螺杆桩工法.docx
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螺杆桩工法
螺杆桩工法
新型螺杆灌注桩施工工法
1.前沿
螺杆灌注桩是一种新型的变截面异形桩，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。
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。
我公司于先后在阿拉伯联合酋长国阿布扎比50栋别墅项目、陕西省保障性住房宝鸡龙山雅居工程中应用，取得了良好的经济效益和社会效益。
经过以上工程的实践，我们编制了企业《螺杆灌注桩施工工法》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。
经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。
而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经过螺杆灌注桩处理的复合地基能够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，仍能够有效的传递垂直荷载，并由于加固后消除了可液化土层，从而能够广泛地应用于地震区。
2.7螺杆桩机设备性能先进，自动化程度高，劳动强度低，施工进度快，能够连续泵送混凝土成桩。
3.适用范围
3.1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，不受地下水的限制，淤泥质土中慎用。
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～800mm，桩径视长细比调整。
4.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。
成孔达到设计标高后，停止钻进，与此同时开始泵送混凝土，当钻杆芯管充满混凝土后，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，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。
5．施工工艺流程及操作要点
5.1施工准备
5.1.1螺杆灌注桩施工前应具备以下文件资料
（1）岩土工程详细勘察资料
（2）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工艺参数。
5.2施工工艺流程
图5.2-1螺杆桩施工工艺流程
5.3施工要点
5.3.1确定螺杆桩的施工顺序：
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高的控制工作。
5.3.3润管：
接通桩机泵送软管，泵送水、润管砂浆进行润管。
5.3.4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。
5.3.5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。
5.3.6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。
当遇有障碍物时应立即停钻，清除障碍物后再重新钻进。
5.3.7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，直至桩顶设计标高。
体钻时钻头达到一定位置停止泵送混凝土，由钻杆内的混凝土充填至桩顶标高，严禁先提钻后泵料，确保成桩质量。
5.3.8钢筋笼制作
1、材料选用
根据图纸设计要求选用主筋、加劲箍、螺旋筋规格。
钢筋进场时，有材料员及工长及时对所进材料进行检查验收，检查的内容有：
材质质量证明单、钢筋表面的标志和每捆标志是否一致和齐全、进场钢筋是否和设计要求的规格一致等。
材料进场后，及时通知监理工程师及业主代表现场见证取样，样品及时送检，检验合格后方可使用。
2、钢筋笼制作
（1）钢筋笼加工前对场地进行平整并铺设枕木，平整后钢筋笼加工在其上进行。
对钢筋进行适当的遮盖，以防止雨水淋湿，防腐、防锈蚀。
（2）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。
（3）钢筋笼加工时保证端面平齐，同时考虑同一截面内钢筋搭接头不大于主筋根数的50%和相邻两接头的间距大于35d。
（3）主筋、加强筋采用单面搭接焊方式连接，搭接长度保证大于10倍钢筋直径，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。
钢筋笼箍筋与主筋在每个交叉点处均应绑扎牢固。
（4）、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》（GB50204-）的要求，按规定做焊接强度实验。
5.3.9钢筋笼套穿钢管振动装置
钻孔同时，将振笼用的钢管振动装置在地面水平方向穿入钢筋笼内腔。
确认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。
5.3.10安放钢筋笼
（1）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，安装钢筋笼。
利用钻机自备吊钩将钢筋笼竖直吊起，垂直于孔口上方，钢筋笼保证居中安放，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。
（2）为保证钢筋笼安装时位于桩中心，钢筋笼的上部和下部按水平面部分分别设置四个支撑耳朵或增加成品垫块，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》的规定。
（3）钢筋笼沉放完成后，用9#钢丝将钢筋笼捆绑在桩孔位置上放置的短架管上，保证钢筋笼不再下沉。
振动拔出钢管，放置地面。
准备下一循环作业。
5.3.11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。
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42.5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，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
≤3.0
≤1.0
C30以下
≤5.0
≤2.0
石
C30或C30以上
≤1.0
≤0.5
C30以下
≤2.0
≤0.2
6.1.3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-）。
混凝土石子粒径宜采用5～25mm。
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，严格控制粉煤灰的惨入量，塌落度控制在18～20cm。
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。
其它外加剂（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经过实验确定。
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。
6.2主要机具设备
表6.2-1主要施工机械设备配置一览表
见下页
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步履式直
流动力桩机
台
1
钻孔施工
1LD-1履带式直
流动力桩机
台
1
2
泵送混凝土机
60B泵或80泵
台
1
泵送混凝土
3
混凝土输送车
6m3
台
1
运送混凝土
4
电焊机
台
1
钢筋焊接
5
气割设备
台
1
钢筋加工
6
吊车
台
1
起重配合、钢筋笼吊装
7
经纬仪
台
1
测量放线
8
水准仪
台
1
测量放线
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-）、《钢筋焊接及验收规程》（JGJ18-）、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204--）执行外，还需按以下条文执行。
7.1测量
（1）对所有施工用的测量仪器，要按计量要求定期到指定单位进行校定，精度满足要求后才可使用。
（2）工程开工前，校核所有的测量控制点，并加强做好保护。
（3）桩基施工前，根据场地红线图、基准点和桩位平面布置图，利用全站仪、水准仪、钢尺等测量工具，对桩位进行测放。
测放完毕，报请监理工程师、建设单位负责人员验收。
（4）基坑、地下水位的观测点要加强保护，并按要求及时观测，做好观测记录，及时反馈数据，保证施工的顺利进行。
7.2钢筋笼加工质量保证措施
（1）、钢筋笼加工的形状、尺寸必须符合设计要求，并给每个钢筋笼按规定加焊保护卡。
钢筋表面应洁净、无损伤、油渍、漆污和铁锈等，如果有应在使用前清除干净。
带有颗状或片状生锈的钢筋不得使用；
（2）、钢筋应平直、无局部曲折；
（3）、焊工必须持证上岗，在正式焊接前，应先对钢筋进行试焊，待钢筋焊接性能检验报告检测合格后方可施焊；
（4）、钢筋笼长度焊接采取单面焊接方法，按长度为10d，焊缝厚度≧0.3d、宽度≧0.7d；
（5）、搭接焊前，焊接接头钢筋应预弯，并应使搭接的两钢筋的轴线在一直线上；
（6）、主筋搭接焊接头应相互错开。
同一截面内的接头数不大于50%；
（7）、钢筋笼加工好后，必须经当班技术员、业主代表以及监理工程师验收合格并签字后，方可下入孔内；
（8）、钢筋笼加工除必须符合设计要求外，还必须符合下表规定：
钢筋笼制作允许偏差
项次
项目
允许偏差（mm）
1
主筋间距
±10
2
箍筋间距或螺旋筋间距
±20
3
钢筋笼直径
±10
4
钢筋笼长度
±50
7.3螺杆桩施工质量保证措施
（1）在施工前要根据设计要求经过成桩试验，确定桩的混合料配比和施工工艺。
（2）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。
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。
（3）在施工过程中要注意调整桩机平整度和导向架的垂直度，保证桩的垂直度偏差不得超过1%桩长，桩位偏差符合规范要求。
（4）施工过程中严格按照配合比下料，确保搅拌质量，每搅拌时间不少于60s，塌落度控制在200–220mm（砼搅拌站）。
下料时严格控制粉煤灰的掺入量。
（5）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。
（6）泵料时，钻杆提升速度控制在3m/min，严禁先提钻后泵料，确保成桩质量。
（7）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。
施工中每根桩的投入量不得少于灌入量。
（8）螺杆桩的充盈系数宜为1.1~1.2，桩顶超灌量（保护桩长）不少于500mm。
（9）螺杆桩成桩施工允许偏差应符合下表的要求。
螺杆桩成桩施工允许偏差
桩径允许偏差（mm）
垂直度允许偏差（mm）
桩位允许偏差（mm）
-20
1.0
桩基础≦150
复合地基满堂布桩≦0.4D
条基布桩≦0.25D（D为桩的直径）
（10）单桩承载力以设计桩长和施工电流作为控制指标。
动力头控制电流参考值
施工桩直径（mm）
单桩承载力控制电流（A）
电机：
2×30（KW）
电机：
2×40（KW）
电机：
2×50（KW）
400
110
120
150
500
110
120
150
（11）螺杆桩施工要求混凝土连续泵送，当钻杆芯管充满混凝土后再提升钻杆，提升过程中严格控制钻杆提升速度，与下钻时一样，保持同步和匹配。
（12）针对施工中出现的三种情况按下表处理。
施工处理措施
钻孔深度
动力头设定电流
处理措施
合格
合格
合格
不合格
合格
有效桩长不得小于设计桩长的90%
合格
不合格
继续钻进动力头至电流达标或桩长大于设计桩长两米以上
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-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。
编制和上报安全技术方案和安全措施，并认真贯彻落实。
8.3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。
8.5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爬升立架时，必须系好安全带。
8.8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。
8.9螺杆桩钻机司机应进行严格培训，严禁非专业司机操作。
8.10做好防雪、防雨、防雷等应急准备。
遇7级以上大风停止作业，将钻杆打入地下10米以上。
8.11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严格遵守国家和地方政府下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为减小，承载力明显提高。
同条件下与普通的直杆灌注桩相比，可缩短桩长，减少桩径和桩的数量，从而显著地降低工程成本，节省工程造价。
该施工方法在钻孔过程中噪音低、振动小，成孔和浇筑混凝土的过程一次完成，排除了大量的泥浆处理和运输的工作，从根本上避免了由此对施工现场和周边环境的污染，是一种环境保护型的绿色施工方法。
螺杆灌注桩的实验和生产实践证明，该技术具有较好的社会效益和经济效益。
表10-1效益分析
螺杆桩
长螺旋灌注桩
普通灌注桩
桩
静压
捶击
承载力
≥预制桩
一般
一般
大
大
成桩速度
≥60米/小时
≥60米/小时
＜6米/小时
≥60米/小时
≥60米/小时
整体沉降
很小
较大
较大
较小
较小
施工对土体
的适应性
穿透力强
穿透力弱
穿透力弱
不适用于密
实性的砂层、
含石量大于
20%的土层、
强风化岩层
不适用于密
实性的砂层、
含石量大于
20%的土层、
强风化岩层
造价比
低
高
更高
较高
较高
工作噪音
工作噪音
小，可24
小时作业
无
＜50分贝
有
≥50分贝
无
＜50分贝
有
≥50分贝
泥浆污染
不取土、
无泥浆
取土、
泥土外运
有泥浆、
泥土外运
不取土、
无泥浆
不取土、
无泥浆
对周边建筑
物的影响
极小
无
适中
挤土明显对
周边建设物
造成影响，
造成不均匀
沉降
挤土明显对
周边建设物
造成影响，
造成不均匀
沉降
11.工程应用实例
我公司在阿拉伯联合酋长国阿布扎比·宾·扎伊德新城·50栋别墅项目使用螺杆桩施工，设计桩径500mm、总桩数1011根、设计桩长12米。
由中东桩基公司（middleeastpilling.EST）施工。
本工程应用螺杆桩技术提高了施工功效、无污染，工程应用效果良好。
陕西省保障性住房宝鸡龙山雅居项目2-30#工程基础施工采用了新型螺杆桩施工工法，设计桩径500mm，总桩数159根，设计桩长15m，宝鸡市圆极地基工程有限公司进行施工，该工法施工噪音小，施工进度快，成桩质量好，解决了普通直杆灌注桩沉降变形大、成桩质量不稳定、工艺复杂、时间周期长等施工中的技术难题，工程应用效果较好。
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