一种螺旋桩基础及其施工方法与流程

1.本技术涉及施工工程领域，尤其是涉及一种螺旋桩基础及其施工方法。


背景技术：

2.现浇螺旋桩采用特制的螺旋式桩机进行施工，通过螺纹式钻杆旋转挤压土体，钻杆提升过程中随即泵压混凝土而形成桩体。与打入式预制桩相比，螺旋桩具有施工噪音低、无振动，对已施工的桩无影响等特点；螺旋桩由于桩身周表面带螺纹、成孔时无泥皮，桩端无沉渣，因此施工过程中能有效防止塌孔、断桩、缩径等质量问题的发生。
3.现有的螺旋桩由于素混凝土桩身长期埋设在地基中，受到周围地基的影响，在地基土层不均匀沉降，特别是在台风、洪水、地震等各种形式的自然外力作用下，混凝土螺旋桩受到各种复杂多变的载荷，容易出现开裂甚至断桩的问题。发明人认为现有的混凝土螺旋桩在抗开裂性能上还有很大的提升空间。


技术实现要素：

4.为了提升螺旋桩基础的抗裂性能，本技术提供一种螺旋桩基础及其施工方法。
5.本技术提供的一种螺旋桩基础的施工方法采用如下的技术方案：一种螺旋桩基础的施工方法，包括以下步骤：步骤1，确定打桩点，测量放线、标高；步骤2，制备混凝土拌合料；步骤3，在地基上对准打桩点采用螺杆钻杆钻孔；步骤4，当钻至预定设计深度后，停止钻孔；采用后退式注浆的方法，反向旋转提升螺杆钻杆，同时向螺杆钻杆内泵送混凝土拌合料，当钻杆提到螺纹部分顶面的设计高度时，螺杆钻杆再次正旋转或直接提升至设计桩定标高；螺旋桩灌注完成；步骤5，静置养护28-30d，得到混凝土螺旋桩；所述步骤2中，混凝土拌合料包含以下质量份的原料：水泥200-250份；中砂400-450份；碎石520-560份；水136-166份；粉煤灰50-70份；减水剂5-7份；缓凝剂2-3份；酚醛树脂20-30份；聚丙烯酰胺10-15份；改性聚丙烯纤维50-60份；所述改性聚丙烯纤维由纤维混合液制得，所述纤维混合液包括以下质量份的原
料：聚丙烯纤维10-15份；超短黄麻丝30-35份；木质纤维素8-10份；环氧树脂5-8份；水40-50份；所述改性聚丙烯纤维的制备方法包括以下步骤：s1：将聚丙烯纤维、超短黄麻丝、木质纤维素、环氧树脂和水混合，搅拌均匀，得到纤维混合液；s2：将纤维混合液挤出至凝固浴中，得到凝胶状改性聚丙烯纤维；s3：将凝胶状改性聚丙烯纤维冲洗、干燥后，得到改性聚丙烯纤维。
6.通过采用上述技术方案，混凝土中加入酚醛树脂、聚丙烯酰胺和改性聚丙烯纤维三种物质，三种物质在协同作用下形成了一种具有交织网状结构的粘性胶质物，交织网状结构的胶质物均匀分散在混凝土拌合料中，可以粘附在砂石等骨料上，增强骨料之间的连接性，该胶质物随混凝土固化凝结后在骨料之间形成具有一定强度和拉伸性能的连接筋，不仅减少了骨料之间的受压开裂，而且增强了混凝土螺旋桩的内部连接性和密实性，进而有利于提升螺旋桩的抗渗性和抗压强度。
7.此外，制备改性聚丙烯纤维的过程中，先将聚丙烯纤维、超短黄麻丝、木质纤维素在水中分散均匀后再加入环氧树脂粘结，有利于三种纤维之间均匀分布；木质纤维素、超短黄麻丝和聚丙烯纤维在环氧树脂的协助下进行交织融合，超短黄麻丝和木质纤维素，插接、交缠在聚丙烯纤维上，形成具有若干分叉的树枝状改性聚丙烯纤维，制得的改性聚丙烯纤维不仅具有了较好的韧性和拉伸性，树枝状分叉的改性聚丙烯纤维在与其他组分结合时，分叉还可以插入其他组份的间隙中，形成“插接”效应，使得各组分之间可以更好的连接，使得改性聚丙烯纤维和酚醛树脂、聚丙烯酰胺三者协同作用形成的胶质物具有更好的拉伸性能和粘结性，从而增强胶质物对混凝土螺旋桩内部连接紧密性的增益作用，进而提升螺旋桩的整体性能。
8.优选的，所述混凝土拌合料还包含以下质量份的原料：纳米滑石粉6-9份。
9.通过采用上述技术方案，在混凝土拌合料中加入纳米滑石粉，纳米滑石粉具有较强的附着力，不仅可以填充在混凝土拌合料的空隙中增强混凝土的内部密实性；附着在胶质物与骨料粘结界面处的纳米滑石粉还可以对胶质物与骨料粘接处进行加固和密封，减少胶质物与骨料之间受压时的相对滑移，进而增强胶质物对骨料间的连接作用，提升混凝土螺旋桩的抗裂性；滑石的结晶构造是呈层状的，所以具有易分裂成鳞片的趋向和特殊的滑润性，纳米滑石粉的加入还有利于提升混凝土拌合料的流动性能，从而减少由于注浆时混凝土拌合料流动性较差而产生的蜂窝、空洞等问题，进而有利于提升制得混凝土螺旋桩的质量。
10.优选的，所述混凝土拌合料还包含以下质量份的原料：烷基酚聚氧乙烯醚5-8份。
11.通过采用上述技术方案，在混凝土拌合料中加入烷基酚聚氧乙烯醚有助于提升胶质物在拌合料中的渗透性，胶质物在烷基酚聚氧乙烯醚的辅助下更加均匀密实地渗透入骨料之间，对骨料进行粘接，从而有助于提升混凝土螺旋桩的抗裂性和抗压强度。
12.优选的，所述聚丙烯纤维的长度为3-5mm。
13.通过采用上述技术方案，采用3-5mm的聚丙烯纤维制得的改性聚丙烯纤维与酚醛树脂、聚丙烯酰胺混合协同作用生成的交织网状胶质物的结构性能更好，使得通过胶质物粘接的骨料之间抗裂抗压强度增强。
14.优选的，所述缓凝剂为柠檬酸、酒石酸中的一种或混合。
15.通过采用上述技术方案，将柠檬酸、酒石酸中的一种或两者混合加入到混凝土拌合料中，相较于木质磺酸盐等其他混凝剂使得混凝土的凝结时间可以控制在合适的范围内，从而更加适合本技术施工过程中螺旋桩的注浆和凝结。
16.优选的，所述减水剂为萘系减水剂或聚羧酸系减水剂。
17.通过采用上述技术方案，采用萘系减水剂或聚羧酸系减水剂与本技术中的混凝土拌合料体系中各组分之间的混合性较好，能够降低体系中水和各组分之间的界面张力，使混凝土拌合料流动时的内阻力减少，从而降低拌合料流动时的用水量。
18.优选的，所述混凝土拌合料的制备方法包括以下步骤：步骤2-1，制备改性聚丙烯纤维：步骤2-2，将酚醛树脂、聚丙烯酰胺和改性聚丙烯纤维混合倒入搅拌机中，加热至85-90℃，混合均匀，获得胶料；步骤2-3，将水泥、粉煤灰、减水剂、缓凝剂、水和步骤2-2制得的胶料在温度为40-50℃下混合均匀，获得水泥浆液；步骤2-4，将中砂、碎石加入水泥浆液中，恒温30℃，混合均匀，获得混凝土拌合料。
19.通过采用上述技术方案，先制备改性聚丙烯纤维，采用制得的改性聚丙烯纤维制备胶料，制得的胶料没有混凝土中其他组分的干扰，可以均匀混合；胶料与其他细料一同混合时能够发挥出更好的协同作用，制得的水泥浆料物质分散均匀，能够同最后加入的中砂、碎石紧密结合，提升制得混凝土拌合料体系整体的性能。
20.第二方面，本技术提供一种螺旋桩基础，采用如下的技术方案：一种螺旋桩基础，采用上述的螺旋桩基础的施工方法制得。
21.通过采用本技术的施工工艺以及本技术配置的混凝土拌合料，使得制得的混凝土螺旋桩成型后具有较好的内部粘结力和结构密实度，凝固成型后的混凝土螺旋桩具有较好的抗裂、抗压和抗渗性能。
22.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.本技术混凝土中酚醛树脂、聚丙烯酰胺和改性聚丙烯纤维三种物质在协同作用下形成了一种具有交织网状结构的粘性胶质物，该胶质物均匀分散在混凝土拌合料中，将拌合料中骨料之间紧密网接在一起，胶质物粘结固化后在骨料之间形成交错的连接筋，有利于增强骨料之间的粘结性，进而提升混凝土螺旋桩的内部密实性和连接性，使螺旋桩的抗裂性和抗压强度得到提升；2.本技术中的改性聚丙烯纤维具有分叉树枝状结构，有较好的韧性和拉伸性，分叉树枝状的改性聚丙烯纤维与其他组分结合时，分叉可以插入其他组份的间隙中，形成“插接”效应，使得各组分之间可以更好的连接，从而增强胶质物对混凝土螺旋桩内部连接紧密性的增益作用，进而提升螺旋桩的整体性能；3.本技术在混凝土拌合料中加入纳米滑石粉，不仅可以填充混凝土拌合料的空
隙，增强螺旋桩的内部密实性；还可以增强胶质物对骨料间的连接作用，提升混凝土螺旋桩的抗裂性；滑石层状的的结晶构造具有特殊的滑润性，还有利于提升混凝土拌合料的流动性能，从而减少由于注浆时混凝土拌合料流动性较差而产生的蜂窝、空洞等问题，进而有利于提升制得混凝土螺旋桩的质量。
具体实施方式
23.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
24.以下实施例及对比例中所用原料的来源信息详见表1。
25.表1制备例
26.制备例1本制备例公开一种改性聚丙烯纤维的制备方法，具体如下：s1，将10kg聚丙烯纤维、30kg超短黄麻丝、5kg木质纤维素、8kg环氧树脂和40kg水混合加入搅拌锅中，在转速300r/min、温度为70℃的条件下搅拌3h，得到纤维混合液；其中聚丙烯纤维的长度为3-5mm；s2，通过注射器以0.8ml/min的挤出速率将纤维混合液挤出至凝固浴中(本实施例中凝固浴采用硫酸、硫酸钠和硫酸锌的混合水溶液，凝固浴组成为：h2so4为120g/l、na2so4为300g/l、znso4为15.0g/l，凝固浴温度为60℃)，得到凝胶状改性石墨烯纤维；s3，将凝胶状改性石墨烯纤维用去离子水进行冲洗后，在常温23℃下静置干燥24h，得到改性石墨烯纤维。
27.制备例2本制备例与制备例1的不同之处在于，s1中纤维混合液的各组分含量不同，具体
为：将15kg聚丙烯纤维、35kg超短黄麻丝、8kg木质纤维素、10kg环氧树脂和50kg水混合加入搅拌锅中。
28.制备例3本制备例与制备例1的不同之处在于s1中纤维混合液的各组分含量不同，具体为：将25kg聚丙烯纤维、25kg超短黄麻丝、10kg木质纤维素、15kg环氧树脂和45kg水混合加入搅拌锅中。
29.制备例4本制备例与制备例1的不同之处在于s1中将超短黄麻丝替换为等量的木质纤维素。
30.制备例5本制备例与制备例1的不同之处在于聚丙烯纤维的长度为9-12mm。实施例
31.实施例1本实施例公开一种螺旋桩基础的施工方法，具体包括以下步骤：步骤1，根据施工图纸实地测量基准点，确定打桩点，进行桩孔中心位置的放线、并按施工顺序对桩位进行插旗编号，确定标高；步骤2，制备混凝土拌合料；步骤2-1，制备改性聚丙烯纤维：本实施例中选用制备例1制得的改性聚丙烯纤维；步骤2-2，将20kg酚醛树脂、10kg聚丙烯酰胺和50kg改性聚丙烯纤维混合倒入搅拌机中，加热至85℃，在转速为120r/min的条件下搅拌10分钟，获得胶料；步骤2-3，将200kgp
·
o42.5级水泥、50kg一级粉煤灰、5kg聚羧酸系减水剂、2kg柠檬酸缓凝剂、136kg水和步骤2-1制得的胶料混合倒入搅拌机中，在温度为40℃下、转速为60r/min的条件下搅拌5分钟，获得水泥浆液；步骤2-4，将400kg中砂、520kg5-25mm碎石加入水泥浆液中，在恒温30℃下、转速为45r/min的条件下搅拌10分钟，获得混凝土拌合料；步骤3，将螺杆桩机移动至打桩点附近，使桩机的桩头垂直对准准备施工的桩位，对桩机进行调直、调平后固定；启动桩机，以1.2m/min的钻进速度进行钻孔；要求钻杆旋转一圈，螺杆钻下降一个螺距，在土体中形成螺纹；步骤4，当钻至预定设计深度后，停止钻孔；与此同时，用高压泵将搅拌好的混凝土拌合料通过高压管路输送到螺旋钻杆内部并压送至钻头处；采用后退式注浆的方法，当钻杆钻到设计标高时反向旋转以1.2m/min的拔管线速度提升螺杆钻杆，提升钻杆的同时高压泵以70s/m3的泵送速度送混凝土拌合料，混凝土拌合料填充至螺杆钻杆提升所产生的带螺纹的空间，当钻杆提到螺纹部分顶面的设计高度时，螺杆钻杆再次正旋转或直接提升至设计桩定标高；此过程中混凝土拌合料持续灌注，混凝土拌合料浇筑到桩顶时要超出标高；步骤5，静置养护28d，得到成型混凝土螺旋桩；成桩后凿除多出的泛浆高度。
32.实施例2-6一种螺旋桩基础的施工方法，与实施例1的不同之处在于，步骤2中混凝土拌合料各原料组分的用量不同、制备时的温度不同、以及选用制备例制得的改性聚丙烯纤维不同。
33.实施例2-6的各原料组分用量(单位：kg)、制备时的温度(单位：℃)以及选用的制
备例详见表2。表2
34.实施例7-8一种螺旋桩基础的施工方法，与实施例1的不同之处在于，步骤2-3中，还分别投入有6kg、9kg的纳米滑石粉。
35.实施例9-10一种螺旋桩基础的施工方法，与实施例1的不同之处在于，步骤2-3中，还分别投入有5kg、8kg的烷基酚聚氧乙烯醚。
36.实施例11一种螺旋桩基础的施工方法，与实施例1的不同之处在于，步骤2-3中，还投入有6kg的纳米滑石粉和5kg的烷基酚聚氧乙烯醚。
对比例
37.对比例1一种螺旋桩基础的施工方法，与实施例1的不同之处在于，将酚醛树脂替换为等量的环氧树脂。
38.对比例2一种螺旋桩基础的施工方法，与实施例1的不同之处在于，将聚丙烯酰胺替换为等量的环氧树脂。
39.对比例3一种螺旋桩基础的施工方法，与实施例1的不同之处在于，将改性聚丙烯纤维替换为等量的聚丙烯纤维。
40.对比例4一种螺旋桩基础的施工方法，与实施例1的不同之处在于，混凝土拌合料中不添加酚醛树脂、聚丙烯酰胺和改性聚丙烯纤维。性能检测试验
41.1、抗压强度检测：根据gb/t50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》中抗压强度试验方法，将实施例1-11、对比例1-5所得的混凝土拌合料制成100mm
×
100mm
×
100mm的立方体试件，静置养护28d后通过材料试验机对试件进行挤压直至破坏，记录相关数据进行抗压强度的计算。抗压强度直接反应混凝土的抗压强度性能，抗压强度越大，混凝土抗压强度性能越好。
42.2、劈裂抗拉强度试验：根据gb/t50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》中劈裂抗拉强度试验方法，将实施例1-11、对比例1-5所得的混凝土拌合料制成100mm
×
100mm
×
100mm的立方体试件，静置养护28d后，通过材料试验机对试件测试，记录相关数据进行劈裂抗拉强度的计算。劈裂抗拉强度反应混凝土螺旋桩的抗开裂性能，劈裂抗拉强度越大，混凝土内部粘结力越强，抗开裂性能越好。
43.3、抗水渗透高度检测：根据gb/t50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中抗水渗透试验方法，将实施例1-11、对比例1-5所得的混凝土拌合料制成上口内部直径175mm、下口内部直径185mm和高度150mm的圆台体试件，用混凝土抗渗仪进行试验，记录抗水渗透高度数据。抗水渗透高度则反映了混凝土的抗渗性能，抗水渗透高度越高，渗入混凝土中的水量越多，混凝土的抗渗性能越差。
44.实验1-3的具体检测数据详见表3。表3
根据表3中实施例1-3的性能检测数据可得，实施例1-3在制备混凝土拌合料时对拌合料中各原料组分含量在一定的范围内进行调配，并适当调整混凝土拌合料制备时的工艺参数，实施例1-3制得的混凝土螺旋桩劈裂抗拉强度、抗压强度数值较高、抗水渗透高度数值较低，说明实施例1-3制得的螺旋桩具有较好的抗裂、抗压以及抗渗性能。
45.对比例1-3中将混凝土拌合料中的酚醛树脂、聚丙烯酰胺和改性聚丙烯纤维三种物质逐一进行替换，对比例1相对于实施例1中缺少了酚醛树脂，对比例1制得螺旋桩的抗压强度值和劈裂抗拉强度值相较于实施例1制得螺旋桩的数值有明显下降、抗水渗透高度数值相较于实施例1有明显增大，说明对比例1制得螺旋桩相较于实施例1制得的螺旋桩的抗压、抗裂和抗渗性能较差；对比例2相较于实施例1中缺少了聚丙烯酰胺，对比例2制得螺旋桩的抗压强度值和劈裂抗拉强度值相较于实施例1制得螺旋桩的数值有明显下降、抗水渗透高度数值相较于实施例1有明显增大，说明对比例2制得螺旋桩相较于实施例1制得的螺旋桩的抗压、抗裂和抗渗性能较差；同样的，对比例3相较于实施例1中缺少了改性聚丙烯纤维，对比例3制得螺旋桩相较于实施例1制得的螺旋桩在抗压、抗裂和抗渗性能方面均有所下降。
46.发明人分析，混凝土中加入的酚醛树脂、聚丙烯酰胺和改性聚丙烯纤维三种物质，可能起到了某种协同作用下，在协同作用下形成了一种具有交织网状结构的粘性胶质物，该胶质物随拌合料的搅拌在混凝土拌合料中均匀分散，粘附在砂砾、碎石等骨料上，使得骨
料之间受到了胶质物的裹挟粘结，该胶质物随混凝土固化凝结后在骨料之间形成交织分布的且具有一定强度和拉伸性能的连接筋，这些连接筋的存在在水泥胶料粘结的基础上增强了骨料之间的连接性，增强了骨料之间的连接强度，减少混凝土在骨料之间的受压开裂；同时，这些胶质物填充在骨料之间，有助于增强混凝土螺旋桩的内部连接性和密实性，使得螺旋桩的抗压强度提升，混凝土螺旋桩内部密实，水分难以进入，进而有利于提升螺旋桩的抗渗性。
47.对比例1-3中替换掉三种中的任意一种物质，对比例1-3制得的螺旋桩的性能均有所下降，说明仅有两种物质是无法产生协同作用的，进而无法达到实施例1中三者在恰当配比混合下产生的协同作用对螺旋桩抗压强度、抗裂和抗渗性能的增益效果。
48.对比例4相较于实施例1缺少了上述三种物质，对比例4制得的螺旋桩无论是在抗压强度、劈裂抗拉强度还是在抗水渗透高度的数值上均远远低于实施例1-3的数值，说明本技术实施例1-3制得螺旋桩的抗压强度、抗裂和抗渗性能相比于对比例4制得螺旋桩的性能得到了较大的提升。
49.实施例4-6分别选用制备例3、4、5制得的改性聚丙烯纤维加入混凝土拌合料中，改性聚丙烯纤维是由木质纤维素、超短黄麻丝、聚丙烯纤维、环氧树脂和水混合制得的纤维混合液，经过挤出、凝固冲洗、干燥后制得，实施例4中改性聚丙烯纤维的原料组分含量超出了预设范围、实施例5中将制备改性聚丙烯纤维的超短黄麻丝替换为等量的木质纤维素，实施例6中聚丙烯纤维的长度为9-12mm；实施例4-6制得螺旋桩的抗压强度值和劈裂抗拉强度值相较于实施例1的数值有所下降，抗水渗透高度数值相较于实施例1有所上升，说明实施例4-6制得的螺旋桩的抗压、抗裂和抗渗性能均有所降低。
50.发明人分析，木质纤维素、超短黄麻丝和聚丙烯纤维分散在水中，加入环氧树脂进行加热搅拌的过程中，三种纤维之间进行了某种交织融合，超短黄麻丝和木质纤维素，插接、交缠在聚丙烯纤维上，形成具有若干分叉的树枝状改性聚丙烯纤维，树枝状分叉的改性聚丙烯纤维与拌合料中其他组分结合时，改性聚丙烯纤维的分叉可以插接入组份之间的间隙中，形成“插接”效应，改性聚丙烯纤维与各组分之间可以更好地连接，使得改性聚丙烯纤维和酚醛树脂、聚丙烯酰胺三者协同作用形成的胶质物具有更好的拉伸性能和粘结性，从而增强胶质物对混凝土螺旋桩内部连接紧密性的增益作用，进而提升螺旋桩的整体性能。改变木质纤维素、超短黄麻丝和聚丙烯纤维三者之间的配比、替换三者中的一种以及聚丙烯纤维的长度过长都会对三者制得的改性聚丙烯纤维受到影响，进而影响改性聚丙烯纤维在混凝土拌合料中的作用。
51.实施例7、8在拌合料中加入了纳米滑石粉，实施例7、8制得的螺旋桩的抗压强度、抗裂性能和抗渗性能相较于实施例1制得的螺旋桩的性能均有所提升，发明人分析，在混凝土拌合料中加入纳米滑石粉，一方面，可以填充在混凝土的空隙中增强螺旋桩的内部密实性，进而提升螺旋桩的抗压强度和抗渗性能；另一方面，纳米滑石粉具有较强的附着性，附着在胶质物与骨料粘结界面处的纳米滑石粉还可以对胶质物与骨料粘接处进行加固和密封，减少胶质物与骨料之间受压时的相对滑移，进而增强胶质物在骨料间的连接作用，提升混凝土螺旋桩的抗裂性。
52.实施例9、10在拌合料中加入了烷基酚聚氧乙烯醚，实施例9、10制得的螺旋桩的抗压强度、抗裂性能和抗渗性能相较于实施例1制得的螺旋桩的性能均有所提升；发明人分
析，在混凝土拌合料中加入烷基酚聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚中的醚键与胶质物中游离的官能团结合，有助于提升胶质物在拌合料中的渗透性，使得胶质物可更加均匀密实地渗透入骨料之间，从而对骨料进行粘接，骨料之间交缠有若干胶质物凝结后产生的连接筋，使得螺旋桩内部骨料间的密实度和连接强度得到提升，进而有助于提升混凝土螺旋桩的抗裂性和抗压强度。
53.实施例11在实施例1的基础上同时添加了纳米滑石粉和烷基酚聚氧乙烯醚，两者在合适的配比范围内与混凝土拌合料中的其他组分一起共同作用，使得实施例11制得的螺旋桩的抗压强度、抗裂性能和抗渗性能相较于实施例1制得的螺旋桩的性能得到了较为显著的提升，实施例11可作为本技术中较佳的实施例。
54.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。