摘 要：短螺旋擠土灌注樁（簡稱SDS樁）亦稱雙向螺旋擠土灌注樁或雙向螺旋擠擴樁，是采用大扭矩鉆機將螺旋鉆具強力旋入土層并將孔內(nèi)土體壓入孔壁以大幅度提高樁基承載力的一種新型樁基技術(shù)。本文首先從設(shè)備結(jié)構(gòu)來說明其成樁機理，再從技術(shù)、成樁機理、造價、環(huán)保、適用范圍等方面與傳統(tǒng)工藝相比來佐證短螺旋擠土灌注樁的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，最后簡述了在寧夏地區(qū)的應(yīng)用現(xiàn)狀、存在的問題及發(fā)展前景。

關(guān)健詞：短螺旋擠土灌注樁；成樁機理；優(yōu)勢；寧夏地區(qū)應(yīng)用

1.前言

隨著國家綜合國力的提高，基本建設(shè)工程發(fā)展迅速，節(jié)能環(huán)保要求隨之提高，以往常用的基礎(chǔ)施工中的鉆孔灌注樁和CFG樁等復(fù)合地基處理方法存在混凝土的浪費及泥漿嚴重泥漿污染等缺陷。短螺旋擠土灌注樁（簡稱SDS樁）是一項環(huán)保節(jié)能的先進樁基技術(shù)，比傳統(tǒng)工藝施工的灌注樁在承載力方面有大幅度提高、能夠降低工程造價、節(jié)約工程材料、縮短施工工期、減少了環(huán)境污染，經(jīng)濟效益顯著。由于SDS樁基技術(shù)施工不排土，減少了環(huán)境污染，促進了節(jié)能減排與環(huán)境保護、社會效益突出，符合國際可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。近幾年已經(jīng)在全國十幾個省市自治區(qū)推廣應(yīng)用，并在高層和超高層建筑中成功運用，多項技術(shù)難題在樁基施工中得到解決，取得了社會各界的充分認可及一致好評。

基于上述優(yōu)點近年來SDS樁在寧夏地區(qū)也得到應(yīng)用，但由于該方法在當(dāng)?shù)貞?yīng)用時間短，工程實例也相對偏少，地方標準也于2018年4月才實施，有許多需要改進和完善的方面。

2.成樁機理

SDS樁是一種新型樁，是長螺旋鉆孔灌注樁和日本鋼纖維全螺紋預(yù)制樁相結(jié)合發(fā)展而成。它的主要原理是根據(jù)螺絲釘鉆木擠密效果，主要技術(shù)特征是采用正反向螺旋封閉劑擴鉆頭，鉆孔中的土體通過工程鉆機的扭矩和垂直壓力被完全擠入鉆孔周圍。在灌注混凝土之后，形成圓柱形鉆孔灌注樁，并且達到擠密鉆孔周圍土體的效果。樁的幾何形狀更貼合于附加應(yīng)力場的分布規(guī)律。樁體截面不斷變化的結(jié)構(gòu)形狀滿足附加應(yīng)力分布規(guī)律和應(yīng)力分擔(dān)比和剛度變化的要求，并調(diào)整土與樁之間的應(yīng)力關(guān)系。樁側(cè)土的應(yīng)力分布比和應(yīng)力擴散程度得到改善，樁端荷載減小。正是由于這種特殊的技術(shù)手段，實現(xiàn)了樁周土體的物理壓實效果，從而提高了樁周圍土體應(yīng)力及抗剪強度。最終從宏觀的角度來看，樁的側(cè)摩阻力，極大承載力大大提高和基樁變形性能改善，從而體現(xiàn)出巨大的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。

3.與其它傳統(tǒng)樁型相比主要優(yōu)勢

經(jīng)大量工程實踐表明，與傳統(tǒng)成樁工藝相比，SDS樁具有以下幾個方面的顯著優(yōu)勢：

3.1技術(shù)優(yōu)勢

與以往的成樁設(shè)備相比SDS樁的成樁設(shè)備在多項技術(shù)上進行改進并且具備多項技術(shù)專利，成樁設(shè)備的動力也大幅度提高，高強度的扭矩和強大的動力確保了SDS樁的擠土能力，鉆頭進尺能力和入巖能力進一步提高。并且采用了數(shù)控模式、高度自動化的專用樁工進行打樁作業(yè)，成樁參數(shù)自動控制，樁周土體受壓擠密，因此表現(xiàn)出成樁功效高、質(zhì)量可控可靠、單樁承載力高、沉降量小的顯著優(yōu)勢，且不受地下水的影響。

3.2成樁機理優(yōu)勢

目前在寧夏地區(qū)應(yīng)用較多的非擠土樁主要有長螺旋灌注樁和泥漿護壁鉆孔灌注樁，擠土樁有靜壓預(yù)制樁和沉管灌注樁等。

針對SDS樁與非擠土樁進行比較：SDS樁在長螺旋灌注樁的基礎(chǔ)上通過改善鉆頭，減少土體出孔量，將鉆孔中的土體全部擠入鉆孔周圍的土體中，進而減少混凝土用量，并使樁側(cè)摩阻力大幅度提高；與泥漿護壁鉆孔灌注樁相比，不僅可以提高承載力，而且在遇到砂層和軟土層時節(jié)省了泥漿護壁這一環(huán)節(jié)，在完成鉆孔提升鉆頭的同時，混凝土通過心管泵入成孔中成樁，沒有了泥漿護壁形成的泥皮，將樁身側(cè)摩阻力負面影響降到最低。將鉆孔中的土體全部擠入鉆孔周圍的土體中，進而減少混凝土用量，并使樁側(cè)摩阻力大幅度提高。

SDS樁與沉管灌注樁和靜壓預(yù)制樁相比，三者均為擠土樁，但樁的形成機制存在明顯差異。SDS樁利用鉆頭的旋轉(zhuǎn)破壞未受擾動的土，受擾動的土被正旋葉片傳送至擴大頭和反旋葉片處，將土擠密到周圍，達到設(shè)計深度后緩慢提升鉆頭注入混凝土成樁。在正螺旋葉片的影響范圍內(nèi)，強度低的、孔隙比大的土體會被擠壓的更加密實，反之亦然。沉管灌注樁采用柴油錘或靜壓法，將護筒套管送入到設(shè)計深度注入混凝土成樁。靜壓預(yù)制樁是利用設(shè)備在樁本身中施加的垂直向下的壓力，樁頭穿過未受擾動的土，將預(yù)制樁壓到設(shè)計深度形成樁。

雖然沉管灌注樁的施工速度比SDS樁快，但因其在施工過程中易使飽和砂土、粉土液化，破壞周圍土體的應(yīng)力分布。樁長受到地層土的類別及設(shè)備本身等多方面因素的影響。樁長均控制在15米以內(nèi)，并且施工噪聲大，目前城區(qū)基本禁止使用。

靜壓預(yù)制樁與SDS樁相比的優(yōu)點是不會出現(xiàn)鉆孔縮徑、擴徑、夾泥等樁身缺陷，樁身質(zhì)量易于控制和預(yù)測，但樁身長度主要取決于地層變化，無法得到很好的控制。在材料的使用方面易造成浪費。如果樁長超過十米，需進行接樁等環(huán)節(jié)，在經(jīng)歷較長時間后，焊接部分容易腐蝕和破裂，給上部結(jié)構(gòu)帶來安全隱患。但是 SDS樁技術(shù)便可以通過調(diào)整正旋轉(zhuǎn)葉片的長度，以適應(yīng)不同地層將土體擠密，且樁長易于控制。

3.3造價優(yōu)勢

SDS樁從三個環(huán)節(jié)降低工程成本：①該型樁單樁承載力高，所以針對主體工程單位建筑面積所需的樁基工程量小，混凝土損失少利用率高，相比于直徑450mm的鉆孔灌注樁，直徑為400mm的SDS樁承載力一致甚至更高，從而節(jié)省材料降低成本，因此工程造價相對較低。②打樁過程中樁孔土被擠入側(cè)壁，無土體外排，因此省去傳統(tǒng)工藝將鉆孔中的土外部運輸成本。③成樁過程中鉆進連續(xù)，且可根據(jù)巖土層軟硬程度的變化調(diào)節(jié)鉆進速度，在粉土、黏性土、砂土中鉆進速度是鉆孔灌注樁的5-10倍、大大節(jié)約了現(xiàn)場的時間成本、機械成本、管理成本。綜合而言，SDS樁與其它樁型（旋挖樁、沖孔樁、鉆孔樁、CFG樁）相比總直接成本可降低10-15%。

3.4環(huán)保優(yōu)勢

①機械作業(yè)過程中噪音低、振動??；②現(xiàn)場較干凈無污泥污染，場外無廢土外運和建筑揚塵；③無需棄土場地；④混凝土和鋼筋用量大幅度減少。

3.5適用范圍廣、適用能力強

①SDS樁可適用于工業(yè)與民用建筑、公路、鐵路等各類建筑的樁基工程和復(fù)合地基處理工程及深基坑支護工程。

②適用于標準貫入試驗擊數(shù)N<60；靜力觸探錐頭阻力qc<20MPa的素填土、粉質(zhì)黏土、粉土、砂土、砂礫土、黃土、殘積土和強風(fēng)化巖層。

③樁徑范圍：350-800mm。

④單樁承載力特征值范圍值：800-3500KN。

4.在寧夏地區(qū)的應(yīng)用

寧夏回族自治區(qū)位于我國大西北，地貌單元主要有①黃河沖積平原（位于黃河兩岸，主要是西岸，以青銅峽口為界，以南為衛(wèi)寧平原，以北為銀川平原）；②黃土高原區(qū)（位于寧夏南部同心縣以南地區(qū)）；③風(fēng)沙侵蝕的靈鹽臺地區(qū)（位于黃土高原以北、銀川平原以東，即靈武市東部和鹽池縣北部的廣大地區(qū)，為鄂爾多斯高原的一部分）。

SDS樁技術(shù)在2017年才被引入寧夏，目前在寧夏地區(qū)施工的項目主要有靈武市人民醫(yī)院改擴建項目、寧夏路豐建材市場西側(cè)用地項目、靈武市老年養(yǎng)護院建設(shè)項目、寧夏云威新能源汽車有限公司新建廠房項目等，上述工程項目均已順利完成，各項指標均滿足設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求，并通過驗收。

經(jīng)向建設(shè)單位及參建有關(guān)部門回訪：

靈武市人民醫(yī)院改擴建項目，勘察文件中建議采用鉆孔灌注樁或SDS樁基礎(chǔ)方案，經(jīng)設(shè)計單位進行經(jīng)濟技術(shù)比選，最終采用SDS樁基礎(chǔ)方案。為建設(shè)單位節(jié)省投資約15%。

寧夏路豐建材市場西側(cè)用地項目，勘察文件中建議采用CFG復(fù)合地基基礎(chǔ)方案或SDS樁基礎(chǔ)方案，經(jīng)設(shè)計單位進行經(jīng)濟技術(shù)比選，最終采用SDS樁基礎(chǔ)方案。為建設(shè)單位節(jié)省投資約11%。

SDS樁技術(shù)在寧夏地區(qū)的應(yīng)用僅僅處于起步階段，2-3年的時間，卻取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。此項技術(shù)正逐步被當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)單位和設(shè)計單位的接受。但也存在一些不足；①在當(dāng)?shù)毓こ虒嵗驮囼灁?shù)據(jù)偏少，且僅有的工程實例也僅局限于銀川平原地區(qū)，地方標準的制定也主要依據(jù)省外的試驗數(shù)據(jù)和工程實例；②施工中也遇到一些問題，如堵管、竄孔、樁身上部夾泥或有氣泡、斷樁、縮徑、擴徑等情況，出現(xiàn)上述問題主要原因是目前還沒有制定出這種方法的施工規(guī)范，多數(shù)設(shè)計、監(jiān)理和業(yè)主也都不熟悉這種方法，施工單位施工時無相關(guān)技術(shù)規(guī)范參考只能依據(jù)以往的經(jīng)驗進行施工，造成各單位的技術(shù)水平又參差不齊；③樁基礎(chǔ)在現(xiàn)代建筑中的使用越來越頻繁，地位越來越高，當(dāng)然對樁基礎(chǔ)的要求也越來越嚴格。地下室由以往的地下一層發(fā)展到現(xiàn)在的地下多層，由于SDS樁在施工時塔高限制了樁長，且施工時無泥漿護壁，空樁的能力完全取決于土的自穩(wěn)能力，在某種程度上講限制了SDS樁在我國多地區(qū)的推廣和應(yīng)用，如果設(shè)備在這兩方面加以設(shè)計和改進，SDS樁技術(shù)的應(yīng)用會更加廣泛。

5.結(jié)束語

SDS樁技術(shù)是一項國際領(lǐng)先，國內(nèi)一流的樁基礎(chǔ)施工技術(shù)，具有單樁承載力高、施工速度快、污染小、造價低、應(yīng)用廣泛、不受地下水影響等優(yōu)點，是建設(shè)部重點推廣項目，近年來已在全國多個省市自治區(qū)推廣應(yīng)用，但作為一種新型的施工技術(shù)，也有其需要改進和不斷完善的地方，尤其該項技術(shù)在寧夏地區(qū)的應(yīng)用才剛剛起步，相信隨著該項技術(shù)在寧夏地區(qū)的廣泛推廣和應(yīng)用，試驗研究不斷深入、工程實例不斷增多、施工經(jīng)驗不斷積累、技術(shù)標準日益完善，在寧夏地區(qū)會有良好的發(fā)展空間。

參考文獻

[1] DB64/T1538-2018，短螺旋擠土灌注樁技術(shù)標準 [S].

[2] JGJ79-2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3]肖光慶、袁桂華，等.雙向螺旋擠土灌注樁（SDS）的技術(shù)優(yōu)勢與施工問題研究 [J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2015，42（3）：61-64.

[4]李志毅，劉鐘，等.新型螺旋螺擠土灌注樁現(xiàn)場試驗試驗研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2011，30（2）.

作者簡介：

張躍先（1964-），男，高級工程師、1988年畢業(yè)于桂林冶金地質(zhì)學(xué)院，1988年～2002年在吉林有色地質(zhì)勘察局從礦產(chǎn)勘察工作，2002年～2018年，在銀川市規(guī)劃建筑設(shè)計研究院有限公司從事巖土工程勘察工作，2018年～現(xiàn)在，在銀川市規(guī)劃建筑設(shè)計研究院有限公司審圖中心工作。