工藝介紹

AM工法：全液壓可視可控旋挖擴底灌注樁（原始土挖掘）與

等徑樁的計算分析（針對于上海、天津地區的軟土地層）

樁基設計的最終目的是使樁基能滿(mǎn)足上部結構在承載力和容許變形方面的要求，工程實(shí)踐中通常遵循如下兩個(gè)途徑來(lái)考慮：一種為極限荷載分析―預測樁基（單樁、群樁或復合地基）的極限荷載量和適當的安全系數或抗力分項值以確定樁基豎向承載力設計值，并進(jìn)行沉降分析驗算樁在設計荷載下的沉降是否容許的；另一種為荷載―變形分析―在容許的樁的變形條件下分析樁基呈現的樁側摩阻力和樁端阻力所分擔的荷載。下面依據《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTJ024-85）及相關(guān)規范對擴底樁及等徑樁進(jìn)行計算。

（一）、樁基礎容許承載力計算：

1、對于擴底樁的設計，參照日本現行標準

1）樁尖進(jìn)入持力層1.0米以上；

2）樁－樁中心距a：若樁軸直徑為d米，樁尖直徑為D米，則a≥(d+D)且a≥(1.0米+D)；

3）擴底樁直徑小于5米；

     4）擴底部相對于樁軸的傾斜角（θ）為12?，底部的垂直高度（h）＞0.5米，擴孔率（η）＜3.5（見(jiàn)圖一）；

    5）樁尖以上0.1米為樁基承載力計算部位；

2、計算模型的建立：

針對我市地質(zhì)情況，根據某工程的實(shí)際地質(zhì)勘察報告為依據進(jìn)行計算。原工程采用Φ1.2米鉆孔灌注樁，工程所在地地面標高2.0米，樁尖持力層在第IV陸相層（Q3Cal）中亞砂土層，層底標高-38.92~-42.35之間，樁長(cháng)選用40.0米。

    1）參數選取

樁徑	D（m）	1.2
樁側土平均極限摩阻力	τ p (kPa)	40.0
樁尖處土的容許承載力	[σ 0] (kPa)	170.0
樁尖的埋置深度	H (m)	40.0
容許承載力深度修正系數	k2	2.5
樁尖以上土容重	? 2 (kN/m3)	19.5
修正系數	λ	0.85
清底系數	m0	0.7

3、等徑樁的計算

　樁尖處土的極限承載力：

σ _R＝2 m₀λ｛[σ ₀]＋k₂ ? ₂（H-3）｝　　　?。?/span>4.3.2-3）；

?。?/span>2×0.7×0.85×｛170.0＋2.5×19.5×（40-3）｝

?。?/span>2348.8(kPa)

鉆（挖）孔灌注樁的容許承載力：

[p]＝（UL τ _p +A σ _R）/2                   (4.3.2-1)；

?。?/span>[π×1.2×40×40+π×(1.2/2) ²×2348.8]/2

?。?/span>4341.9（kN）

4、擴底樁計算

　 擴底率選用2.5（＜3.5，樁底有效直徑1.897米，擴底部分高度2.337米（不考慮部分樁軸摩擦反力），經(jīng)計算：

鉆（挖）孔灌注樁的容許承載力：

[p]＝（UL τ _p +A σ _R）/2                   (4.3.2-1)；

?。?/span>[π×1.2×（40-2.377）×40+π×(1.897/2) ²×2348.8]/2

?。?/span>6154.1（kN）

5、計算結果比較

　 選取上述計算參數，又對橋梁工程常用1.0、1.8米兩種不同樁徑的樁基結構進(jìn)行計算，匯總為如下結果：

    1）對于樁軸直徑相同的同徑樁與擴孔樁單樁容許軸向承載力比較

樁徑（m）	1.0	1.2	1.8
等徑樁單徑容許承載力（kPa）	3433.9	4341.9	7227.4
擴底樁單樁容許承載力（kPa）	4684.6	6154.1	10924.7
承載力提高比例（%）	36.4	41.7	51.2

2）若達到相同單樁容許軸向承載力，同徑樁與擴孔樁混凝土用量比較

等徑樁樁徑（m）	1.0	1.2	1.8
擴底樁樁徑（m）	0.8	1.0	1.4
等徑樁單樁容許承載力（kPa）	3433.9	4341.9	7227.4
擴底樁單樁容許承載力（kPa）	3392.7	4684.6	7375.9
等徑樁混凝土用量（m3）	31.4	45.2	101.7
擴底樁混凝土用量（m3）	21.0	32.9	65.1
混凝土節約比例（%）	33.2	27.2	36.0

（二）、樁基礎沉降計算：

為能夠說(shuō)明問(wèn)題比較能提供相同承載力的等徑樁與擴底樁的沉降量。即對等徑樁樁徑為1.2米，擴底樁樁軸直徑為1.0米，擴底部分有效直徑為1.897米，樁長(cháng)均為40.0米的單樁計算沉降量。

樁頂受軸向力所產(chǎn)生的軸向位移δ由兩部分組成：δ _c（樁身材料的彈性壓縮變形）+δ _k（樁底處地基土的沉降），即

δ＝δ _c＋δ _k

＝P[（L₀+ζ h）/EA+1/(C₀+A₀)]

計算結果如下：（沉降數值均小于規范6.0mm要求）

類(lèi) 型	樁軸直徑（ｍ）	樁長(cháng)（ｍ）	容許承載力（kN）	沉降量（mm）
等徑樁	1.2	40	4341.9	2.83
擴底樁	1	40	4684.6	3.98

AM工法：全液壓可視可控旋挖擴底灌注樁（原始土挖掘）的總結

從以上針對上海、天津軟土地質(zhì)計算分析中我們可以看出，對于擴底樁來(lái)說(shuō)，在相同的樁軸直徑尺寸下，單樁軸向容許承載力比等徑樁提高36%－50%以上；而在相同承載力的情況下，比等徑樁混凝土用量節省27%－36%以上，且樁徑越大，節省量越多。地質(zhì)條件越好節省量越多,有些好的地質(zhì)承載力能提高100%。注：以上所列對比計算表（該地質(zhì)是屬一般性軟土地質(zhì)層），作為擴底樁適用比較好地質(zhì)層作為持力層效果會(huì )更好，比較好的地質(zhì)層：（1）比較硬的粘土層；（2）粉砂層；（3）細砂層；（4）中粗砂層；（5）沙礫層；（6）巖石風(fēng)化層。擴底樁的優(yōu)點(diǎn)能使承載力大幅度提高，可將樁徑變細或減少樁數量，可用布軸線(xiàn)樁，可單樁單柱，如持力層地質(zhì)選用合適可縮短樁長(cháng)，國內傳統的摩擦樁是無(wú)法與之相比的。當然，上述分析只是基于我國現行規范的基礎上，結合日本現行標準，對于擴底樁本身從提高承載力、降低造價(jià)等方面來(lái)講，都有其巨大的發(fā)展潛力，如此好的施工工藝一定能得到廣泛推廣及應用。