桩基础施工新技术专题讲座(二十一)

短螺旋挤土灌注桩成桩钻机设备

短螺旋挤土灌注桩成桩过程不要求钻机具备复杂的钻杆提升与旋转同步功能，所形成的挤土灌注桩呈圆柱形桩身，且桩身无螺纹。

施工短螺旋挤土灌注桩要求钻机设备具备三项基本性能：动力头能够提供足够大的扭矩；拉压卷扬能够提供足够大的下压力与提升力；主桅杆要有足够的长度。

在工程应用中，短螺旋挤土灌注桩施工钻机一般分为大、中、小3个档次，施工企业通常视工程情况，根据桩的设计直径、成桩深度、地层条件和施工工期参照附表选择适宜的钻机设备，即在满足施工需要的前提下达到节省成本的目的。

短螺旋挤土灌注桩的关键技术在于研发具有最优成孔扭矩的短螺旋挤扩钻头。目前，比利时、德国、意大利、英国、美国和澳大利亚等国家都拥有自己的短螺旋挤扩钻头专利技术。

短螺旋挤土灌注桩举例

Fundex桩  该桩由荷兰Fundex N.V公司研制开发，桩的成孔工艺类似用改锥拧螺丝钉的动作。其成桩原理如下：将下端设置有钢筋混凝土或铸铁或钢板焊制成的螺旋形钻头式桩尖的套管，用液压马达的动力将其拧入土中；在套管旋转过程中，在套管顶部施加轴向压力；将桩尖拧至设计标高，其后在套管内安放钢筋笼，灌注混凝土；当混凝土灌至桩顶，反向旋转套管，将桩尖留在桩端处，然后边拔套管边振动(或反插)，以捣实混凝土。

该桩最大直径为520 mm，最大桩长为30 m。

Atlas桩  该桩由瑞典研制开发，其基本原理为短螺旋钻成孔，成孔过程实施挤密孔壁，故属于不排土桩。在成孔过程中，螺旋钻动力头以大功率带动中空钻杆，将带有短螺旋的单向钻头旋入土中至要求深度。钻杆需传递成孔所要求的大扭矩和向下的压力。成孔后通过中空钻杆将钢筋笼插入，而后从中空钻杆顶部的漏斗中灌入混凝土。当混凝土灌满后，钻杆停转并拔出孔外，形成螺旋挤密灌注桩。

该桩成孔直径为360～560 mm，最大成桩深度为22 m。

螺旋钻孔带锥形钻头挤压成孔法  该成孔工艺由前苏联第聂伯罗彼得罗夫斯克建筑工程学院研制开发，简称为ДИCИ工法。该工法采用螺旋钻机钻孔，钻进时利用螺旋钻机产生的径向力带动锥形钻头连续地挤压孔壁土而不排土，使孔壁周围形成密实土层。成孔后可采用不同方法对地基进行深层加固或挤密。在对地基深层挤密时，用粒状松散材料填入孔内后成桩；而对地基深层加固时，用可凝固硬化材料(如混凝土等)填入孔内后成桩。

FDP桩(Full Displacement Pile)  该桩是由德国宝峨公司研制开发的。其成桩原理是借助大型钻机的扭矩和给进力把挤土钻具先钻入土层中，然后再灌注混凝土。FDP工法的关键技术是应用双向螺旋封闭挤扩钻头在成孔过程中对桩孔实施两次有效挤扩，将桩孔中土体全部挤入桩周土体。两次桩孔挤扩工艺的主要特征是：钻进(土体被起始处的螺旋钻头破碎，被螺旋叶片向上输送)；挤密(中空的锥形体可以对螺旋叶片输送上来的土体产生水平方向的挤压力)；稳定(圆柱形的挤土体用于稳定挤过的土体)；起拔过程中二次挤压(位于锥形挤土体上的反向螺旋叶片在起拔钻具的时候二次挤密疏松的土体)。

中国京冶双向螺旋挤土灌注桩(中国京冶SDS桩)

中国京冶工程技术有限公司开展了双向螺旋挤土灌注桩新技术研发工作。通过理论研究、模型试验、数值仿真、钻具与钻机研制及现场载荷试验，掌握了这种新型桩基的核心技术，并开发出具有自主知识产权的双向螺旋挤土灌注桩及其工法(Soil Displacement Screw Pile，简称SDS桩，其工法称为SDSP工法)。

国外螺旋挤土灌注桩施工钻机设备性能与基本技术参数表

中国京冶SDS桩三项关键技术

双向螺旋封闭挤扩钻头  该钻头从下至上由钻尖、下螺旋挤扩体、封闭挤扩体和动密封挤扩体4部分构成，能够满足双向螺旋挤土灌注桩的基本施工要求。

双向螺旋挤土桩施工钻机  中联重科研制的ZR200A型钻机采用大三角支撑和变幅设计，并安装拉压卷扬系统，额定功率213 kW，最大输出扭矩200 kN·m，最大下压力200 kN，最大起拔力600 kN，最大钻深24 m，整机质量68 000 kg，采用履带行走方式。该钻机可钻性判断指标建议为：标准贯入击数N＜30，静力触探比贯入阻力CPT＜10 MPa。

山东卓力桩机有限公司研制了多种型号的螺旋挤土灌注桩施工钻机(90型、120型和180型)，该钻机采用大三角支撑设计，装备索式拉压卷扬系统，配备2×55 kW和2×75 kW动力头，最大输出扭矩为250～350 kN·m，最大钻深33 m，整机质量80 000～120 000 kg，采用履带行走方式。该钻机可钻性判断指标建议为：标准贯入击数N＜35，静力触探比贯入阻力CPT＜15 MPa。

双向螺旋挤土桩施工工法(SDSP工法)  该工法与螺纹灌注桩和螺杆灌注桩(见本技术讲座第九讲)施工方法完全不同。在成桩过程中，SDSP新工法不要求施工钻机具备复杂的同步功能，该工法在钻头下旋钻进成孔与上旋提升灌注过程中，双向螺旋挤扩钻头保持单方向旋转，完全不排土，所形成的挤土灌注桩呈圆柱形，桩身无螺纹。

中国京冶SDS桩施工工艺

施工程序   SDS桩施工顺序见附图。

中国京冶SDS桩施工程序示意图

①钻机就位，钻头对准桩位，附图（a）。②启动钻机动力头和加压卷扬机，对钻杆和双向螺旋挤扩钻头施加顺时针方向的扭矩和竖向压力，将钻头下旋钻进成孔至设计深度，附图（b）。③通过钻机动力头和提升卷扬机，对钻杆和双向螺旋挤扩钻头施加顺时针方向的扭矩和竖向拉力，将钻头稳步上旋提升至地表，在此过程中启动混凝土泵，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以上，附图（c）。④通过震动器将钢筋笼振入SDS桩中，完成SDS桩施工，附图（d）和（e）。

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