摘要：双螺旋挤土灌注桩亦称为短螺旋挤土灌注桩（即SDS桩）是一种新型的完全挤土型桩，该桩有承载力高、施工速度快、对施工场地无污染等特征，该桩在施工过程中的地表隆起主要发生在成孔开始到螺旋挤扩钻头的挤土部分全部进入土体阶段，之后地表隆起逐渐趋于稳定，其挤土效应主要在距桩位中心四倍的桩径范围内完成，且土体的压缩性越高，挤土范围越大；在相同桩顶沉降量条件下，该桩的极限承载力比CFG桩提高30%--50%。SDS桩适应性强，适用地层包括淤泥质粘土、粘性土、粉土、砂土、含小砾石粘性土、强风化土、黄土等。SDS桩工法适用于地下水位埋深较浅的地区，对于承压水地层中的施工必须进行分析论证，并采取必要的辅助措施。
SDS桩具有明显的技术优势、成本优势和环保优势，值得借鉴和推广使用。
关键词：基桩 短螺旋挤土灌注桩 成桩机理 挤土效应 短螺旋挤扩钻头 桩检测 技术优势 成本优势 环保优势
一、项目概况
1、某市医院住院楼总建筑面积为30092.62㎡，该楼为桩筏基础、结构形式为框架-剪力墙结构，建筑高度37.65M，主体结构为地上九层，地下室1层，地下室建筑面积为7174.78㎡，地上建筑面积为：22917.84㎡。二层以下剪力墙、柱砼采用C40，二层以下梁板砼采用C35，二层以上剪力墙、柱梁板砼采用C30，剪力墙、柱、梁和板均为现浇。结构钢筋均采用热轧钢筋HRB400级钢。
2、场地条件和桩基础概况
场地地质条件和水文地质条件:
(1)粉土:厚1.7--5.4M，平均3.66M，分布于整个场区上部，以粉土为主。
(2)粉砂:厚0.8--6.0M，平均2.24M，各钻孔均揭露此层。
(3)细砂:厚3.5--8.0M，平均5.54M，各钻孔均揭露此层。
(4)细沙:控制性钻孔内厚度大于15.0M，为本次勘探底部控制地层，各钻孔均揭露此层。
水文地质条件:场地标准冻土层1.09M，勘察期间正值平水期，实测地下水位平均埋深1.91M-3.29M，(水位高程1113.24M)地下水位年变幅月0.5M，属于潜水型，主要受大气降水、灌溉水和地下水侧向补给。地下水在干湿交替中对砼结构具有中等腐蚀性，在无干湿交替环境中对砼结构具有中等腐蚀性，在长期浸水中对砼结构具有微腐蚀性，在干湿交具有替的环境中对砼结构的钢筋具有中等腐蚀性。
根据地质条件和承载力要求，该工程适合采用短螺旋挤土灌注桩为基桩，该基桩长度14.06米(含虚桩)的桩1253根。
表一 螺旋灌注桩清单
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二、短螺旋挤土灌注桩概念、施工特点和适用范围
1、概念:双螺旋挤土灌注桩亦称短螺旋挤土灌注桩（SDS桩）是通过专用的钻机施加扭矩及竖向力，利用特制的螺旋挤扩钻头将桩孔中的土体完全挤入桩周，并向挤扩的桩孔中压灌混凝土，最终形成圆柱形的桩。
2、施工特点:短螺旋挤土灌注桩（SDS桩）是一种新型的完全挤土型桩，该桩有承载力高、施工速度快、对现场地无污染等特征，该桩在施工过程中的地表隆起主要发生在成孔开始到螺旋挤扩钻头的挤土部分全部进入土体阶段，之后地表隆起逐渐趋于稳定，其挤土效应主要在距桩位中心四倍的桩径范围内完成，且土体的压缩性越高，挤土范围越大；在相同桩顶沉降量条件下，该桩的极限承载力比CFG桩提高30%--50%。
3、适用范围:
(1)、SDS桩适应性强，适用地层包括淤泥质粘土、粘性土、粉土、砂土、含小砾石粘性土、强风化土、黄土等。SDS桩工法适用于地下水位埋深较浅的地区。
（2）、对于承压水地层中的施工必须进行分析论证，并采取必要的辅助措施
三、SDS桩成桩机理和挤土效应分析
(1)、成桩机理:A实质上螺旋挤土桩成桩机理和木螺钉钻木挤密原理极为相似，即在施工过程中通过钻机施加扭矩和竖向力，使螺旋挤扩钻头将桩孔中的土体完全挤入桩周及桩端，在成桩过程中没有图体排出至地表。B和非挤土桩(如钻孔桩、冲孔桩、旋挖桩和CFA桩)相比，其最大的优点是成桩过程中完全不排土，故在桩周和桩端土体得到充分挤密后，地基原有应力场被改变，强化了地基承载力与变形性能。
(2)、挤土效应分析:由于螺旋挤土桩的挤土施工工艺，其在成桩过程中会对周围土体产生扰动，在三倍桩径范围内有明显的地表隆起，且距离桩越近隆起越大；在四倍桩径外土体几乎没有变形。在螺旋挤土桩的整个成桩过程中，没有砂被运送到地基表面，从而证明了螺旋挤土桩是完全挤土型桩。相比而言旋挖桩的成桩过程对地面影响较小，没有明显的隆起，相反由于吸砂的影响，在桩周地基表面局部范围内有少量下沉。
四、短螺旋挤土灌注桩施工工艺
1、表二：主要机械设备配置
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2、短(双)螺旋挤扩钻头:由于双向螺旋挤扩桩施工方法的双向螺旋封闭挤扩钻头，包括中空的连接杆、在连接杆的顶端设有连接法兰盘，底端设有钻尖，所述连接杆的下部从下至上依次同轴的套装有或一体的制有:(1)、下螺旋挤扩体；(2)、封闭挤扩体；(3)、动密封挤扩体。所述(1)动密封挤扩体为横截面自下而上逐渐缩小的圆台体，动密封挤扩体的外侧壁设有左旋的动密封螺旋挤扩叶片；所述(2)封闭挤扩体为圆柱体；所述(3)下螺旋挤扩体为横截面自下而上逐渐增大的圆台体。下螺旋挤扩体的外侧壁设有右旋的下螺旋挤扩叶片，所述动密封螺旋挤括叶片和所述下螺旋挤扩叶片的外径不大于所述封闭挤扩体外径。如图所示，2、3、4分别为动密封挤扩体、封闭挤扩体和下螺旋挤扩体。
3、施工工艺
(1)、施工准备(三通一平，建筑物放线、桩位测设、钢筋笼制作包括桩笼底尖)---打桩机就位(桩位偏差、机架垂直度)---(混凝土就位)---螺旋钻进（转速、遇阻）--(下笼准备)---灌注砼、提钻--振动沉笼--移机至下一孔位
(2)、工艺要点:A钻机就位，钻头对准桩位；B启动钻机动力头和加压卷扬机，对钻杆和短螺旋挤扩钻头施加顺时针方向的扭矩和在轴向压力，将钻头下旋钻进至设计深度；C通过钻头动力机卷扬机，对钻头和钻杆施加顺时针方向的扭矩和在轴向压力，进行钻头稳步上旋提升至地表，与此同时启动混凝土拖泵通过中空钻杆和钻头对桩孔进行桩材压灌至桩顶设计标高；D通过振动器将钢筋笼振入SDS桩中。
五、工序质量控制要点
本工程质量控制要点是:桩位、桩顶标高、桩径、桩长、桩身混凝土密实度(尤其是桩头密实度)、桩底是否到持力层这六项指标。表三:成桩施工允许偏差
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1、桩位测设、桩顶标高控制前将原地面碾压后地面标高控制在正负5㎝以内，将桩位分区编号，定人定机进行管理。
2、布桩施工顺序必须严格按照设计要求遵循从一边向另一边推进施工的原则。
3、在开钻前对标尺、刻画进行复核，消除标识误差，可采用贴反光贴条的措施每0.5米进行标识。
4、桩机机架上的控制垂直度指针目测机架垂直度，保证桩身受力不大于1%，确保桩体的正常受力。
5、开钻时关闭钻头阀门，钻杆移动至钻头接触地面时，启动动力钻头钻进，正向旋转，先慢后快，稳步推进，达到设计孔深后，将钻杆提起20㎝--30㎝，开始进行砼浇筑作业，要求泵送的砼充满中心管后，钻机活门利用砼的冲击力予以打开。提钻操作时也应该通过观察中心管顶部泄气阀是否泄气确定，提钻时正向旋转不得反向旋转，提钻时将提升速度控制在1.5m/min，边提钻边浇筑，直至灌注至设计标高，桩身混凝土的充盈系数宜为1.0－1.2。桩顶超灌高度控制在不宜小于0.5M。
6、成桩过程控制遵循泵料和拔管同时的原则，严格控制，预防形成吊脚桩。
7、严格控制拔管速率，确保成桩强度质量。
8、拔管过程避免反插，防止桩身掺土影响桩身质量。
9、控制好砼坍落度，一般控制在18㎝---22㎝，减少桩顶浮浆，确保桩体强度。
10、下钢筋笼控制好垂直度和笼顶标高。
11、凿除桩头前应准确核对复测桩顶标高，做标记采取环切割的操作方式。
12、每个台班均须制作至少标养砼试块一组，进行28天强度检验，成桩28天后应及时进行单桩承载力检测，其单桩承载力、变形模量应符合设计要求。
13、成桩后，桩顶以上没有一米以上垫层时，严禁大型机械进入施工区。
六、短螺旋挤土灌注桩检测
设计要求:(1)、设计为混凝土柱下短螺旋挤土灌注桩，总装数1253根；(2)、有效桩长14.05M、15.05M；单桩竖向抗压承载力极限值为2600KN；(3)、单桩水平承载力特征值为80KN;(4)桩径500㎜；(5)、砼强度为C40.
1、检测方法:单桩竖向抗压静载荷试验、单桩水平静载荷试验及低应变检测。
2、检测目的:确定单桩竖向抗压、水平静载力对桩身完整性进行评价，为设计和上部结构施工提供参考依据。
3、检测数量、试验方法、目的实验设备、承载力确定或桩身完整性确定:(1)、单桩竖向抗压静载荷试验13个点，采用慢速维持荷载法，确定单桩竖向承载力，采用试验仪器设备为锚桩反力装置，3200KN优雅千斤顶，沉降观测采用对称布置的2块百分表，本次试验最大加载量为2600KN，由单桩竖向抗压静载荷实试验的曲线看出均为缓变型曲线，依据«建筑桩基检测规范»(JGJ 106-2014)4.4.1第五款:特征值取最大加载量的一半，则试验结果为单桩竖向抗压承载力特征值为1300KN，符合设计要求。(2)、单桩水平静载荷试验13个点，采用单项多循环加载，目的在于确定单桩水平承载力特征值，实验仪器设备采用预制块及邻桩提供反力装置，1000KN水平优雅千斤顶，2块50㎜量程位移传感器；实验结果为单桩水平承载力特征值为80KN，符合设计要求。(3)、低应变动力检测376根，试验目的判定桩身完整性、桩身缺陷的程度及位置，采用仪器设备为小锤激振来检测桩身完整性。本次工程桩小应变测试采用武汉中科智创公司开发研制的RSM--PDT型桩基动测仪。本次检测采用瞬态激振时域(反射波)法来检测桩身完整性，推定缺陷类反射的固有规律，当桩身存在明显波阻抗差异界面(如桩底、断桩、严重离析、夹泥等部位)或桩截面变化(如缩径、扩径)部位将产生反射波。由测桩仪接受放大、滤波和数据处理后，还原成时域波形图并传送到计算机内储存，用测桩专用程序分析波形、波幅、波频、波速变化，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此结合工程地质报告与桩基施工记录等原始资料，综合判定桩的匀质性，桩身完整性。还可以计算桩身波速，根据波速和桩底反射波到达时间对桩的实际长度加以核对。
具体计算公式如下: VP=2L/Tr L'=VpmTr'/2
VP---桩身混凝土波速
L'---桩身缺陷深度
L---桩长
Tr---桩底反射波的到达时间
Tr'---桩底缺陷反射波的到达时间
Vpm---同一工地内多根已测合格桩桩身纵波速度平均值
试验结论:本次低应变(反射波)动力检测376根工程桩均为I类桩，桩身曲线及分析结果为桩身完整，符合设计要求。
七、短螺旋挤土桩的三大优势:
1、技术优势:(1) 、一次成桩，成桩质量可控、可靠 。(2)、 桩侧和桩尖端土体挤扩。 (3)、桩尖土体挤密效应。(4)、承载力高，沉降量小。
2、成本优势： (1)、单方混凝土承载力高。 (2) 、完全不排土。 (3)、成桩功效高。(4)、节省砼用量。
3、环保优势:(1) 、无泥浆污染、渣土外运和建筑扬尘 。(2)、无需弃土场地 。 (3)、 成桩无噪声、无振动。 (4)节约混凝土原材料。
八、结语
综上，短螺旋挤土灌注桩代表了桩基发展的前沿，绿色环保、无噪音、无置换土方、无泥浆，而且综合价格低、承载力高；挤扩体双向挤土效应，真正避免了塌孔等钻孔灌注桩的质量通病。因此SDS桩具有明显的技术优势、成本优势和环保优势，值得借鉴和推广使用。
参考文献
«宁夏短螺旋挤土灌注桩技术标准 » DB64/T1538--2018
«螺旋挤土灌注桩技术规程 » DBJ14--091--2012 J12203--2012
«双向螺旋挤土灌注桩技术 » DB34/T5018--2015
«建筑基桩检测技术规范» JGJ106--2014
«建筑桩基技术规范»JGJ94--2008
«建筑地基基础工程施工质量验收规范»GB50202--2002
«建筑地基基础设计规范»GB50007--2011
«岩土工程勘察规范»GB50021--2009
论文作者:陆新海
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/16
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