浅谈短螺旋挤土灌注桩技术优势及在宁夏地区应用

摘 要：短螺旋挤土灌注桩（简称SDS桩）亦称双向螺旋挤土灌注桩或双向螺旋挤扩桩，是采用大扭矩钻机将螺旋钻具强力旋入土层并将孔内土体压入孔壁以大幅度提高桩基承载力的一种新型桩基技术。本文首先从设备结构来说明其成桩机理，再从技术、成桩机理、造价、环保、适用范围等方面与传统工艺相比来佐证短螺旋挤土灌注桩的技术经济优势，最后简述了在宁夏地区的应用现状、存在的问题及发展前景。

关健词：短螺旋挤土灌注桩；成桩机理；优势；宁夏地区应用

1.前言

随着国家综合国力的提高，基本建设工程发展迅速，节能环保要求随之提高，以往常用的基础施工中的钻孔灌注桩和CFG桩等复合地基处理方法存在混凝土的浪费及泥浆严重泥浆污染等缺陷。短螺旋挤土灌注桩（简称SDS桩）是一项环保节能的先进桩基技术，比传统工艺施工的灌注桩在承载力方面有大幅度提高、能够降低工程造价、节约工程材料、缩短施工工期、减少了环境污染，经济效益显著。由于SDS桩基技术施工不排土，减少了环境污染，促进了节能减排与环境保护、社会效益突出，符合国际可持续发展战略。近几年已经在全国十几个省市自治区推广应用，并在高层和超高层建筑中成功运用，多项技术难题在桩基施工中得到解决，取得了社会各界的充分认可及一致好评。

基于上述优点近年来SDS桩在宁夏地区也得到应用，但由于该方法在当地应用时间短，工程实例也相对偏少，地方标准也于2018年4月才实施，有许多需要改进和完善的方面。

2.成桩机理

SDS桩是一种新型桩，是长螺旋钻孔灌注桩和日本钢纤维全螺纹预制桩相结合发展而成。它的主要原理是根据螺丝钉钻木挤密效果，主要技术特征是采用正反向螺旋封闭剂扩钻头，钻孔中的土体通过工程钻机的扭矩和垂直压力被完全挤入钻孔周围。在灌注混凝土之后，形成圆柱形钻孔灌注桩，并且达到挤密钻孔周围土体的效果。桩的几何形状更贴合于附加应力场的分布规律。桩体截面不断变化的结构形状满足附加应力分布规律和应力分担比和刚度变化的要求，并调整土与桩之间的应力关系。桩侧土的应力分布比和应力扩散程度得到改善，桩端荷载减小。正是由于这种特殊的技术手段，实现了桩周土体的物理压实效果，从而提高了桩周围土体应力及抗剪强度。最终从宏观的角度来看，桩的侧摩阻力，极大承载力大大提高和基桩变形性能改善，从而体现出巨大的经济效益、社会效益和环境效益。

3.与其它传统桩型相比主要优势

经大量工程实践表明，与传统成桩工艺相比，SDS桩具有以下几个方面的显著优势：

3.1技术优势

与以往的成桩设备相比SDS桩的成桩设备在多项技术上进行改进并且具备多项技术专利，成桩设备的动力也大幅度提高，高强度的扭矩和强大的动力确保了SDS桩的挤土能力，钻头进尺能力和入岩能力进一步提高。并且采用了数控模式、高度自动化的专用桩工进行打桩作业，成桩参数自动控制，桩周土体受压挤密，因此表现出成桩功效高、质量可控可靠、单桩承载力高、沉降量小的显著优势，且不受地下水的影响。

3.2成桩机理优势

目前在宁夏地区应用较多的非挤土桩主要有长螺旋灌注桩和泥浆护壁钻孔灌注桩，挤土桩有静压预制桩和沉管灌注桩等。

针对SDS桩与非挤土桩进行比较：SDS桩在长螺旋灌注桩的基础上通过改善钻头，减少土体出孔量，将钻孔中的土体全部挤入钻孔周围的土体中，进而减少混凝土用量，并使桩侧摩阻力大幅度提高；与泥浆护壁钻孔灌注桩相比，不仅可以提高承载力，而且在遇到砂层和软土层时节省了泥浆护壁这一环节，在完成钻孔提升钻头的同时，混凝土通过心管泵入成孔中成桩，没有了泥浆护壁形成的泥皮，将桩身侧摩阻力负面影响降到最低。将钻孔中的土体全部挤入钻孔周围的土体中，进而减少混凝土用量，并使桩侧摩阻力大幅度提高。

SDS桩与沉管灌注桩和静压预制桩相比，三者均为挤土桩，但桩的形成机制存在明显差异。SDS桩利用钻头的旋转破坏未受扰动的土，受扰动的土被正旋叶片传送至扩大头和反旋叶片处，将土挤密到周围，达到设计深度后缓慢提升钻头注入混凝土成桩。在正螺旋叶片的影响范围内，强度低的、孔隙比大的土体会被挤压的更加密实，反之亦然。沉管灌注桩采用柴油锤或静压法，将护筒套管送入到设计深度注入混凝土成桩。静压预制桩是利用设备在桩本身中施加的垂直向下的压力，桩头穿过未受扰动的土，将预制桩压到设计深度形成桩。

雖然沉管灌注桩的施工速度比SDS桩快，但因其在施工过程中易使饱和砂土、粉土液化，破坏周围土体的应力分布。桩长受到地层土的类别及设备本身等多方面因素的影响。桩长均控制在15米以内，并且施工噪声大，目前城区基本禁止使用。

静压预制桩与SDS桩相比的优点是不会出现钻孔缩径、扩径、夹泥等桩身缺陷，桩身质量易于控制和预测，但桩身长度主要取决于地层变化，无法得到很好的控制。在材料的使用方面易造成浪费。如果桩长超过十米，需进行接桩等环节，在经历较长时间后，焊接部分容易腐蚀和破裂，给上部结构带来安全隐患。但是 SDS桩技术便可以通过调整正旋转叶片的长度，以适应不同地层将土体挤密，且桩长易于控制。

3.3造价优势

SDS桩从三个环节降低工程成本：①该型桩单桩承载力高，所以针对主体工程单位建筑面积所需的桩基工程量小，混凝土损失少利用率高，相比于直径450mm的钻孔灌注桩，直径为400mm的SDS桩承载力一致甚至更高，从而节省材料降低成本，因此工程造价相对较低。②打桩过程中桩孔土被挤入侧壁，无土体外排，因此省去传统工艺将钻孔中的土外部运输成本。③成桩过程中钻进连续，且可根据岩土层软硬程度的变化调节钻进速度，在粉土、黏性土、砂土中钻进速度是钻孔灌注桩的5-10倍、大大节约了现场的时间成本、机械成本、管理成本。综合而言，SDS桩与其它桩型（旋挖桩、冲孔桩、钻孔桩、CFG桩）相比总直接成本可降低10-15%。

3.4环保优势

①机械作业过程中噪音低、振动小；②现场较干净无污泥污染，场外无废土外运和建筑扬尘；③无需弃土场地；④混凝土和钢筋用量大幅度减少。

3.5适用范围广、适用能力强

①SDS桩可适用于工业与民用建筑、公路、铁路等各类建筑的桩基工程和复合地基处理工程及深基坑支护工程。

②适用于标准贯入试验击数N<60；静力触探锥头阻力qc<20MPa的素填土、粉质黏土、粉土、砂土、砂砾土、黄土、残积土和强风化岩层。

③桩径范围：350-800mm。

④单桩承载力特征值范围值：800-3500KN。

4.在宁夏地区的应用

宁夏回族自治区位于我国大西北，地貌单元主要有①黄河冲积平原（位于黄河两岸，主要是西岸，以青铜峡口为界，以南为卫宁平原，以北为银川平原）；②黄土高原区（位于宁夏南部同心县以南地区）；③风沙侵蚀的灵盐台地区（位于黄土高原以北、银川平原以东，即灵武市东部和盐池县北部的广大地区，为鄂尔多斯高原的一部分）。

SDS桩技术在2017年才被引入宁夏，目前在宁夏地区施工的项目主要有灵武市人民医院改扩建项目、宁夏路丰建材市场西侧用地项目、灵武市老年养护院建设项目、宁夏云威新能源汽车有限公司新建厂房项目等，上述工程项目均已顺利完成，各项指标均满足设计及相关规范要求，并通过验收。

经向建设单位及参建有关部门回访：

灵武市人民医院改扩建项目，勘察文件中建议采用钻孔灌注桩或SDS桩基础方案，经设计单位进行经济技术比选，最终采用SDS桩基础方案。为建设单位节省投资约15%。

宁夏路丰建材市场西侧用地項目，勘察文件中建议采用CFG复合地基基础方案或SDS桩基础方案，经设计单位进行经济技术比选，最终采用SDS桩基础方案。为建设单位节省投资约11%。

SDS桩技术在宁夏地区的应用仅仅处于起步阶段，2-3年的时间，却取得了显著的经济效益和社会效益。此项技术正逐步被当地建设单位和设计单位的接受。但也存在一些不足；①在当地工程实例和试验数据偏少，且仅有的工程实例也仅局限于银川平原地区，地方标准的制定也主要依据省外的试验数据和工程实例；②施工中也遇到一些问题，如堵管、窜孔、桩身上部夹泥或有气泡、断桩、缩径、扩径等情况，出现上述问题主要原因是目前还没有制定出这种方法的施工规范，多数设计、监理和业主也都不熟悉这种方法，施工单位施工时无相关技术规范参考只能依据以往的经验进行施工，造成各单位的技术水平又参差不齐；③桩基础在现代建筑中的使用越来越频繁，地位越来越高，当然对桩基础的要求也越来越严格。地下室由以往的地下一层发展到现在的地下多层，由于SDS桩在施工时塔高限制了桩长，且施工时无泥浆护壁，空桩的能力完全取决于土的自稳能力，在某种程度上讲限制了SDS桩在我国多地区的推广和应用，如果设备在这两方面加以设计和改进，SDS桩技术的应用会更加广泛。

5.结束语

SDS桩技术是一项国际领先，国内一流的桩基础施工技术，具有单桩承载力高、施工速度快、污染小、造价低、应用广泛、不受地下水影响等优点，是建设部重点推广项目，近年来已在全国多个省市自治区推广应用，但作为一种新型的施工技术，也有其需要改进和不断完善的地方，尤其该项技术在宁夏地区的应用才刚刚起步，相信随着该项技术在宁夏地区的广泛推广和应用，试验研究不断深入、工程实例不断增多、施工经验不断积累、技术标准日益完善，在宁夏地区会有良好的发展空间。

参考文献

[1] DB64/T1538-2018，短螺旋挤土灌注桩技术标准 [S].

[2] JGJ79-2012，建筑地基处理技术规范[S].

[3]肖光庆、袁桂华，等.双向螺旋挤土灌注桩（SDS）的技术优势与施工问题研究 [J].探矿工程（岩土钻掘工程），2015，42（3）：61-64.

[4]李志毅，刘钟，等.新型螺旋螺挤土灌注桩现场试验试验研究[J].岩石力学与工程学报，2011，30（2）.

作者简介：

张跃先（1964-），男，高级工程师、1988年毕业于桂林冶金地质学院，1988年～2002年在吉林有色地质勘察局从矿产勘察工作，2002年～2018年，在银川市规划建筑设计研究院有限公司从事岩土工程勘察工作，2018年～现在，在银川市规划建筑设计研究院有限公司审图中心工作。