金文霞 陈奇然
甘肃铁科建设工程咨询有限公司 甘肃 兰州 730030
1、前言：螺杆桩是一种应用于建筑基础桩施工的新技术。其主要技术特征表现为桩的“上部为直柱型，下部为螺丝型”组合式桩基，与传统的杆桩及全螺旋灌注桩相比，在施工时具有效率高、施工方便，无振动，弃土少等优点。其采用了变截面的构造形状，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。
2、螺杆桩机原理及性能
在施工过程中要采用专用的旋挤式螺杆桩机钻孔，螺杆桩机使用特殊的钻具向地下钻（挤）进。下钻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，要求旋转二周以上，钻杆下降一个螺距，形成螺杆桩的上段直线段；螺杆旋转一周，钻杆下降一个螺距，形成螺纹段，直至设计深度。钻头到达设计直线段、桩长预定标高时，于动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工控制依据。
钻头钻至设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，当钻杆芯管充满混合料后钻杆开始反向旋转提升钻杆，严格控制提升速度与旋转速度，使二者匹配，严禁先提管后泵料。成桩的提拔速度宜控制在每分钟2～3m，成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致停机待料。
3、施工工艺及其控制方法
3.1施工工艺介绍
施工工艺流程图：
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成桩过程中，要特别注意桩头质量的控制：首先，在原地面清表前，测量原地面标高，对清表后地面标高进行控制，确保钻机施工作业面比螺杆桩设计桩顶标高高出30～50cm；其次，混合料灌注过程严控超灌高度，确保桩头超灌高度不少于30cm。螺杆桩桩身连续性对该桩的承载力至关重要，成桩施工过程中必须采取措施严格保证。
同时要确保混凝土供应的连贯性，现场施工人员要在灌桩前提前和拌和站调度做好联系，计算好钻进速度、要料时间和要料方量，提前要料。气温较高时，一般每车混凝土要料不超过3根桩的方量（7m3以内）。
其次，灌桩过程中，始终要保证有两节钻杆内充满混凝土，依靠混凝土自重压力来保证灌桩的连续。我们通过计算和试验总结出的灌桩方法是这样的：适当调高混凝土输送泵的泵压（10MPa以上），保证输送压力，让混凝土泵送并充满钻杆杆芯，当有混凝土从钻杆顶端排气孔溢出时，停止泵送混凝土，然后开始提升钻杆（21m长），这时杆芯内混凝土量约为0.35立方米，可以保证灌注2.7m长的螺杆桩；当钻杆提升1.5m后，再向混凝土输送泵发出信号，让混凝土输送泵再次向钻杆内压入混凝土，直到混凝土再次溢出排气孔时停止，如此循环反复直到灌注完成。
3.2控制要点介绍
3.2.1地表处理质量控制要点
现场重点检查处理后的场地是否平整，实测标高应高于螺杆桩桩顶设计标高30-50cm，现场是否挖设临时排水沟，排水沟排水是否通畅。
3.2.2布桩形式及数量质量控制要点
清表后检查处理区域范围、布桩形式、桩位、桩间距、数量符合设计。
3.2.3钻杆垂直度质量控制要点
钻机就位后，应用钻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，确保螺杆桩垂直度容许偏差不大于1%。桩位容许偏差不大于5cm。
3.2.4钻孔过程质量控制要点
（1）桩径：每台班施工前检查钻头及钻杆磨损情况，直径不足设计桩径时要求及时进行更换或补焊。
（2）钻孔速度：钻孔中重点监控钻孔速度按照先慢后快进行钻进，当发现钻杆摇晃和钻进困难时，要求放慢进尺，保证钻孔垂直度和偏位符合规范规定。重点监控下钻过程中钻杆下降速度和旋转速度，使二者匹配，要求旋转二周以上，钻杆下降一个螺距，形成螺杆桩的上段直线段；螺杆旋转一周，钻杆下降一个螺距，形成螺纹段，直至设计深度。
（3）地质核对：在钻孔过程中记录钻机每贯入1m时的电流表读数和对应地层标高，核对与设计地质资料是否相符。当电流表突然变化时，同样做好相应记录。
（4）桩长：钻进过程中检查钻机动力头底面是否到达钻机塔身对应的停钻刻度线，确保桩长满足设计要求。
3.2.5成桩过程质量控制要点
（1）在混凝土开盘前审签施工配料通知单，并见证检测首盘混凝土出机温度、坍落度、含气量是否符合批准的工艺性试验参数。
（2）旁站检查混凝土泵送量与钻机提拔钻杆速度是否匹配，保证提钻速度控制在2～3m/min,接近孔口位置2m处，监督放慢提拔钻杆速度至2m/min以下，混凝土浇筑过程中每台班对坍落度、含气量见证检验一次。
（3）根据计数输送泵泵送次数计算混凝土实灌量（0.0375m3/次），灌注过程确保超灌高度不少于设计标高的30cm以上，保证混凝土实灌量不小于设计灌注量。
（4）现场制作混凝土28天标养试块，按10%平行检验。
（5）成桩后，监控做好成桩保护区，保证28天内不得有任何机械在保护区内行走作业。
3.2.6桩间土开挖及桩头切除质量控制要点
待桩体混合料达到设计强度70%后，方可同意进行桩间土方的清除，对于土方清除要求按照批准的方案采用人工开挖，开挖桩间土过程中重点监控开挖标高和对桩身的保护，不得出现超挖情况和开挖过程中洋镐等工具对桩体的破坏；桩头切除作业前，现场监理检查桩头切除线标高是否符合设计要求，切除中要求使用专业截桩机，对于桩头切除标高的控制在0～+20mm，桩头切断后用打磨机磨平桩头以便桩身检测。
3.2.7桩基检测
（1）桩身完整性检测，采用小应变检测方法，检验数量按照桩总数的10%抽样检验且不少于3根，以每工班施工数量按比例进行抽检；
（2）单桩承载力检测采用平板载荷试验方法，检测数量按照桩总数的2‰且每个工点不少于3根，选择具有代表性位置进行检测；
（3）桩体有效直径检测，采用开挖50～100cm深，钢卷尺测量周长反算桩直径，检验数量按桩总数的10%且每检验批不少于5根，以每工班施工数量按比例进行抽检。
3.2.8桩帽施工质量控制要点
（1）桩头切除后及时清运废料，现场监督使用小型压路机和冲击夯对桩间土进行夯实，压实标准95%。
（2）对桩帽钢筋绑扎、模板安装等进行检查，验收合格后方可进行桩帽混凝土施工，重点监督桩帽中心是否与桩中心重合。
（3）混凝土浇筑完成拆模后，监督及时进行覆盖养护,确保桩帽混凝土面始终处于湿润状态，养护期不少于14d。
4、螺杆桩施工常见的问题
4.1导管堵塞
原因分析：由于混凝土配比或塌落度不符合要求、导管布置弯折过多或者前后台配合不够紧密、现场断电或机械出现故障后等待时间过久。
控制措施：(1)严格按要求对原材料进行检验，保证粗骨料的粒径、混凝土的配比和塌落度符合要求。(2)灌注管路避免过大变径和弯折，每次拆卸导管都必须清洗干净；同时现场派专人对管道进行梳理。(3)加强施工管理，钻机司钻人员与后台砼泵送控制人员配合紧密，及时发现和解决问题。(4)在施工现场配置发电机和常用易损件，以应对停电和常见故障零配件的更换。
4.2偏桩
原因分析：分为桩平移偏差和垂直度偏差超标两种，多由于工作垫层不平整不密实、钻机对中不准确，钻机垂直度检查不仔细等原因造成；个别是浅层遇见软硬层交界面时，钻杆偏位。
控制措施：(1)施工前清除地下障碍，平整压实工作垫层以防钻机偏斜。(2)放桩位时认真仔细，严格控制误差。控制桩定位后应引出保护桩。(3)对中过程中缓慢下放钻杆，专人指挥和检查钻杆对中。(4)桩机的垂直度在开钻前和钻进过程中注意检查复核。(5)当钻头遇到软硬层交接面时，要放慢钻进速度。
4.3夹层、桩身有空洞
原因分析：桩身空洞一般是因提钻太快泵送砼跟不上提钻速度造成，桩身夹泥一般是地下水较大造成孔壁泥土脱落进入混凝土形成夹层。
控制措施：(1)保持砼灌注的连续性，也可以采取加大泵送压力来保持砼的充盈性，如在地下水位较高的地段将60型输送泵换成80型输送泵。(2)严格按照工艺性试验确定的提管速度进行控制。
4.4桩身砼强度不足
原因分析：配合比设计不合理或现场随意调整配比造成。
控制措施：(1)优化配合比设计，通过工艺性试验验证。(2)拌合好的混凝土在出站时和到达现场时均要检测混凝体性能，不符合要求的不能使用。
4.5桩身砼收缩
原因分析：在不同地层分界位置，因土层侧压力不同，造成桩身局部回缩；或者钻头经长期磨损后直径变小未及时更换造成桩径不满足设计要求。
控制措施：(1)选用型号较大的输送泵，增大混凝土的泵送压力，保持砼充盈性。(2)定期检查钻头直径，对不符合要求的钻头及时进行更换。
4.6桩头质量问题
原因分析：多为夹泥、砼不足、气泡、浮浆太厚等，一般是由于操作控制不当造成。
控制措施：(1)保证桩顶砼超灌30cm以上，防止灌注时孔口泥块混入桩身砼中。(2)保持钻杆顶端气阀开启自如，防止砼中积气造成桩顶砼含气泡。(3)桩顶浮浆多因孔内渗水较大或砼离析造成，应超灌排除浮浆后才终孔成桩。
4.7单桩承载力不满足设计要求
原因分析：在粘性土地层中施工由于钻进速度太慢形成泥皮或桩底未进入设计持力层。
控制措施：(1)在粘土层中钻孔时要加快进展速度，以防螺旋钻的离心作用在钻孔壁上造成泥皮而降低桩摩阻力。(2)尽量选用60泵施工，以增强泵送时孔内压力，加大砼的充盈性。在地下水丰富的地层作业时，可选择80型泵。(3)加强地质复核，如实际地质与设计不符，应暂停施工并上报建设单位。
4.8浅层断桩
原因分析：成桩保护期内机械直接进入成桩保护区作业对桩头产生了扰动、桩头开挖时挖机操作不当碰触桩头、切除桩头作业不按设计要求操作都会造成浅层断桩。
控制措施：(1)成桩作业完成后应设置成桩保护区，对保护区进行围闭，并设置标识牌，注明保护期限，严禁保护期未到施工机械进入保护区作业。(2)桩头开挖必须使用小型机械，机械下部提前进行垫土保护，开挖时要预留30cm左右的桩间土人工清除。(3)应按设计要求使用切桩机进行桩头切除，严禁使用机械或大锤直接敲断。
4.9桩帽钢筋保护层不够
原因分析：桩头切除时未严格控制桩头标高和水平造成。
控制措施：(1)桩头切除前应测量桩头标高，在切除位置做醒目标记，按标记进行桩头切除作业。(2)桩头切除后要检查桩头的水平，不满足要求的要进行打磨处理。(3)桩帽施工时要按设计及规范要求安装保护层垫块。
4.10切除桩头不平和桩顶标高偏差较大
原因分析：切割机下支垫不平或支垫强度不足，操作人员施工不规范，标高控制偏差较大。
控制措施：(1)切割前先人工对场地进行平整，支垫强度足够的辅助垫板。(2)对操作人员进行交底和培训，并现场指导其前期操作，形成良好的施工习惯。(3)每根桩在桩侧对称位置进行测量放样控制标高，然后进行环桩头标示，操作人员按照标示进行切割。
4.11桩间土压实不到位
原因分析：没有交底，操作人员不明确碾压要求；操作手不熟练，怕碰撞桩头；桩头附近措施不当，未进行碾压。
控制措施：(1)碾压之前对操作人员进行交底和培训。(2)选派熟练工进行碾压或碾压过程派专人进行指挥。(3)桩头附近碾压不到的地方采用冲击夯进行夯实。
5、结论
本文从螺杆桩的工作原理出发，展开了螺杆桩在施工过程中的控制、出现的问题等方面的讨论。并以此为依据，对螺杆桩施工工艺进行了分析、讨论得出以下结论和建议：
首先，针对在成桩过程中现场施工人员应从地表处理、桩位布置、钻杆垂直度、桩长桩形等方面按方案严格控制。
其次，对现场出现的导管堵塞、偏桩夹层、桩身有空洞、桩身砼强度不足、桩头质量等问题做了讨论并提出控制措施。
最后，螺杆桩复合地基处理可以大幅度提高地基承载力、改善桩间土性能、减小沉降，因而可以广泛应用于高层建筑物以及机场、堆场、路基工程、桥梁基础、储油罐等工程的地基处理。