆段施工时，钻头下降一个螺距钻杆旋转至少720°；螺杆桩螺纹段施工时，钻头下降一个螺距钻杆旋转360°，直至达到设计桩长。

施工过程中记录钻进及地层变化时的机具反应，核对地质资料，终桩采用桩长和电流双控进行控制，现场施工终桩电流控制在140～170A。

（2）灌注及拔管
1、螺杆桩钻进至设计深度后，反向旋转拔管，边拔管边泵送混凝土，每拔管1.5m泵送2次，以钻杆内混凝土充盈且不从钻杆顶口溢出为准，确保拔管过程混凝土连续输送，施工过程中螺杆桩每延米混凝土用量应≥0.11m³。

2、提钻成螺并泵送：钻头钻至设计深度后，桩机扩径液压探头伸出，边反向旋转边提升钻杆，保持钻杆旋转360°，提升一个螺距，提钻的同时向孔内泵送混凝土，提钻到设计的桩身直杆部分时，钻杆改变旋转方向，提升钻杆产生直杆段空间，再向孔内泵送混凝土填充，最终形成螺杆桩桩身。

（3）桩头处理
螺杆桩采用前截法处理桩头，在桩灌注过程中，严格控制现浇桩桩顶标高，桩身混凝土灌至桩顶高程以上20～30cm时对桩顶以下2.5m内混凝土进行振捣，并用杯子、勺子等器具清除多余的混凝土直至标高控制至桩头设计高程，马上用塑料膜覆盖并养护桩头。

前截法截桩头施工照片
（4）桩帽施工
螺杆桩质量检验完成后，再进行桩帽施工。

桩帽采用一体化机械施工，桩间
土不需清除，采用桩帽成形器形成土模，然后灌注混凝土，振捣密实，修整后进
行养护。

桩间土扰动时，应清除并采用相同填料回填、压实。

桩帽采用倒圆台形状，上部分为圆柱形，高0.25m，圆直径为1.0m；下部分
为倒圆台，底面圆直径为0.8m，顶面圆直径为1.0m，圆台高0.30m。

螺杆桩嵌入
桩帽0.1m。

（5）桩帽施工
桩顶设置碎石垫层，厚度0.5m，垫层内铺设一层土工格栅，碎石最大粒径不
大于30mm，压实度≥92%。

4混凝土经济适用性
济滨高铁项目螺杆桩设计配合比每立方混凝土水泥用量为301kg，螺杆桩设
计配合比每立方混凝土粉煤灰用量为77kg，螺杆桩设计配合比每立方混凝土粗细
骨料用量为1800kg，螺杆桩设计配合比每立方混凝土防腐剂52kg，螺杆桩设计
配合比每立方混凝土外加剂4.3kg，螺杆桩设计配合比每立方混凝土拌和用水
156kg。

以目前山东省市场上混凝土原材单价考虑，每立方混凝土价格为507.02元。

由于防腐剂价格相对较高，在1500元/吨左右，在其它原材料不变的情况下，可将配合比中的防腐剂取消，优化后每立方混凝土水泥用量为297kg，螺杆桩设
计配合比每立方混凝土粉煤灰用量为128kg，螺杆桩设计配合比每立方混凝土粗
细骨料用量为1817kg，螺杆桩设计配合比每立方混凝土防腐剂0kg，螺杆桩设计
配合比每立方混凝土外加剂4.25kg，螺杆桩设计配合比每立方混凝土拌和用水
154kg。

以目前山东省市场上混凝土原材单价考虑，每立方混凝土价格为436.07元。

优化前每立方混凝土价格为507.02元，优化后每立方混凝土价格为436.07元，每立方混凝土可节省70.95元，可节约相对成本的14%左右。

5 结语
螺杆桩地基处理既能要满足施工现场使用的工作性，还要满足混凝土的力学性、耐久性，又需要考虑经济成本，所以设计合理的混凝土配合比是很有必要的。

利用简单、快速、实用试验方法配置混凝土是目前铁路试验所需求的，本次混凝
土配合比试验是一种新的尝试，希望能为今后设计、优化混凝土带来有用的技术
参数。

参考文献：
[1] 《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ/T 55-2011）
[2] 《铁路混凝土工程施工技术规程》（Q/CR9027-2017）
[3] 《高速铁路路基工程施工质量验收标准》（TB10751-2018）
[4] 《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218-2019）。