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摘要：螺杆灌注桩是一种承载力高、造价低、施工方便、无环境污染的新桩型。螺杆桩作为一项新技术，以往用在低层房建基础中比较普遍，但大面积用在高速铁路路基地基处理中还比较少见，本文以福建南龙铁路施工为背景，介绍了新型螺杆灌注桩的施工工艺，阐述了螺杆桩的施工要点及质量保证措施，分析了在施工中常见质量缺陷的原因，并提出了切实可行的解决办法，为以后类似铁路地基处理施工提供了参考、借鉴。
关键词：高速铁路；地基处理；螺杆灌注桩；施工工艺；控制措施
1.螺杆桩简介
螺杆桩作为一项新型桩，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螺杆桩技术。该技术已被列为“建设部科学技术项目计划”、“全国建设科技行业推广项目”。
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，是一种具有很高实用价值的新型桩。现浇螺杆桩的成桩工艺实践及设备目前以江南沿海地区软土地质施工技术为研发重点。目前螺杆桩技术正在不断完善中，螺杆桩在全国各地的数十项工程中得到了充分的肯定。该桩适用于粘性土、粉土、砂土及软土等多种土层，被证明是一种适用广泛、安全、经济的桩基新技术。螺杆桩以往应用在低层建筑工程地基处理中比较普遍，目前正逐渐推广到高速铁路、客运专线路基地基处理中，具有较大的发展前景。
2.工程实例
福建南龙高速铁路北起合福铁路南平北站，经沙县、三明、永安、漳平，南至赣龙铁路龙岩站，线路全长246.55公里。标段内永安南站DK124+660～DK124+791段路基采用螺杆桩对基底进行加固。设计采用的螺杆桩直径为0.5m，桩间距1.8m，桩长3.0～15.5m，正方形布置。桩底进入硬底不小于1.0m，桩顶铺设0.5m厚碎石+0.1m厚中粗砂垫层，垫层内铺设一层土工格栅，螺杆桩总计18580延米/1761根，主要分布于永安南站站场路基范围内。
2.1工程地质和水文条件
标段内DK124+127.62～DK125+496.92段属于剥蚀丘陵及丘间谷地区，场地内地下水以第四系孔隙潜水为主，主要受大气降水、地表水渗入补给，水量较丰富。表层为Q4a1+p1粉质粘土，软塑-硬塑，下面为Qe1+d1粉质粘土，塑性。再下为K2S含砾砂岩，全风化-强风化-弱风化，节理裂隙发育。该区地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱周期为0.35s。
2.2施工的主要机具设备及材料
工程施工设备主要由半螺旋螺杆桩桩机、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。另外，为了保证施工过程中，钻杆下降和提升时的速度与旋转速度相对应，现场配备了与桩机相应的自动控制装置。
施工材料要求为：粗骨料宜选用卵石或碎石，粒径一般为5～25mm。细骨料应选用干净的中粗砂，含泥量小于5%，砂率控制在4O%～5O%。水泥应选用合格的PO42.5普通硅酸盐水泥，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），外加剂的掺入量应根据施工条件、气候条件和混凝土性能要求等因素综合确定。在施工前，应将原材料送至检测中心进行化验和做混合料配合比试验。施工过程采用C25砼，坍落度控制标准为160～200mm。
2.3工艺流程
螺杆桩具体施工顺序如下：施工准备→测量放线→钻机就位调平→钻进成孔→至设计标高（进入硬层）停钻→泵送混凝土、提钻→至设计标高停泵→提钻至孔口→成孔→截桩头→施工扩大桩头。
⑴桩机就位，按测量放线位置将螺杆桩机就位，桩位偏差不应大于0.4倍桩径。桩的施工顺序应从中间向四周进行，同时，根据桩的规格，宜先大后小，先长后短进行施工。采取间隔跳打的施工方式，防止桩孔间窜浆。
⑵对中调平，桩机就位后调平并稳固，确保垂直度偏差不大于1％。
⑶钻孔至设计深度。按照地面标高和设计桩底标高计算出钻孔深度。钻进过程中应适时进行监控量测，观察仪表电流，避免超钻，电流突然变大是说明已经进入硬层，进入硬层的深度要达到设计要求。在下钻过程中，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，先慢后快。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。
加装的电流控制系统
⑷泵送混凝土。钻头钻至设计标高后，桩机反向旋转提升钻杆，提升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，并与该段下钻时一致。与此同时将制备好的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，提到螺纹部分的顶端设计深度时，螺杆钻杆直接提升产生柱状空间，并同时向钻杆内继续泵压灌注混凝土。
⑸停泵。提钻时钻探到达桩顶设计标高处停止泵压混凝土，为保证桩身顶部混凝土强度及截桩头，灌注混凝土时超灌量控制在20cm～40cm左右。
⑹提出钻头。待钻孔中心泵压混凝土形成柱状体后，缓慢地提出钻头。
⑺桩身成桩，准备下一循环作业。
⑻桩身成桩5天后，清理附近浮土，采用专用桩头切割机截桩头，截桩头后，桩身切口平整，桩身无裂纹。
⑼截桩头后施工扩大桩头，施工前安装模板，控制桩头尺寸，采用不低于桩身强度的混凝土浇筑。
施工工艺流程详见，图2螺杆桩施工工艺框图。
2.4施工中的质量保证措施
⑴螺杆桩施工之前必须进行试桩，试桩是为了检验螺杆桩施工工艺、机械性能及质量控制，核对地质资料，检查桩身混凝土密实度、强度和桩身垂直度，根据发现的问题修订施工工艺，试桩中，要做好详细记录。
⑵螺杆桩的数量、布置形式及间距符合设计要求。
⑶螺杆桩钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工在钻至设计深度后，应准确掌握提拔钻杆时间，混合料泵送量应与提拔钻杆速度相配合，遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料。桩长、桩顶标高及直径应符合设计要求。
⑷螺杆桩施工中，每台班均须制作1组试件，进行28d强度检验，成桩28d后应及时进行单桩承载力或复合地基承载力试验，其承载力、变形模量应符合设计要求。
⑸为保证施工中混合料的顺利输送，施工中采取强制式搅拌机。
⑹桩身每方混合料掺加粉煤灰量及坍落度控制根据配合比试验结果进行控制。
⑺桩头截桩采用专用截割机，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，截桩头后，切口平整桩身无裂痕。
⑻跳打施工时应及时清除成桩时排出的弃土，否则会影响施工进度。
⑼整个施工过程中，安排质检人员旁站监督，并作好施工原始记录，记录钻压电流值、孔深、单孔混凝土灌入量、堵管及处理措施等。
（10）螺杆桩施工属隐蔽工程，施工完毕报监理签认后方可进行下一道工序施工。
2.5常见质量缺陷的原因及控制技术
⑴导管堵塞：由于混凝土配合比或塌落度不符合要求、导管过于弯折或者前后台配合不够紧密、混凝土的泵送量过多而钻杆提升过慢、夏天气温过高（超过3O℃）施工时，管内混凝土失水离析，发生初凝。
控制措施：①保证粗骨料的粒径、混凝土的配合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，混凝土泵的安装位置尽可能靠近钻机，与钻机的距离控制在60m以内；③夏天气温过高时，应在输送管道上覆盖湿草被，并洒水降温，避免混凝土发生初凝；④冬期施工应采取保暖措施，对搅拌用水预热、对泵送管采取保温措施，使压灌混凝土的温度保持在5℃以上；⑤加强施工管理，保证前后台配合紧密，及时发现和解决问题。
⑵偏桩：一般有桩平移偏差和垂直度超标偏差两种。多由于场地原因，桩机对位不仔细，地层原因使钻孔对钻杆跑偏等原因造成。
控制措施：①施工前清除地下障碍，平整压实场地以防钻机偏斜；②放桩位时认真仔细，严格控制误差。桩机的水平度和垂直度在开钻前和钻进过程中注意检查复核。
⑶断桩，夹层：由于提钻太快泵送砼跟不上提钻速度或者是相邻桩太近串孔造成。
控制措施：①保持砼灌注的连续性，每台桩机必须配备2台5OOL强制式混凝土搅拌机进行制备混凝土。高压泵泵送混凝土的压力应大于4MPa；②控制提速，确保中心钻杆内有0.1m3以上的混凝土，灌注过程中因意外原因造成灌注停滞时间大于混凝土的初凝时间时，应重新成孔灌桩。根据南龙铁路永安南站的实践，灌注时，一定要边转边提，这样能保证混凝土的密实，极大的降低二类桩的出现率。
⑷桩身砼强度不足：砼强度试配时，试件是在试验室标准下养护的，与现场温度条件有较大差别。其次，配合比中一般加粉煤灰，这样砼前期强度低，加上粗骨料粒径小，散装水泥受潮，搅拌时间短，如果不注意对用水量的控制仍容易造成砼强度低。
控制措施：①在改变水泥标号、品种及生产厂家时，必须先做好配合比试验，按配合比控制质量；②改善混凝土试件养护条件；③防止水泥受潮，对现有石子进行水洗筛选；④改进搅拌工艺，保证搅拌时间不少于90S，严格控制加水量。
⑸桩头质量问题：多为夹泥、气泡、砼不足、浮浆太厚等，一般由于操作控制不当造成。
控制措施：①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；②桩顶浮浆因孔内出水或砼离析造成，应超灌排除浮浆后才终孔成桩；③已经完成螺杆桩施工的区域要设置禁区，不得允许任何机械，进入施工现场，扰动桩头。
3.结束语
螺杆桩作为一种新型桩，在铁路工程设计施工中具有广阔的应用前景，但由于在铁路建设中的成功经验较少，对螺杆桩施工技术质量控制及工艺进行研究具有十分重要的意义。南龙铁路螺杆桩施工的成功实施，总结出了一套行之有效的技术质量控制方法，有效地解决了螺杆桩施工中存在的断桩、偏桩及桩缩径等质量通病，为以后类似工程施工提供了参考和借鉴。
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