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高速铁路软土地基下的螺杆桩施工技术

摘要:高速铁路软土地基条件下采用螺杆桩施工技术,是一种新型的施工工艺,通过合理选择施工机械,编制试验方案,研究施工方法,检测试验结果,分析总结试验数据,摸索出一整套螺杆桩施工技术,推广到标段各个路基工点,指导现场施工。

关键词:高速铁路;软土地基;螺杆桩

1工程概况

合安铁路HAZQ-3标里程为DK65+542.055~DK95+717.01,标段共有5段路基,其中路基DK65+542.055~DK66+475.130段采用螺杆桩复合地基,螺杆桩径0.5m,桩长为14~16m,桩距2~2.2m,总延长米约为81832万延米。

2螺杆桩施工的特点

螺杆桩是近年来根据我国地形发展起来的新型地桩基础类型,在承载力和经济效益方面,螺杆桩与传统地桩类型相比,经济效益更好,传统的CFG桩施工,采用的是圆柱桩,出土量大,螺杆桩与传统CFG桩桩径不变,桩身带有螺纹,通过挤压周边土体,增加摩擦力,能有效提高桩基承载力,减少钻进过程的出土量,从而也减少了混凝土浇筑数量,增加了经济效益。与此同时,螺杆桩避免了灌注桩在施工过程中桩身易断裂的缺点,又比普通桩具有更高的承载力,而且螺杆桩的承载效果高,环保效果好,无噪音,占地小,不污染地下水和环境,唯一的缺点就是施工速度较慢。

3施工工艺

3.1原地面处理

对原地面进行清理和整平,将路基范围内原地面上杂物全部清除,需换填位置按照设计要求进行换填,然后进行压实,要求场地设置2%横坡,同时做好场地排水,确保场地无积水。

3.2测量放线

测量出断面桩位边线、左右线中心线,根据桩位边线、左右线中心线和桩距,定出桩位。

3.3桩机就位

按测量放线位置将螺杆桩机就位,桩位偏差不大于5cm。

3.4对中调平

钻机就位后,钻进进行对中调平,钻机钻头中心与放样桩位中心对齐,确保钻机垂直。

3.5钻孔

螺杆钻机钻头及钻杆为螺纹状,钻进时钻杆旋转一周,下降一个螺距,螺距为35cm,在施工过程中,通过螺纹压迫土体,使之在土体中形成螺纹状桩。钻进过程中需保持钻杆稳定及垂直,钻机根据动力头的转速与螺距的关系,调整卷扬机放钢丝绳速度,即钻进速度,使钻杆钻进速度和旋转速度一致。即钻杆旋转一周,下降一个螺距,钻进0.35m。通过试桩确定地层岩性与螺杆钻机的电流值的关系,现场施工按照电流值及设计桩长确定实际施工桩长。钻进时,钻杆转速控制在5~7转/分钟,随着地质变化,电流会逐渐变化,当达到设计要求深度后,并记录相应深度、地质及电流数据;当进入持力层时,观察电流变化,如果电流变化突然加速,且钻机不再进尺,持续钻进1分钟,说明已经进入持力层,满足桩底承载力要求,记录钻进深度、地质及电流值。

3.6提升钻头

钻头钻至设计深度后,螺杆桩桩机反向旋转提升钻杆,提升过程中严格按照工艺性试验数据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,螺杆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,与此同时确保泵送混凝土迅速填充钻杆同步旋转提升所产生的螺纹段空间。当钻杆提升到螺纹部分顶面的设计高度时,螺纹钻杆再次正向旋转,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直至桩顶设计标高。

3.7泵送混凝土

螺杆桩混凝土由拌和站集中供应,罐车运输至现场,泵送前由试验人员对混凝土的性能进行检测,检测合格后进行灌注。采用泵送高压法进行灌注,通过钻杆杆芯送入孔内。进场混凝土需进行检测,检测合格后通过地泵,泵送至钻杆杆芯,钻杆顶部位置预留排气孔,通过排气孔排出钻杆内气体,同时根据排气孔判断钻杆内混凝土是否充足,停止泵送混凝土;其次是提升钻杆,根据钻杆长度、孔径,计算杆芯内混凝土方量,经过计算,钻杆杆芯内混凝土可以保证灌入桩体2m;再次是根据试验总结确定根据地泵型号、泵送速度、泵送方量、钻杆提升速度的关系,按照试验总结进行施工;最后是钻杆提升至最后2m时,一次性将钻杆杆芯泵送满混凝土,这时钻杆杆芯内混凝土量可以灌注2m的桩体,混凝土自身压力会将混凝土压入到钻杆周围,并且从钻杆与土层之间的缝隙中压出地面,灌注高度按照设计高度+50cm控制。

3.8停泵

提钻时钻杆到达桩顶设计标高以下1.5m时(考虑虚桩0.5m),钻杆内充满混凝土时停止泵压混凝土,为保证桩身顶部混凝土强度及截桩头,灌注混凝土时超灌量控制在30cm~50cm左右,不足时可补泵送混凝土。3.9提出钻头浇筑完成停泵后,缓慢地提出钻头,满足虚桩长度后,钻头可直接提出地面。3.10成桩后,开始下一个桩身施工。

4螺杆桩试验及检测

首先螺杆桩需进行工艺性试验,2017年5月1日开始施工9根螺杆桩试桩;其次是成桩后对桩基进行开挖,检测桩径符合设计要求;再次是采用低应变检测桩身完整;第四是通过试验,检测单桩承载力,单桩承载力满足设计要求;第五是通过对桩基取芯试验,检测芯样抗压强度满足设计要求,观察芯样完整,骨料分部均匀,坚硬,桩长复核设计要求。第六是对工艺性试验进行总结,总结钻进过程数据,复核地质资料,判断加固效果,分析施工数据,改进、完善施工方法,然后进行全线推广。螺杆桩施工过程中应加强地质核查,加大自查频次,自查按100%检测,第三方低应变检测按照验标10%控制,单桩承载力按照2‰控制。

5试验总结

①每方混合料配合比(理论):(水泥+粉煤灰):砂:碎石:减水剂:水=(1+0.43):3.2:(0.85+1.7+1.7):0.014:0.63。混合料坍落度控制在180~200mm之间,坍落度小于180mm禁止泵送混合料。②JZU180型螺杆桩机钻孔速度为0.7~1.5m/min(随地质情况而变化),拔管速度2~3.0m/min。③经现场观察仪表读数,当钻孔电流超过140A证明已进入持力层。④按照工艺性试验,控制拔管速度。拔管速率太快可能造成螺杆桩桩径偏小、缩颈或是断桩,拔管速率过慢可能造成堵管,或是粗骨料下沉,桩顶浮浆过多,桩身强度不足、混和料离析现象,因此,拔管速度必须按照工艺性试验进行控制。⑤严格控制钻速和转速的关系,即钻杆旋转一周,下降一个螺距(0.35m),提钻过程也如此。保证桩基下2/3呈螺纹状,上1/3呈柱状。⑥螺杆桩每延米的灌注量为0.15m3左右,其大小与钻头的直径和环境条件有关。超灌的高度比设计桩顶标高高出0.5m。因此,采用螺杆桩机成孔及芯管内泵送混合料灌注的方法,适合我标段地层条件,螺杆桩成孔及成桩质量均满足设计要求。

6结束语

通过螺杆桩工艺性试验,总结出适用于本标段地质情况的施工参数,尤其是螺杆桩钻进速度及拔管速度,确保桩体质量可控。合安铁路站前三标已按照螺杆桩工艺总结,指导现场施工,目前螺杆桩已完成80%,已开挖螺杆桩进行的低应变、单桩承载力、取芯试验及外观观察试验基本合格。

参考文献:

[1]TB10751-2010,高速铁路路基工程施工质量验收标准[S].

[2]Q/CR9602-2015,高速铁路路基工程施工技术规程[S].

[3]TB10424-2010,铁路混凝土工程施工质量验收标准[S].

[4]TB10001-2005,铁路路基设计规范[S].

作者:黄想禄 单位:中铁十七局集团第三工程有限公司

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