江苏建筑 ２０１７年第１期（总第１８ｌ期） ９５ 螺杆桩施工质量主要影响因素及控制关键技术 蒋孙春 （广西建设职业技术学院管理工程系。广西南宁５３０００７） 【摘 要】 螺杆桩作为￣＿－ｑ－来逐渐推广使用的一门建筑新技术，其在实际应用中仍存在较多需要解决的技术问题，通过对 某螺杆桩工程质量不合格的主要影响因素进行了研究和分析．对螺杆桩作为基桩在其适用性，以及在施工过程中质量控制 的应用技术等方面进行了建设性的分析．提出了螺杆桩在应用中的局限性和质量缺陷的预防控制关键技术 【关键词】 螺杆桩；影响因素；关键技术 【中图分类号】ＴＵ４７３．１【文献标识码】Ａ【文章￣］１００５—６２７０｛２０１７）Ｏｌ一００９５—０４ Ｔｈｅ Ｍａｉｎ Ｉｎｆｌｕｅｎｔｉａｌ Ｆａｔｏｒｓ ｏｆ Ｓｃｒｅｗ Ｐｉｌｅｓ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｔ Ｉｔｓ Ｋｅｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＪＩＡＮＧ Ｓｕｎ—ｅｈｕｎ （Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｘｉ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ ｏｆ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｎａｎｎｉｎｇ Ｇｕａｎｇｘｉ ５３０００７ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｃｒｅｗ ｐｉｌｅ ａｓ ａｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｓｔｉｌｌ ｍｏｒｅ ｎｅｅｄ ｔｏ ｂｅ ｓｏｌｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｃｒｅｗ ｐｉｌｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｑｕａｌｉｔｙ ｕｎｑｕａｌｉｆｉｅｄ ｍａｉｎ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｓ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ｓｃｒｅｗ ｐｉｌｅ ｐｉｌｅ ｉｎ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｒｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ， ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｃｒｅｗ ｐｉｌｅ ｔｈｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｃｒｅｗ ｐｉｌｅ；ｉｎｆｌｕｅｎｔｉａｌ ｆａｃｔｏｒｓ；ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １螺杆桩概述 ２．２项目设计概况 螺杆桩作为一种新型灌注桩技术在２００３年开始出现． 这种桩及成桩Ｔ法是在国家九五攻关项目“长螺旋钻孔管 内泵压ＣＦＧ桩施Ｔ Ｔ艺的研究”和日本钢纤维全螺旋预制 桩的基础上形成的。其主要特征是“上部为圆柱形．下部为 螺旋形” 该项技术目前是住房与城乡建设部的重点推广项 设计地下２层、地上２５层，建筑高度９７ｍ．建筑面积近 ４万ｍ 的办公写字楼 项目基础原采用螺杆桩．螺杆桩设 计桩长Ｉ３ｍ，桩径６００ｍｍ，其中螺纹直段部分直径４８０ｎ１ｎ】， 其中螺纹部分不少于９ｍ 钢筋笼设计７根ＨＲＢ４０００１４的 钢筋，仅在圆柱段配筋，桩身混凝土强度等级为Ｃ４５（螺杆 目 通过搜索可以查证到．螺杆桩技术自２０１３年来国内已 有海南省、山东省、安徽省等少数几个省相继颁布了地方技 术规程。２０１６年１月福建省也制订了《螺杆灌注桩技术规 桩设汁详图『见 １） 、桩端以⑥层强风化泥岩为持力层．该 土层桩端极限承载力特征值为ｑ． ＝１４ＯＯｋＰａ，单桩承载力特 征值为２０５０ｋＮ 设汁要求施＿Ｉ 前要进行静载试桩．试桩数 量为３根．从施丁完成到试桩间歇期不少于４周 、设计桩间 程》并开始对外征求意见。近年来．螺杆桩技术在全周一些 省市实际运用于Ｔ程建没项目．并成功运用于高层和超高 层建设项目．但螺杆桩在国内还有许多地区尚未运Ｊ【｝ｊ于实 际丁程．国内对这项技术在实际运用方面的研究成果也不 多．对其在实际Ｔ程中的运用还有许多有待研究的领域 以 距为２ｌ００ｍｍ（即３．５ｄ） 后Ｉ 第１次试验桩检测不合格．设 计将螺杆桩的长度调整至１７ｍ并再次试验．但第２次试验 桩检测结果仍不合格．２次检测的结果只有设计单桩承载 力特征值的６０％～７０％ 最终设计对项目的桩型做了凋整． 螺杆桩这一两年开始进入广两建筑市场．纵观此次螺 杆桩运用不成功．主要原因是设计和施Ｔ人员等相关建没 下通过一个螺杆桩质量不合格的Ｔ程案例来分析螺杆桩不 合格的成闪和预防控制的关键应用技术 ２工程项目概况 主体对该桩型的承载机理、应用的局限性和施丁Ｔ艺要求 ２．１地质概况 【收稿１３￣１２０１６．Ｏ８．２５ 【作者简介】蒋孙春．广西建设职业技术学院管理工程系．副教授，高级工 程师．注册监理 程师．一级注册建造师．注册造价工程师 该项目设计桩顶标高位于粉质粘土③．其地质概况见 表１ ９６ 表１ 序号 ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ 江苏建筑 项目地质概况 地质分层情况 ２０１７年第１期（总第１８１期） 杂填土①（Ｑ ：该层层顶高程为７５．０２ｍ～７５．６８ｍ 粉质黏土②（Ｑ 粉质粘土③（Ｑ ）：层厚３．６０ｍ一１０．００ｍ 圆砾（ （Ｑ ：粒径Ｏ．５ｅｒａ一５ｃｍ，层厚２．７０ｍ一７．９０ｍ，平均层厚４．７４ｍ。 煤层⑤（Ｅ ：以薄层状为主，该层场地内大部分地段有分布，分布在泥岩中，无规律，厚度变化较大．层厚０．２０ｍ～２．６０ｍ ， 强风化泥岩⑥（Ｅ ：灰白、浅灰、深灰色，稍湿、属半成岩，强风化，为极软岩，第三系湖相沉积层。该层在拟建场地内均有分 布，层厚０．８０ｍ一１１．３０ｍ．平均层厚５．２０ｍ。 中风化泥岩⑦（Ｅ ）：该层在拟建场地内均有分布，未揭穿，最大揭示层厚１９．２０ｍ。 响很大，而螺牙根部厚度（８）对螺纹桩极限承载力基本没有 影响（图３、图４）。” 图３螺距《左）和螺牙（右）对螺纹桩极限承载力的影响 目前国内有关螺杆桩的地方技术规程对螺纹段螺牙问 ｊ 土的抗剪强度采用在同样土层圆柱体侧摩阻力的基础上增 加１个桩侧阻力提高系数．一般取值范 在１．５～２．２．粉土、 图１螺杆桩大样图 粘性土、粉细砂取低值，砾砂、砂砾土、卵石、碎石、全风化岩 和强风化岩取高值 不熟悉．施Ｔ人员在施１二过程存在一些操作不规范等原因 造成的 ３螺杆桩的承载机理 螺杆桩是一种摩擦桩．其承载主要由３部分组成．即圆 柱段的侧摩阻力、螺纹段螺牙间土的抗剪强度以及桩端端阻 力，其中主要南螺杆桩螺纹段承载（见罔２，注：该图来自于 网络资料）。１９７１年．英国学者Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ根据试验得 ，桩 身形成螺纹式构造时．土体承载力最高可达摩擦式构造的５ 倍 根据国内一些科研人员对螺杆桩的室内试验表明ｌ１ｌ：“．螺 杆桩的螺距（ｍ）和螺牙宽度（Ａ）对螺杆桩极限承载力的影 １ 釜 荷载／ＭＮ 图４螺牙内边厚对螺纹桩极限承载力的影响 ４螺杆桩施工前期保障工作关键技术 螺杆桩施Ｔ机械（螺杆桩机）的功率较大．一般超过 ２０ｏｋＷ 为保证现场螺杆桩机及钢筋笼加１一等正常施１ ．现 场安装Ｉ临时电力变压器时要充分考虑川电需求并适当留有 余量 该项目安装的临时电力变压器为２００ｋＶ・Ａ，螺杆桩机 进场后无法满足其施 要求．后不得不采用柴油发电机解 图２螺杆桩螺纹段 决用电需求、 ：，）ｊ：建筑 ２０１７ 第ｌ朗（总 １８Ｉ蝴） 螺”桩机卡ｆＬ吁 馈较大．其仃止装霞一般彳丁膦带式和 步 移动式根拊旧内一些螺卡｜ 机厂家提供的参数表叫． 螺”桩机 求天然地墓承裁力不小于ｌ２０ ｋｌ ａ 儿仆施下 ．９７ 及钻 的进行核蛉．钻补螺纹段朴芯＾径干＂外经受Ｌｊ没汁 径卡Ｈ埘应 ．小项ｌＪ桩机存 次 蝓时其螺牙宽度为 ５０ｍＩｌ】．螺距３００ｌｌ１Ｉｌ】．钻杆螺纹段” ： 径３００Ｉｌ１ｌＩ１．螺纹段 外径５ｏ０Ｉｎｎ１以及钻头Ａ径６００ｔｏｎｉ． ｆＩ１螺纹段杼芯直径和 螺纹段直径与设汁不村ｌ符合， ５．３螺纹段成孔钻进Ｈ＇ｆ避免对螺牙 ｔ造成扰动 施ｆ 单位为减少 孔长度．一ＩｊＩ｝将琏坑开挖至螭底没汁 Ｉ 以ｆ ｌ ｎ１芹 歼始 桩施１－．施１ 单位应根 项日的 地勘资料 合逊场的螺朴桩ｆＪ【的仃止装氍进行分忻，决定 楚 采取必要的辅助措施．诸如铺设ｌ』 碎砖 或 钢板 ｝ 施．ｆ ｉＪＥ桩｛＝Ｊ【施１ 时的 常仃止瞍整体稳定 ｝亥项日 试验桩成孔施Ｉ ｆ】ｉ『． 采用 ２ｍ～３ｍ．愉验螺”｝＝ｌ１＝ 径 技术试成孔，成孔深约 螺Ｊｒ｛： 施Ｔ时 坑挖至 底没计 『■以【二１．５ｍ花 ．位丁 粉质孙 ｔ④．地勘资料揭永陔土 地琏承载，Ｊ特征竹为 ２ｌＯｋＰ｝Ｉ－仇场地附近ｆ １条大的水沟．荩底下部 １砾层的潜 水』＿＿ｉ‘ｆ】 较岛的水 力．蕻坑支护结构锚索施Ｉ ＩｌＩ １ｆ施丁 下钻成孔过 ｌｆ１桩机 控系统要严ｆ｝｝控制钻ｆｆ：下降速 Ｊ业和旋转速度． ｆ￡段成孑Ｌ过程ＩｆＩ采川非同步技术．钻 ｊ：王旋转２～３ ．铺朴・轻向移动１个螺距．这样可起刮蒯 挤 土牧应的作刚、 丁ｌ＝ 成孔螺纹段ｌＩＩｆ采ｆ｛ｊ上Ｅ向同步技术．钻 ｆｒ 旋转ｌ周．Ｆ降１个螺距．存土体ｒＩｌ形成螺纹段 该项 Ｈ 钻进至⑥层强 化泥岩３ｍ夸 开始｝“现刚堆．施下 操作人员和管理人员没ｆ『停』 ‘ 』ｆ． 是勉强继续缓慢钻 小 ｛．仃较大的水流进入 坑内．臻 受水侵泡影响后＿乐披 力降幅较大进场螺”桩机是履，黔』 亍走装置． 对地菸承 械 Ｊ要求要比步ｊｆ！＿ｉ』 的高．尽竹脱场 坑内 ｎ 分钢 板．＂！ 机机发 【ｆＩｆ他ｆ｝｛观陷ｆＪ【 象 后经建设 化 虑． 施Ｉ 位 基坑 部浇筑Ｊ ｌ ｌ５０ｍＩｕ厚Ｃｌ５低 崾等 至没汁标高．此时…肌仃１．０８ｌｌｌ～１．８９１ Ｔ１ Ｋ的 同步钻进．Ｈｐ 铺朴旋转ｌ周．Ｆ降小ｆ １个螺册 、 川ｊ 钻进越趋向缓慢 ｆｌＩｆ．最终导致整个螺爿：Ｍ土被 螺扰动（ ６） 级混凝土 层．此Ｊ 施１ 增加Ｊ －定的额外成小（她 ５） 图５ （左）螺杆桩机在安装时出现陷机 （右）基坑底部浇筑ｌ层低强度等级混凝土 ５螺杆桩施工关键施工技术与技术失效引起的主要问题 图６螺纹越趋紧密直至扫螺 ５．４钻ｆｒ退ｍ时确保桃螺纹 成孔ＩＩ、ｆ螺纹槽吻合 钻进至没汁怀高后．先泵入｛昆凝土行停顿１Ｏｓ～２ ．然 按照没计要求．螺朴桩基ｉ 施ｒＩｍ尚 宽施ｒＩ式验桩 进¨检测．以验 桩的承载力址 满足设计要求蚱为桩 坫的州 提供依批 ５．１做女ｒ技术交底．控制螺ｆＴ桩的变敝面Ｋ度 后才开始提钻．挺钻时采川反向¨步技术．即钻朴每反向旋 转ｌ ．钻朴上升１个螺距．确侏挺计时顺替成孔时彤成的 螺纹邀…．提钻至叫 段时．可以录川ｌＩ 向同步技术进行扫 螺，也可以直接提升钻ｆ『 Ⅲ．形成…性段 泵送混凝土时． 滟凝上泉送 Ｊ ｊ抛钻速度相 配．混凝土比没汁怀高超 蝶ｆ『桩施］ 计髓ｆＪｌ操作人 的要求较岛．施１ ｆｊｉ『埘桩 机 ０操作人员做好ｉ ．的技术 底． 。允螺ｆ下和ｉ 是变敝而 施Ｉ 时要确 邦网 段千ＩｒＦ部螺纹段的Ｋ度符合没 要求 Ｊ戍扎时洲 放线技术人 Ｊ 将竹ｔ位的 地ｌｆＩｆ怀岛 和 ¨ ｉ怀Ｉ岛明确 机ｆＪ【操作人 和 场施丁ｌ ：州人员 濉０．５ｍ泼项目 ：人 后成孔钻进过程…观非ｌｉ，ｌ步观象． 次螺”ｌ髓能 成ＪｌＪＪ．火地要 证螺纹段螺纹能形成并 肜 过 ｌ｝１ 刈螺 ‘ 』 造成扰动 此．操作人 ｊ 螺纹 ｎ三澈滟凝上并采川厦阳 步技术遐…ｌＩｆｌ．实际形成的帖体 螺纹‘ｊ成扎时的螺纹储 匝合． 螺 问土 成孔雨１退｝｛ｌ 段成扎时确悚能果川ＪＥ 州步技术． 一Ｉ｛…观钻进 难 仃 能ｆ：扰止ｌｔ＇ｌ川步成扎ｌＩ１ｆ． 、 止钻进Ｊｆ ｊｌ！ｉ妇ｊ 场 川‘受刮扰动（ ｆ｛｝Ｊ ７ Ｊ 线 ｊ桩 Ｅ：川土）．螺打桩的螺纹虽可 以形成．但螺牙ｌｉ，】ｔ Ｌ二不能挺ｆｊ七 效的机 力、 ５．５捅人钢筋笼 完成螺杆试验卡『 的混凝土浇筑 ．利｝Ｈ螺ｆｒ桩ｆ｛带的 幢Ｉ‘让‘ 人员．，，；『Ｉ『 后｝Ｉｆ采嫩ｆｌＩ 措施 Ｊ 参数确 符合没 ５．２ １Ｉ：受验螺打机ｌｆＪ【 ｆＩ：螺纤螺 汁翻Ｉ技术怀准要求 钢筋笼 吊眷扬没 抓人，刑筋笼 为克服蝶”柑这种果川 此施㈠ｍ Ｊ 刘 螺”桩的螺纹段足主要的承哉求源． （ Ｆ’Ａ Ｉ 法后植人州觞＾定 述仔 刑筋笼偏位导致钢筋保护 ｝ ，¨篮 ： 的观 ． 筋笼外ｆ『ｌ！ＩＩ Ｊ Ｊ 橇式 块 ｆｌ：＊｝：割【的螺 ’赶Ｉ蔓、螺！｛ 铀ｆＩ 禁々丈段ｆＩ： ：“ｉ Ｉ々Ｉ、｛叠以 ９８ 江苏建筑 ２０１７年第１期（总第１８１期） 杆内混凝土较大的压灌力．这样既有利于混凝土尽快充填 ■ ■ ＿ 螺纹槽．同时又有利于增大桩与桩周土的贴合度．提高桩的 承载力 ’ （２）螺杆桩施＿Ｔ时对桩机的操作人员要求较高．成桩质 量稳定性受土层影响因素多。特别是螺纹段的成孔过程．在 螺纹段成孑Ｌ时必须始终保持同步技术钻进．中途如｝｝；现钻 进困难，应立即暂停钻进，不能出现悬停空转现象。退出时 必须采用反向同步技术．确保成孑Ｌ螺纹与退ｍ形成的螺纹 重合。避免对螺牙间土体造成扰动。如本案例中项目．螺杆 桩机在强风化泥岩中钻进困难．成孑Ｌ过程中不能保持同步 技术钻进．螺牙间土受扰动后．经测算．螺杆桩螺纹段的桩 侧阻力仅相当于直径为桩芯直径圆柱桩的桩侧阻力标准 值。因此．桩机操作人员操作稍有不慎．对基桩的承载力影 响极大。也正因如此，螺杆桩的成桩质量稳定性没有同样采 用ＣＦＡ工法的长螺旋钻孑Ｌ压灌桩的质量稳定．且在强风化 岩层等可能人岩困难的土层不宜采用 图７螺牙间土受扰动 ６结语 （３）螺杆桩属于（螺纹段）部分挤土灌注桩，对于桩间距 不大．挤土效应明显的土层或容易产生超孑Ｌ隙水压力的土 层．极易对刚灌注成型的邻桩造成挤压变形．导致桩身错 位、缩颈、夹泥等缺陷。 螺杆桩应用于基桩．即有其优越性．也存在一定的局限 性。 ６．１螺杆桩的优越性 （１）承载力比同规格的桩高； （２）螺纹段的混凝土约为直杆段的８０％．混凝土用量相 对节约： （４）目前国内有关螺杆桩地方标准对圆柱端和螺纹段 的相对长度比值规定不一样且相差比较大．另外对螺纹段 的受力计算地方标准普遍采用简易计算方式．即采用一个 侧阻力增大系数．增大系数的取值规定大小不一．有的只取 １．５，有的地方取１．５ ２．２．．而２０ｌ６年１月福建省在其地方 标准《螺杆桩技术规程》的征求意见稿取ｌ－３．．１．８；一些企业 标准则是按螺牙问土的抗剪强度来计算螺纹段的竖向承载 力 实际运用时要结合当地的实际情况综合考虑，、 螺杆桩作为一种新型成桩技术．随着螺杆桩机的技术 发展和人们对其不断的研究、总结经验。它的应用性将不断 得到加强 参考文献 （３）文明施工效果好，无噪音无振动．无泥浆污染； （４）成孔时无需清底、护壁，桩身质量可靠； （５）与同样采用ＣＦＡ工法的长螺旋钻孔压灌桩比，成 孔时只产生少量的渣土．即圆柱段会产生部分弃土．极大地 降低了额外渣土外运费用 ６．２螺杆桩的局限性 （１）螺杆桩目前的成型桩桩径一般不大于７００ｍｍ，桩 径小．只能用于中小直径桩。按其受力特性更适用于软土地 区的抗拔桩及摩擦桩 螺杆桩机在采用反向同步技术提升 『１１李成巍，陈锦剑．等．灌注螺纹桩承栽机理与计算方法 【ｌ】＿上海交通大学学报，２０１０，４４（６）：７２６—７３（）． 【２】螺杆灌注桩技术规程：ＤＢＪ４６—０２６—２０１３［Ｓ］．海南省住房 与城乡建设厅．２０１３． ｆ３１建筑地基基础工程施工规范：ＧＢ ５１（Ｊ０４—２（）１５［Ｓ１．北京： 中国计划出版社．２０１５． 钻杆时．螺纹段的螺纹槽是先形成．之后才由钻头活页处压 灌出的混凝土再顺着钻杆螺牙填充螺纹槽．即螺纹槽的形 成与混凝土压灌成螺纹存在不同步．对于一些自稳性较差 的土层．饱和粉砂层．则可能存在螺纹段形成困难或不完 整 为解决此问题．一是施工时应适当提高混凝土的流动 性。可以在混凝土配料中掺人粉煤灰，每方混凝土中粉煤灰 掺量官为７０ｋｇ／ｍ３ ９０ｋｇ／ｍ３．混凝土粗骨料粒径不大于 【４】建筑桩基技术规范：ＪＧＪ９４－２０ｏ８［ｓ］．北京：中国建筑工业 出版社．２００８． ２５ｍｍ．坍落度应控制在ｌ８０ｍｍ一２２０ｍｍ：二是压灌混凝土 时．适当降低提钻速度和加大混凝土浇灌速度。始终保持钻 【５】蒋孙春．建筑施工技术【Ｍ】．北京：中国建筑工业出版社， ２（）１５．