前言
双向螺旋挤土灌注桩（SDS桩）是通过对专用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。已于欧、美、日、澳等地的工程建设中被大量采用，项目涵盖了住宅楼宇、公共建筑、大型工厂和高速公路等基建领域，现已初步在铁路工程上面应用，预测将来会在铁路工程上广泛使用。
功法特点
技术优势：施工高效，成桩质量可控、可靠；桩侧和桩尖土体挤扩；桩间土体挤密效应；承载力高，沉降量小。
成本优势：单方混凝土承载力高；完全不排土；成桩功效高；节省混凝土用量，降低造价和保障工期。
环保优势：无泥浆污染，渣土外运和建筑扬尘；无需弃土场地；成桩无噪声，无振动；节约混凝土原材料。
适用范围
SDS桩地层适应性强，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须进行分析论证，并采取必要的辅助措施。
SDS桩属于挤土桩，对于经基桩挤土施工后黄土的湿陷性、膨胀土的胀缩性等的评价应按相应规范执行。对于厚层饱和软黏土、淤泥、淤泥质土和泥炭质土地层，应慎用或采用相应技术措施后再使用。根据国内外设备制造能力和实际工程经验，双向螺旋挤土灌注桩的桩径适用范围为350～800mm，且常用于400～600mm中等桩径的工程中。
工法施工工艺
施工过程
SDS桩施工采用长螺旋钻机施工。钻机就位后，启动马达，螺旋钻杆钻入地下，在钻进过程中用线锤检查钻杆垂直度，钻孔过程做好记录，进入持力层时记录钻压电流值。钻至设计标高后，开始泵压混合料，混合料下到孔底后开始均匀提钻。根据泵入混合料量控制提钻速度，保证钻头矛尖始终埋在混合料中，以防断桩。当现场混合料出现问题时，按下联动开关按钮，钻机立即停止提钻。
施工放线
路基施工区域范围内场地开挖平整至设计桩顶标高，采用22T压路机进行碾压密实，场地内横向设置人字坡，坡度2%～4%，边沟设计位置开挖临时排水沟，便于排水。施工前按照桩位平面布置图进行桩位放样，桩位中心点用木棍插入地下，并用白灰明示，桩位偏差小于50mm。在两侧桩基范围外适当位置，设置护桩，以便于施工过程中复核和恢复桩位。
桩机就位
做好钻机定位，要求钻机安放保持水平，通过驾驶室内横向和纵向水平尺调节钻杆垂直度，同时钻杆顶部横、纵向安装线锤进行校核，确保钻杆保持竖直，其垂直度不得大于1.0%，钻头对准孔位中心，允许偏差在50mm以内，钻杆与钻孔方向一致。
成孔
长螺旋钻机成孔，一般先慢后快，避免形成螺旋孔，试桩钻进速率按3～4min/米控制，在施工时做好孔深，成孔至设计深度，确保桩端进入持力层满足设计要求，垂直偏差小于1%。
根据地层情况，合理选择和调整钻进参数，并可通过电流表来控制进尺速度，电流值增大，说明孔内阻力增大，应低钻进速度；
开始钻进及穿过软硬土层交界处时，应缓慢进尺，保持钻具垂直；钻进含有砖头瓦块砾石的土层时，应控制钻杆跳动与机架摇晃；在核查勘察报告的地层后，确定好需要提前引孔的桩位，还应提前、及时做好引孔工作；
钻进中遇蹩车，不进尺或钻进缓慢时，应停机检查，找出原因，采取措施，避免盲目钻进，导致桩孔严重倾斜甚至卡钻、折断钻具等恶性孔内事故；
遇孔内严重倾斜、卡钻或其他异常情况时，立即起钻，采取相应的技术措施；
钻至设计深度后，应使钻具在孔内空转数圈挤密孔底虚土，然后停钻。
桩长控制
以螺旋管初节法兰盘为起点，在钻塔上每隔1米用红油漆做标记，红油漆的中间用白色油漆标记半米位置，根据动力头位置相对的钻塔标记控制桩长（在设计桩长位置绑上红布条）。
砼泵送及拔管
钻至设计孔深后，应提钻20～30cm，然后输送混凝土，中心管内的混凝土利用其冲击力将钻尖活门打开，同时混凝土充满中心管，观察中心管顶部泄气阀是否泄气，若满足条件，则可提升，提升速度控制在1m/min以内，若无混凝土输入时，后盘应及时提示，停止提升。灌注混凝土至桩顶时，严格控制桩顶标高，采用人工振捣，以保证桩顶混凝土质量均符合设计要求。当泵送过程中出现堵管及其它情况时应及时处理，采取有效措施，（拆管或提升钻杆，重新钻进，灌注），确保成桩质量。
试块制作与养护
桩基施工现场应按要求由试验员取样做混凝土试块，试块规格为150×150×150mm，每台班2组标养试块，制作时混凝土分2层装入，每层厚度大致相当，用端部磨圆的φ16的钢筋沿螺旋方向从边部向中心移动，垂直捣实。插捣约25次，表面用抹刀抹光，静置在20±3℃，湿度≥90%的环境中，试块表面用塑料薄膜覆盖，48小时拆模，拆模后标明桩号、日期，养护日期≥28天后，送检。
移机
移机前对下一根桩的桩位进行清理辨识，确保桩位的准确性。必要时，移机后清洗钻杆和钻头。
SDS桩施工质量通病及控制措施
堵管
SDS桩成桩期间，砼阻塞于输料管或钻杆芯管等部位，砼不能延输送管道运动，称为堵管。发生堵管的原因主要有：
砼泵送量与提钻速度不协调，当提钻速度小于砼泵送量时，造成钻杆内和输送管路上砼输送压力增大，使砼发生泌水离析，导致砼挤压密实而堵管。
处理措施：a：调节泵车泵送速率或调节提钻速度，使混凝土保持在地面上2.0米左右；b：保持透气孔的畅通，能直观的观测砼在钻杆内的高度，严禁盲目的泵送砼。
管道接口处密封不严漏水、漏浆，从而使砼失水、失浆而使输送助力增大，导致堵管。
处理措施：a：施工前，仔细检查每根铁管和软管的表观特征，发现铁管有破损或软管内有漏筋现象应严禁使用。b：在施工过程中要经常检查管道连接处的密封情况，发现问题及时解决。
钻杆在下行过程中软管活动空间小，导致软管弯折，管道不畅通而堵管。
处理措施：a：施工前，在上下活动部分的软管接头处涂上黄油，导管在下行过程中接头处能旋转。b：施工过程中，把头人员应认真细致观察，发现有弯折现象应及时解决。
钻头阀门设计不合理或类型选择不当，主要有钻头处阀门密封不严，钻头阀门的长度和开启角度设计不合理，阀门不能打开到正常位置，或漏水漏砂导致堵管。
处理措施：a：施工前，应检查钻头阀门与钻杆的密封性、灵活性和阀门的开启角度的合理性。必要时经行打磨处理和焊上限位钢筋。b：施工时，在钻门和钻杆处垫塑料袋保证钻杆的密封性，下钻之前将钻头门处的土清理干净，保证阀门的灵活性和开启角度。
砼的和易性、塌落度、骨料大小含量、等待时间过长导致混凝土的流动性和可泵性存在差异导致堵管。
处理措施：a：根据成桩速度计算砼用量，尽量采用少量多次的方式供应砼，在规定时间内用完砼。b：砼的塌落度应控制在180~220之间，塌落度过大、过小都不宜使用，必要时应增加外加剂调节砼的塌落度。c：控制粗骨料的最大直径，最大骨料直径不宜大于输送管道直径的0.3倍，建议砼的最大粒径不大于3.0cm。
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窜孔
在饱和粉土、软塑至流塑状粉质粘土、稍密的粉细砂层中容易出现窜孔现象：在施工完一根桩后，在邻近施工另一根桩的过程中，随着钻具的钻进，已施工完的桩顶突然出现下沉而随着新打桩灌注砼的过程中下沉桩又有所回升的现象。窜孔可能形成的原因：
饱和粉土和粉细砂在桩机施工过程中产生液化现象，或流塑状粉质粘土自稳性不够，土体往正在施工的桩孔内流动。b：钻具在提升过程中，由于提拔的吸力，导致孔内出现短暂的真空状态，在大气压的作用下土体往正在施工的桩孔内流动。
施工时的控制措施：a：增大施工桩间距，进行跳打，减少对桩间土的扰动；b：检查排气孔的情况，保持排气孔的贯通，减少真空抽吸现象。c：施工过程中，关注邻近孔的情况发现有下沉情况应停止提钻连续泵送砼至下沉桩顶标高恢复到设计高度。如不能恢复到设计标高则需要回钻补料，补料时应将钻头上土清洗干净钻头没入混凝土面不小于1.5米。
桩身上部夹泥或有气泡
SDS成桩后在保护桩头和保护桩头下出现夹泥、混凝土不密实有气泡的情况。夹泥或混凝土不密实可能形成的原因：
在桩身上部钻头提升过快，泵送砼没有跟上孔壁周围的土混入砼中。
排气孔堵塞，输送管道中的空气排出不畅，混入砼中不能及时排出。
最后两米时钻管内砼多而停止泵送，让混凝土在重力下成桩而没有震动压实。
施工时的控制措施：a：调整提钻速度，在桩头5米范围内，保持钻管内混凝土在桩身混凝土面100cm至200cm范围内，利用砼自上而下的动能震实桩身内砼，迫使砼中气体溢出。b：检查排气孔畅通情况，发现情况及时处理。c：对于素桩，有必要时需采用震动棒将桩头5米范围内震实。
断桩、缩颈和扩径
SDS桩在成桩后桩身砼出现部分缺失、直径变小或扩大的情况。在软塑至流塑状粉质粘土、饱和粉土中容易形成断桩和扩径，在可塑至硬塑状粉质粘土中容易缩径。断桩、扩径的可能原因：
饱和粉土在桩机施工过程中产生液化现象，或流塑状粉质粘土自稳性不够。土体朝软弱处移动（土体和已灌注的砼移向邻近正成孔的桩孔内形成断桩或在砼的自重压力及冲击动能的作用下，产生向外的挤压力，当挤压力大于土体的约束力的情况下形成扩径。
桩身范围内的土体在钻头的挤压下向桩间土扩散，当桩间土侧向压缩模量较大时土体在压力撤销后土体回弹量就大，或孔隙中的水在挤压过程中不能及时排出（如可塑至硬塑状粉质粘土、粘土中渗透性较差）在挤压过程中形成较大的孔隙水压力，挤压力撤销后，在孔隙水压力的作用下土体回弹，且回弹量较大。
施工时的控制措施：a：施工时进行跳打，减少对桩间土的扰动作用，增加孔隙水压力消散的时间。b：增加钻进速度，减缓提钻速度，使灌注更加充分。c：增加钻头直径，抵消回弹量。d：在挤扩钻头上接同直径的螺杆钻杆，在提升过程中带走因回弹产生的土体。
安全措施
操作人员应经过专门培训，熟悉所操作打桩机的性能、构造、使用和维护保养方法。
桩机所配置的动力装置、卷扬机、液压装置和电气装置等均应按其使用说明书操作。
作业前，应对工作现场的周围环境、建筑物和地质条件等情况进行全面了解。
桩机的组装、试车、拆卸均应按桩机说明说规定的程序进行。
钢丝绳应选用与钢丝绳直径相应的楔形接头、压板、绳夹、压制接头或编插等固定。钢丝绳采用编插固接时，编插部分的长度不应小于钢丝绳直径的20倍，并不应小于300mm，其编插部分应用细钢丝捆扎。当采用绳夹固接时，绳夹数量不应少于3个。
遇五级以上大风或大雨、大雪和大雾等恶劣天气时，应停止作业。当风力大于七级时，应将桩机迎风向停置，放下动力头，并增设防风缆绳，必要时应将桩架放倒。桩机应有防雷措施，遇雷电时人员应远离桩机。
桩机运转时，无关人员不准许进入现场。
应用实例
工程概况
新建武汉至十堰铁路孝感至十堰段站前工程路基填筑段DK236+884.92～DK238+894.92，长2009.10m。前接小董岗跨G70汉十高速特大桥，后接滚河特大桥。设计类型属松软土路基。地貌属垄岗地貌，地形略有起伏，自然坡度1°～2°，绝对标高85.7～95.67m，相对高差约0～9.97m，该段植被发育一般，多辟为农田、村舍、道路、荒地等，交通较为便利。
地层岩性
本工程地貌属垄岗地貌，全线岩土层表层主要为第四系人工堆积层第四系冲洪基层，由黏土、粉质黏土、砂和砾土等组成；下伏地层为白垩系第三系泥质砂岩及粉砂岩组成。
设计情况
DK236+884.92～DK238+894.02段路基地基采用双向螺旋灌注桩（SDS桩）加固，正方形布置，其中DK236+904.92~DK238+874.02段桩间距2.0m，DK236+884.92~+904.92、DK238+874.02+894.02段间距1.8m，桩径均为500mm，桩长8.0~16.5m。
施工情况
本工程施工时间为2016年6月至2016年10月，施工采用4台长螺杆钻机，混凝土来源为砼集中拌和站。
成桩质量检测
桩身检测随着桩基的施工进度逐段进行，桩的强度满足要求，并由第三方进行检测桩身的完整性和单桩承载力，整体桩身完整性良好，单桩承载力满足设计要求。
工艺参数总结
根据本工程的施工设备及人员配置、施工过程的数据分析及成桩检测结果，总结在各种地层情况下，选用JZU-180型液压步履式螺旋钻孔机施工，HBT6016110SD输送泵配合时，可选用以下参数进行施工。
钻进速度控制。粉质黏土层：3m～3.5min/m，圆砾土、泥岩层：3.5～4.0min/m。
地质情况：经过钻渣查验，现场地质情况与地质报告相符。
终孔标准：以终孔电流值以150～180A之间为钻入持力层作为主控项目，以桩长作为校核。
灌注混凝土拔管速度。泵压控制为5MPa，以1m～2.5m/min的速度拔管，根据泵送管道长度及混凝土和易性等适当调整。
混凝土罐车配备：根据现场情况，每台机械配备2台罐车能够满足施工要求。
灌注标高：混凝土灌注至桩顶，桩顶采用人工振捣密实抹平，可满足桩顶密实度要求。
工程完成情况
DK236+884.92～DK238+894.02段地基全部采用本工法施工，2016年6月开始到2016年10月已经大面积成桩，经第三方技术检测人员对SDS桩验证评判，现已成桩全部为Ⅰ类桩，单桩承载力满足要求。
参考文献：
[1] 《双向螺旋挤土灌注桩技术规程》，DBJ41/T132-2014，河南科学出版社，2014.
[2] 《新建武汉至十堰铁路孝感至十堰段站前工程双向螺旋挤土灌注桩（SDS桩）地基加固处理专项施工方案》，中铁四院集团岩土工程有限责任公司，2016.
[3] 《铁路工程基桩检测技术规程》，TB10218-2008，中国铁道出版社，2009.
[4] 《螺旋挤土灌注桩（SDS桩）新技术》，中国国际桩与深基础峰会，2011.
[5] 《新型螺旋挤土桩（SDSP）技术》，东南大学出版社，2008.
[6] 《铁路混凝土工程施工质量验收标准》，TB10424-2010，中国铁道出版社，2015.
论文作者:朱斌
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/3/22
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