摘要：高铁采用螺杆桩施工工艺是一种地基加固的新工艺，通过有代表性地段进行成桩工艺性试验，通过试桩确定施工各项参数，根据试桩过程中发现的问题及时修正施工工艺，确定了混凝土配合比及各种原材料的物理性能；单桩承载力，符合地基承载力。施工工艺和参数作为工程施工质量检验标准评价依据；作为检测选定的施工设备及施工工艺；通过桩身完整性、强度检测，确定无侧向抗压强度是否可以达到设计强度，为优化施工参数和水泥掺入量、水灰比提供依据。为高铁建设螺杆桩施工和试验提供参考。
关键词：郑万；高铁；螺杆桩；工艺性试验；
1 工程概况
郑万铁路（郑州至万州）湖北段全长286.155Km，桥隧比94.22%。D1K386+959.108-D1K388+261.10段路基全长1301.992m，路基小里程接东津站高架桥29#台、大里程接东津2#桥0#桥台。全段地基处理均采用螺杆桩加固，桩径为Ф0.5m，桩间距为2.3m（正线及相邻倒发线）、2.4m（部分两侧站线），桩长12-19m。
2 工程地质及水文地质
2.1工程地质
垄岗地貌，地形略有起伏，自然坡度1°～3°，地面标高70.30～73.82m，相对高差0.09～3.02m，该段植被发育一般，多辟为农田、村舍、道路、水塘、荒地等，交通较为方便。场区内横跨七个水塘，在旱季水量较小。（0）Q4al+pl表层为淤泥，黑灰色。（0-1）Q4al+pl为淤泥质粘土，黑灰色，厚度1.7～3.1m。（1-3）Q2～3al+pl粉质粘土，褐黄色，可塑，厚度0.7～10.5m。（1-4）Q2～3al+pl粉质粘土，褐黄色，可塑，厚0.6～22.4m。（4-3）Q2～3al+pl细砂，中密，褐黄色，厚度1.6～14.6m。（6-2）Q2～3al+pl粗砂，中密，褐黄色，厚度1.6～16.1m。（7-2）Q2～3al+pl细圆砾土，中密，褐黄色，厚度1.7～16.6m。（10-1）Q2～3al+pl钙质结核，灰白色，坚硬，厚度4.2～17.7m。（1-1）N泥灰岩，浅黄、灰白色，全风华，厚7～8m。（1-2）N泥灰岩，浅黄、灰白色，强风华，厚5.2～12.8m。（1-3）N泥灰岩，浅黄、灰白色，弱风华，厚5.1～13m。（2-1）K-E泥质砂岩，浅红褐色，全风华，厚4.3m。（2-2）K-E泥质砂岩，浅红褐色，强风华，厚1.8～9.39m。（2-3）K-E泥质砂岩，浅红褐色，弱风华，厚3.6～18.01m。
2.2 水文地质
地表水主要为塘水、沟渠水，接受地表径流及大气降雨补给，水量一般，地表水较发育。地表水无化学侵蚀性，无氯盐环境破坏作用，无盐类结晶破坏作用。地下水无化学侵蚀性，无氯盐环境破坏作用，无盐类结晶破坏作用。碳化环境作用等级为T2。
3 试桩施工过程
3.1 螺杆桩工艺原理
螺杆桩是一种变截面的异形灌注桩，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，降低地基土的压缩性，提高天然地基的承载力，减小了地基的沉降。
桩体由上、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质情况而进行调节的，没有固定比例。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，这种设置可充分发挥地基承载能力。
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3.2 施工过程
3.2.1.场地清理、压实
施工机械进场前必须对施工区域进行场地清理、找平，并进行必要的压实，以确保到场机械能够平稳就位，移动，不产生偏斜。
3.2.2.测量放样
将施工区域进行划分，并将各桩进行编号，施工前放出桩位的准确位置，桩位中心用钢钎插入地面不小于20cm，并用白灰明示。桩基放样利用测量班放控制桩桩位，再结合大钢尺布设，保证桩位纵横向偏差不大于±5，施工桩顶高程控制在高于设计桩帽底标高50cm，防止超灌造成混合料浪费。
3.2.3.钻机就位
钻机就位后，应使钻杆垂直对准桩位中心，确保螺杆桩垂直度容许偏差不大于1%。现场控制采用在钻架上挂垂球的方法测量该孔的垂直度，也可采用钻机自带垂直度调整器控制钻杆垂直度。每根桩施工前现场工程技术人员进行桩位对中及垂直度检查，满足要求后，方可开钻。
3.2.3.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。
3.2.3.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。
3.2.4.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。
4 试桩结论
4.1设备选型和主要机械
钻机根据现场地质情况选用LD-1履带式直流动力桩机、60B混凝土泵车，拔管速度2m/min；其他设备：桩头环切机1台，混凝土泵车1台（60B），装载机1台ZLM-50B（斗容3.0m3），混凝土罐车1台，挖掘机1台。
4.2 确定配合比
桩体材料采用碎石、石屑或砂、粉煤灰、水泥加水配合而成。桩身水泥采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥（当地下水有侵蚀性时，按化学侵蚀环境的作用等级掺一定水泥重量比的），水泥掺入量不大于200kg/m3，掺加优质粉煤灰（等级不低于Ⅲ级），粉煤灰掺量为70～90kg/m3，石屑率一般在0.3左右，碎石粗骨料，满足级配要求，松散堆积密度大于1500kg/m3。碎石最大粒径：振动沉管法不大于 40mm，长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注法不大于 25mm。配合比为：水泥：细骨料：粗骨料：粉煤灰：外加剂：拌合水＝1：4.55：5.53：0.58：0.033：0.70。
5 结论和建议
5.1施工前应按设计要求由试验室进行配合比试验，施工时按配合比配制混合料。
5.2清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。
5.3控制钻孔入土深度，确保桩长偏差在+100mm范围内。
5.4泵送混合料时钻杆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。
参考文献：
[1]新建铁路郑州至万州襄阳东津站路基设计图、《铁路路基地基处理》贰路（2014）2028、路基工程设计图集图纸。
[2]《高速铁路路基工程施工技术规程》（Q/CR9602-2015）[S].2015.
论文作者:高军
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第18期
论文发表时间:2018/1/30
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