人工挖孔灌注樁（簡(jiǎn)稱人工挖孔樁或挖孔樁），它是利用人力在工程需打樁的位置挖掘成設(shè)計(jì)樁徑的圓孔，邊挖邊采取護(hù)壁措施，在挖到設(shè)計(jì)深度后對(duì)樁孔進(jìn)行清理然后在孔內(nèi)放置鋼筋籠，最后灌注設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)的混凝土養(yǎng)護(hù)成型的一種樁型，即采用某種技術(shù)手段將傳統(tǒng)的實(shí)心斷面改為環(huán)形斷面的基礎(chǔ)樁。人工挖孔灌注樁在質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性等方面都具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，如直徑大、能擴(kuò)底、單樁承載力高、在成樁施工過程中能夠直接人工觀察、施工工藝和設(shè)備比較簡(jiǎn)單、無須重大設(shè)備、利于環(huán)保、節(jié)省材料與體積以及利于組織流水作業(yè)等，為中、高層建筑、框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑物，實(shí)現(xiàn)一柱一樁創(chuàng)造了條件。因?yàn)槿斯ね诳坠嘧逗奢d傳遞機(jī)理、荷載-沉降特性以及其破壞模式的復(fù)雜性，對(duì)于該樁型，尤其對(duì)承載性狀及破壞機(jī)理的研究工作還不夠，還沒有徹底清楚其工作機(jī)理，因此，對(duì)人工挖孔灌注樁承載特性進(jìn)行研究，是極為必要的。 

　　一、人工挖孔樁承載力影響因素分析 

　　1、設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法 

　　建筑樁基的設(shè)計(jì)一般應(yīng)滿足以下兩點(diǎn)要求：第一必須保證樁和土之間具有非常穩(wěn)定的相互作用，第二必須保證樁自身具有滿足要求的強(qiáng)度。同時(shí)樁的截面尺寸和樁長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)類型、樓層數(shù)量、荷載情況、場(chǎng)地地質(zhì)和環(huán)境條件、當(dāng)?shù)厥褂脴痘慕?jīng)驗(yàn)、施工能力和造價(jià)等多方面因素綜合考慮確定。人工挖孔樁的設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容： 

　　1） 樁的幾何尺寸的選擇及樁的布置 

　　在實(shí)際工程應(yīng)用中，樁徑與樁長(zhǎng)的選擇，一般是根據(jù)已經(jīng)掌握的各方面資料，由設(shè)計(jì)人員依靠經(jīng)驗(yàn)初步選定樁長(zhǎng)與樁徑，而后，充分考慮各個(gè)方面對(duì)于樁的要求，核算初步選定的樁型是否滿足，如果不能滿足要求，則需重新擬定尺寸，再次進(jìn)行核算，直到最終滿足要求為止。一般來說，人工挖孔樁采用一柱一樁，可使基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94一2008）》，擴(kuò)底樁最小中心距為1.5D或D+lm，其中D為擴(kuò)大端的設(shè)計(jì)直徑。 

　　2） 樁基豎向承載力計(jì)算公式 

　　據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ-2008）》和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2002）》[31，32]，大直徑樁單樁極限承載力特征值計(jì)算公式為： 

　　2、工程地質(zhì)勘察 

　　在工程建設(shè)中采用樁基礎(chǔ)，必須首先根據(jù)樁基的特點(diǎn)做好巖土工程勘察工作。在實(shí)際工程中，由于勘察工作的失誤造成的工程質(zhì)量事故不勝枚舉，因此勘察工作的成功與否直接影響到人工挖孔樁的承載能力和工作狀態(tài)。工程建設(shè)采用樁基，必須首先根據(jù)樁基的特點(diǎn)做好巖土工程勘察工作。樁基勘察在按常規(guī)要求弄清場(chǎng)地工程地質(zhì)水文條件的同時(shí)，要著重注意解決三個(gè)問題，即合理選擇樁端持力層、正確提供樁側(cè)阻力和樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值、正確估計(jì)沉樁的可能性、提出樁型選擇和樁基設(shè)計(jì)施工建議。 

　　3、樁身混凝土質(zhì)量 

　　上部荷載通過樁體傳給樁端持力層，如果樁身混凝土質(zhì)量得不到保證，那么樁自身的強(qiáng)度就會(huì)成為樁承載力的瓶頸。因此，樁身混凝土質(zhì)量?jī)?yōu)劣是影響人工挖孔樁承載力的重要因素。 

　　4、樁端持力層的可靠性 

　　人工挖孔樁一般為端承樁，它的豎向承載力主要是由樁端持力層所提供的。因此，在樁身質(zhì)量得到充分保證時(shí)，樁端持力層的可靠性對(duì)于人工挖孔樁的承載力有決定性的作用。 

　　5、成孔質(zhì)量 

　　工挖孔樁依靠人力和簡(jiǎn)單原始的工具進(jìn)行開孔，所以受人為因素影響較大。在成孔過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)孔徑、孔深等指標(biāo)與設(shè)計(jì)值的偏差?？讖降钠顣?huì)使樁徑出現(xiàn)偏差從而影響到樁身的承載能力，孔深的偏差會(huì)導(dǎo)致樁端不能很好的進(jìn)入持力層從而導(dǎo)致樁的承載力不能滿足要求。 

　　二、人工挖孔樁在豎向荷載作用下的有限元分析 

　　1、ADINA系統(tǒng)簡(jiǎn)介 

　　ADINA系統(tǒng)是一個(gè)單機(jī)系統(tǒng)的程序，用于進(jìn)行固體、結(jié)構(gòu)、流體以及結(jié)構(gòu)相互作用的流體流動(dòng)的復(fù)雜有限元分析。借助ADINA系統(tǒng)，用戶無需使用一套有限元程序進(jìn)行線性動(dòng)態(tài)與靜態(tài)的結(jié)構(gòu)分析，而用另外的程序進(jìn)行非線性結(jié)構(gòu)分析，再用其他基于流量的有限元程序進(jìn)行流體流動(dòng)分析。 

　　2、建立模型 

　　模型是軸對(duì)稱的，考慮到模型邊界條件、材料屬性和計(jì)算的收斂性，這里選擇多節(jié)點(diǎn)的四邊形單元。另外，在樁土接觸面上建立了摩擦單元，把樁體作為剛性目標(biāo)面，土體作為柔性接觸面。 

　　該人工挖孔樁樁徑1m，樁埋深10m，上部荷載為1000t。樁身混凝土采用C25，則樁身材料建模參數(shù)為：fc=11.9N/mm2，ft=1.27N/mm2，彈性模量Ec=2.5×104MPa。泊松比μ=0.2，密度為2.5×10-9t/mm3。 

　　地基土為粉質(zhì)粘土，地基土建模參數(shù)為：粘聚力c為21.6kPa，內(nèi)摩擦角22°，土的重度為r=18.56kN/m，彈性模量為E=15.8MPa，泊松比μ=0.4。選取413個(gè)節(jié)點(diǎn)，建模如下圖所示： 

　　初始模型 

　　3、沉降變化分析 

　　荷載逐漸施加，取七個(gè)荷載子步來分析豎向位移變化規(guī)律，從樁底中心向邊緣每間隔10cm取一個(gè)結(jié)點(diǎn)，共6個(gè)結(jié)點(diǎn)。 

　　樁的豎向位移變化 

　　樁的橫向位移變化 

　　從表和圖中可以看出樁底中心在荷載作用下沉降最大，沉降量由中心向兩側(cè)遞減。越遠(yuǎn)離樁底中心沉降值變化率越大，同一結(jié)點(diǎn)處隨荷載增加所產(chǎn)生的豎向位移值變化率顯著增加。從擴(kuò)底處開始向兩側(cè)沉降值明顯減小，這是由于擴(kuò)底端阻力逐漸增大，使得樁端土層受壓縮變小，產(chǎn)生變形減小。 

　　在施加荷載某一時(shí)刻后各結(jié)點(diǎn)沉降基本相同，沉降趨于穩(wěn)定，隨著荷載增大，豎向變形基本變化不大。這是由于隨著荷載和時(shí)間的增加樁摩阻力與樁端阻力得到充分發(fā)揮，樁與土接觸緊密，壓縮量變小，撓度變形趨于穩(wěn)定。 

　　4、應(yīng)力變化分析 

　　Z方向上的應(yīng)力變化 

　　三、結(jié)論 

　　1. 通過靜載荷試驗(yàn)直壁樁與擴(kuò)底樁相比：盡管擴(kuò)底后樁端面積增大，樁端阻力也增大，但是樁端處的應(yīng)力卻減小了，樁端土層產(chǎn)生的壓縮也相應(yīng)減小。因此，當(dāng)堅(jiān)硬土層的埋深較淺，厚度較大，可以作為擴(kuò)底樁的持力層時(shí)，可以通過對(duì)樁端直徑的增加來提高樁的豎向承載力。在同樣的設(shè)計(jì)荷載下，通過擴(kuò)底也可以縮短樁長(zhǎng)，降低工程量，同時(shí)還可以降低樁頂沉降。 

　　2. 通過逆斜率法或者將樁的荷載沉降曲線按照規(guī)范給出不同類型樁的荷載沉降曲線型式進(jìn)行延伸，以預(yù)測(cè)極限荷載，與理論計(jì)算出的單樁承載力值偏差不大。 

　　3. 通過模擬樁受荷載各個(gè)子步過程中豎向位移隨荷載變化情況發(fā)現(xiàn)：隨著荷載和時(shí)間的增加樁摩阻力與樁端阻力得到充分發(fā)揮，樁與土接觸緊密，壓縮量變小，撓度變形趨于穩(wěn)定。到某一時(shí)刻后各結(jié)點(diǎn)沉降穩(wěn)定于93mm左右，沉降趨于穩(wěn)定，隨著荷載增大，豎向變形基本變化不大。由于隨著荷載和時(shí)間的增加樁摩阻力與樁端阻力得到充分發(fā)揮，樁與土接觸緊密，壓縮量變小，撓度變形趨于穩(wěn)定。 

　　4. 通過模擬樁的豎向位移隨荷載變化情況得出：樁底中心在荷載作用下沉降最大，沉降量由中心向兩側(cè)遞減。越遠(yuǎn)離樁底中心沉降值變化率越大，同一結(jié)點(diǎn)處隨荷載增加所產(chǎn)生的豎向位移值變化率顯著增加。