桩基负摩阻力机理的研究

桩基负摩阻力机理的研究

桩基负摩阻力机理的研究

摘要：由于桩土作用机理的复杂性，目前对桩-土间相互作用的研究还很不够深入。伴随着桩基础的大量使用，出现了理论滞后于实践的现象。其中桩土间的负摩阻力问题就是一个比较突出的问题，一些桩基础使用后出现的一些工程问题就是对桩侧负摩阻力的认识不足造成的。本文就桩基础的负摩阻力进行了分析研究。

关键词：桩；负摩阻力；机理

中图分类号：TU473.1 文献标识码：A

一、负摩阻力产生原因

桩基础作为一种新型的地基处理方法己经越来越多的应用于土木工程建设中。一般桩侧表面与土体之间存在着摩擦阻力，作用于桩侧表面摩擦阻力的方向取决于桩与周围地基土之间的相对位移。在正常情况下，桩顶受到竖向荷载作用下下沉，若桩的下沉速率(或沉降量)大于桩周土的下沉速率(或沉降量)，桩周土对桩侧面就会产生向上作用的摩擦阻力，作用于桩侧单位面积上的这个力称正摩擦力(Positive Friction，简称PF)，表现为对桩起支承作用;反之，当桩侧土体因某种原因而下沉，且其沉降速率(或沉降量)大于桩的沉降速率(或沉降量)时，桩周土将对桩产生与桩位移方向一致，即产生向下的摩擦阻力，作用于桩侧单位面积上的这个力称为负摩擦力，也称为负摩阻力，它不但不会对桩的荷载起抵抗作用，由于它对桩产生的下拽荷载，反而成为附加在桩的一个分布于桩侧表面的荷载。桩的负摩阻力产生的原因有很多种，主要有以下几种情况：

1.穿越欠固结的土层(松散填土或河口与海岸的新沉积土层)而支撑于比较硬土层中，从而桩侧土因固结而产生的沉降大于桩的沉降时;

2.在正常固结粘土或粉土地基中，当桩侧土层因长期抽取地下水或其他原因导致大面积地下水位下降，上覆土自重增大及土中的有效应力增加以致大范围出现地区性下沉时;

3.桩设置在自重作用下虽己完全固结的软粘土地基中，当桩侧地面受到大面积的地面荷载(堆载或者填土)作用而大量下沉时;

4.桩设置在易受环境影响(比如:侵水、解冻、动力振动或地震等)而沉陷或重新固结而大量下沉的地层(自重湿陷性黄土、季节性冻土层或可液化土层)的地基中，当受到水侵湿、融化或受振动液化导致地基土大量下沉时;

5.饱和粘土中打入密集的桩群，打桩会使高敏感度的粘土受扰动，引起超孔隙水压力，土体大量上涌，随后重塑土体因超孔隙水压力消散和触变作用而又重新固结时;

6.设在膨胀土地基中的桩，由于膨胀土绝大部分是低压缩性土，其固结压缩变形小，且在建筑物竣工时己基本完成，因此膨胀土桩基中土的固结压缩变形不是主要的，主要的是受周期性季节气候变化影响的膨胀变形。由于地基土的胀缩变形是反复变向的，且主要发生在大气影响层的深度限制，估计下拽荷载不会太大;

7.在采用压桩法沉桩的桩基中，由于桩身上段在压力解除后将会产生向上的回弹，此一回弹作用将使桩侧土产生负摩阻力，此负摩阻力虽可由桩身下段的正摩擦力所抵消而不致引起桩工作状态的异常，但在桩的正式承载时会使桩的承载力有所下降;

8.水下桩基建成后，由于河床的大量冲刷和随后的大量沉淀淤积，形成欠固结的淤泥层

回淤在桩的周围，该淤泥层将随着时间而固结沉降，从而将产生一定的负摩阻力。

由此可见，判别桩基是否产生负摩阻力的重要条件是桩周土和桩之间是否发生相对变形。

二、负摩阻力产生的影响

在桩基础的工作过程中，由于桩身表面产生负摩擦力，使桩侧土的一部分重量传递给桩，因此，负摩擦力不但不能成为桩竖向承载力的一部分，反而变成施加在桩上的外荷载，同时减少了桩的侧阻力层，直接导致单桩承载力的降低。它常会引起桩的沉降或不均匀沉降，而导致建筑物的损害或破坏。负摩擦力对桩工作的影响主要表现为:

1.桩侧表面的负摩擦力(下拽荷载)增加了桩基负荷，有可能使桩

的负荷超过允许值，从而使桩基的沉降过大或桩周土层及桩身结构受到损坏。

2.由于桩承担了一部分土体重量，负摩擦力减小了桩端标高处土的有效覆盖压力，这可能导致桩侧持力层数量及力学性能发生改变，降低了桩侧摩阻力。使得单桩承载力降低。

3.当建筑物的部分基础或同一基础中部分桩发生负摩擦力，将出现桩群的不均匀沉降，致使上部结构破坏。桩周负摩擦力的存在使桩的负荷过大，造成桩基沉降加剧，从而影响上部结构的安全。群桩负摩擦力的存在对桩基产生的影响更大。群桩负摩擦力增加了桩身的竖向荷载，减小了桩端标高处土的覆盖压力，对桩的沉降产生的影响更大。一些实测资料表明，下拉荷载的数值极为可观，如设计时未加考虑，就有可能使桩所承受的实际荷载过大，从而使桩基的沉降过大或使桩的结构受到损坏。

三、减少桩负摩擦力的工程措施

负摩阻力产生于施工阶段和使用阶段，所以负摩擦力的防治应分别在这两个阶段进行。施工阶段负摩擦力的防治尤其关键，这个阶段能有效的防止负摩擦力的产生，最大限度的减少负摩擦力对基础的危害。在现场施工中常采取以下措施以避兔和减少施工过程中可能出现的负摩擦力：

1.建筑场地平整造成较厚的回填土，回填土的固结将对桩产生负摩擦力，应对回填土进行压密，压密度可按建筑物荷载而定。

2.建筑物桩基影响范围内存在欠固结的软弱压缩土层时，采用换土或打砂桩等方法进行地基处理，避免地面堆载引起压缩土层下沉量大于桩身的下沉量而产生负摩擦力。

3.当大面积地面堆载的场地，增设保护桩减少桩周土重固结产生的负摩阻力。

4.对有大量地表水向下渗流和场地地下水大量抽降，且又采用桩基础的建筑物。其地面应设置良好的排水设施以及采取有效措施处理抽水后形成的士层下沉(如增加支承桩)。

（一）负摩阻力防治的方法和新工艺

对于负摩擦力的防治在工程设计中主要通过对基础处理和桩身

处理，以减少地基和桩身沉降达到减少负摩擦力的目的。目前，工程中一般采用以下几种措施以减少可能产生的负摩擦力

承注桩法:通过增大桩断面来承受负摩擦力。

群桩法:通过增加桩数来体现群桩效应，以减少负摩擦力。

涂层法:对于预制打入桩，打桩前在中性点以上桩身涂上1 mm厚的沥青，涂层产生剪应变，降低桩表面的负摩擦力。

地基浸水法:使地基先浸水，增加孔隙水压力，降低桩侧摩擦力。

分段施工法:将桩基施工一段时间后，再继续其上部的结构施工，可以缓解负摩擦力的作用。

软土地基处治:为了避免桩基沉降，消减桩基负摩擦力，在钻孔灌注桩施工之前，先在桥台软土地基地段实施处治，以减少由于软土沉降对桥台桩基产生的负摩擦力，达到减少负摩擦力的目的。

套管保护桩法:在中性点以上段罩上一段直径大于桩径刚套管，使该桩身不致受土的负摩擦力作用。

（二）灌浆法减少桩基负摩擦力

工程中存在的根本问题，就是回填土沉降变形产生的桩基负摩擦力降低了桩基的有效承载力，从而导致基础的不断沉降。解决问题的途径相应有二:一是对地基土层进行处理，提高填土的密实度，降低淤泥质土的压缩性，最大程度的固结沉降，减少桩基负摩擦力;二是增加托桩，加固桩基础，以提高桩基的总承载力。静压灌浆法就是对回填土和淤泥质土进行加固处理。

参考文献：

1.李道振.桩基负摩擦力的研究与计算[D].青岛中国海洋大学，2004.

2.王删.桩基工程设计施工及检测使用手册[M].人民出版

社.2002.

3.张晓峰.桩基负摩阻力的试验研究[D].上海同济大学，2007. ------------最新【精品】范文