灌注桩施工【螺杆灌注桩施工技术】

第４１卷第５期２０１０年５月

Ｖ０１．４１Ｎｏ．５

Ｍａｙ．２０１０

建筑技术

．，．

ＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

。斗ｌ／‘

螺杆灌注桩施工技术

沈保汉，．王凤良２

（１．北京市建筑工程研究院，１０００３９，北京；２．山东省桩工机械工程技术研究中心，２６４４００，山东文登）

摘要：螺杆灌注桩是在长螺旋挤压式灌注桩（含螺纹桩）基础上研制开发的新桩型，通过介绍螺杆灌注桩的基本原理、旋工机械与设备、施工顺序与成桩工艺以及施工要点，说明了该桩型具有环保效果好、桩身质量可靠、承载能力较高、工程造价低、工期短、适用范围广等优点。

关键词：螺杆灌注桩；螺杆灌注桩机；螺杆钻杆；成桩工艺

中图分类号：ＴＵ４７３．１４

文献标识码：Ｂ

文章编号：１０００—４７２６（２０１０）０５—０４１７—０３

ＣｏＮＳＴＲＵＣＴＩｏＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦ

ＳＣＲＥＷ

ＲＯＤＦＩＬＬＩＮＧＰＩＬＥ

ＳＨＥＮＢａｏ－ｈａｎｌ，ＷＡＮＧ

Ｆｅｎｇ－ｌｉａｎ９２

（１．ＢｅｉｊｉｎｇＢｕｉｌｄｉｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，１０００３９，Ｂｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ；

２．ＳｈａｎｄｏｎｇＰｉｌｅＤｒｉｖｉｎｇＭａｃｈｉｎｅｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，２６４４００，Ｗｅｎｄｅｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｃｒｅｗｒｏｄｆｉｌｌｉｎｇｐｉｌｅｉｓ

ｆｉｌｌｉｎｇ

ｐｉｌｅ

ａ

ｓｔａｔｅ—ｏｆ＿ｔｈｅ—ａｒｔｐｉｌｅ

ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ

ｏｎ

ｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｌｏｎｇｓｃｒｅｗ－ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ

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ｋｅｙ

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ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

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ｆａｖｏｒａｂｌｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ，ｒｅｌｉａｂｌｅｐｉｌｅｂｏｄｙｑｕａｌｉｔｙ，ｈｉｓｈｓｈｏｒｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｅｒｉｏｄａｎｄｌａｒｇｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｃｏｐｅ．

ｃａｐａｃｉｔｙ，ｌｏｗｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

一

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｃｒｅｗｒｏｄｆｉｌｌｉｎｇｐｉｌｅ；ｓｃｒｅｗｒｏｄｆｉｌｌｉｎｇｐｉｌｅｍａｃｈｉｎｅ；ｓｃｒｅｗｒｏｄｄｒｉｌｌｐｉｐｅ；ｐｉｌｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

螺杆灌注桩的全称为半螺旋挤孔管内泵压混凝土

灌注桩，也可简称为螺杆桩，是一种由上部为圆柱形桩

成桩不受地下水的限制。

１．２缺点

体，下部为螺纹形桩体组合而成的变截面异型灌注桩，其上下两桩段的长度可根据地基土质情况进行调节，没有固定的比例，下部螺纹桩体的外径与上部圆柱桩体直径相同。

１螺杆灌注桩优缺点

１．１优点

辰ｏ

Ｃｊ

（１）成孔成桩工艺特殊，受力机理较复杂，有关的设计计算公式及理论分析等需进一步积累和完善；

（２）不易贯穿硬塑粘土、密实砂土、非均质含碎砖、混凝土块的杂填土层及粒径大于３０ｍｍ的卵砾石

２螺杆灌注桩施工机械与设备

螺杆桩施工机械与设备主要由螺杆灌注桩机、强制式混凝土搅拌机、混凝土高压泵装置与管路系统、混凝土泵送车及导管系统等组成［１１。

２．１螺杆灌注桩机

（１）环保效果好，无噪声，无振动，无泥浆排放与污染；

（２）与普通钻孔灌注桩相比，无清底、护壁、塌孔等问题，也不易产生断桩和缩径等问题，桩身质量可靠；

（３）桩身强度高，承载能力较强；

（４）施工程序简化，降低工程造价，施工效率高，缩短工期；

（５）适用范围广，不仅可作为桩基础的基桩，也可应用于ＣＦＧ桩复合地基和ＣＭ长短桩复合地基；螺杆桩适用于淤泥质粘土、粘土、粉质粘土、粉土、砂土层和粒径小于３０ｍｍ的卵砾石层及强风化岩等地层，成孔

收稿日期：２０１０－０１—１６

作者简介：沈保汉．（１９３８－），男，浙江余姚人。教授级高级工程师，ｅ－ｍａｉｌ：

ｓｈｅｎｂａｏｈａｎ＠１６３．ｃｏｎｌ．

螺杆灌注桩机有履带式（图１）和步履式两种，步履式螺杆桩机行走机构为步履方式，其他组成部分均与履带式螺杆桩机相同。表１为螺杆螺纹桩机的主要技术参数。

２．２螺杆钻杆

目前螺杆钻杆的叶片直径有４００，５００，６００ｍｍ三

种，相应的芯管外径为２９９，２９９，３２５ｍｍ，芯管壁厚为

２０

ｍｍ，螺杆钻杆下部为４～６Ｈ滞螺旋叶片的钻杆，上部

为无螺旋叶片的芯管（光杆）。

万方数据

・４１８－

建筑技术第４１卷第５期

图１履带式螺杆桩机构造示意

ｌ一立柱；２一动力头；３一螺杆钻杆；４一斜撑及调整机构；５一起架装置；６＿操作室；７一双筒卷扬机；８－支腿油缸；９一平台；１０一履带行走机构

表１螺杆螺纹桩机主要技术参数

参数名称

步履式

履带式

ＪＺＢ９０型

ＪＺＢｌ２０型

ＪｇＬ９０型

ＺＬｌ２０型

钻孔直径／ｒａｍ６００，５００，４００６００，５００，４００６００，５００，４００６００，５００，４００钻孔深度／ｍ２５２７２５２７回转速度ｒ／ｒａｉｎ０１２８

Ｏ．２８

０．３０

Ｏ．３０

配置动力头／

ｋＷ

３７ｘ２

５５ｘ２

３７ｘ２

５５ｘ２

动力头转影

ｒ／ｒａｉｎ

４

４

４

４

动力头扭矩／

ｋＮ・ｍ

２４０３２０２４０３２０总重量傀

６３ｘｌ矿

８５ｘ１０３

６８ｘｌ护

９０ｘｌ护

注：表１中的桩期既能进行螺杆桩施工又能进行螺纹桩施工。

３螺杆灌注桩施工

３．１施工顺序与成桩工艺

（１）桩机就位。按测量放线位置将螺杆桩机就位。

（２）对中调平。桩机就位后调平并稳固，确保成孔垂直度。

（３）钻孔至设计深度。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，要求钻杆旋转两周以上，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段；此后钻杆旋转一周，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段。

（４）泵送混凝土。钻头钻至设计标高后，桩机反

向旋转提升钻杆。提钻过程中自控系统严格控制钻杆提升速度和旋转速度，保持同步和匹配。与此同时将制备好的细石混凝土采用泵送方式迅速填满由钻杆

旋转提升所产生的螺纹状空间，提到螺纹部分顶端设

万方数据

计高度时，螺杆钻杆直接提升产生圆柱状空间，并同时

向钻杆内继续泵压灌注细石混凝土。对于螺杆桩复合地基，根据承载情况可采用混凝土或水泥砂浆。

（５）停泵。提钻时钻头到达桩顶设计标高处停止泵压细石混凝土。并考虑灌注余量。

（６）提出钻头。待钻孔中心泵压混凝土形成桩体后，缓慢地提出钻头。

（７）沉放钢筋笼。钻杆拔出孔口前，先将孔口浮土清理干净，然后将已吊起的钢筋笼竖直对准孔口，把钢筋笼下端插入混凝土桩体中，采用不完全卸载方式，使钢筋笼下沉到预定深度。

（８）成桩，准备下一循环作业。３．２施工特点

（１）螺杆桩的施工方法与普通长螺旋钻成孔灌注

桩不同，它采用一次性挤压旋转成孔技术，在成孔的同

时通过中空钻杆的钻头泵出混凝土。直接成桩。

（２）螺杆桩的施工方法与钻孔压注桩即ＣＦＡ工法桩及后植入钢筋笼灌注桩施工方法有共同点，即用成孔设备钻成孔达到预定设计深度后，再用混凝土泵车通过钻杆中心将混凝土压入到已钻成的桩孔中形成桩

体，不同之处在于螺杆桩通过挤压方式形成桩孔，而后

两类桩则通过非挤土钻孔方式形成桩孔［２＇４】。

（３）螺杆桩在钻杆下降和提升过程中，通过自控

系统严格控制钻杆下降速度与旋转速度、提升速度与

旋转速度，分别使两者匹配，确保上部形成圆柱形桩体、下部形成螺纹形桩体。

（４）挤压成孔、中心压灌混凝土护壁和成桩合三

为一，从根本上排除了余土外运、泥浆污染和泥浆处理

的问题，做到了绿色施工。

（５）由于钻机成孔后，用拖式泵将混凝土通过钻杆中心从钻头活门直接压人桩底。桩底无虚土：泵压混

凝土具有一定动压力，桩端和桩侧与桩身周围土壤结

合紧密。无泥皮影响，这就从根本上改善了基础桩的承

载和变形｝生状，特别对基础桩抗拔受力性能的改善起

到了重要作用。

（６）钢筋笼植入混凝土中有一定振捣密实作用，钢筋笼的钢筋与混凝土的握裹力能够充分保证，无泥浆遗留减弱握裹力的可能。３．３施工注意要点３．３．１成孔

（１）螺杆桩机当需穿越老粘土、厚层砂土、碎石土

及塑性指数大于２５的粘土时，应进行试钻。

（２）螺杆桩机定位后，应进行预检，钻头与桩位偏差不得大于２０

ｍｍ，刚接触地面时，下钻速度应缓慢。

２０１０年５月

沈保汉，等：螺杆灌注桩旖工技术

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（３）钻进过程中，如遇到卡钻、钻机摇晃、偏斜或发出异常声响时，应立即停钻，查明原因，采取相应措施后方可继续作业。

３．３．２混凝土配合比

（１）根据桩身混凝土的设计强度等级．通过试验确定混凝土配合比；入泵混凝土坍落度宜为１８０～２２０ｍｍ；初凝时间应大于６ｈ。

（２）水泥宜用Ｐ・０４２．５强度等级，其用量不得小于

３００ｋｇ／ｍ３。

（３）宜加粉煤灰和外加剂，宜采用Ｉ级粉煤灰，其

用量不小于７５

ｋｇ／ｍ３。

（４）粗骨料可用卵石或碎石，最大粒径不宜大于

１６

ｒａｍ（当桩径为４００～６００ｍｍ时）。

３．３．３混凝土泵送’

（１）混凝土泵应根据桩径选型，安放位置应与钻

机的施工顺序相配合，泵管布置尽量减少弯道，泵与钻机的距离不宜超过６０ｍ。

（２）首盘混凝土灌注前，应先用清水清洗管道，再泵送一定量水泥砂浆润滑管道。

（３）混凝土的泵送宜连续进行，当钻机移位时，混凝土泵料斗内的混凝土应连续搅拌，泵送混凝土时，料斗内混凝土的高度不得低于４００ｎｌｌｎ。以防吸进空气造成堵管。

（４）混凝土输送泵管尽可能保持水平，长距离泵送时，泵管下面应垫实。

（５）当气温高于３００ｃＮ，宜在输送泵管上覆盖隔热材料，每隔一段时间洒水湿润。以防管内混凝土失水离析，造成堵塞泵管。

（６）到达设计标高后，灌注首次混凝土时，应停顿

１０～２０

ｓ加压，再缓慢提升钻杆。

（７）通过自控系统，匀速控制提杆速度，桩径为

４００

ＩＴｌｌｎ的桩钻杆提升速度为２．６ｍ／ｍｉｎ，桩径为５００ｍｉｌｌ

的桩钻杆提升速度为１．６

ｍ／ｍｉｎ。

（８）钻进地下水以下的砂土层时，应采取防止钻杆内进水的措施。压灌混凝土应连续进行。

（９）螺杆桩的充盈系数应为１．０２～１．２０。桩顶混凝土超灌高度不宜小于３００—５００ｆｉｌｍ。

（１０）成桩后，应及时消除钻杆及软管内残留混凝土。长时间停置时。应用清水将钻杆、泵管、混凝土泵清

洗干净。

（１１）随时检查泵管密封情况，以防漏水造成局部

坍落度损失。

３．３．４沉放钢筋笼

为确保钢筋笼顺利沉放，钢筋笼底部可做成圆台

万方数据

式或圆锥式。混凝土灌注结束后，若钢筋笼长度不长，且混凝土坍落度合适时应立即将钢筋笼沉入混凝土桩体中。若钢筋笼长度较长，应设置下拉式刚性传力杆作为沉放的工具杆用，并采用合适的平板振动器或振动棒将钢筋笼振动沉人混凝土桩体中。

混凝土的和易性是钢筋笼植入到位（到设计深度）的充分条件，经验表明，桩孔内混凝土坍落度损失过快，是造成植笼失败和桩身质量缺陷的关键因素之一。

３．３．５施工顺序

桩的施工顺序应根据桩间距和周围建筑物的情况，按流水法分区考虑。对于较密集的满堂布桩可采取成排推进，并从中间向四周进行；若一侧靠近既有建筑的规格，宜先长后短进行施工。当桩距小于１．２ｍ且地下有深厚淤泥层及松散砂层时，应采取跳跃式施工，或采用控制凝固时间间隔施工。以防桩孔间窜浆。

螺杆桩质量标准除按《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（ＧＢ５０２０２—２００２）、《钢筋焊接及验收规１８—２００３）、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（ＧＢ５０２０４—２００２）执行外，还需强调和补充如下要求：（１）桩体倾斜偏差不超过１％，用线坠和经纬仪测量ｍｍ，进螺杆灌注桩的技术、经济和环境效益较为显著。但参考文献

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施［Ｊ］．西部探矿工程，２００６（１２）：１５—１６．

［２］李波扬，吴敏．一种新型的全螺旋灌注桩一螺纹桩［Ｊ］．建筑结构，

２００４（８）：５５—５７．

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［４］ＣＦＧ－ＬＧＺ一２００６ＪＧ．螺杆桩设计与施工技术规定ＩＳ］．［５］ＹＪＧＦ０９～２００４，后植入钢筋笼灌注桩成桩施工工法ＩＳ］．

［６］方崇，张信贵，彭桂皎．对新型螺杆灌注桩的受力特征与破坏性状

的探讨［Ｊ］．岩土工程技术，２００６（６）：３１６－－３１９．

物，宜从毗邻建筑物的一侧由近及远进行。同时根据桩３．４施工质量控制要求

程》（ＪＧＪ钻杆的垂直偏差；（２）桩长允许偏差不超过３００入持力层深度应符合设计要求；（３）桩径偏差不超过５０ｍｌｎ，桩径不允许出现负偏差。４结语

该桩型属于挤土灌注桩，施工时要充分考虑挤土效应带来的不利影响，需采取减小挤土效应的措施。此外，成孔成桩工艺特殊，受力机理较复杂，有关的设计计算公式及理论分析等需进一步积累和完善。