螺杆桩技术介绍

1、螺杆桩原理螺杆桩及其成桩工法是在长螺旋钻孔灌注桩和日本钢钎维全螺纹预制桩的基础上的新桩型。其主要技术特征表现为桩的“上部为直柱型，下部为螺丝型”，桩体几何断面更符合附加应力场由上而下减少的分布规律。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。桩归类于半挤土成型桩。螺杆桩改变了桩与土体之间相互作用的模式，桩与土界面构成了机械型咬合。将常识中“螺丝钉比钉子牢固”的道理运用在桩施工中，使其更牢固的特点得以实现。螺杆桩每立方米混凝土提供的单桩竖向承载力高，桩身下段表面带螺纹，且无泥皮，桩端无沉渣，不塌孔，施工无噪音、无泥浆污染。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。2、螺杆桩适用范围螺杆桩适用于淤泥质粘土，粉土，粘土，粉质粘土，中细砂，粒径小于20cm砂砾石层，强风化层，象皮泥等地层。不受地下水的限制。螺杆桩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～1200mm，桩径视长细比调整。螺杆桩设计，施工，验收除应符合本规定外，同时尚应按国家现行有关强制性标准的规定。3、螺杆桩施工准备3.1螺杆桩施工前应具备下列资料:3.1.1建筑场地工程地质资料和必要的水文地质资料；3.1.2复合地基处理工程施工图（或桩基工程图）及图纸会审纪要；3.1.3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；3.1.4主要施工机械及其配套设备的技术性能资料；3.1.5地基工程的施工组织设计或施工方案；3.1.6水泥、砂、石、钢筋等原材料及其制品的质检报告；3.1.7有关荷载、施工工艺的实验参考资料。3.2施工组织设计应结合工程特点，有针对性地制定质量管理措施，主要包括下列内容：3.2.1施工平面图：标明桩位、编号、施工顺序，水电线路和临时设施的位置；混凝土制备设备及其管路系统；3.2.2确定成孔机械、配套设备及施工工艺的有关资料；3.2.3施工作业计划和劳动组织计划；3.2.4机械设备、备（配）件、工具（包括质量检查工具），材料供应计划；3.2.5施工时应制定相应的工作制度并采取有效的技术措施，以保证工程质量、安全、文明生产、劳动保护、防火、防雨、保护文物、保护环境等有关规定的贯彻执行。3.3施工前应组织图纸会审，会审纪要连同施工图等作为施工依据并列于工程档案。3.4施工用的临时设施，如供水、供电、道路、排水、临时房屋等必须在开工前准备就绪，施工场地应进行平整处理，以保证施工机械正常作业。3.5桩轴线的控制点应设在不受施工影响的地方，开工前，经复核后应妥善保护，施工中应定期复测。4、施工的主要机具设备4.1采用专用打桩机械。钻杆是一种螺牙带齿状的齿状螺纹钻杆，即把钻杆螺纹外边做成齿状，齿状可以在钻具螺纹外边的1／8到全部钻杆的螺纹范围设置，即设置在全部或部分钻杆长度范围，齿高不得小于lOmm。其优点为：①切土工作能力强，挤土效果好，减少了钻杆挤土所需的扭矩；②通气性能好，钻杆钻进过程中外齿与外齿之间的土体受到轻微扰动，给混凝土提供了一个排气通道，使混凝土密实度得到提高，致使桩体质量明显提高。4.2混凝土高压泵装置与管路系统：高压泵的泵送压力应选用＞6MPa。4.3混凝土可采用现场搅拌或商品混凝土。粗骨料可选用卵石或碎石，其最大粒径5～25mm。4.4水泥宜用普通水泥或硅酸盐水泥并有出厂合格证，不得受潮、过期。4.5混凝土应符合高压泵的要求，严禁掺有水泥纸袋或其他杂物，可根据不同的使用要求掺加外加剂（如减水剂，增强剂，缓凝剂，细磨粉煤灰等）坍落度18～20mm。5、螺杆桩施工5.1桩的施工顺序应根据桩间距和地层的渗透情况，按编号顺序进行，或采用凝固时间间隔进行，桩孔间应防止串浆。5.2桩机就位后必须调平并稳固，确保成孔垂直度。5.3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，要求钻杆旋转二周以上，螺杆钻杆下降一个螺距，钻至螺杆桩直线段设计深度，在土体中形成圆柱状；钻杆旋转一周，螺杆钻杆下降一个螺距，钻至螺杆桩螺纹段设计深度，在土体中形成螺纹状。5.4钻头钻到设计标高后，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，与下降时一样，保持同步和匹配。与此同时制备好的细石混凝土或砂浆迅速填充（泵送）由于钻杆旋转升所产生的带螺纹状空间和钻杆直接提升或正向旋转提升所产生的带圆柱型空间，形成螺杆桩。5.5提钻时钻头到达一定位置可停止泵压细石混凝土或砂浆，由钻杆内的混凝土充填至桩顶标高。5.5混凝土必须连续施工，每根桩的浇注时间按初盘混凝土的初凝时间控制，对浇注过程中的一切故障均应记录备案。5.6控制最后一次灌注量，桩顶不得偏低，必须保证暴露的桩顶混凝土达到强度设计值。5.7钢筋笼采用后置式安装。6、螺杆桩施工工艺流程螺杆桩施工工艺流程图如下：测量放线验收桩机就位正转钻孔商品混凝土高压管加工钢筋笼反转起钻混凝土输送泵停止反转起钻钢筋笼验收下钢筋笼成桩7、单桩承载力的确定7.1静载试验采用现场静载试验确定单桩竖向极限承载力标准值时，在同一条件下的试桩数量不应少于总桩数的1%，且不应少于3根，工程总桩数在50根以内时不应少于2根；并相应做动力测试。7.2理论计算螺杆桩是由直杆段，螺纹段和桩端三部分构成，将直杆段侧阻力、螺纹段侧阻力和端阻力公式合拼即得螺杆桩单桩竖向极限承载力计算公式如下：Quk=QSK1+QSK2+Qpk=u[åqsikli1+å(Ci+itanφi)li2]+qpkAp式中：Quk—单桩竖向极限承载力标准值（kN）；u—桩身周长（m）；qsik—直杆段桩段第i层土极限侧阻力标准值；li1—直杆段穿越第i层土的厚度（m）；Ci—第i层的粘聚力（kPa）Ii2—螺纹段穿越第i层土的厚度（m）；φi—第i层土的内摩擦角；i—第i层土的抗剪强度对应的垂直向应力（kPa），可按下表取值。土层抗剪强度计算对应的法向应力土名称土的状态剪切试验法向应力（kPa）100200300400粘性土0.75IL≤1√0.50IL≤0.75√0.25IL≤0.50√0IL≤0.25√粉土0.75e≤0.9√e0.75√粉细砂稍密√中密√密实√中砂中密√密实√粗砂中密√密实√砾砂中密、密实√8、质量检查及验收8.1质量检查及验收除应按现行《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002/J220-2002）中CFG桩法，《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）中钻孔灌注桩及《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）的相关规定执行外，一般情况下宜按规定执行。8.2成桩质量检查包括成孔、钢筋笼制作，混凝土搅制及灌注的质量检查。8.2.1混凝土搅制应对原材料质量与计量、混凝土配合比、坍落度、混凝土强度等级进行检查。8.2.2混凝土试块是反映螺杆桩桩身强度的重要依据，由于泵注混凝土质量较稳定，规定每个工作班做一组试块。8.2.3钢筋笼的制作应对钢筋规格、焊条规格、品种、焊口规格、焊逢长度、焊逢外观和质量，主筋和箍筋的制作偏差等进行检查。8.2.4在灌注混凝土前，应严格按照前述有关施工质量要求对已成孔的中心位置、孔深、孔径、垂直度、提钻时的泵注压力、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。8.2.5在泵注混凝土后检查重点为混凝土总量，充盈系数。8.2.6成桩桩位偏差应根据前述的规定检查。8.3螺杆桩验收应包括下列资料：8.3.1施工分包合同及分包单位资质证明文件；8.3.2工程地质勘察报告，桩施工图，设计变更、洽商记录；8.3.4经审定的施工组织设计或施工方案及执行中的变更签证情况；8.3.5技术交底和安全交底；8.3.6工程定位测量放线记录；8.3.7材料见证取样表；8.3.8水泥化验报告，石子化验报告和中砂化验报告；8.3.9混凝土配合比报告；8.3.9工程开工报告；8.3.10桩施工记录；8.3.11隐蔽工程验收记录；8.3.12试块见证取样表；8.3.13混凝土试块抗压强度验收评定表，汇总表；8.3.14动测试验报告；8.3.15静载试验报告；8.3.16桩位偏差表及桩位竣工图；8.3.17分部、分项、检验批验收记录；8.3.18施工日记。螺杆桩螺杆桩是一种新型桩，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为螺杆桩技术(国家发明型专利号ZL03128265.2)。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，将常识中“螺丝钉比钉子牢固”的道理运用在桩与桩施工中，使其更牢固的特点得以实现。螺杆桩技术是在日本的高强度钢纤维混凝土预制螺纹桩的基础上创新而成，采用常规混凝土灌注和独立的施工工法形成螺杆桩，达到了高强度钢纤维混凝土全螺纹预制桩的承载力水平，并在保持其优点的同时，更具有强度高，工期短，功效高，沉降小，抗震，不取土，不排浆，不污染，施工及成桩质量不受地下水影响，应用范围广，适应多种土层等优势。此外，与其他类型桩相比，工程造价也优势明显。螺杆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，桩的承载力有直杆段的侧阻力（摩阻力），螺纹段的抗剪强度和桩端的端承载力组成，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。一.螺杆桩属于部分挤土桩，不取土，成桩工法是采用同步和非同步技术成孔成桩非同步技术:钻具每旋转两转以上,钻具下钻或上提一个螺距,如Φ400的桩的螺距就为400,Φ500的桩螺距就为500,螺杆桩上部就采用非同步技术挤压形成圆柱形土体洞或圆柱形桩;同步技术:钻具每旋转一转,钻具下降或上提一个螺距,螺杆桩下部就采用同步技术形成螺纹形土体或螺纹形桩二.桩的形状上部为圆柱形，下部为螺纹形，类似于螺丝钉三.螺杆桩的承载力大于等于管桩四.混凝土用量为圆柱形桩的80%再来谈谈螺杆桩和长螺旋桩成桩设备的一些区别,成桩设备尽管都是采用意大利的三点式打桩机架，但是核心技术却完全不同，就好似歼-11战机与苏-27战机的关系一样:一.重量不一样，螺杆桩机一般为70吨以上，为什么呢？保密,呵呵二.动力不一样，螺杆桩机动力25吨米以上，而长螺旋一般为8吨米左右三.桩杆钻具不一样，螺杆桩钻具可以穿透强风化岩，卵石层四.螺杆桩动力输出靠自动控制系统预先设定，自动成桩;五.螺杆桩机可以在成桩过程当中预测单桩承载力六.螺杆桩机采用直流电源可以实现瞬间扭矩达到峰值，不存在埋管现象，螺杆桩机可以在0-10转内任意调整转速，螺杆桩机可以在0-3.6m范围内任意调整转进和提升速度七.螺杆桩机设有全球定位控制系统GPS八.螺杆桩机设有自动控制跟踪系统，可以自动记录单桩成桩时间，成桩长度，混凝土用量等等等等，这里就不一一介绍了，相信这些已经足够说明问题了。有个例子就很说明问题,山东有一个长螺旋项目，长螺旋用量为两万多米，而采用螺杆桩仅为一万二千米，为什么呢？因为承载力不一样。附：单步履式螺杆桩机和长螺旋桩机图片对照，从钻具形状就很明显看出二者的不同