肖光慶，袁桂華，張 勇，陳筱艷，蘇志東

(河南省有色工程勘察有限公司，河南 鄭州 450003)

0 引言

隨著國(guó)家基建工作的迅猛發(fā)展，節(jié)能環(huán)保對(duì)建筑業(yè)的要求也隨之提升。在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)施工中應(yīng)用較廣泛的鉆孔灌注樁、CFG地基處理存在嚴(yán)重的泥漿污染和混凝土的浪費(fèi)。雙向螺旋擠土灌注樁(SDS)技術(shù)是在CFG地基處理的基礎(chǔ)上通過對(duì)鉆頭的改進(jìn)，減少出土量，充分發(fā)揮樁間土的承載力，進(jìn)而減少混凝土用量。采用后插筋技術(shù)，克服了鉆孔灌注樁需出土或產(chǎn)生泥漿對(duì)環(huán)境的污染。SDS技術(shù)是國(guó)家住建部與國(guó)家財(cái)政部推廣的基礎(chǔ)施工的新技術(shù)項(xiàng)目，近3年來已經(jīng)在我國(guó)17個(gè)省份得到推廣和應(yīng)用。因此，在廣闊的平原地區(qū)推廣SDS技術(shù)勢(shì)在必行。

本次研究以我公司在SDS技術(shù)應(yīng)用上的實(shí)例進(jìn)行分析對(duì)比，并簡(jiǎn)單介紹了在施工過程中一些常見的問題及處理對(duì)策。

1 雙向螺旋鉆頭結(jié)構(gòu)及工作原理

雙向螺旋鉆頭結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由接頭、反螺旋葉片、擠土擴(kuò)大頭、正螺旋葉片、心管和鉆門等部分組成。

圖1 鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖

接頭:主要連接上部鉆桿，目前市場(chǎng)上用得較多的是內(nèi)六方連接，用銷子固定。有部分廠家采用的是法蘭盤接頭，用螺母固定。

擠土擴(kuò)大頭:往下施工過程中與正螺旋葉片一起將原先處于樁位的土擠壓到樁周。

反螺旋葉片:進(jìn)一步將通過擠擴(kuò)頭的土反壓到樁周圍，防止土往上流竄。

正螺旋葉片:將樁端土體傳送到擠土擴(kuò)大頭。心管:混凝土輸送通道。

鉆門:往下施工時(shí)阻擋土進(jìn)入心管內(nèi)。

2 SDS技術(shù)與傳統(tǒng)成樁技術(shù)的實(shí)例比較

目前我公司承攬的海爾(鄭州)空調(diào)基地廠房基礎(chǔ)工程、扶溝產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)公租房樁基工程、周口融輝城B區(qū)樁基工程等多個(gè)SDS樁基施工項(xiàng)目，均已順利完工并通過驗(yàn)收，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。表1～3為SDS技術(shù)與傳統(tǒng)工藝經(jīng)濟(jì)比較。

表1 SDS樁與鉆孔灌注后壓漿樁基礎(chǔ)對(duì)比(海爾鄭州空調(diào)廠房樁基)

表2 SDS樁與CFG樁復(fù)合地基案例對(duì)比(洛陽(yáng)正骨醫(yī)院豫東分院樁基)

表3 SDS樁與管樁案例對(duì)比(濮陽(yáng)中原誠(chéng)德信息物流園樁基)

與CFG樁、管樁、傳統(tǒng)方法施工的灌注樁相比，SDS樁可節(jié)約工程造價(jià)6% ～15%

3 SDS擠土技術(shù)與傳統(tǒng)擠土樁的成樁機(jī)理與優(yōu)缺點(diǎn)比較

市場(chǎng)上應(yīng)用較多的擠土樁主要有兩種:靜壓預(yù)制樁和沉管灌注樁。SDS與這兩種擠土樁比較在成樁機(jī)理上有著明顯的區(qū)別。SDS是通過鉆頭的旋轉(zhuǎn)將原狀土破壞后，通過正旋葉片將土往上傳遞的過程中由擴(kuò)大頭和反旋葉片將土擠密到周圍土體中，達(dá)到設(shè)計(jì)深度后灌注混凝土成樁。在正螺旋葉片范圍內(nèi)，空隙比大、強(qiáng)度低的土體擠入的土較多，反之較少。靜壓預(yù)制樁則是由樁體本身在設(shè)備施加豎直向下的壓力作用下，樁頭刺破原狀土體，將預(yù)制樁體在特定的壓力下壓到一定深度成樁。沉管灌注樁則是通過柴油錘或靜壓的方式，將帶尖的護(hù)筒管送到一定的深度后，灌注混凝土成樁。

靜壓預(yù)制樁與SDS技術(shù)比較，最大的優(yōu)勢(shì)在于質(zhì)量較易控制和預(yù)知，不會(huì)存在擴(kuò)徑、縮徑、夾泥等樁身缺陷。但其施工樁長(zhǎng)在很大程度上取決于地層的軟硬程度，樁長(zhǎng)因持力層的起伏而發(fā)生變化，在材料控制方面極易造成浪費(fèi)。而且樁長(zhǎng)超過一定深度需要接樁，隨著時(shí)間的推移焊接部位容易腐蝕、斷裂，給上部結(jié)構(gòu)帶來安全隱患。而SDS技術(shù)卻不存在靜壓預(yù)制樁的這些缺陷，SDS技術(shù)可以通過調(diào)節(jié)正旋葉片的長(zhǎng)度適應(yīng)不同地層的擠土需要，樁長(zhǎng)易控制。

沉管灌注樁與SDS技術(shù)比較，最大的優(yōu)勢(shì)在于施工速度快。但其因?yàn)槭┕ぴ肼暣?，易使飽和砂層、粉土層液化，?duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生很大的負(fù)面影響。目前在城區(qū)基本上已經(jīng)禁止使用。而且它的樁長(zhǎng)受地層和設(shè)備本身的限制，一般施工樁長(zhǎng)都在15 m范圍內(nèi)。

4 技術(shù)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)

4.1 適用能力強(qiáng)

雙向螺旋擠土灌注樁適用于標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)擊數(shù)N＜60的填土、粘性土、粉土、砂土、角礫，且不受地下水位的限制。對(duì)于圓礫、碎石、卵石、全風(fēng)化巖和強(qiáng)風(fēng)化巖等可壓縮巖土地層，應(yīng)根據(jù)試樁情況，確定其適宜性，黃土、膨脹土等特殊土應(yīng)按相應(yīng)規(guī)范執(zhí)行。

4.2 單樁承載力高

由于成樁過程中樁身部分土體被擠到樁周，對(duì)樁間土擠實(shí)壓密，改善了樁間土力學(xué)性質(zhì)，提高了樁的側(cè)摩阻力。通過河南省現(xiàn)有工程實(shí)例比較，提高系數(shù)約 1.2。

4.3 無(wú)需泥漿護(hù)壁

遇到砂層和軟土層無(wú)需泥漿循環(huán)護(hù)壁。在成孔提鉆的同時(shí)，通過心管泵送混凝土澆筑成樁。減少了因護(hù)壁形成泥皮從而減少樁身側(cè)壁阻力的負(fù)面影響，同時(shí)減少了因泥漿外運(yùn)產(chǎn)生的費(fèi)用及對(duì)環(huán)境的污染。

4.4 經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯

成樁過程中鉆進(jìn)連續(xù)，且可根據(jù)巖土層堅(jiān)硬程度的變化而調(diào)整鉆進(jìn)速度。在粉土、粉質(zhì)粘土、砂層中鉆進(jìn)速度是鉆孔灌注樁的5～10倍，大大節(jié)約了現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械成本、時(shí)間成本、管理成本。混凝土利用效率高，400 mm的SDS樁與450 mm的樁孔灌注樁承載力相當(dāng)，大大節(jié)約了材料成本。

5 施工中常見問題與處理措施

在多個(gè)工程的實(shí)踐中，雙螺旋擠土灌注樁出現(xiàn)了一些問題。現(xiàn)整理一些常見的問題和處理措施，供同行們參考和探討。

5.1 堵管

SDS樁成樁期間，混凝土阻塞于輸料管或鉆桿心管等部位，混凝土不能沿輸送管道運(yùn)輸。發(fā)生堵管的原因主要有:

(1)混凝土泵送量與提鉆速度不協(xié)調(diào)，當(dāng)提鉆速度小于泵送量時(shí)，造成鉆桿內(nèi)和輸送管路上混凝土輸送壓力增大，使混凝土發(fā)生泌水離析，導(dǎo)致混凝土擠壓密實(shí)而堵管。

處理措施:調(diào)節(jié)泵車泵送速率或調(diào)節(jié)提鉆速度，使混凝土保持在地面上2.0 m左右;保持透氣孔的暢通，能直觀的觀測(cè)混凝土在鉆桿內(nèi)的高度，嚴(yán)禁盲目的泵送混凝土。

(2)管道接口處密封不嚴(yán)漏水、漏漿，從而使混凝土失水、失漿而使輸送阻力增大，導(dǎo)致堵管。

處理措施:施工前，仔細(xì)檢查每根鐵管和軟管的表觀特征，發(fā)現(xiàn)鐵管有破損或軟管內(nèi)有漏筋現(xiàn)象應(yīng)嚴(yán)禁使用;在施工過程中要經(jīng)常檢查管道連接處的密封情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。

(3)鉆桿在下行過程中軟管活動(dòng)空間小，導(dǎo)致軟管彎折，管道不暢通而堵管。

處理措施:施工前，在上下活動(dòng)部分的軟管接頭處涂上黃油，導(dǎo)管在下行過程中接頭處能旋轉(zhuǎn);施工過程中，指揮人員應(yīng)認(rèn)真細(xì)致觀察，發(fā)現(xiàn)有彎折現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)處理。

(4)鉆頭閥門設(shè)計(jì)不合理或類型選擇不當(dāng)，主要有鉆頭處閥門密封不嚴(yán)，鉆頭閥門的長(zhǎng)度和開啟角度設(shè)計(jì)不合理，閥門不能打開到正常位置，或漏水漏砂導(dǎo)致堵管。

處理措施:施工前，應(yīng)檢查鉆頭閥門與鉆桿的密封性、靈活性和閥門的開啟角度的合理性，必要時(shí)進(jìn)行打磨處理和焊上限位鋼筋;施工時(shí)，在鉆門和鉆桿處墊塑料袋保證鉆桿的密封性，下鉆之前將鉆門處的土清理干凈，保證閥門的靈活性和開啟角度。

(5)混凝土的和易性、塌落度、骨料大小含量、等待時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致混凝土的流動(dòng)性和可泵性存在差異導(dǎo)致堵管。

處理措施:根據(jù)成樁速度計(jì)算混凝土用量，盡量采用少量多次的方式供應(yīng)混凝土，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)用完(見表4);混凝土的塌落度應(yīng)控制在180～220 mm之間，塌落度過大、過小都不宜使用，必要時(shí)應(yīng)增加外加劑來調(diào)節(jié)混凝土的塌落度;控制粗骨料的最大直徑，最大骨料直徑不宜大于輸送管道直徑的0.3倍，建議當(dāng)混凝土的最大粒徑＞3.0 cm時(shí)，應(yīng)與商混站溝通，調(diào)整骨料大小。

表4 混凝土運(yùn)輸、澆筑和間隙時(shí)間 /min

(6)因故中途停鉆時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致輸送管道內(nèi)的混凝土流動(dòng)性減弱而堵管。

處理措施:每隔0.5 h泵送一次混凝土，確保管道內(nèi)混凝土的流動(dòng)性。

5.2 竄孔

在施工完一根樁后，在鄰近施工另一根樁的過程中，隨著鉆具的鉆進(jìn)，已施工完的樁頂突然出現(xiàn)下沉而隨著新施工樁灌注混凝土的過程中下沉樁又有所回升的現(xiàn)象。在飽和粉土、軟塑至流塑狀粉質(zhì)粘土、稍密的粉細(xì)砂層中容易出現(xiàn)竄孔現(xiàn)象。

竄孔可能形成的原因有:(1)飽和粉土和粉細(xì)砂在樁機(jī)施工過程中產(chǎn)生液化現(xiàn)象，或流塑狀粉質(zhì)粘土自穩(wěn)性不夠，土體往正在施工的樁孔內(nèi)流動(dòng);(2)鉆具在提升過程中，由于提拔的吸力，導(dǎo)致孔內(nèi)出現(xiàn)短暫的真空狀態(tài)，在大氣壓的作用下土體往正在施工的樁孔內(nèi)流動(dòng)。

竄孔的處理措施:(1)增大施工樁間距，進(jìn)行跳打，減少對(duì)樁間土的擾動(dòng);(2)檢查排氣孔的情況，保持排氣孔的貫通，減少真空抽吸現(xiàn)象;(3)施工過程中，關(guān)注鄰近孔的情況，發(fā)現(xiàn)有下沉情況應(yīng)停止提鉆連續(xù)泵送混凝土至下沉樁頂標(biāo)高恢復(fù)到設(shè)計(jì)高度，如不能恢復(fù)到設(shè)計(jì)標(biāo)高則需要回鉆補(bǔ)料，補(bǔ)料時(shí)應(yīng)將鉆頭上土清洗干凈鉆頭沒入混凝土面≮1.5 m。

5.3 樁身上部夾泥或有氣泡

SDS成樁后在保護(hù)樁頭和保護(hù)樁頭下出現(xiàn)夾泥、混凝土不密實(shí)有氣泡的情況。

夾泥或混凝土不密實(shí)可能形成的原因:(1)在樁身上部鉆頭提升過快，泵送混凝土沒有跟上孔壁周圍的土混入混凝土中;(2)排氣孔堵塞，輸送管道中的空氣排出不暢，混入混凝土中不能及時(shí)排出;(3)最后2 m時(shí)鉆管內(nèi)混凝土多而停止泵送，讓混凝土在重力下成樁而沒有振搗密實(shí);(4)插筋樁，在插筋前土掉入樁孔中或鋼筋籠在運(yùn)輸工程中帶土至混凝土中;(5)施工過程中，出現(xiàn)反鉆現(xiàn)象。

施工時(shí)的控制措施:(1)調(diào)整提鉆速度;(2)檢查排氣孔暢通情況，發(fā)現(xiàn)情況及時(shí)處理;(3)下籠樁應(yīng)及時(shí)清理孔口虛土，防止鉆頭離地后，虛土倒流入樁孔內(nèi)，清理鋼筋籠籠尖內(nèi)的土后下震成樁;(4)嚴(yán)禁在成樁過程中出現(xiàn)反鉆現(xiàn)象。

5.4 斷樁、縮徑和擴(kuò)徑

SDS樁在成樁后樁身混凝土出現(xiàn)部分缺失、直徑變小或擴(kuò)大的情況。在軟塑至流塑狀粉質(zhì)粘土、飽和粉土中容易形成斷樁和擴(kuò)徑，在可塑至硬塑狀粉質(zhì)粘土中容易縮徑。

斷樁、擴(kuò)徑的可能原因:(1)飽和粉土在樁機(jī)施工過程中產(chǎn)生液化現(xiàn)象，或流塑狀粉質(zhì)粘土自穩(wěn)性不夠，土體朝軟弱處移動(dòng)(土體和已灌注的混凝土移向鄰近正成孔的樁孔內(nèi)形成斷樁或在混凝土的自重和沖擊力的作用下，產(chǎn)生向外的擠壓力，當(dāng)擠壓力大于土體的約束力的情況下形成擴(kuò)徑;(2)樁身范圍內(nèi)的土體在鉆頭的擠壓下向樁間土擴(kuò)散，當(dāng)樁間土側(cè)向壓縮模量較大時(shí)，土體在壓力撤銷后回彈量就大，或孔隙中的水在擠壓過程中不能及時(shí)排出(如可塑至硬塑狀粉質(zhì)粘土、粘土中滲透性較差)在擠壓過程中形成較大的孔隙水壓力，擠壓力撤銷后，在孔隙水壓力的作用下土體回彈，且回彈量較大。

施工時(shí)的控制措施:(1)施工時(shí)進(jìn)行跳打，減少對(duì)樁間土的擾動(dòng)作用，增加孔隙水壓力消散的時(shí)間;(2)增加鉆進(jìn)速度，減緩提鉆速度，使灌注更加充分;(3)增加鉆頭直徑，抵消回彈量;(4)在擠擴(kuò)鉆頭上接同直徑的螺旋鉆桿，在提升過程中帶走因回彈產(chǎn)生的土體。

5.5 偏籠、露筋和鋼筋籠下放高度偏差大

鋼筋籠下放過程中如控制不好容易出現(xiàn)保護(hù)層厚度不夠、露出或鋼筋籠頂標(biāo)高高出或低于設(shè)計(jì)標(biāo)高的情況。

可能原因分析:(1)鉆塔垂直度不夠，孔斜;(2)鋼筋籠制作時(shí)，鋼筋籠引尖過短或不對(duì)稱，下放過程中在震動(dòng)力的作用下偏心;(3)下放過程中導(dǎo)管不夠垂直，特別是用小卷?yè)P(yáng)下籠時(shí)，放繩速度控制不好;(4)技術(shù)人員粗心大意，忽略了特殊標(biāo)高的控制，指揮人員與操作手之間溝通滯后;(5)振動(dòng)器振動(dòng)功率過大或過小;(6)保護(hù)塊焊接不牢，在振動(dòng)下籠過程中，保護(hù)塊掉落;(7)混凝土的塌落度過小，或下籠不及時(shí)，導(dǎo)致下籠困難。

施工時(shí)的控制措施:(1)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理，強(qiáng)調(diào)指揮人員的責(zé)任，嚴(yán)格技術(shù)交底;(2)加強(qiáng)鋼筋籠的驗(yàn)收與檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)糾正;(3)鋼筋籠下放到距設(shè)計(jì)標(biāo)高100 cm的時(shí)候，應(yīng)提醒操作手減慢下籠速度，鋼筋籠下放到高于設(shè)計(jì)標(biāo)高10 cm時(shí)應(yīng)示意操作手停止下放;(4)選擇合適的振動(dòng)器，調(diào)節(jié)振動(dòng)器功率。

6 結(jié)語(yǔ)

雙螺旋擠土灌注樁(SDS)技術(shù)與目前市場(chǎng)上常用的基礎(chǔ)施工技術(shù)相比有較大的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但作為一種新型的施工技術(shù)，也有其需要改進(jìn)的方面?，F(xiàn)代建筑對(duì)樁基礎(chǔ)承載力的要求越來越高，地下室也越來越深。而該樁型施工樁長(zhǎng)受塔高的限制，且施工空樁的能力完全取決于土的自穩(wěn)能力。這在某種程度上限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用，如果設(shè)備在這兩方面加以設(shè)計(jì)和改進(jìn)，SDS技術(shù)的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。

[1] DBJ 41/T 132—2014，雙向螺旋擠土灌注樁技術(shù)規(guī)程[S].

[2] 編寫組.建筑施工手冊(cè)(第四版)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[3] 王功勛.CFG樁施工常見問題及處理措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012，(13).

[4] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[5] 李江.回填碾壓地基的CFG樁加固工程[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2014，41(1):82 －84.

[6] 宋鴻，歐陽(yáng)繼勝.鉆孔壓漿樁基礎(chǔ)質(zhì)量事故處理實(shí)踐[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2013，40(8):50 －53.

[7] 許厚材.復(fù)雜地質(zhì)條件下基坑支護(hù)灌注樁施工技術(shù)[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2012，39(11):54 －57.

[8] 李志毅，劉鐘，趙琰飛，等.新型螺旋擠土灌注樁現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30(2).