初論AM樁的抗浮設計方法

田海水

摘 要：通過簡要說明AM樁技術在我國的應用發展概況，介紹了結構物主要抗浮設計方法，進一步引出AM樁的抗浮設計原理并指出其設計關鍵，為類似工程AM樁的抗浮設計提供參考。

關鍵詞：AM樁；抗浮；設計

AM樁又稱為擴底灌注樁，AM（英文短語Amplitude Modulation的簡寫）直譯幅度調制，意即調整孔徑（擴孔）。是由液壓擴底鉆機鏟斗進行全液壓切削挖掘，擴底時使樁底端保持水平擴大，首先用鉆機將直徑樁（成孔）鉆到設計深度后，再更換全液壓擴底快換鏟斗下降到樁的底端，打開擴大翼進行擴大挖掘作業，直至滿足設計要求。

1 AM樁技術發展概況

進入二十一世紀以來，伴隨著我們國家大土木行業的建設任務迅猛增加，AM樁即擴底鉆孔灌注樁因為這項創新工藝本身自帶的優勢特點，使其在大土木基礎設施建設行業逐步推廣大面積試用。尤其是國內相關廠家及時開發出更為先進的全液壓自動控制、即視即用的擴底樁機械設備稱為主流。這種樁基及其適合在按國家現行規范中有關抗震方面具體設防的烈度在Ⅷ度以下的地區的一般公路橋梁結構物、工業廠礦及民用建筑結構物、城市高架道路結構物、地鐵、高鐵、港口碼頭、地下空間開發等大型大土木工程的豎向的承壓或豎向抗浮樁。與傳統的常規鉆孔灌注樁相比較，AM樁極其適合在沿海、沿江及沿河區域的軟土地基、對保護環境規范高以及地處大城市中心城區地域受限等前提下，采用AM樁技術將帶來極大的便利。

2 AM樁抗浮設計

2.1 結構物抗浮設計概況

當結構物的本身具有的全部重量（如結構物頂有覆蓋層，覆蓋層重量亦參與計算）在無法抵抗來自地下水產生的浮力的時候，結構物將必然受到向上的浮力大過結構物全部重量而出現結構物上浮，嚴重的情況下，甚至會致使結構物關鍵部位受到破壞，由此可見，埋置于土石基底的結構物必須進行抗浮設計。結構物工程抗浮設計主要包括兩大方面，一方面是結構物整體的抗浮能力驗算設計，另一方面是結構物局部進行抗浮的驗算設計。在通過對結構物整體性的抗浮能力驗算盡管能夠確定被驗算的結構物不會出現整體的上浮情況，卻無法肯定局部位置特別是結構物直接與浮力接觸部位的底板等結構物重要部位不會出現因浮力原因造成結構物局部損壞現象。故在實際結構物抗浮設計時，除了進行整體結構物抗浮驗算設計外，仍需應對結構物局部重要部位如結構物的底板等部位進行局部的抗浮驗算設計。在實踐中遇到的各種實際情況，抗浮設計需充分考慮到施工現場地質水文情況、工程主體設計特點、可能的施工方法工藝選擇以及周邊具體環境等因素，納入統一的考慮范圍，并實事求是的選擇最適合某一個工程的抗浮設計。

2.2 抗浮設計方法

2.2.1 加大荷載法

加大荷載法主要包括通過在結構物主體上方、側面及下面基礎等部位加大額外荷載量，使得結構物主體在未加大荷載之前，其本身的荷載可能小于等于地下水產生的對主體浮力，而在加大荷載之后，結構物主體含額外加載量絕對的大于地下水產生的對主體浮力。使得結構物加大荷載之后能夠不上浮而避免因上浮造成主體結構物損壞甚至關鍵結構部位損壞。加大荷載法是廣大地區最為簡便的設計和施工方法，能夠有效的解決結構物抗浮問題，但，對于需加大荷載量過大造成極其浪費時，這種抗浮設計因自身的不經濟性將不再適用。

2.2.2 加大阻力法

加大阻力法是利用土體與地面以下的結構物之間產生的摩阻力，人為干預的提高這種摩阻力，讓他足夠抵抗因地下水產生的對結構物主體的浮力，這種方法巧妙的利用自然物理原理，很好的解決抗浮問題。摩阻力的增大與結構物埋置于地下的形狀和表面粗糙度有關系，這就需要設計能獲得更大有效的摩阻力的基礎形式。同時，還需要進行結合實際地層情況進行有效的模擬試驗，以獲得可靠的摩阻力具體值。這種抗浮設計方法試驗難度很大，地層干濕交替變化及季節性的變化導致有利或者不利的摩阻效果很難量化取得。因此在日常抗浮設計中，將加大阻力而形成的有效摩阻力作為結構物抗浮的一個安全儲備力，防止因結構物主要抗浮設計部分失效后的補償，確保主體結構物抗浮能力。

2.2.3 變廢為寶法

變廢為寶法就是把已經不再發揮作用的地下臨時擋土結構物進行改造成能夠和主體結構物協調受力來抵抗地下水形成的浮力的方法。具體抗浮設計包括臨時擋土結構物與主體結構物有效受力連接設計、臨時擋土結構物與土體間增加有效摩阻力的設計。這種設計方法構思巧妙，但受到實際施工難度的不可控制，故不可作為結構物主要抗浮設計，可同加大阻力法一并作為結構物抗浮的安全儲備力。

2.2.4 AM樁抗浮法

一般樁基都具有抗浮性能，主體結構物基礎各類支撐樁基自身與土體之間的摩擦力抵抗地下水產生的浮力，但這種樁基承受主體結構物荷載為主要目的，不作為抗浮設計樁基。而當前專門設計的抗浮樁基形式尤其以AM樁為主，AM樁自身特點能夠很好的解決結構物抗浮問題，既能滿足承受主體結構物自上而下傳遞的荷載，又能因其擴底結構這一特殊體抵抗因地下水對結構物產生的向上的浮力。

2.3 AM樁的抗浮設計

AM樁的抗浮設計主要解決擴底樁基的抗浮能力設計。在擴底樁基抗浮能力設計時，當主要運用抗浮樁作為抵抗地下水產生的對主體結構物浮力時，除了AM樁的設置及結構應滿足具體設計規范文件的同時，還要根據具體實地場地情況，進行AM樁單樁抗浮試驗，確定AM單樁的抗浮能力具體數值。同時根據現行抗浮樁設計規范要求套入抗浮計算公式進行AM樁基抗浮極限標準數值計算。具體情況為，根據該計算公式，認真計算好公式中相關數據，如抗浮樁基具體深入土體中n層的層厚、n層的側向摩阻力的標準值、n層對應的摩阻力據實調整系數、AM樁樁徑及樁擴底具體數值等。

3 結語

AM樁具有較好的運用前景，對其抗浮的基本原理和典型抗浮計算公式代入計算及設計方法進行了比較全面的梳理。以期為類似工程AM樁基的抗浮設計提供參考。

參考文獻：

【1】丁飛龍，沈培元，徐曉萍. AM工法旋挖擴底灌注樁在練杭高速公路橋梁基樁設計中的應用 [J].公路，NO.9 2009

【2】覃衛民，趙剛，周偉江.AM擴底樁在靜載試驗中的應變測試分析 [J].巖土工程學報，NO.S2 2011

【3】李科鋒，帥學濤，聶娟.AM樁在地鐵深基坑施工中的應用 [J].建筑機械，NO.7 2014