1 绪论
1.1 研究背景及意义
近年来，地面城市交通的拥堵问题越发突出，城市地下空间的充分开发利用和地下轨道交通体系的建立势在必行。然而，采用明挖法在场地狭小、周边建筑物繁多、地面交通复杂的繁华市区里进行地下空间开发会极大加剧地面交通压力，相比而言，盖挖逆作法就突显出极大的优越性。
盖挖逆作法是目前在交通繁忙的城市中心修建浅埋地铁车站的一种有效方法[1 。虽然地铁车站一般层数不多，但由于需要将承受的重载及动力荷载通过立柱传递到柱下桩基，再由桩基传递到周围土体中去，为此需要高承载力的桩基础[2 。扩底桩具有单桩承载力高、质量容易控制、施工振动小、造价低等优点，并且合适于一柱一桩的应用。对于盖挖逆作法地铁车站来说，扩底桩承担着至关重要的作用。
某盖挖逆作地铁车站为 1、2 号线同期实施的“T”型换乘车站，结构形式复杂，中间支撑柱采取一柱一桩，桩基采用扩底桩形式，将用来承受上部结构自重、人群、设备等产生的荷载，扩底桩所在位置如图 1.1 所示。
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1.2 扩底桩研究现状
扩底桩是在 20 世纪中叶在国外成功应用并由 21 世纪初在我国得到推广和应用。其中 AM 工法桩是集计算机控制和扩孔技术于一体的先进工法，成功克服了我国地下水丰富地区的地下桩基施工难点，具有质量容易控制、施工振动小、造价低、单桩承载力高等优点。目前，AM 桩已经在武汉地铁[3 、杭州地铁[4 、天津站交通枢纽工程[5 、天津小白楼地下开发工程[6 、合肥新交通大厦[7 、杭州市地下商城工程[8 、长春火车站南广场工程[9 等诸多工程中得到应用。对于扩底桩的承载性状，国内外学者也做了诸多研究。
1.2.1 试验研究现状
Patuakar(1970)分析了不同扩底次数和不同扩地间距对扩底桩处于非粘性土中承载力的影响，认为扩底桩的承载能力随桩扩底次数的增多而增大，并给出了扩底次数与扩底间距的对应关系，同时对桩体扩底次数及扩底间距给出了合理建议值[10 。
Martin 和 Destephe(1983)探究了大直径扩底桩的性状，将不同扩底直径的桩体进行对比，并分析其对桩承载能力的影响。
Narasimha 等(1988)介绍了扩底桩的发展现状，基于印度地区的现场试验分析其扩底桩的承载性状[12 。
Nov(1994)基于非粘性土中扩底桩的试验数据，分析了其竖向承载性状，并对扩底桩单桩承载力的计算方法进行探究[13 。
黄强(1994)通过对现场 10 根大直径扩底桩的试验结果进行分析，参考变形函数，提出了大直径桩承载力在砂性及碎石土中的变形计算参数及承载力折减系数[14 。
郭全全、李珠(2003)通过现场静载试验，对比分析了 4 种不同桩型（等直径桩、扩底桩、后压浆等直径桩、扩底后压浆桩）的受力承载性状，结果表明在场地、桩长都相同的条件下，扩底后注浆桩相比于其余桩型能发挥出更高的竖向承载力。
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2 后压浆 AM 桩现场自平衡试验及力学性能分析
2.1 工程概况与工程地质条件
2.1.1 工程概况
某盖挖逆作地铁换乘车站 1、2 号线分别为地下两层结构呈东西向设置和地下三层结构呈南北向设置，均采用 16m 岛式站台。其地下桩基工程中间支撑桩基采用后压浆 AM 桩，作为将上部重载传递到地下持力层的重要结构，对其进行桩基的安全检测是很有必要的。限于工程场地条件及施工进度的要求，本次试验桩采用自平衡测试法来确定桩的抗压及抗拔极限承载力。
为验证单桩竖向抗压及抗拔极限承载力，共进行 6 根（1 号线 3 根、2 号线 3 根）后压浆 AM 桩单桩自平衡试验。经过试算，若按有效桩长进行桩基施工，会导致平衡点无法选取，为满足自平衡试桩法要求，试验桩均超灌至地面，荷载箱均埋设在桩端以上 3 米处。
2.1.2 工程地质条件
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2.2 试桩规划
本工程静载试验试桩数量为 6 根（1 号线 3 根+2 号线 3 根），采用自平衡试桩法进行加载。试验桩设计参数见表 2.3，试验桩平面布置如图 2.1 所示。
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3 后压浆 AM 桩的竖向承载机理及关键影响因素分析 .......................... 24
3.1 引言 ......................... 24
3.2 有限元模型的建立 .......................... 24
4 后压浆 AM 桩单桩竖向承载力计算公式研究 ................................. 40
4.1 引言 .................................... 40
4.2 现场试验桩承载力的确定 ................................ 40
5 结论与展望 ........................... 51
5.1 结论 .................................. 51
5.2 展望 ............................ 52
4 后压浆 AM 桩单桩竖向承载力计算公式研究
4.1 引言
如今扩底桩已在更多的大型地下空间中所采用，然而规范中承载力计算公式并不能很好的预测扩底桩的抗压及抗拔承载力，加之后压浆技术在扩底桩中逐渐运用，对后压浆扩底桩的承载力计算公式适应性提出了新的要求。本章采用多种规范及前人文献总结中的计算公式，计算试验桩的极限承载力，并将计算结果与自平衡试验及数值模拟得到的数据对比分析，得出适应于本工程的计算方法及后压浆桩侧、桩端增强系数。
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5 结论与展望
5.1 结论
本文结合某盖挖逆作地铁车站地下桩基自平衡试验，利用 ABAQUS 有限元对实际工程进行了数值模拟，分析了后压浆 AM 桩的竖向承载性能，并将数值计算与试验结果进行了分析对比，分析了关键因素对桩基竖向承载力的影响，最后结合试验数据及数值计算结果，对本工程后压浆 AM 桩抗压、抗拔承载力的计算公式适应性提出相应的建议。得出结论如下：
（1）自平衡试桩法使得上段桩侧摩阻力受到不同程度的折减，通过后压浆处理，该工程基桩的竖向承载力满足工程使用要求。经过公式推算，可确定粉质黏土、粉土、细砂和中砂的后压浆侧阻力增强系数范围分别为 1.3~1.5、1.3~1.5、1.5~1.7 和 1.6~1.8，粉质黏土的端阻力增强系数取 1.1~1.3。
（2）通过 ABAQUS 有限元模拟与自平衡试验拟合，验证其科学可行性，继续加载至极限状态，可以得出后压浆 AM 桩的单桩极限抗压承载力比现场自平衡试验高出约 30%。通过研究后压浆 AM 桩的相关参数对其抗压、抗拔承载力的影响，可以得出结论：扩底作用影响较大，同等压浆条件下，极限抗压承载力和极限抗拔承载力比等直径桩可分别提高约 20%和 14%；不同的压浆方式对桩基竖向承载力的提升差异较大，相比于未压浆 AM 桩，AM 桩采用桩侧压浆、桩端压浆和复式压浆三种方式的极限抗压承载力提高约 56.2%、76.5%和 90%，极限抗拔承载力提高约 65.7%、53.5%和 67.2%；压浆模量对抗压、抗拔承载力影响均较小，主要规律为随着压浆体模量的增大，抗压和抗拔承载力逐渐增长，但增长速率且逐渐减小；桩端压浆体影响范围对抗压承载力影响相对较大，其中 1.5D 对于承载力的提升最为明显，随着影响范围的继续增大，承载力的提升幅度逐渐减弱，而对抗拔承载力几乎无影响。
参考文献（略）