螺杆桩新技术及其运用

螺杆桩新技术及其应用螺杆桩技术的诞生，开创了变截面桩的新思路。本文扼要介绍了螺杆桩的构造、受力原理及工法，并创建了与之结果相匹配的计算公式和相关的计算参数等。通过对实际工程的运用，取得了静载试验与计算结果的对比资料。并对公式的合理性、可行性进行了验证。Abstract：Thescrewstakeisanewtechnologyandanewconceptofsection-changedstake.Thistextintroducesthestructureofthescrewstakeandtheprincipleofforcesufferedandtheworkingmethodsinsummary,andestablishesthecalculationformulaandrelatedcalculationparametersetc.Comparethecalculationresultstotheexperimentalresultsobtainedfromtheactualusageoftheengineering.Andcarryontheverificationtotherationalityandfeasibilityoftheformula.Keywords：halfscrewstake;screwstake;thewholethreadinfusedstake;radialstress螺杆桩作为一项新型桩，是一种“上部为圆柱型，下部为螺丝型”组合式桩，该桩及成桩工法简称螺杆桩技术(该技术2003年申请了发明专利，名称为“半螺丝桩及其成桩工法”，2005年获得了专利)。该技术已被列为“2004年海南省建设科研项目”、“2005年建设部科学技术项目计划”、“2005年全国建设科技行业推广项目”。现浇螺杆桩是在施工过程中采用桩机钻具旋转挤压土体泵压砼成桩。与打入式预制桩相比，施工噪音低、无振动、对已施工的桩无影响；与全螺旋钻、普通泥浆护壁成孔的灌注桩相比，无泥浆污染和弃土问题。螺杆桩是一种具有很高实用价值的新型桩。现浇螺杆桩的成桩工艺实践及设备目前以广东、海南技术为研发重点。目前螺杆桩技术正在不断完善中，螺杆桩在海南省的数十项工程中得到了充分的肯定。该桩适用于粘性土、粉土、砂土及软土等土层，螺杆桩被证明是一种适用广泛、安全、经济的桩基新技术。1螺杆桩技术图1螺杆桩在成桩中螺杆桩技术是在螺旋灌注桩、全螺纹灌注桩和高强度钢纤维混凝土全螺纹预制桩的基础上研制成功的。图1螺杆桩在成桩中图3桩螺杆部分图2螺杆桩螺纹部分螺杆桩是采用了变截面的构造形状，因此更加符合在荷载作用下应力场由上而下减小的分布规律,应力分担比及刚度变化的要求，调整了土体与桩之间的作用，桩侧土体应力分担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[1]。螺杆桩上下两部分的长度设计是弹性的。按照土质情况，以桩径400mm的螺杆桩为例：上部柱体部分直径为400mm；下部带螺牙部分外径为400mm、内径为250mm~300mm、螺牙根部高度为80mm~100mm、螺牙叶片高度为50mm、螺牙片间距为400mm。如图4所示。桩在竖向受力方面，其附加应力是遵循由上至下逐步减小的规律。因此，选择桩螺杆螺纹部分设计于何类土层是非常关键的。螺杆螺牙间的土体强度将直接影响整个桩的强度、刚度及承载力的发挥。而在软弱土体中，土的抗剪能力微乎其微。目前，国内外学者对全螺纹桩承载力进行了初步探讨。在有关全螺纹桩的文献中，也提到以土体的抗剪强度确定螺纹桩的单桩竖向极限承载力[2]：（1）式中，为桩侧第i层土的极限桩抗剪强度特征值。根据上述公式，以饱和粘性土进行比较。饱和粘性土中，=，式中为的土不排水剪切强度；并引用汤姆逊（Tomlinson,1971）的α法理论：，式中，α为粘着力系数（0.2-1.0），提出了全螺纹桩与传统直线型灌注桩承载力关系为（2）式中—螺纹直线型灌注桩侧阻力。以上说明，在一定程度上反映了在饱和粘性土中螺纹桩竖向承载力大于传统灌注桩的现象和用抗剪强度计算螺纹桩侧阻力的思路。问题是，抗剪强度指标的边界条件如何界定？库仑公式中的法向应力如何取值？在已有文献中没得到解决。其二，实践证明：现浇的全螺纹灌注桩（简称螺纹桩）是采用普通砼现浇实现高强度钢纤维全螺纹预制桩的螺纹外形特征，来试图提高桩的承载力和节约材料。但是，由于普通现浇砼灌注桩强度的局限性，在同等外径桩条件下，螺纹桩的内螺杆较细，截面强度亦不能满足荷载传递的要求，致使桩身上部的强度几乎不能满足工作荷载下竖向承载力传递的基本要求，往往出现桩身强度先于土体达到破坏的现象。因此在同等桩径下，全螺纹灌注桩还会出现承载力弱于普通灌注桩的现象。这一点，已被工程试桩所证实。恨由于附尚加应力坦是遵循种由上至氧下逐步祝减小的汇规律，本桩身应殊力逐步询分担，啦约带为斜10:谈1晨。螺杆奸桩的上酸大下小图的分段污设计，宜满足了逐承担规佛律性分邻布的附庭加应力匆。桩的锹竖向承垃载力与客桩的长寺细比也醒有着密纸切的关抽系，刚气度的大扎小在制挠约桩的彻受力变舌形作用赏重大。矿螺杆桩童上部的慨柱体段横在荷载帆传递过师程中，顶提高了服桩身刚卵度和加鉴大了受黎压面积层，对螺臂纹段功先能发挥拆起到了袋保证性约作用。汽螺杆桩丰设计上滚利用一阁般土层并上软下商硬的特治点，在鸽承载力蔑大奸于恩120武KP董a挎的土层欠中设计彼成桩螺腾牙，承秧载力小速于迟120揪KP络a暴的土层盟中设计篮成圆柱站体桩，隶同时螺明杆桩成愁桩呈螺睬旋状挤帽压土体牢，对桩软周土进祝行了挤房密加固齐，提高也了地基裕土的承土载力和理桩侧摩衣阻力。篮因此，机把满足症桩身强槽度和刚胁度条件仪作为全置螺纹桩堤研究的悲先决条凯件，这俱一点应留尤其重谨要掩;银其次，蛇软土与误桩的螺滩牙交叉伏负作用侧力不可巩忽视。踩图啊4基日螺杆桩提剖面图荣2柏教螺杆桩缩的力学件计算缴基于满捷足上述愚基本条隐件，螺板杆桩的剥单桩竖奔向极限唯承载力驾还需要算针对其烤受力机迎理建立辣自己的颠公式。拳关于抗测剪强度影指标的圾边界条滑件锡作为螺请杆桩螺气纹段叶波片间的级螺纹形湿环状土堤体，当眯桩顶受虎荷时，意先是受扮压后受紫剪。一颜般无排贿水环境继，受力窄方向与震剪切滑吉动面沿亭伸方向参平行。益因此，齐土的抗拼剪强度耀指标粘提聚诵力翅C即和内摩览擦角画φ具应选择纲固结不腾排水直身剪方法捉测定值暑。谋关于库沸仑公式墨中法向核应灾力艘σ仍的取值略问题孩由土力胀学原理漫和大量译试验结森果分析踪表明：明砂性土厕抗剪强敢度与法剃向应力替之间的穗关系是柿一条通白过原点鸟的直线诊，直线摩方程可圣用库仑缴公式莫表示。滑对于粘贿性土，沫抗剪强松度与法俊向应力限之间也绳基本成匪直线关托系：知(3就)牧它们共缎同点是背都遵循枯抗剪强声度和法谦向应力肆成正比谷关系的常规律。括根据《前土工试受验方法更标准》粱（送GB/蹄T50炸123舟-19剂9轨9臂）剪切高试验中歇的垂直荒压力（边法向应絮力）划序为拒100巾kP斗a飞、净200约kP旅a铸、抚300董kP籍a错和寻400监kP温a愚四档。凳试验时沸根据工慕程实际说和土的忆软硬程曾度施加秆各级垂花直压力岭。裤在竖向辰荷载作甘用下，嘱螺杆桩蛛桩周土袭上的法搅向应力倒主要是帖来自成危孔时挤态土的水额平力和旅成桩过鲁程中泵浙压混凝义土的水正平挤压搏力，而朋且是长胖期存在堤的实际警法向应继力。软鉴于以晶上分析揪，在螺冬杆桩侧番阻力剪宝切强度惜计算中其，根据住土性，贫按《土陶工试验崇方法标纲准》岂（挠GB/侧TS栽012档3-1洽99朴9嫌）划秤为畅100循kP妹a复、行200擦KP蒙a肺、伶300要KP煮a括、亡400货KP哲a龄四档确舒定法向泡应滚力授σ赌值，详战见甜表遇1柿。来螺杆桩工桩侧阻多力计算搂由于螺惹杆桩是许由直杆出段和螺解纹段两秆部分构僻成。因难此，侧帐阻力的形计算需捉分段进恼行。楚直杆段竭侧阻妇力张Q还sk1暖计算舟螺杆桩爆直杆段斤侧阻初力共Q减skl位是由桩骄土之间风的摩阻择力实现弱的。所惕以，计束算方法洒与传统执直线型跳干法施厨工灌注以桩相同存。即：冒(兴4)仆式中：骨—献—盐螺杆桩喇直杆段桐极限侧宫阻力特默征值（孩KPa可）；可删按辜表雨2态取值；稳—女—难桩身周革长案（茶m蜜）；液—瓦—妨螺杆桩迅直杆段耻穿越益第介i貌层土的费厚度裤（仆m宏）。凤螺杆段哭侧阻小力袋Q硬sk2肥计算服螺杆桩僵螺纹段择的侧阻盆力尘Q得sk2漂是由桩迟的螺牙为与土的垦机械咬创合作用矩力通过神桩孔侧所壁土的裙抗剪强米度体现菌的，与联直杆段爽桩的受蚁力机理浇截然不付同，建远议按下伸式计算凝：外孕津(5看)尚式中：肉—肆—岭螺杆桩胖螺纹段羽第符i蛋层土抗梯剪强度废值以（垫KP扭a帐）；痕土层抗割剪强度捡的确定突方法颈（筛C,康φ研）株根据室察内土工仇试验抗盛剪强度围指馒标盼x静k错强度按去下式计房算吸（砂类拐土郊）黎封(6验)损（粘性紫土肆）焰怖(7掌)省式中：装—声—钩第交i的层土剪锄切滑动庭面上的体法向应恨力颤（猎KP哲a芳）；可碍按先表糠1督取值敌—种—松第泉i暮层土的哑粘聚力谷（居KP轻a泉）；担—酿—久第重i舱层土的锤内摩擦山角（华。惜）场螺杆桩也桩端阻未力计算否由于螺奖杆桩在哨成孔过刚程中对垃孔底有叔挤土作咏用，加核之管内振泵压混害凝土有至较高的丰压力，先作用机磁理相似询预制桩爪。计算趣式如下纹：呀幼申(腹8败)瓣式中：为—扭极限端胃阻力特迁征值货（荣KP绳a殿），可振按企表锦2妄取值；座—呜桩端面迫积。次螺杆桩橡单桩竖虏向极限规承载力顷计算兆将螺杆被桩直杆袭段侧阻访力、螺反纹段侧场阻力和袭端阻力叶公式合炒拼即得油螺杆桩矿单桩竖尿向极限洒承载力料计算公挽式：(9)散式中：爬—穗单桩竖报向极限减承载力督特征值惊，诱（赖K仓N昼）；阻—顷直杆段府桩站第剃i挽层土极番限侧阻煤力特征形值竞,莲（骑KPa惰）蜘,抚可按晒表仙2庆取值；泰—碑桩身周皱长太（现m陡）；掉—愤直杆段赛穿越尤第调i再层土的怠厚着（寇m将）；献—舍螺纹段刘穿越第侨i铜层土的筹厚贺（散m稼）；苗—披第双i猴层土的行粘聚力续（恰KPa锣）；宁—啊第蜓i正层土的后内摩擦够角；哲—也第吴i歪层土的往抗剪强娱度对应众的法向嘴应力（嫌KPa脾）。可请按仙表薪1成取值（薄KPa闲）。莲表灿1派拐土层抗黄剪强度劣计算对瘦应的法己向应力伞土名称绣土的状漆态仆剪切试忍验法向凯应寿力插σ蜻（慕KP延a燥）竹100遵200盘300田400焦粘盛性脏土编0.7戚5<I虹L象≤丧1爸√秃0.5厌0<I谋L卵≤拿0.7幅5爆√引0.2睬5<I知L庄≤傅0.5昌0眯√蒙0<I送L务≤童0.2逢5域√构粉倦土候0.7睡5<允e坛≤公0.9撕e<0塞.75瑞粉萄细歼砂痛稍密铁√畅中密沟√烦密实已√龙中必砂纷中密授√杰密实暂√昆粗扶砂颈中密瓣√嚷密实狡√翁砾砂慌中密、橡实密合√波表仪2高伸螺杆桩营极限侧幻阻力、恭极限端充阻力特反征值膛土名称朽土的状罚态海直杆段和极限侧寄阻力特茧征史值次q奔sik转(革KPa反)辟桩的极舱限端阻辽力特征缘值携q私p闲KPa粘h护≤绍9色9<统h害≤券16筛16<拆h校≤略30盼填土删20-投28例淤泥芬11-妙17纵淤泥质似土浩20-兼28苹粘性土俗IL>语1跌21-兄36裙0.7麦5<I拆L煌≤兔1凡36-因50添210篮-84灯0贫630领-13混00高110杂0-1简700所0.5岁<I冷L症≤续0.7殊5樱50-墙66喂840教-17爱00兰150帐0-2邀100规190连0-2绣500蚁0.2征5<I肢L状≤危0.5蒙0歪66-袖82胳150社0-2中300朝230皇0-3骄000也270星0-3弦600烘0<I铸L楚≤椒0.2族5穗82-久91伏250莫0-3委800敲380瓦0-5垄100很510击0-5歇900差IL<泻0韵91-银101冶380坝0-5听100圣510傍0-5薯900狐590冷0-6央800耳粉土迫e>0塞.9束22-侵44质640廉-15贩00华110拒0-1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