新型螺杆灌注桩施工工法

1、新型螺杆灌注桩施工工法新型螺杆灌注桩施工工法河南六建建筑集团有限公司海南卓典高科技开发有限公司张进彭桂皎陈涛谢蹴娟陆臻瑜1前言螺杆灌注桩是一种新型的变截面异形桩，是在日本的高强度钢纤维混凝 土预制螺纹桩的基础上创新而成的。它的全称为半螺旋钻孔管内泵压混凝 土灌注桩，其形状是上部为圆柱型，下部为螺丝型的组合式新型桩（如图 1-1 X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。螺杆桩已被建设部列为“建设部2005年科学技术项目计划”和 “2005年全国建设行业科技成果推广项目”（项目编号：2005005;证书编 号：2005006 ）,并于2006年获得国家专利（专利号

2、ZL03128265. 2 ）o我公司于桩直杆段桩螺纹段图卜1螺杆桩示意图2006年与海南卓典高科技开发有限公司进行合作研究螺杆灌注桩施工技 术，经过不断的积累和总结形成了本工法。本工法于2008年11月进行了 科技查新，其查新结果表明国内尚未有该工法的文献报道。其关键技术于 2009年3月通过了河南省住房和城乡建设厅组织的关键技术鉴定，鉴定结 果为本工法关键技术达到国内领先水平。本工法先后在海口市长信南苑项 目、三亚市丽园春晓商住小区、洛阳市中侨铭秀1-5号楼等多项工程中应 用，取得了良好的经济效益和社会效益。通过以上工程的实践，我们编制 了集团公司企业标准螺杆灌注桩施工技术标准（编号LJ0

3、8-013）,在公司范围内推广使用。2. 工法特点2.1螺杆灌注桩与传统的混凝土灌注桩、长螺旋灌注桩相比在施工过程 中不取土，对桩间土有明显的挤密效果。通过对天然地基的挤密，降低了 地基土的压缩性，从而提高了天然地基的承载力，减小了地基的沉降。对 沉降变形要求很高的建筑物，螺纹桩有很高的实用价值。2.2由于螺杆灌注桩的下部形成了螺纹段，使桩的受力性能发生了变 化，从而提高了桩的侧摩阻力。在相同条件下，螺杆桩与普通直杆灌注桩 相比单桩的极限承载力有显著提高。2. 3螺杆灌注桩单桩承载力较高，同等条件下与普通直孔灌注桩相比可 缩短桩长，减少桩径和减少桩数。作为大型建筑物的基础时，即可作为桩 下单桩

4、方案以减少承台工作量，又可沿箱基墙下或筏基板下布桩以减少底 板厚度及配筋量。减少了工程造价，又方便施工。2.4由于现有的螺杆桩钻机成套设备具有机械扭矩潜能大，穿透力强的 特点，因此螺杆灌注桩对于不同土质有很强的适应性。并且不受地下水位 的影响。2.5螺杆桩施工工艺简单不存在清底、取土、护壁、塌孔、断桩等问题, 桩身质量可靠。具有无振动、低噪音、无环境污染等绿色桩型特色。2.6通过螺杆灌注桩处理的复合地基可以有效降低地震力对结构的影 响，同时，即使在建筑物过大水平位移情况下，仍可以有效的传递垂直荷 载，并由于加固后消除了可液化土层，从而可以广泛地应用于地震区。27螺杆桩机设备性能先进，自动化程度

5、高，劳动强度低，施工进度快, 可以连续泵送混凝土成桩。31螺纹灌注桩适用于杂填土、粘土、粉土、黄土、各类砂层，粒径小 于30cm （含石量50% ）的砾石层等各种土层，淤泥质土中慎用。不受地下 水的限制。3. 2螺纹灌注适用于包括复合地基的刚性桩、钢筋混凝土基础的钢筋混 凝土桩和复合桩基的基桩，桩径300mm 600mm,桩径视长细比调整。4. 工艺原理4.1螺杆桩的工艺原理螺杆灌注桩将常识中“螺丝钉比钉子牢固”的简单道理运用在桩与桩 施工中，使其更牢固的特点得以实现。螺杆灌注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

6、螺纹与桩侧土螺母紧密咬合，当桩顶受荷 时，螺纹段的桩侧土 “螺母”受到压缩，环状“螺母”的根部受到剪切， 桩的承载力由直杆段的侧阻力（摩阻力）、螺纹段的抗剪强度和桩端的端承 力组成，而螺纹段的抗剪力远远大于同等条件下的侧阻力，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，调整了土与桩之间的作用, 桩侧土体应力分摊比及应力扩散度提高，桩端荷载减少，使桩身受力与土 体受力协调一致。螺杆灌注桩在竖向受力方面，附加应力是遵循由上至下 逐步减小的规律，桩身应力逐步分担，约为10: 1,即桩身的应力集中为上 部大于下部。螺杆桩的上大下小的分段设计满足了附加应力的分布规律。 桩的竖向承载力与桩的长

7、细比有着密切的关系，桩断面积的大小和刚度的 变化在制约桩的受力及变形方面起重要作用。螺杆桩上部的柱体段在荷载 传递过程中，加大了受压面积，提高了桩身刚度和对螺纹段功能发挥起到 承上启下的作用。为了保证变截面异形螺杆灌注桩的施工要求，在成桩施工时桩机钻杆 采用了下降或上升速度与钻杆旋转速度是否同步技术，解决了螺杆桩上部 为圆柱型，下部为螺纹型的施工工艺。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，从而形成螺纹形的孔或桩。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

8、圆柱形的孔或桩。螺杆桩成桩的过程分为下钻、提钻两 个过程。下钻时，螺杆桩机采用正向非同步技术挤压土体形成螺杆桩圆柱 段，随后钻杆采用正向同步技术下钻，使土体形成螺纹段。提钻时，螺杆 桩机采用反向旋转同步技术提升钻杆至螺纹段设计标高的位置，形成螺杆 灌注桩的螺纹段，在提钻的同时泵压混凝土。钻杆提升到螺纹段顶部设计 标高时，钻杆再次正向旋转或直接提升产生带圆柱空间，同时管内泵压浇 灌混凝土至桩顶设计标高。4.2螺杆灌注桩的结构与计算4.2.1螺杆灌注桩的结构螺杆桩是一种变截面的异形灌注桩，有上、下两部分组成。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 度是根据地基土

9、质情况而进行调节的，没有一个固定的比例。由于地基土一般都具有上软下硬的特点，因此，通常在承载力小于120kpa的土层中做 成圆柱体桩，在承载力大于120kpa的土层中做成螺纹桩，这种设置充分发 挥了地基的承载能力。在确定螺纹桩体内径大小时，如果螺纹桩体内径过 小，就会出现桩身先于土体达到破坏的现象，经工程实践证明，螺纹桩体 内径为250 400mm （如表4. 2. 1 - 1 ）,螺纹高度为50mm为宜。具体构造尺 寸详见图4.2.1-1。螺纹的间距与螺纹周围土体的抗剪强度有关，一般来说，土的抗剪强 度越大，螺距也越大，反之越小。实验证明，螺纹间距为1.0-1.5D最佳。4.2.1 -1常用

10、桩芯直径尺寸桩径（mm）300400500600桩芯氏径（mm）2602733804004. 2. 2螺杆灌注桩单桩竖向承载力计算螺杆桩单桩竖向极限承载力计算公式由螺杆桩直杆段侧阻力、螺纹段 抗剪强度和端阻力三部分组成，因此，计算需分段进行。(1) 直杆段侧阻力©I计算直杆段螺杆桩侧阻力0如是由桩土之间的摩阻力实现的。所以，计算方 法与传统直线型灌注桩相同。即：(4.2.2-1) 式中：Qz直杆段侧阻力(kpa );qsik桩的直杆段极限侧阻力标准值(kpa),可按表4. 2. 2-1取值；u桩身周长(m );/,一一桩的直杆段穿越第i层土的厚度(m)。(2) 螺纹段侧阻力。伙2计算

11、螺纹段的侧阻力0辺是由桩的螺牙与土的机械咬合作用力通过桩孔侧 壁土的抗剪强度体现的，与直杆段桩的受力机理截然不同，建议按下式计 算：口 丄(4.2.2-2)式中：J一一桩的螺纹段第i层土抗剪强度值(kpa)。土层抗剪强度J的确定方法：根据室内土工试验指标按下式计算砂类土 =a tan(p,粘性土 J=q+6tan®式中：6一剪切滑动石上的法向应力(kpa ),可按表4. 2.2-2取值;5第i层土的粘聚力(kpa )；9,第i层土的内摩擦角；(3) 桩端阻力计算由于螺杆桩在成孔过程中对孔底有挤土作用，加之管内泵压混凝土有 较高的压力，作用机理相似预制桩。计算式如下：Q pk = q

12、pkAp(4.22-3)式中：(1”一极限端阻力标准值(kpa),可按表4. 2.2-1取值；桩端面积； 河南六建建筑集团有限公司-7 -新型螺杆灌注桩施工工法(4) 螺杆桩单桩竖向极限承载力计算将直杆段侧阻力、螺纹段侧阻力和端阻力公式合并即得螺杆桩单桩竖 向极限承载力计算公式如下：Quk = Q.kX + Q住2 + Qpk m如d+J>+qtan枫+q祖(4.2. 2 - 4 )表4.2. 2-1螺杆桩单桩竖向极限承载力计算参数土名称土的状态直杆段极限侧阻力 标准值q sik (kPa)桩的极限端阻力标准值4 pk (kpa)h<99<h<1616<h<

13、 30填土20-28淤泥11-17淤泥质土20-28粘性土乙>121-360. 75</厶 <136-50210-840630-13001100-17000. 5</厶 <0. 7550-66840-17001500-21001900-25000. 25<I L <0. 5066-821500-23002300-30002700-36000< IL < 0. 2582-912500-38003800-51005100-5900匚<51005100-59005900-6800粉土e>0. 922-44640

14、-15001100-19001700-25000. 75<e<0. 942-64840-17001300-21001900-2700e<0. 7564-851500-23002100-30002700-3600粉细砂稍密22-42800-16001500-21001900-2500中密42-631400-22002100-30003000-3800密实63-85600-24002300-32003200-4000中砂中密54-743600-51005100-63006300-7200密实74-953800-53005300-65006500-7500粗砂中密74-955700

15、-74007400-84008400-9500密实95-1165900-76007600-86008600-9800砾砂中密、密实116-1386300-10500角砾、园砾中密、密实7400-11600碎石、卵石8400-12700表4. 2. 2-2 土层抗剪强度计算对应的法向应力土名称土的状态剪切试验法向应力°（Kpa）100200300400粘性土075< / L <1-v/0. 50< I L <0. 7570. 25< 1 L <0.5070< I L <0.25粉土0. 75<e<0. 9Oe<0. 75

16、U粉细砂稍密7中密7密实中砂中密7密实粗砂中密7密实o砾砂中密、实密式中：Quk 一单桩竖向极限承载力标准值（KN）;qiik 一直杆段桩段第i层土极限侧阻力标准值；U 桩身周长（01）;直杆段穿越第i层土的厚度（m）;li2 -螺纹段穿越第i层土的厚度（m）;c,第i层的粘聚力（kpa ）;<P, -第i层土的内摩擦角；。，一第i层土的抗剪强度对应的垂直向应力（kpa ）,可按表4. 2. 2-2 取值。5. 施工工艺流程及操作要点5.1施工准备1螺杆灌注桩施工前应具备以下文件资料»i 河南六建建筑集团有限公司-9 -新型螺杆灌注桩施工工法(1) 岩土工程详细勘察资料(2)

17、建筑物平面布置图及高程(3) 建筑场地和邻近区域内的地下管线(管道、电缆)、地下构筑物 等的调查资料。(4) 螺杆灌注桩桩位平面布置图及技术要求(5) 试桩资料或工艺实验资料(6) 施工组织设计和施工方案5.1. 2施工前应清除地上和地下障碍物并平整场地，探明和清除桩位处 的地下障碍物，按施工平面布置图的要求做好施工现场的施工道路、供水 供电、施工设施布置、材料堆放等有关布设。5.1. 3施工前应逐级进行图纸和施工方案交底，并做好原材料质量检验 工作。5.1.4桩位放线定位前应设置测量定位点和水准基点，并采取妥善措施 加以保护。根据设计桩位图在施工现场布置桩位，桩位确定后应填写放线 记录，桩位

18、点应设有不易破坏的标记，并应经常复核桩位位置以减少偏差、 避免漏桩，经有关部门验线后方可施工。5.1.5施工前应做成孔实验，其目的是核对地质资料，检验所选设备、 机具、施工工艺及技术要求是否合适。同时，检测相邻桩孔之间的影响， 确定影响程度，相邻桩孔之间影响较大时需要考虑跳打施工。如成孔实验 满足要求，则根据成孔试验的数据确定施工时工艺参数。5.2施工工艺流程图5.2-1螺杆桩工艺流程示意图注：1-动力头，2-混礙土输送泵，3高压管，4-自然地面，5-钻杆，6-成桩后螺纹段，7成桩后直线段，8- 上部软土层，9-下部硬土层，10 螺杆桩直杆段，11-钢筋笼.5.3施工要点5.3. 1确定螺杆桩

19、的施工顺序螺杆桩的施工顺序应先外排后里排，按编号顺序进行，根据桩间距和 地层的渗透情况以及成桩试验结果，确定是否采用跳桩施工方法，以免因 振动挤压造成相邻桩孔缩径或串浆。5.3.2测量定位放线测量定位放线要严格按照设计施工图纸进行，采用经纬仪和钢尺测量, 对每处桩位进行场地标高抄测工作，按设计要求做好桩顶标髙的控制工作。图5. 3-1螺杆桩施工工艺流程 河南六建建筑集团有限公司-11 -新型螺杆灌注桩施工工法5.3. 3桩机就位、对中螺杆桩位定好后，按设计要求在桩中心点上插一标杆，放好桩位后， 移动螺杆桩机到达指定桩位对中。5.3.4调整钻杆垂直度桩机就位后，应用桩机塔身的前后和左右的垂直标杆

20、检查塔身导杆， 校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心，确保垂直度小于1.0%桩长。5.3.5钻进成孔钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，启动 马达钻进。一般应先慢后快，这样既减少钻杆摇晃，又容易检查钻孔的偏 差，以便及时纠正。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢钻 进速度，否则容易导致钻孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。在钻孔 的过程中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。 形成圆柱段时，要求钻杆每下降一个螺距，钻杆旋转二周以上，钻至螺杆 桩直线段设计深度。形成螺纹段时，要求螺杆桩钻杆每下降一个螺距，钻 杆旋转一周，钻至螺杆桩螺纹段设计深度。当遇有障

21、碍物时应立即停钻， 清除障碍物后再重新钻进。5. 3. 6反向旋转提升钻杆及泵送混凝土螺杆桩成孔到达设计标高后，停止钻进，开始泵送混凝土，当钻杆芯 管充满混凝土后，螺杆桩机反向旋转提升钻杆，提钻过程中自控系统应严 格控制钻杆提升速度和旋转速度，顺着已形成的土体螺纹轨迹钻杆反向旋 转，钻杆其旋转的转数和提升速度应保持同步和匹配，匀速控制提管速度, 要求钻杆旋转一圈，钻杆上升一个螺距。与此同时泵送高压的细石混凝土 迅速填充由于钻杆同步旋转提升所产生的螺纹段空间。当钻杆提升至螺纹 段顶面的设计高度时，钻杆再次正向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筑钻杆直接提升所产生的带圆柱空间

22、，直至桩顶 设计标高。5.3.7钢筋笼制作1、根据设计要求，计算箍筋用料长度、主筋分布段长度，将所需要钢 筋调直后用切割机成批切好备用。由于切断待焊的主筋、架立筋、箍筋的 规格尺寸不尽相同，注意分别摆放，防止错用。2、加工完的钢筋笼应分区堆放，并做好标记，防止错误使用。3、架立筋与主筋电焊牢固，在钢筋笼吊点处应加强，避免出现起吊时 开焊。4、钢筋笼箍筋与主筋在每个交叉点处均应绑扎牢固。5、钢筋笼主筋连接应符合国家现行标准混凝土结构工程施工质量验 收规范(GB 50204-2002 )的要求，按规定做焊接强度实验。6、钢筋在使用前，要抽样检验钢筋的机械性能，合格后方可使用。5.3.8钢筋笼套穿钢

23、管与振动装置钻孔同时，将振笼用的钢管在地面水平方向穿入钢筋笼内腔。确认钢 管与专用振动装置连接良好，钢筋笼与振动装置用钢丝绳柔性连接。5.3.9安放钢筋笼钢筋笼采用后置式安装。当钻头提至孔口时停止泵送混凝土，将钻头 提出，安放钢筋笼。利用钻机自备吊钩，塔吊或吊车将钢筋笼竖直吊起， 垂直于孔口上方，钢筋笼要保证居中安放，并在钢筋笼上安装振动器，把 钢筋笼下端插入混凝土桩体中，采用不完全卸载方法，使钢筋笼下沉到预 定深度。固定后调整钢筋笼位置，使钢筋笼保护层满足建筑地基基础工 程施工质量验收规范GB50202表5.6.4-1的规定。钢筋笼沉放完成后，振 动拔出钢管，放置地面。准备下一循环作业。5.

24、3.10移位、施工下一根桩对施工完成后的桩做好现场成品保护，重复以上步骤进行下一根桩的 施工。5.3. 11凿桩所有螺杆桩达到一定强度后，用风镐凿除桩头浮渣，直到凿除到新鲜混 凝土为止。5.3.12桩基检测当螺杆桩应用于复合地基时，螺杆桩除了要进行动测检验外，复合地 基还要进行静载实验检测。当螺杆桩用于独立承台时，螺杆桩不仅要进行 单桩动测检验还要进行单桩静载实验检测。6. 材料与设备6.1材料6.1.1螺杆桩固化剂宜选用强度等级不低于32. 5级的普通硅酸盐水泥 或矿渣水泥，所选用的水泥应有出厂合格证，不得受潮、过期。6.1.2混凝土用砂应选用粗砂或中砂，砂应质地坚硬、干净，若有泥块 和杂质

25、，使用前应筛除，其含泥量不得超过表6. 1.2-1规定。表6. 1.2-1砂、石含泥量允许值材料品种混凝土强度等级含泥量（）按重量计泥块含量（%）按重量计砂C30或C30以上S3. 0S1. 0C30以下<5.0"0石C30或C30以上<1. 0<0. 5C30以下"0So. 26.1.3粗骨料可选用卵石或碎石，石子应质地坚硬、耐久、干净，石子 的质量应符合国家现行的普通混凝土用砂石质量标准及验收方法 （JGJ52-2006 I混凝土石子粒径宜采用525mm。针片状颗粒不大于10%。 混凝土强度等级不应低于C25,施工过程中严格按照配合比下料，严格控制 粉

26、煤灰的惨入量，塌落度控制在1820cm。混凝土宜采用早强混凝土，确 保一周内混凝土强度达到设计值的100%。6. 1.4混凝土应符合泵送混凝土的要求，粉煤灰应采用I、II级工业磨 细粉煤灰。其他外加剂（如增强剂、缓凝剂等）可根据不同的使用要求适 量参入。外加剂的用量根据施工需要通过实验确定。6.1.5采用商品混凝土，混凝土罐车运送时，应根据运距、温度等条件 预留混凝土塌落度损失量。6.1.6钢筋的级别、直径必须符合设计要求，有出厂证明书及复试报告, 表面应无老锈和油污。62主要机具设备<6.2-1主要施工机械设备配置一览表序 号机械设备 名称规格型号单位数量作业项目1螺杆桩机BL-1BU

27、步履式直流 动力桩机LD-1履带式直流动 力桩机厶1钻孔施工2泵送混凝土机60B泵或80泵台1泵送混凝土3混联土输送车6m3台1运送混凝土3电焊机台钢筋焊接4气割设备台钢筋加工吊车台1起重配合、钢筋笼吊装6经纬仪台1测量放线7水准仪台1测量放线 河南六建建筑集团有限公司-15新型螺杆灌注桩施工工法7. 质量控制本工法质量标准除按建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB50202-2002 ).钢筋焊接及验收规程(JGJ18-2003 ).混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204-2002)执行外，还需按以下条文执行。7.1成桩质量检查主要包括成孔、钢筋笼制作和安装、泵压灌注混凝土等三个工序

28、过程的质量检查。72桩使用的水泥品种、标号、砂、石料，掺入外加剂的品种掺量，必 须符合设计要求。73对分供方原材料质量与计量、混凝土配合比、坍落度、混凝土等级等进行检查。7.4在灌注混凝土前，应严格按照有关的质量要求对已成孔的中心位 置、孔深、孔径、垂直度、提升时的泵注压力、泵注管、钢筋笼安放的实 际位置等进行认真检查，并填写相应质量检查记录。7.5泵料时，钻杆提升速度控制在3. Om/min,严禁先提钻后泵料，确保成桩质量。7.6若施工中因其它原因不能连续灌注，须根据勘察报告和掌握的地质 情况，避开饱和砂性土、粉土层，不得在这些土层内停机。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

29、充盈系数必须大于1.2。77桩施工完成后，保护桩长不得小于50cm。78钢筋笼制作应对钢筋规格，焊条规格、品种、焊缝长度、焊缝外观 和质量，主筋与箍筋制作偏差等进行检查。8. 安全措施8.1施工现场临时用电需有施工组织设计或方案，并按施工现场临时 用电安全技术规范JGJ46-88的要求进行设计、验收和检查。临时用电还 要有安全技术交底、验收表及变更记录，健全安全用电管理制度和安全技 术档案。8.2建立并健全项目安全生产保证体系，建立和实施安全生产责任制。 编制和呈报安全计划、安全技术方案和安全措施，并认真贯彻落实。83逐级进行安全技术交底。技术交底针对性要强，并履行签字手续， 保存资料。项目经

30、理部质安员负责监督检查和落实，严格按照安全技术交 底的规定和要求进行作业。8.4施工现场安全教育，包括定期教育及新工人(含民工)、变换工种 工人、特种作业工人的安全教育& 5桩机施工机械及起重设备，在地面上松软环境下施工时，场地要铺 填碎石，平整压实。8.6施工过程中螺杆钻机较高，严防倾斜，移动时必须有人指挥。8.7施工人员的劳动时间不得过长，一般每天工作时间不超过6小时。8.8螺杆桩钻机司机应进行严格培训，严禁非专业司机操作。8.9做好防雪、防雨、防雷等应急准备。8.10对地上、地下的管线进行标识和安全保护，严禁施工过程中造成 破坏。9. 环保措施9.1本工法严格遵守国家和地方政府下

31、发的有关环境保护的法律、法 规，将环境管理融入企业全面管理之中，加强对施工噪声、粉尘(扬尘)、 废气、振动等的控制，减少固体废弃物对环境的污染及危害。9. 2建立环境保护管理机构，设立专职环境检测及管理人员，全过程指 导、布置和监控。9. 3必须采取相应措施以使施工噪声符合国家环保局颁发的建筑施工 场界噪声限值(GB12523 )要求。9.4施工机械操作人员按要求对机械进行维护和保养，确保其性能良 好，严禁使用国家已命令禁止使用或已报废的施工机械。9.5实行环保责任制，保持施工区域和生活区域的环境卫生，及时收集 各种生活、生产垃圾，按要求进行处理，生活污水经处理后方可排入市政 污水系统。10. 效益分析螺杆灌注桩利用自身的特殊结构和独特的施工方法使桩身的沉降变形 大