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(qū)的軟土地層）

樁基設(shè)計的最終目的是使樁基能滿足上部結(jié)構(gòu)在承載力和容許變形方面的要求，工程實踐中通常遵循如下兩個途徑來考慮：一種為極限荷載分析―預(yù)測樁基（單樁、群樁或復(fù)合地基）的極限荷載量和適當?shù)陌踩禂?shù)或抗力分項值以確定樁基豎向承載力設(shè)計值，并進行沉降分析驗算樁在設(shè)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(xiàn)的樁側(cè)摩阻力和樁端阻力所分擔(dān)的荷載。下面依據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTJ024-85）及相關(guān)規(guī)范對擴底樁及等徑樁進行計算。

（一）、樁基礎(chǔ)容許承載力計算：

1、對于擴底樁的設(shè)計，參照日本現(xiàn)行標準

1）樁尖進入持力層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(jù)某工程的實際地質(zhì)勘察報告為依據(jù)進行計算。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，樁長選用40.0米。

    1）參數(shù)選取

樁徑	D（m）	1.2
樁側(cè)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(shù)	k2	2.5
樁尖以上土容重	? 2 (kN/m3)	19.5
修正系數(shù)	λ	0.85
清底系數(shù)	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(jié)果比較

　 選取上述計算參數(shù)，又對橋梁工程常用1.0、1.8米兩種不同樁徑的樁基結(jié)構(gòu)進行計算，匯總為如下結(jié)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(jié)約比例（%）	33.2	27.2	36.0

（二）、樁基礎(chǔ)沉降計算：

為能夠說明問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(jié)果如下：（沉降數(shù)值均小于規(guī)范6.0mm要求）

類 型	樁軸直徑（ｍ）	樁長（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(jié)

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，對于擴底樁來說，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(jié)省27%－36%以上，且樁徑越大，節(jié)省量越多。地質(zhì)條件越好節(jié)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)點能使承載力大幅度提高，可將樁徑變細或減少樁數(shù)量，可用布軸線樁，可單樁單柱，如持力層地質(zhì)選用合適可縮短樁長，國內(nèi)傳統(tǒng)的摩擦樁是無法與之相比的。當然，上述分析只是基于我國現(xiàn)行規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合日本現(xiàn)行標準，對于擴底樁本身從提高承載力、降低造價等方面來講，都有其巨大的發(fā)展?jié)摿?，如此好的施工工藝一定能得到廣泛推廣及應(yīng)用。