挤土桩研究现状

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摘 要：随着城镇化的不断发展，对于桩基工程提出了越来越高的要求。挤土桩凭借其无振动、噪声小、污染少、施工速度快、质量可靠、经济实惠、承载力高以及成桩质量有很好的保证等优点而得到广大工程建设者的青睐，并投入了广泛的使用。该文概述了挤土桩的理论研究价值及工程意义，结合国内外研究现状，并针对静压桩、螺旋灌注桩和螺旋挤土桩的特点进行阐述与比较，综合对比室内试验和数值模拟实验，认为螺旋挤土桩施工简便、经济划算与环境友好，有着广阔的发展前景。

关键词：螺旋挤土灌注桩 静压桩 沉管灌注桩

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0075-01

20世纪80年代中后期随着我国改革开放和城市化进程的不断发展，对于桩基工程提出了越来越高的要求。既要注重工程造价，又要注意可持续发展缓解日益恶化的环境问题，同时也要杜绝工程引起的次生灾害。因此挤土桩凭借其无振动、噪声小、污染少、施工速度快、质量可靠、经济实惠、承载力高以及成桩质量有很好的保证等优点而得到广大工程建设者的青睐，并投入了广泛的使用。

螺旋挤土灌注桩（soil displacement screw pile），简称 SDS 桩）属于完全挤土型桩，该技术通过SDS桩钻机施加扭矩及竖向力，使特制的短螺旋挤扩钻头在下旋钻孔过程中将桩孔中的土体完全挤入桩周，并向挤扩后的桩孔中压灌混凝土，最终形成圆柱形桩。与完全挤土型预制桩相比，SDS 桩施工工艺不同，具有无噪音、无振动、适应地层范围广等特征；与长螺旋灌注桩相比，SDS桩无泥浆污染、渣土运输及弃土场地等不良环保及浪费资源问题。由于SDS桩具有技术、环保、成本方面的优势，在国际桩基工程领域，SDS桩占据着重要的地位，该桩型的工程应用领域广泛，使用量大。

虽然SDS桩在国外工程界已经得到推广应用，但无论在国外或是国内，SDS桩的理论研究都远远落后于工程实践。该文总结了挤土桩国内外研究现状，分别阐述了静压桩、螺旋灌注桩和螺旋挤土桩的理论研究价值及工程意义。

1 国内外研究现状

1.1 静压桩研究现状

静压桩作为一种典型的挤土桩，其桩体在自重和静压力的作用下逐渐被压入地基。压桩时将排开相应体积的土体，由于土体瞬间的不可压缩性，桩周土体产生水平及垂直位移。张明义（2002）[2]对静压桩进行了隔时复压试验和静载试验分析发现静压桩的极限承载力随时间 呈双曲线增长。林本海（2004）[1]通过对241根桩的试验检测资料，研究分析了静压桩施工终压力和极限承载力的区别和关系。并认为短桩的极限承载力将小于压桩的终压力，而长桩的极限承载力将大于终压力。同时又提出了静压桩适用的承载力估算的经验公式。陈文（1999）[2]在分析饱和粘土中静压桩的贯入机理的基础上，对静压桩沉桩分析的圆孔扩张理论、应变路径法、有限元分析、滑移线理论和模型槽试验等五种方法进行分析，并提出在传统的平面圆孔扩张理论基础上加以改进，采用准静态空间轴对称方程组对静压桩贯入过程进行模拟，从而得出土移、应力、初始超孔压的空间解析解。周火（2009）[3]通过饱和软黏土中足尺静压桩挤土效应试验，发现桩端以上的桩周土体内某点的超孔压增量最大值发生在桩端到达该点水平面时，而当桩端经过该水平面一定深度时超孔压才达到最大值，并且在同一水平面上的超孔压沿径向具有滞后性。

1.2 沉管灌注桩研究现状

普通的沉管灌注桩早在20世纪二十年代就已经出现，60年代引进我国。其具有造价低、工期短、设备和施工工艺简单的优点。80年代后沉管灌注桩逐渐演变，例如夯扩沉管灌注桩，简称夯扩桩，又有中小城市广泛使用预应力管桩。90年代后欧洲国家为了解决降噪和污染问题，逐渐由锤击法向螺旋钻孔法发展。也即是螺旋挤土桩的雏形。刘文华（2008）[4]归纳汇总了沉管灌注桩水平承载力各种设计计算方法，结合沉管灌注桩原位水平承载实验得出了桩受水平荷载作用规律，应用当前流行的几种线弹性地基反力法对桩的水平承载特性进行理论计算。卓建华（2003）[5]研究了由于管桩内壁与土芯间的摩阻力作用，产生封闭效应，形成“土塞”对桩端阻力的影响。认为土塞效应与挤土效应同时存在，提高了桩侧阻力。

1.3 螺旋挤土桩研究现状

螺旋挤扩桩作为典型的挤土桩类型。其利用特制的螺旋钻头将桩孔中的土体挤入桩周和桩下土体之中，并在挤扩成的桩孔中进行混凝土压灌成桩，最终形成圆柱形的挤扩桩。我国岩土工程界在螺旋挤土桩的研究起步较晚。A.shraf Ghalyf （1991）[6]对预制螺旋锚桩的成桩过程进行了试验和理论研究。通过对五种不同几何形状的锚桩进行试验研究螺旋几何形状对螺旋锚桩成桩性状的影响。试验研究成桩扭矩，土表变形，和土中应力发展。同时发展了螺旋锚桩成桩计算模型，可预测成桩时所需的扭矩和竖向压力。M.J.Kenny，等（2003）[7]对长螺旋灌注桩（CFA）成孔过程进行了试验研究。研究发现长螺旋可以以较广范围的扭矩进行掘进，降低钻头的掘进比率可避免对土的扰动。吴敏等（2002）[8]和彭桂皎等（2005）[9]在吸收长螺旋钻孔灌注桩工法（即CFA工法）、日本的钢纤维全螺纹砼预制桩工法，以及德国Pfleiderer Verkehrstechnik GmbH&Co.公司的半螺纹中空预应力砼预制桩（即Europile）工法基础上，开发了灌注螺纹桩和半螺丝桩技术，并投入工程应用。

2 结语

该文主要从挤土桩成桩过程中对周围土体的初始组构造成的影响为切入点，分析研究挤土桩成桩过程中的宏细观机理。因此对挤土桩成桩宏细观机理、承载特性的研究不但有利于提高理论上的认识，充分发挥出挤土桩的优势，而且对于估计挤土桩的施工影响和指导设计更具有现实意义。同时也能针对挤土桩施工中伴随的次生危害提出防治措施。

参考文献

[1] 林本海，王离.静压桩承载性能的分析研究[J].建筑结构学报，2004，25（3）：120-124.

[2] 陈文，施建勇，龚友平，等.饱和粘土中静压桩沉桩机理及挤土效应研究综述[J].水利水电科技进展，1999，19（3）：38-41.

[3] 周火，施建勇.饱和软黏土中足尺静压桩挤土效应试验研究[J].岩土力学， 2009，30（11）：3291-3296

[4] 刘文华.沉管灌注桩水平承载特性试验分析及计算方法研究[D].沈阳：东北大学， 2008.

[5] 卓建华.软土中管桩、沉管桩、钻孔桩承载力的分析[D].杭州：浙江大学，2003.

[6] A.shraf Ghaly.Adel Hanna.Ghaly. Experimental and Theoretical Studies on Installation Torque of Screw Anchors[J].Canadian Geotechnical Journa，1 991，28（3）：353-364.

[7] Kenny，M.J.Guasti，S.，ZsaL P.Continuous flight auger boring in sandy soils[C].BGA International Conference on Foundations，Innovations， Observations， Design and Practice，2003：433-441.

[8] 吴敏，李波杨.全螺旋灌注桩一螺纹桩竖向承载力初探[J].武汉大学学报：工学版，2002（10）：109-112.

[9] 彭桂皎，虞锋，徐学军，等.螺杆桩新技术及其应用[J].地基处理，2005（16）：25-31.