Application of Reverse Screw Piles in Foundation Treatment of Railway Subgrade
史丽涛 SHI Li-tao
（中国铁路西安局集团有限公司第一工程指挥部，西安 710000）
（The First Engineering Command of China Railway Xi'an Bureau Group Co.，Ltd.，Xi'an 710000，China）
摘要：反向螺丝钉桩是一种应用于铁路路基地基处理中的新型桩，因其桩身的特殊结构，可以较大的提高天然土层、软泥层、地下水丰富的地层的承载能力，降低路基的工后沉降，配合机械作业，施工方法简便、施工无噪音、无泥浆污染等优点。本文从宝鸡阳平铁路物流基地工程实践中，详细介绍反向螺丝钉桩施工工艺，分析反向螺丝钉桩常见问题及施工控制措施，提出解决解决办法，对方向螺丝钉桩的优点缺点进行详细分析，为反向螺丝钉桩施工提供一些可参考的经验。
Abstract: Reverse screw pile is a new type of pile used in the foundation treatment of railway subgrade. Due to the special structure of the pile body, it can greatly improve the bearing capacity of natural soil layer, soft mud layer and groundwater-rich stratum, reduce the post-construction settlement of the roadbed and cooperate with the mechanical operation, and the construction method is simple, the construction is noise-free, and there is no mud pollution. This paper introduces the construction technology of reverse screw piles from the practice of Baoji Yangping Railway Logistics Base, analyzes the common problems of reverse screw piles and construction control measures, proposes solutions to the problems, and analyzes the advantages and disadvantages of the reverse screw piles in detail, to provide some experience for screw pile construction.
关键词：反向螺丝钉桩；施工工艺；施工控制；优点分析
Key words: reverse screw pile；construction technology；construction control；advantage analysis
中图分类号：U213.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）22-0194-03
0 引言
反向螺丝钉桩是一种应用于铁路路基地基处理中的新型桩，是一种“上部为圆柱型，下部为螺丝型”组合式桩，直杆长度不下于桩长的1/3，桩顶设置桩冒，由桩身和桩帽组成。反向螺丝钉由于增加了桩身的螺纹型构造，显著提高了桩间摩阻力，比较传统直桩，单桩承载力大。增加的桩冒结构，显著提高复合地基承载力。
示意图如图1。
宝鸡阳平铁路物流基地工程，由于当地地下水位较高，地质情况复杂，经过试桩，水泥搅拌桩成桩效果不好，经过工艺试验比选后，采用反向螺丝钉桩做基础处理。
1 宝鸡阳平物流基础处理中反向螺丝钉桩的设计概况
反向螺丝钉桩桩身混凝土标号不小于C25，桩径0.4米，桩间距2.2米，正方形布置，桩应进入持力层圆砾土不小于0.5米，且桩长不小于设计值。反向螺丝钉桩桩顶设置C30素混凝土桩帽，桩帽形状圆台状，底部直径0.7米，顶部直径1.0米，高度0.35米。
2 反向螺丝钉桩施工工艺介绍
反向螺丝钉桩具体施工顺序如下：场地请表平整→测量放样→移机就位→钻机调平→钻进成孔→提钻成螺并灌注→提钻扫螺并灌注→灌注完成→桩头清理→桩头捣震→桩帽开挖→浇筑桩帽。
施工工序说明：
①施工准备：施工场地清理至设计桩帽顶面标高，并压实平整，施工机械进场。②测量放样：根据设计图纸，准确放样桩位，插设小木桩，周围撒白灰标志。③桩机就位：移动桩机，将钻杆钻尖对准桩点，桩点位偏差不应大于设计桩径的0.4倍。④桩机调平：调平并稳固桩机，保证钻杆垂直度偏差不应大于10%。⑤钻进成孔：钻头为逆时针螺纹状，作业中钻杆按照逆时针旋转一周，下降一个螺距，整个钻进过程，必须保证钻杆稳定。成桩方式即钻杆逆时针旋转一周，下降一个螺距，挤压土体形成螺纹状。根据设备揭示电流特征值，钻进至持力层，钻进完成。⑥提钻成螺并泵送：钻头钻至设计深度后，桩机顺时针旋转提升钻杆，提升过程中严格控制钻杆提升速度和旋转速度相协调，保持钻杆正向旋转一周，提升一个螺距；以挤压土体形成螺纹空间。⑦提钻扫螺并泵送：提钻到设计的桩身光杆部份时，钻杆由顺时针旋转改为逆时针旋转并提升产生柱状空间。在逆时针提钻的同时，通过钻杆向孔内压灌混凝土，填充土体的柱状空间，形成混凝土直杆段桩身。⑧灌注完成：连续灌注直至钻头离开地面并超灌20cm以上，以充分排出浮浆气泡，保证桩头质量。⑨桩头清理：在混凝土初凝之前，对桩头超灌部份的混凝土与虚土进行清理，将桩头清理至设计桩顶标高；桩头内部的混凝土需由人工检查清理，保证桩头内部无异物浮浆。⑩桩头捣震：桩头清理完成后，由人工用电动震捣棒，插入桩头内部反复震捣混凝土至密实，震捣深度需达桩头以下1米。{11}开挖桩帽：桩头清理震捣完成后，人工将桩头表面整平。机械或人工开挖桩帽，并用塑料布将桩头裸露的混凝土全部覆盖，保护桩头，塑料布上方敷一层粉碎土壤以固定塑料布。{12}浇筑桩帽：上部圆柱部分安装模板，浇筑桩帽混凝土，桩基施工完成。
3 反向螺丝钉桩施工过程的常见问题分析及施工控制措施
3.1 导管堵塞原因
①由于混凝土配合比，施工中应保证粗骨料的粒径、混凝土的配合比符合要求。②混合料搅拌质量由缺陷：当混合料塌落度太大，易产生泌水、离析，在泵送管内水浮到上面，在泵压的作用下，水先流动，骨料与砂浆分离，摩擦力剧增，从而造成堵管；当混合料塌落度太小，混合料在输送管内流动性差，也容易造成堵管。因此施工时混合料塌落度宜控制在180～230mm。③导管过于弯折或者前后台配合不够紧密。灌注过程中样保证管路平顺，拆卸导管后，必须将导管冲洗干净。
3.2 偏桩
主要分桩位偏差和桩向偏差。准确放样，尽量减小测量误差，确保桩机准确对位；多因为场地原因，清表完成后，认真平整场地，防钻机偏斜，钻进过程中确保钻杆垂直。
3.3 断桩及桩身砼强度不足
严格控制混凝土配合比，现场塌落度一般在18～23cm，提钻速度必须和泵送协调进行，提速与泵送量应保持同步，钻杆内必须有0.1m3以上的混凝土，不能中断灌注，若中断灌注，必须重新成桩灌注。
3.4 桩头质量问题
桩头浮浆与虚土要清理干净，不可混入落入桩头混凝土中。桩头必需用捣震器捣整密实，无气泡。处理后的桩头要用塑料纸保护严密，不可外露。
4 反向螺丝钉桩的优点、缺点分析
4.1 单桩承载力高
反向螺丝钉桩成桩后部分桩体形成螺纹，而桩侧土体形成螺母，桩体螺纹与桩侧土螺母紧密咬合，桩的承载力由直杆段的侧阻力（摩阻力）、螺纹段的抗剪强度和桩端的端承力组成，而螺纹段的抗剪力大于同等条件下的侧阻力，故反向螺丝钉桩的单桩承载力要明显高于普通桩型。见图2示意。
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4.2 复合基地承载力高
由于相比较传统桩基，其桩帽是在原状土中成形制作的，且桩帽为圆台形状设计，能将上部竖向载荷分解为斜向作用力，该作用力能对桩间土壤产生挤密效果，从而让桩间土分担承受一部份上部载荷。反向螺丝钉桩增加桩帽，提高了复合基地承载力。由于反向螺丝钉桩有优越的承载能力和抗沉降能力，在复合地基应用设计时，桩长可以更短、桩间距可以更大；所以相同工程需求下，施工量大大减少，较传统复合地基在成本上有明显降低。见图3示意。
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4.3 桩间土清理方便
由于反向螺丝钉桩单桩及复合基地承载力较高，相对与传统水泥搅拌桩、CFG桩数量大幅减少，间距大，所以桩间土少，清理方便。
4.4 节省成本
在相同外径、相同桩长的情况下，由于增加的螺纹结构桩身的体积约为直杆形桩身的50%，所以螺纹部分可以节省50%的砼用量。由于反向螺丝钉桩有优越的承载能力和抗沉降能力，在复合地基应用设计时，桩长可以更短、桩间距可以更大；所以相同工程需求下，施工量大大减少，较传统复合地基在成本上有明显降低。
4.5 缺点
由于增加桩帽结构，增加了施工工序，桩帽采用机械开挖或人工开挖，增加施工机械或增加施工作业人员，增加了作业难度。
5 实际应用分析
在本项目中，原设计水泥搅拌桩处理面积100978平方米，总桩长329357米，变更设计反向螺丝钉桩处理面积相同，总桩长为84700米。由于桩基承载力大，数量大幅减少，为原设计水泥搅拌桩的25.7%，施工周期大幅缩短。同时由于桩间距较大，相比较传统水泥搅拌桩、CFG桩等，清理桩间土工程量大幅减少。在施工过程中严格按照施工工序进行，确保施工质量控制措施，克服堵管、断桩等现象，成桩质量取得良好效果。通过单桩承载力及复合基地承载力试验，第三检测报告揭示静载实验结果，单桩承载力及复合基地承载力均满足设计要求。
实际成桩见图4、图5。
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6 结论
反向螺丝钉桩适用于饱和软土地基加固，工艺设备简单，操作方便快捷，施工效率高，节省工期。
反向螺丝钉桩质量可靠，桩身质量受地层影响小，单桩承载力和复合基地承载力较高，基础处理效果良好。
反向螺丝钉桩经济性良好，并且桩间土很少，无污染、无噪音，同时该技术具有施工速度快、工期短、质量容易控制等特点，是路基基础处理的良好的措施，值得广泛推广使用。
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