AM工法：全液压可视可控旋挖扩底灌注桩（原始土挖掘）与
等径桩的计算分析（针对于上海、天津地区的软土地层）
桩基设计的最终目的是使桩基能满足上部结构在承载力和容许变形方面的要求，工程实践中通常遵循如下两个途径来考虑：一种为极限荷载分析―预测桩基（单桩、群桩或复合地基）的极限荷载量和适当的安全系数或抗力分项值以确定桩基竖向承载力设计值，并进行沉降分析验算桩在设计荷载下的沉降是否容许的；另一种为荷载―变形分析―在容许的桩的变形条件下分析桩基呈现的桩侧摩阻力和桩端阻力所分担的荷载。下面依据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）及相关规范对扩底桩及等径桩进行计算。
（一）、桩基础容许承载力计算：
1、对于扩底桩的设计，参照日本现行标准
1）桩尖进入持力层1.0米以上；
2）桩－桩中心距a：若桩轴直径为d米，桩尖直径为D米，则a≥(d+D)且a≥(1.0米+D)；
3）扩底桩直径小于5米；
4）扩底部相对于桩轴的倾斜角（θ）为12?，底部的垂直高度（h）＞0.5米，扩孔率（η）＜3.5（见图一）；
5）桩尖以上0.1米为桩基承载力计算部位；
2、计算模型的建立：
针对我市地质情况，根据某工程的实际地质勘察报告为依据进行计算。原工程采用Φ1.2米钻孔灌注桩，工程所在地地面标高2.0米，桩尖持力层在第IV陆相层（Q3Cal）中亚砂土层，层底标高-38.92~-42.35之间，桩长选用40.0米。
1）参数选取
| 桩径 | D（m） | 1.2 |
| 桩侧土平均极限摩阻力 | τ p (kPa) | 40.0 |
| 桩尖处土的容许承载力 | [σ 0] (kPa) | 170.0 |
| 桩尖的埋置深度 | H (m) | 40.0 |
| 容许承载力深度修正系数 | k2 | 2.5 |
| 桩尖以上土容重 | ? 2 (kN/m3) | 19.5 |
| 修正系数 | λ | 0.85 |
| 清底系数 | m0 | 0.7 |
3、等径桩的计算
桩尖处土的极限承载力：
σ R＝2 m0λ｛[σ 0]＋k2 ? 2（H-3）｝ （4.3.2-3）；
＝2×0.7×0.85×｛170.0＋2.5×19.5×（40-3）｝
＝2348.8(kPa)
钻（挖）孔灌注桩的容许承载力：
[p]＝（UL τ p +A σ R）/2 (4.3.2-1)；
＝[π×1.2×40×40+π×(1.2/2) 2×2348.8]/2
＝4341.9（kN）
4、扩底桩计算
扩底率选用2.5（＜3.5，桩底有效直径1.897米，扩底部分高度2.337米（不考虑部分桩轴摩擦反力），经计算：
钻（挖）孔灌注桩的容许承载力：
[p]＝（UL τ p +A σ R）/2 (4.3.2-1)；
＝[π×1.2×（40-2.377）×40+π×(1.897/2) 2×2348.8]/2
＝6154.1（kN）
5、计算结果比较
选取上述计算参数，又对桥梁工程常用1.0、1.8米两种不同桩径的桩基结构进行计算，汇总为如下结果：
1）对于桩轴直径相同的同径桩与扩孔桩单桩容许轴向承载力比较
| 桩径（m） | 1.0 | 1.2 | 1.8 |
| 等径桩单径容许承载力（kPa） | 3433.9 | 4341.9 | 7227.4 |
| 扩底桩单桩容许承载力（kPa） | 4684.6 | 6154.1 | 10924.7 |
| 承载力提高比例（%） | 36.4 | 41.7 | 51.2 |
2）若达到相同单桩容许轴向承载力，同径桩与扩孔桩混凝土用量比较
| 等径桩桩径（m） | 1.0 | 1.2 | 1.8 |
| 扩底桩桩径（m） | 0.8 | 1.0 | 1.4 |
| 等径桩单桩容许承载力（kPa） | 3433.9 | 4341.9 | 7227.4 |
| 扩底桩单桩容许承载力（kPa） | 3392.7 | 4684.6 | 7375.9 |
| 等径桩混凝土用量（m3） | 31.4 | 45.2 | 101.7 |
| 扩底桩混凝土用量（m3） | 21.0 | 32.9 | 65.1 |
| 混凝土节约比例（%） | 33.2 | 27.2 | 36.0 |
（二）、桩基础沉降计算：
为能够说明问题比较能提供相同承载力的等径桩与扩底桩的沉降量。即对等径桩桩径为1.2米，扩底桩桩轴直径为1.0米，扩底部分有效直径为1.897米，桩长均为40.0米的单桩计算沉降量。
桩顶受轴向力所产生的轴向位移δ由两部分组成：δ c（桩身材料的弹性压缩变形）+δ k（桩底处地基土的沉降），即
δ＝δ c＋δ k
＝P[（L0+ζ h）/EA+1/(C0+A0)]
计算结果如下：（沉降数值均小于规范6.0mm要求）
| 类 型 | 桩轴直径（ｍ） | 桩长（ｍ） | 容许承载力（kN） | 沉降量（mm） |
| 等径桩 | 1.2 | 40 | 4341.9 | 2.83 |
| 扩底桩 | 1 | 40 | 4684.6 | 3.98 |
AM工法：全液压可视可控旋挖扩底灌注桩（原始土挖掘）的总结
从以上针对上海、天津软土地质计算分析中我们可以看出，对于扩底桩来说，在相同的桩轴直径尺寸下，单桩轴向容许承载力比等径桩提高36%－50%以上；而在相同承载力的情况下，比等径桩混凝土用量节省27%－36%以上，且桩径越大，节省量越多。地质条件越好节省量越多,有些好的地质承载力能提高100%。注：以上所列对比计算表（该地质是属一般性软土地质层），作为扩底桩适用比较好地质层作为持力层效果会更好，比较好的地质层：（1）比较硬的粘土层；（2）粉砂层；（3）细砂层；（4）中粗砂层；（5）沙砾层；（6）岩石风化层。扩底桩的优点能使承载力大幅度提高，可将桩径变细或减少桩数量，可用布轴线桩，可单桩单柱，如持力层地质选用合适可缩短桩长，国内传统的摩擦桩是无法与之相比的。当然，上述分析只是基于我国现行规范的基础上，结合日本现行标准，对于扩底桩本身从提高承载力、降低造价等方面来讲，都有其巨大的发展潜力，如此好的施工工艺一定能得到广泛推广及应用。
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