论文部分内容阅读
摘 要：通过简要说明AM桩技术在我国的应用发展概况，介绍了结构物主要抗浮设计方法，进一步引出AM桩的抗浮设计原理并指出其设计关键，为类似工程AM桩的抗浮设计提供参考。
关键词：AM桩；抗浮；设计
AM桩又称为扩底灌注桩，AM（英文短语Amplitude Modulation的简写）直译幅度调制，意即调整孔径（扩孔）。是由液压扩底钻机铲斗进行全液压切削挖掘，扩底时使桩底端保持水平扩大，首先用钻机将直径桩（成孔）钻到设计深度后，再更换全液压扩底快换铲斗下降到桩的底端，打开扩大翼进行扩大挖掘作业，直至满足设计要求。
1 AM桩技术发展概况
进入二十一世纪以来，伴随着我们国家大土木行业的建设任务迅猛增加，AM桩即扩底钻孔灌注桩因为这项创新工艺本身自带的优势特点，使其在大土木基础设施建设行业逐步推广大面积试用。尤其是国内相关厂家及时开发出更为先进的全液压自动控制、即视即用的扩底桩机械设备称为主流。这种桩基及其适合在按国家现行规范中有关抗震方面具体设防的烈度在Ⅷ度以下的地区的一般公路桥梁结构物、工业厂矿及民用建筑结构物、城市高架道路结构物、地铁、高铁、港口码头、地下空间开发等大型大土木工程的竖向的承压或竖向抗浮桩。与传统的常规钻孔灌注桩相比较，AM桩极其适合在沿海、沿江及沿河区域的软土地基、对保护环境规范高以及地处大城市中心城区地域受限等前提下，采用AM桩技术将带来极大的便利。
2 AM桩抗浮设计
2.1 结构物抗浮设计概况
当结构物的本身具有的全部重量（如结构物顶有覆盖层，覆盖层重量亦参与计算）在无法抵抗来自地下水产生的浮力的时候，结构物将必然受到向上的浮力大过结构物全部重量而出现结构物上浮，严重的情况下，甚至会致使结构物关键部位受到破坏，由此可见，埋置于土石基底的结构物必须进行抗浮设计。结构物工程抗浮设计主要包括两大方面，一方面是结构物整体的抗浮能力验算设计，另一方面是结构物局部进行抗浮的验算设计。在通过对结构物整体性的抗浮能力验算尽管能够确定被验算的结构物不会出现整体的上浮情况，却无法肯定局部位置特别是结构物直接与浮力接触部位的底板等结构物重要部位不会出现因浮力原因造成结构物局部损坏现象。故在实际结构物抗浮设计时，除了进行整体结构物抗浮验算设计外，仍需应对结构物局部重要部位如结构物的底板等部位进行局部的抗浮验算设计。在实践中遇到的各种实际情况，抗浮设计需充分考虑到施工现场地质水文情况、工程主体设计特点、可能的施工方法工艺选择以及周边具体环境等因素，纳入统一的考虑范围，并实事求是的选择最适合某一个工程的抗浮设计。
2.2 抗浮设计方法
2.2.1 加大荷载法
加大荷载法主要包括通过在结构物主体上方、侧面及下面基础等部位加大额外荷载量，使得结构物主体在未加大荷载之前，其本身的荷载可能小于等于地下水产生的对主体浮力，而在加大荷载之后，结构物主体含额外加载量绝对的大于地下水产生的对主体浮力。使得结构物加大荷载之后能够不上浮而避免因上浮造成主体结构物损坏甚至关键结构部位损坏。加大荷载法是广大地区最为简便的设计和施工方法，能够有效的解决结构物抗浮问题，但，对于需加大荷载量过大造成极其浪费时，这种抗浮设计因自身的不经济性将不再适用。
2.2.2 加大阻力法
加大阻力法是利用土体与地面以下的结构物之间产生的摩阻力，人为干预的提高这种摩阻力，让他足够抵抗因地下水产生的对结构物主体的浮力，这种方法巧妙的利用自然物理原理，很好的解决抗浮问题。摩阻力的增大与结构物埋置于地下的形状和表面粗糙度有关系，这就需要设计能获得更大有效的摩阻力的基础形式。同时，还需要进行结合实际地层情况进行有效的模拟试验，以获得可靠的摩阻力具体值。这种抗浮设计方法试验难度很大，地层干湿交替变化及季节性的变化导致有利或者不利的摩阻效果很难量化取得。因此在日常抗浮设计中，将加大阻力而形成的有效摩阻力作为结构物抗浮的一个安全储备力，防止因结构物主要抗浮设计部分失效后的补偿，确保主体结构物抗浮能力。
2.2.3 变废为宝法
变废为宝法就是把已经不再发挥作用的地下临时挡土结构物进行改造成能够和主体结构物协调受力来抵抗地下水形成的浮力的方法。具体抗浮设计包括临时挡土结构物与主体结构物有效受力连接设计、临时挡土结构物与土体间增加有效摩阻力的设计。这种设计方法构思巧妙，但受到实际施工难度的不可控制，故不可作为结构物主要抗浮设计，可同加大阻力法一并作为结构物抗浮的安全储备力。
2.2.4 AM桩抗浮法
一般桩基都具有抗浮性能，主体结构物基础各类支撑桩基自身与土体之间的摩擦力抵抗地下水产生的浮力，但这种桩基承受主体结构物荷载为主要目的，不作为抗浮设计桩基。而当前专门设计的抗浮桩基形式尤其以AM桩为主，AM桩自身特点能够很好的解决结构物抗浮问题，既能满足承受主体结构物自上而下传递的荷载，又能因其扩底结构这一特殊体抵抗因地下水对结构物产生的向上的浮力。
2.3 AM樁的抗浮设计
AM桩的抗浮设计主要解决扩底桩基的抗浮能力设计。在扩底桩基抗浮能力设计时，当主要运用抗浮桩作为抵抗地下水产生的对主体结构物浮力时，除了AM桩的设置及结构应满足具体设计规范文件的同时，还要根据具体实地场地情况，进行AM桩单桩抗浮试验，确定AM单桩的抗浮能力具体数值。同时根据现行抗浮桩设计规范要求套入抗浮计算公式进行AM桩基抗浮极限标准数值计算。具体情况为，根据该计算公式，认真计算好公式中相关数据，如抗浮桩基具体深入土体中n层的层厚、n层的侧向摩阻力的标准值、n层对应的摩阻力据实调整系数、AM桩桩径及桩扩底具体数值等。
3 结语
AM桩具有较好的运用前景，对其抗浮的基本原理和典型抗浮计算公式代入计算及设计方法进行了比较全面的梳理。以期为类似工程AM桩基的抗浮设计提供参考。
参考文献：
【1】丁飞龙，沈培元，徐晓萍. AM工法旋挖扩底灌注桩在练杭高速公路桥梁基桩设计中的应用 [J].公路，NO.9 2009
【2】覃卫民，赵刚，周伟江.AM扩底桩在静载试验中的应变测试分析 [J].岩土工程学报，NO.S2 2011
【3】李科锋，帅学涛，聂娟.AM桩在地铁深基坑施工中的应用 [J].建筑机械，NO.7 2014
关键词：AM桩；抗浮；设计
AM桩又称为扩底灌注桩，AM（英文短语Amplitude Modulation的简写）直译幅度调制，意即调整孔径（扩孔）。是由液压扩底钻机铲斗进行全液压切削挖掘，扩底时使桩底端保持水平扩大，首先用钻机将直径桩（成孔）钻到设计深度后，再更换全液压扩底快换铲斗下降到桩的底端，打开扩大翼进行扩大挖掘作业，直至满足设计要求。
1 AM桩技术发展概况
进入二十一世纪以来，伴随着我们国家大土木行业的建设任务迅猛增加，AM桩即扩底钻孔灌注桩因为这项创新工艺本身自带的优势特点，使其在大土木基础设施建设行业逐步推广大面积试用。尤其是国内相关厂家及时开发出更为先进的全液压自动控制、即视即用的扩底桩机械设备称为主流。这种桩基及其适合在按国家现行规范中有关抗震方面具体设防的烈度在Ⅷ度以下的地区的一般公路桥梁结构物、工业厂矿及民用建筑结构物、城市高架道路结构物、地铁、高铁、港口码头、地下空间开发等大型大土木工程的竖向的承压或竖向抗浮桩。与传统的常规钻孔灌注桩相比较，AM桩极其适合在沿海、沿江及沿河区域的软土地基、对保护环境规范高以及地处大城市中心城区地域受限等前提下，采用AM桩技术将带来极大的便利。
2 AM桩抗浮设计
2.1 结构物抗浮设计概况
当结构物的本身具有的全部重量（如结构物顶有覆盖层，覆盖层重量亦参与计算）在无法抵抗来自地下水产生的浮力的时候，结构物将必然受到向上的浮力大过结构物全部重量而出现结构物上浮，严重的情况下，甚至会致使结构物关键部位受到破坏，由此可见，埋置于土石基底的结构物必须进行抗浮设计。结构物工程抗浮设计主要包括两大方面，一方面是结构物整体的抗浮能力验算设计，另一方面是结构物局部进行抗浮的验算设计。在通过对结构物整体性的抗浮能力验算尽管能够确定被验算的结构物不会出现整体的上浮情况，却无法肯定局部位置特别是结构物直接与浮力接触部位的底板等结构物重要部位不会出现因浮力原因造成结构物局部损坏现象。故在实际结构物抗浮设计时，除了进行整体结构物抗浮验算设计外，仍需应对结构物局部重要部位如结构物的底板等部位进行局部的抗浮验算设计。在实践中遇到的各种实际情况，抗浮设计需充分考虑到施工现场地质水文情况、工程主体设计特点、可能的施工方法工艺选择以及周边具体环境等因素，纳入统一的考虑范围，并实事求是的选择最适合某一个工程的抗浮设计。
2.2 抗浮设计方法
2.2.1 加大荷载法
加大荷载法主要包括通过在结构物主体上方、侧面及下面基础等部位加大额外荷载量，使得结构物主体在未加大荷载之前，其本身的荷载可能小于等于地下水产生的对主体浮力，而在加大荷载之后，结构物主体含额外加载量绝对的大于地下水产生的对主体浮力。使得结构物加大荷载之后能够不上浮而避免因上浮造成主体结构物损坏甚至关键结构部位损坏。加大荷载法是广大地区最为简便的设计和施工方法，能够有效的解决结构物抗浮问题，但，对于需加大荷载量过大造成极其浪费时，这种抗浮设计因自身的不经济性将不再适用。
2.2.2 加大阻力法
加大阻力法是利用土体与地面以下的结构物之间产生的摩阻力，人为干预的提高这种摩阻力，让他足够抵抗因地下水产生的对结构物主体的浮力，这种方法巧妙的利用自然物理原理，很好的解决抗浮问题。摩阻力的增大与结构物埋置于地下的形状和表面粗糙度有关系，这就需要设计能获得更大有效的摩阻力的基础形式。同时，还需要进行结合实际地层情况进行有效的模拟试验，以获得可靠的摩阻力具体值。这种抗浮设计方法试验难度很大，地层干湿交替变化及季节性的变化导致有利或者不利的摩阻效果很难量化取得。因此在日常抗浮设计中，将加大阻力而形成的有效摩阻力作为结构物抗浮的一个安全储备力，防止因结构物主要抗浮设计部分失效后的补偿，确保主体结构物抗浮能力。
2.2.3 变废为宝法
变废为宝法就是把已经不再发挥作用的地下临时挡土结构物进行改造成能够和主体结构物协调受力来抵抗地下水形成的浮力的方法。具体抗浮设计包括临时挡土结构物与主体结构物有效受力连接设计、临时挡土结构物与土体间增加有效摩阻力的设计。这种设计方法构思巧妙，但受到实际施工难度的不可控制，故不可作为结构物主要抗浮设计，可同加大阻力法一并作为结构物抗浮的安全储备力。
2.2.4 AM桩抗浮法
一般桩基都具有抗浮性能，主体结构物基础各类支撑桩基自身与土体之间的摩擦力抵抗地下水产生的浮力，但这种桩基承受主体结构物荷载为主要目的，不作为抗浮设计桩基。而当前专门设计的抗浮桩基形式尤其以AM桩为主，AM桩自身特点能够很好的解决结构物抗浮问题，既能满足承受主体结构物自上而下传递的荷载，又能因其扩底结构这一特殊体抵抗因地下水对结构物产生的向上的浮力。
2.3 AM樁的抗浮设计
AM桩的抗浮设计主要解决扩底桩基的抗浮能力设计。在扩底桩基抗浮能力设计时，当主要运用抗浮桩作为抵抗地下水产生的对主体结构物浮力时，除了AM桩的设置及结构应满足具体设计规范文件的同时，还要根据具体实地场地情况，进行AM桩单桩抗浮试验，确定AM单桩的抗浮能力具体数值。同时根据现行抗浮桩设计规范要求套入抗浮计算公式进行AM桩基抗浮极限标准数值计算。具体情况为，根据该计算公式，认真计算好公式中相关数据，如抗浮桩基具体深入土体中n层的层厚、n层的侧向摩阻力的标准值、n层对应的摩阻力据实调整系数、AM桩桩径及桩扩底具体数值等。
3 结语
AM桩具有较好的运用前景，对其抗浮的基本原理和典型抗浮计算公式代入计算及设计方法进行了比较全面的梳理。以期为类似工程AM桩基的抗浮设计提供参考。
参考文献：
【1】丁飞龙，沈培元，徐晓萍. AM工法旋挖扩底灌注桩在练杭高速公路桥梁基桩设计中的应用 [J].公路，NO.9 2009
【2】覃卫民，赵刚，周伟江.AM扩底桩在静载试验中的应变测试分析 [J].岩土工程学报，NO.S2 2011
【3】李科锋，帅学涛，聂娟.AM桩在地铁深基坑施工中的应用 [J].建筑机械，NO.7 2014