高填土层桩基负摩擦力计算
多层地基单桩负摩阻力的数值模拟计算(wq)(1)-文档资料
一、荷载传递模型及负摩阻力计算
当桩周地基土因某种原 因产生的沉降量大于桩 身沉降时，土与桩侧表 面将出现向下的负摩阻 力。
目前求解桩侧负摩阻力的方法大致可分为简化 法、弹性理论法及荷载传递法等。
但各种方法均未考虑桩侧沉降土体重力势能损 失对基桩负摩阻力发展过程所产生的影响。
而桩侧土体的势能损失是桩身负摩阻力产生的 主导因素之一。
试桩桩侧及桩端土性参数见表
1.计算
(1) 沿桩长设置101个节点，将桩与土层分割为 100个桩单元与土层元。桩体弹性模量 Ep 取值 为25GPa，土体压缩模量 Es 取值为30MPa；
(2) 桩顶平面以上的堆载按均布荷载考虑，与 实测一致，桩顶不受堆载直接作用；
(3) 地面填土高度为3.3m与4.5m时，地表沉降 取实测值139mm与188mm；
求得折减后的负摩阻力极限值之后，再根据 佐藤悟线性方程进行以桩土相对位移量为依据 的负摩阻力求解。
问题在于：
佐藤悟线性模型是取的下限值，对于计算结果 实际上是偏不安全的。
而负摩阻力系数只能针对某一种土给出一个经 验的取值范围，那么负摩阻力系数的取值就成 了左右计算结果的一个关键因素了。实际计算 过程中也发现，一种土它的负摩阻力系数取值 范围虽然很狭窄，但是造成的计算结果变化幅 度却很大。
可得
2
Ep Ap 2h
X
i
1
X
i 2
UTf h2 4S f
X
i
X
i
1 2
UTf h2 2S f
X
i 1 X
i
X
i 1
Pi X
i Pi
1 X
i 1
将上式展开后合并同类项
Ep Ap 2h
基桩负摩阻力的计算
基桩负摩阻力的计算岩土工程方楹1122090001摘要：分析了摩阻力与轴力的关系、负摩阻力产生的原因以及负摩阻力时桩的影响，论述了不同情况下负摩阻力的计算方法。
关键词：桩负摩擦阻力计算方法Negative Frictional Resistance For Calculation of Foundation Pile Abstract:This paper analyzes the relationship between frictional resistence force and axial force,exerting cause of negative frictional force and its influence pile. The calculation method of negative frictional force under different condition is described.Keywords:pile;negative frietional resistanee force:ealeulation;method1负摩阻力的产生桩在竖直的轴向荷载作用下，桩身横截面产生了轴向内力和位移，由此桩土之间就有了相对位移，于是土对桩侧产生了摩阻力，相应于桩尖的位移，则产生了对桩端的阻力。
通过桩侧摩阻力和桩端阻力，桩将荷载传给土体。
即桩侧总摩阻力和桩端阻力之和等于桩顶轴向荷载。
桩的荷载传递以及桩的位移，体现了桩在轴向荷载作用下的工作性能。
图1(b)为一根进行静载试验的桩，若在桩身中每隔一段距离埋设应力测量元件，当桩顶作用有轴向压力P时，根据量测结果，可画出桩身轴力的分布曲线，如图1(c)所示。
然后找出轴力分布曲线的函数式P(z)，这个曲线和函数P(z)表达了沿桩身深度:处的荷载传递关系，而摩阻力f(z)就是桩侧单位面积上的荷载传递量。
在桩身某一深度z 处取出长度为dz 的一小段桩体，其上下截面和侧面的受力情况如图1(a)所示，设桩的横截面周长为U ，根据该桩体单元体的平衡条件得:0)()()()(=--+z p z dP z P dz z Uf (1) 则dz z dP U z f )(1)(-= （2） 上式表示摩阻力与轴力的基本关系。
填土场地桩基负侧摩阻力设计计算方法试验研究
【主题】填土场地桩基负侧摩阻力设计计算方法试验研究【内容】1. 前言填土场地桩基负侧摩阻力设计计算方法试验研究，是土木工程领域一个重要且复杂的课题。
在实际工程中，桩基承载力的设计计算对工程的安全和稳定性至关重要。
对于填土场地桩基负侧摩阻力的设计计算方法进行深入研究，对于提高工程施工质量和保障工程安全具有重要意义。
2. 背景知识填土场地桩基负侧摩阻力是指桩身在负荷作用下与土体发生的摩擦阻力。
在桩基工程中，负侧摩阻力是桩基的重要承载力组成部分，其设计计算方法的准确与否直接影响着工程的安全性和经济性。
如何准确地计算填土场地桩基负侧摩阻力，一直是工程领域亟待解决的难题。
3. 试验研究为了解决填土场地桩基负侧摩阻力设计计算的难题，进行了一系列试验研究。
通过对不同填土场地条件下的桩基负侧摩阻力进行试验测定，并结合现代计算方法，对桩基负侧摩阻力的设计计算方法进行深入探讨与研究。
4. 结果分析试验研究结果表明，填土场地桩基负侧摩阻力的计算不仅受到填土场地条件的影响，还受到桩基形式、桩身尺寸等因素的影响。
在进行设计计算时，需要综合考虑各种因素，采用合理的计算方法进行计算，以得到更为准确的结果。
5. 个人观点我认为，填土场地桩基负侧摩阻力设计计算方法的试验研究对于工程领域具有重要意义。
通过深入研究和实验，不仅可以完善现有的设计计算方法，还可以为实际工程提供更可靠的技术支持，提高工程施工的安全性和稳定性。
【总结】填土场地桩基负侧摩阻力设计计算方法试验研究是一个复杂而重要的课题。
通过实验与分析，我们能够更深入地理解桩基负侧摩阻力的形成机理和计算方法，为工程施工提供更为可靠的技木支持。
让我们共同关注这一领域的研究，并为工程领域的发展做出更多的贡献。
【回顾性内容】- 填土场地桩基负侧摩阻力设计计算方法试验研究的重要性- 试验研究结果对现有设计计算方法的启示- 个人观点和期望至此，我们对填土场地桩基负侧摩阻力设计计算方法试验研究进行了全面的评估，并撰写了一篇深度和广度兼具的有价值文章，希望能为您提供满意的帮助。
桩基负摩擦力
桥梁桩基负摩擦力在公路桥梁工程建设中，桥台钻孔灌注桩处于深层软土地基与台背路堤高填土荷载的作用，结果桩侧软弱土层受到桥台台背填土荷载的作用，使软弱土层压缩和桩底下沉及位移，桩产生向下的摩擦力。
也就是说，如果不存在桩基负摩擦阻力，桩基承载力就满足要求，桩基就不会发生持续不均匀沉降。
因此，研究桥台桩基负摩擦阻力是否存在，采取什么措施达到消减桥台桩基负摩力就成为很有必要。
1 桩基负摩擦力发生的条件：桩基负摩擦力能否产生，关键取决于桩和桩侧土的相对位移发展情况。
因此桩基负摩擦力发生的条件有下述几个方面：1）桩基穿过欠固结的软土或新填土，而支承于较坚实的上层土时，由于土的自重作用，使土产生固结。
2）在桩周的地表面有大面积堆载时，引起地面沉降，使桩侧土压密固结，对桩产生负摩擦力。
3）由于地下水位降低，例如在土层中抽取地下水，或采用排水固结法处治软土，此时土层孔隙水压力减小，有效应力增加，引发地基土新的固结下沉。
4）自重湿陷性黄土下沉和冻土融化下沉。
5）在饱和粘土地基中，群桩施工完成后，孔隙水压力消散，隆起的土体逐渐固结下沉，若桩端持力层较硬，则会引起负摩擦力。
6）地基中液化土层发生变化时，引起地基土层大面积下沉，产生桩基负摩擦力。
由此可见，对于桥台桩基工程，当桩穿过可压缩性土层而支承在坚硬的持力层上时，一般都有可能发生负摩擦力。
2 桥台软土地基桩基负摩擦力的大小和深度2. 1 桩基负摩擦力的发生深度一般说来，负摩擦力并不发生于整个软弱土层中。
当水泥混凝土桩基成桩后，随着桥台地面以上路堤填筑荷载的不断增大，桩侧软弱土层逐渐压缩，桩身表面从上而下的正摩擦力慢慢减少，随即产生负摩擦力，变成桩基上部为负摩擦力，桩基下部为正摩擦力。
摩擦力为零的位置为中性点，此点为桩基在该处的位移量与其周围土的下沉量相等之点，它是土与桩之间不产生相对位移之点，如图1 的O1 点所示。
图1 （b） A 是土层轴向位移曲线，B 为桩的截面位移曲线，图1 （c）为桩周摩擦力分布曲线，图1（d）为桩身轴向分布曲线。
桩侧负摩阻力的计算
桩侧负摩阻力的计算一、 规范对桩侧负摩阻力计算规定符合下列条件之一的桩基，当桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，在计算基桩承 载力时应计入桩侧负摩阻力：1、 桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时；2、 桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载（包括 填土）时；3、 由于降低地下水位，使桩周土有效应力增大，并产生显著压缩沉降时。
4、 桩周土沉降可能引起桩侧负摩阻力时，应根据工程具体情况考虑负摩阻力对桩基承载力 和沉降的影响；当缺乏可参照的工程经验时，可按下列规定验算。
① 对于摩擦型基桩，可取桩身计算中性点以上侧阻力为零，并可按下式验算基桩承载力：N k 乞 R a（ 7-9-1）② 对于端承型基桩，除应满足上式要求外，尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载，并 可按下式验算基桩承载力：N k Q g <Ra（ 7-9-2）③ 当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计入 附加荷载验算桩基沉降。
注：本条中基桩的竖向承载力特征值只计中性点以下部分侧阻值及端阻值。
二、 计算方法桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载，当无实测资料时可按下列规定计算： 1、中性点以上单桩桩周第 i 层土负摩阻力标准值，可按下列公式计算：q ?i = ni ；「i（ 7-9-3）当填土、自重湿陷性黄土湿陷、欠固结土层产生固结和地下水降低时：i 71ri -mm i 厶i m =2（7-9-3 ）〜（7-9-5）式中：q ?i ――第i 层土桩侧负摩阻力标准值；当按式（7-9-3）计算值大于正摩阻力标准值时，取正摩阻力标准值进行设计；-ri ――由土自重引起的桩周第i 层土平均竖向有效应力；桩群外围桩自地面算起，桩群内部桩自承台底算起;当地面分布大面积荷载时：；★二p • c ri(7-9-4) 其中， (7-9-5)Ci ■――桩周第i层土平均竖向有效应力；i, m――分别为第i计算土层和其上第 m土层的重度，地下水位以下取浮重度;.'■■Zi ---- 第 i 层土、第 m层土的厚度；p――地面均布荷载；桩周第i层土负摩阻力系数，可按表 7-9-1取值;表7-9-1 负摩阻力系数匕土类5土类5饱和软土0.15 〜0.25 砂土0.35 〜0.50粘性土、粉土0.25 〜0.40 自重湿陷性黄土0.20 〜0.35②填土按其组成取表中同类土的较大值；2、考虑群桩效应的基桩下拉荷载可按下式计算：nQ f 二n 八側（7-9-6）(7-9-7)式中，n ――中性点以上土层数；l i――中性点以上第i土层的厚度；n ――负摩阻力群桩效应系数；S ax, S ay ――分别为纵横向桩的中心距；q S?――中性点以上桩周土层厚度加权平均负摩阻力标准值；m――中性点以上桩周土层厚度加权平均重度（地下水位以下取浮重度）。
大面积荷载下考虑时间效应的单桩负摩阻力计算方法
大面积荷载下考虑时间效应的单桩负摩阻力计算方法
在大面积荷载作用下考虑时间效应的单桩负摩阻力计算方法，通常需要考虑以下几个方面：
1. 土体的时间效应：土体是一个非线性、非弹性的材料，其在荷载作用下会发生变形，同时还存在时间效应。
时间效应是指当荷载作用时间较长时，由于土体的渐进应变会导致负摩阻力随时间逐渐增大。
因此，在进行单桩负摩阻力计算时，需要考虑土体的时间效应。
2. 摩擦角的确定：单桩负摩阻力的计算需要确定摩擦角值。
在考虑时间效应时，需要根据土体的渐进曲线来确定摩擦角的取值。
渐进曲线是指在荷载作用时间较长时，土体应力和应变之间的关系逐渐趋于稳定，并达到一个时间稳定的状态。
根据渐进曲线，可以确定摩擦角的取值。
3. 动力参数的考虑：在考虑时间效应的单桩负摩阻力计算中，需要考虑土体的动力参数，如动力剪切模量和动力黏聚力。
这些参数一般通过现场实测或室内试验获得，用于单桩负摩阻力计算时考虑土体的动力特性。
4. 荷载作用时间的选择：荷载作用时间是指荷载在一定时间内对土体施加的作用。
在考虑时间效应的单桩负摩阻力计算中，需要选择合适的荷载作用时间。
一般来说，时间越长，负摩阻力的时间效应越明显。
因此，选择荷载作用时间需要根据实际工程情况和要求来确定。
综上所述，大面积荷载下考虑时间效应的单桩负摩阻力计算方法，需要通过确定土体的时间效应、摩擦角、动力参数和荷载作用时间等参数，进行综合计算。
在实际工程中，可以通过试验或模拟计算来确定这些参数的值，从而得到准确的负摩阻力计算结果。
桩基负摩擦力
砂卵石 侧阻力qsk=80kPa 端阻力qpk=2500kPa
地下水位 10m
10m 2m
4.桩基础
1 对于填土场地，宜先填土并确保填土旳密实性， 软土场地填土前应采用预设塑料排水板等措施，待 填土地基沉降基本稳定后方可成桩；
2 对于自重湿陷性黄土地基，可采用强夯、挤密土 桩等先行处理，消除上部或全部土旳自重湿陷；
2 桩穿过自重湿陷性黄土层时，ln 可按表列值增大10％（持力层为基岩除外）；
3 当桩周土层固结与桩基固结沉降同步完毕时，取 ln= 0
、
4 当桩周土层计算沉降量不大于 20mm 时，ln 应按表列值乘以 0.4~0.8 折减。
4.桩基础
1.4. 桩基规范有关桩旳负摩阻力旳有关要求
下面情况中旳桩基，当桩周土层产生旳沉降超 出基桩旳沉降时，在计算基桩承载力时应计入桩侧 负摩阻力： 桩穿越较厚涣散填土、自重湿陷性黄土、欠固结 土、液化土层进入相对较硬土层时； 桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大 旳长久荷载，或地面大面积堆载（涉及填土）时； 因为降低地下水位，使桩周土有效应力增大，并 产生明显压缩沉降时。
应系数取1.0）。
粘土 侧阻力qsk=40kPa 饱和重度γsat=18kN/m3
粉质粘土 侧阻力qsk=50kPa 饱和重度γsat=20kN/m3
砂卵石 侧阻力qsk=80kPa 端阻力qpk=2500kPa
地下水位 10m
10m 2m
【解】
计算中性点深度： 第一层土： 第二层土：
Ln 0.8L0 0.8 20 16m
Nk Qgn Ra 注：本条中基桩旳竖向承载力特征值 Ra 只计
中性点下列部分侧阻值及端阻值。 当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时， 尚应将负摩阻力引起旳下拉荷载计入附加荷载验算 桩基沉降。
桩侧负摩阻力的计算
桩侧负摩阻力的计算一、规范对桩侧负摩阻力计算规定符合下列条件之一的桩基，当桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力：1、桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时；2、桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载（包括填土）时；3、由于降低地下水位，使桩周土有效应力增大，并产生显著压缩沉降时。
4、桩周土沉降可能引起桩侧负摩阻力时，应根据工程具体情况考虑负摩阻力对桩基承载力和沉降的影响；当缺乏可参照的工程经验时，可按下列规定验算。
①对于摩擦型基桩，可取桩身计算中性点以上侧阻力为零，并可按下式验算基桩承载力： a k R N ≤ （7-9-1）②对于端承型基桩，除应满足上式要求外，尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载，并可按下式验算基桩承载力：a ng k R Q N ≤+ （7-9-2）③当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计入附加荷载验算桩基沉降。
注：本条中基桩的竖向承载力特征值只计中性点以下部分侧阻值及端阻值。
二、计算方法桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载，当无实测资料时可按下列规定计算： 1、中性点以上单桩桩周第 i 层土负摩阻力标准值，可按下列公式计算：i ni nsiq σξ'= （7-9-3） 当填土、自重湿陷性黄土湿陷、欠固结土层产生固结和地下水降低时：ri i σσ'=' 当地面分布大面积荷载时：rii p σσ'+=' （7-9-4） 其中, i i i m m m riz z ∆∑+∆='-=γγσ1121（7-9-5） （7-9-3）～（7-9-5）式中：nsi q ——第i 层土桩侧负摩阻力标准值；当按式（7-9-3）计算值大于正摩阻力标准值时，取正摩阻力标准值进行设计；ri σ'——由土自重引起的桩周第i 层土平均竖向有效应力；桩群外围桩自地面算起，桩群内部桩自承台底算起；i σ'——桩周第i 层土平均竖向有效应力；m i γγ,——分别为第i 计算土层和其上第m 土层的重度，地下水位以下取浮重度；m i z z ∆∆,——第i 层土、第m 层土的厚度；p ——地面均布荷载；ni ξ——桩周第i 层土负摩阻力系数，可按表7-9-1取值；表7-9-1 负摩阻力系数ξ注：①在同一类土中，对于挤土桩，取表中较大值，对于非挤土桩，取表中较小值；②填土按其组成取表中同类土的较大值；2、考虑群桩效应的基桩下拉荷载可按下式计算：∑⋅==ni i nsi n n gl q u Q 1η （7-9-6）⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅=4d q d s s m n s ya x a n γπη （7-9-7）式中，n ——中性点以上土层数； l i ——中性点以上第i 土层的厚度；n η——负摩阻力群桩效应系数；ay ax s s ,——分别为纵横向桩的中心距；ns q ——中性点以上桩周土层厚度加权平均负摩阻力标准值；m γ——中性点以上桩周土层厚度加权平均重度（地下水位以下取浮重度）。
桩侧负摩阻力的计算
桩侧负摩阻力的计算一、规范对桩侧负摩阻力计算规定符合下列条件之一的桩基，当桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力：1、桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时；2、桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载（包括填土）时；3、由于降低地下水位，使桩周土有效应力增大，并产生显著压缩沉降时。
4、桩周土沉降可能引起桩侧负摩阻力时，应根据工程具体情况考虑负摩阻力对桩基承载力和沉降的影响；当缺乏可参照的工程经验时，可按下列规定验算。
①对于摩擦型基桩，可取桩身计算中性点以上侧阻力为零，并可按下式验算基桩承载力： a k R N ≤ （7-9-1）②对于端承型基桩，除应满足上式要求外，尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载，并可按下式验算基桩承载力：a ng k R Q N ≤+ （7-9-2）③当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计入附加荷载验算桩基沉降。
注：本条中基桩的竖向承载力特征值只计中性点以下部分侧阻值及端阻值。
二、计算方法桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载，当无实测资料时可按下列规定计算： 1、中性点以上单桩桩周第 i 层土负摩阻力标准值，可按下列公式计算：i ni nsiq σξ'= （7-9-3） 当填土、自重湿陷性黄土湿陷、欠固结土层产生固结和地下水降低时：ri i σσ'=' 当地面分布大面积荷载时：rii p σσ'+=' （7-9-4） 其中, i i i m m m riz z ∆∑+∆='-=γγσ1121（7-9-5） （7-9-3）～（7-9-5）式中：nsi q ——第i 层土桩侧负摩阻力标准值；当按式（7-9-3）计算值大于正摩阻力标准值时，取正摩阻力标准值进行设计；ri σ'——由土自重引起的桩周第i 层土平均竖向有效应力；桩群外围桩自地面算起，桩群内部桩自承台底算起；i σ'——桩周第i 层土平均竖向有效应力；m i γγ,——分别为第i 计算土层和其上第m 土层的重度，地下水位以下取浮重度；m i z z ∆∆,——第i 层土、第m 层土的厚度；p ——地面均布荷载；ni ξ——桩周第i 层土负摩阻力系数，可按表7-9-1取值；表7-9-1 负摩阻力系数ξ注：①在同一类土中，对于挤土桩，取表中较大值，对于非挤土桩，取表中较小值；②填土按其组成取表中同类土的较大值；2、考虑群桩效应的基桩下拉荷载可按下式计算：∑⋅==ni i nsi n n gl q u Q 1η （7-9-6）⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅=4d q d s s m n s ya x a n γπη （7-9-7）式中，n ——中性点以上土层数； l i ——中性点以上第i 土层的厚度；n η——负摩阻力群桩效应系数；ay ax s s ,——分别为纵横向桩的中心距；ns q ——中性点以上桩周土层厚度加权平均负摩阻力标准值；m γ——中性点以上桩周土层厚度加权平均重度（地下水位以下取浮重度）。
基桩负摩阻力的计算过程及工程应用探讨
94-2008）5.4.4 条 第 1 款 规 定，
=
=70+0.5×
=70+0.5×（18-10）×8=102Kpa ；
=
=70+
+0.5×
×8+0.5×（20-10）×7=169Kpa ；
=70+（18-10）
由规范式 (5.4.4-1) 可知：
；故取
。
由规范式 (5.4.4-3)，取
（单桩基础），
五、基桩负摩阻力参考算例 某端承桩，采用泥浆护壁灌注桩，桩径 1000mm， 桩 长 16m， 桩 周 土 性 参 数 如 图 3 所 示， 已 知 黏 土 ξn=0.25，粉土 ξn=0.30，当地面大面积堆在为 70Kpa 时， 试算由于负摩阻力产生的下拉荷载为多少。 首先应确定计算中性点所在的位置，取 ln/l0=1.0， ln=1.0l0=1.0×（8+7）=15m。 其 次 确 定 ：由《 建 筑 桩 基 技 术 规 范 》（JGJ
192
技术应用
图2 桩基负摩阻力示意图
图3 桩周土层参数示意图
四、减小桩基负摩阻力的措施 工程的质量以及安全储备是极其重要的。在实际工程 设计以及现场基础施工中，应当采取有效的措施，减小或 消除桩侧负摩阻力产生的不利影响。根据已知的工程经验， 本文总结了以下几种消除负摩阻力的典型方法 ： （1）夯实法 ：在工程桩施工之前，应先对新近的填 土进行地基处理，采用预压夯实，从而降低土的压缩性， 待实测土的沉降基本达到稳定，再进行后续桩基础的施工。 但是此种方法需要的时间周期比较长。 （2）地基处理法 ：通过一系列的地基处理方式，对 产生负摩阻力的桩侧土层进行加固处理，消减其产生的负 摩阻力，从而提高桩基的承载力。主要的方式有深层搅拌 桩、强夯、挤密土桩等办法，降低浅层地基土压缩性，较 小其沉降量，从达到减少负摩阻力的效果。 （3）缩小桩径法 ：在承载力满足设计要求的前提下， 尽量缩小桩的直径，从而减小每根桩所承受的负摩阻力。 （4）桩身处理法 ：通过对桩身进行技术处理，如使 用套管桩，或者桩与套管之间涂满润滑油 ；从而降低桩土 之间的摩擦，使得桩侧负摩阻力变小，这种处理工艺操作 起来比较简单，而且效果比较显著，安全可靠，在目前的 应用也是最广泛的。
公路高填土桥台桩基负摩阻力计算初探
第33卷第4期2007年12月湖南交通科技HUNAN COMMUN I CATI O N SC I ENCE AND TECHNOLOGYVol .33No .4Dec .2007 收稿日期:2007Ο08Ο10作者简介:郭泽华(1982Ο),男,主要从事桥梁设计。
文章编号:1008Ο844X (2007)04Ο0064Ο02公路高填土桥台桩基负摩阻力计算初探郭泽华,李国芬,华 炜,张高勤(南京林业大学土木工程学院,江苏南京 210037) 摘 要:阐述了高填土桥台桩基负摩阻力产生的原因,介绍了桩基中性点位置确定,并结合工程实例,举例说明负摩阻力计算的详细方法与步骤。
关键词:高填土桥台;桩基;负摩阻力 中图分类号:U 443.1文献标识码:A 桩基础具有承载力高、地质适应性强、施工便捷、沉降小、工期短等特点,因此在桥梁设计中普遍采用。
桩的承载力是由桩底支承力与桩周土体的侧摩阻力两部分组成的。
在正常情况下,桩受竖向压力后,桩基相对桩侧土做向下运动,桩侧土对桩产生向上的正摩阻力,而在桩周上为回填土、软弱土层、湿陷性黄土、砂土液化等不良水文地质情况下,桩侧土对桩产生向下的负摩阻力。
这部分负摩阻力不但不是桩承载力的一部分,反而变成施加在桩上的外加荷载,它常会增加桩的沉降,如果在设计桥梁桩基时不考虑或未充分考虑负摩阻力,可能会造成桩端地基的屈服破坏、桩身失稳、桥墩不均匀沉降,从而引发上部结构开裂等不良后果,这样的例子在国内外有很多报道。
1989年,国道206线改造工程某一桥台直径1.2m 的钻孔灌注桩,桩长19.5m ,因对桥台台后高达5.3m 的填土产生的桩基负摩擦力考虑欠周,且在桩基成桩之前未对地表以下1.5～2.0m 的软土层进行处理,结果桥台桩基施工完成后,桩基沉降量达34c m [1]。
因而,正确计算负摩阻力对桩基础设计是至关重要的。
1 关于高填土桥台负摩阻力对于桥梁工程特别要注意桥头路堤高填土的桥台桩基础的负摩阻力问题,因路堤高填土是一个很大的地面荷载且位于桥台的一侧,路堤下地基土的压缩变形对桩产生的负摩阻力很可能使桥台桩基产生不均匀沉降。
厚填土地区桩基负摩阻计算及案例分析
1 土挤密桩的优势 回填土场地由于回填工艺和施工时间的不同，回填效果
（5.4.4-5）
也会有一定的差别，因而填土孔隙比、固结度等物理力学性质
差异较大。一般处理方法有强夯、挤密桩、桩基等方式。采用 强夯时由于填土厚度不均匀，而夯击能一定，就会产生局部层 底处理不到位，容易产生不均匀沉降；采用桩基时，填土沉降 会引起负摩阻力，可能会造成桩身破坏、桩端地基屈服或破坏 以及上部结构不均匀沉降等现象，因此，厚填土场基桩设计使 用过程中要考虑由填土沉降引起的负摩阻力，成本增加显著。
192 建筑与装饰2021年6月上
Construction & Decoration
建筑技术
相比较取小值。 计算时根据土层性质和厚度不同，如深厚填土区下拉荷
载较大，在计算负摩阻时应控制不大于该土层的正摩阻力标准 值。本工程勘察单位提供的正摩阻力极限值为40，则下拉荷载 为按40计算得出的标准值。其他参数由地勘报告提供[2]。
2 负摩阻力的计算及消除
四，采取“抗”的措施，即是在桩基础承载力设计时，考虑负
根据桩基规范5.4条的相应规定：
摩阻力作为下拉荷载的一部分，来进行桩基础设计。第五，先
5.4.4桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载，当无实测资料时 期采用挤土桩、强夯等地基处理处理方法，将松散填土处理密
可按下列规定计算：
经过多年工程实践，结合项目工程实例，提出土挤密桩处 理方法，并给出设计、施工、检测等具体要求。
下水降低时：
σ
' i
=
σ
' γ
i
当地面分布大面积荷载时：
σ
' i
=
p
+
σ
' γ
负摩阻力计算实例
负摩阻力计算实例本建筑场地为自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅱ级（中等），依椐JGJ94-2008规范第5.4.2条规定，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力。
首先，根据场地地质情况（以3#井处的地层为例）确定压缩4.2 桩基4.2.1 桩基类型及桩端持力层的选择依据勘察结果分析, 本建筑场地为自重湿陷性黄土场地，（自重湿陷量的计算值为120.5-151.6mm）湿陷等级为Ⅱ级（中等），湿陷性土层为②、③、④、⑤层，湿陷土层厚度为10-15m，湿陷最大深度17m（3#井）。
可采用钻孔灌注桩基础，第⑦层黄土状粉土属中密-密实状态，具低-中压缩性，不具湿陷性，平均层厚4.0m，可做为桩端持力层。
4.2.2 桩基参数的确定根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）、《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）中的有关规定，结合地区经验，饱和状态下的桩侧阻力特征值qsia（或极限侧阻力标准值qsik）、桩端阻力特征值qpa（或极限端阻力标准值qpk¬）建议采用下列估算值：土层编号土层名称土的状态桩侧阻力特征值qsia(kPa) 极限侧阻力标准值qsik(kPa) 桩端阻力特征值qpa(kPa) 极限端阻力标准值qpk(kPa)②黄土状粉土稍密 11 23③黄土状粉土稍密 12 24④黄土状粉土稍密 12 24⑤黄土状粉土稍密 13 26⑥黄土状粉土中密 18 36⑦黄土状粉土中密 18 36 500 1000⑧黄土状粉土中密 20 40 600 12004.2.3 单桩承载力的估算依据JGJ94-2008规范，参照《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第8.5.5条，单桩竖向承载力特征值可按下式估算：Ra=qpaAp+up∑qsiaLi式中：Ra——单桩竖向承载力特征值；qpa 、qsia——桩端端阻力、桩侧阻力特征值；Ap——桩底端横截面面积= πd2（圆桩）；up——桩身周边长度=πd；Li——第i层岩土的厚度；以3#孔处的地层为例，桩身直径取600mm，以第⑦层黄土状粉土做为桩端持力层，桩入土深度24.0m（桩端进入持力层的深度对于粘性土、粉土应不小于1.5d）。
桩侧负摩阻力计算
持力层为中密以上砂土中性点深度比取 0. 7 。
L n/ L 0 = 0. 7 , L 0 = 12. 9 m ,则 L n = 9. 0 m ,即中性点深度为
9. 0 m ,桩侧负摩阻力计算与取值见表 2 。
表 2 桩侧负摩阻力 qsni的计算与取值
土层序号
土 类
厚度 层底 m 深度
Zi m
γ1i kN/ m3
66. 05
24
Ⅲ5 粘 土 2. 40 16. 90 8. 45 9. 47
80. 02
34
qsni 取值 kPa
20 30 16 24 34
计算 侧面积
m2
2. 96
2. 72
1. 28
1. 2. 2 二版计算
Ⅲ5 粘土层(软塑) 层底埋深 16. 9 m ,参照 J GJ 94294 表 5. 2. 16. 2 ,
)
]
。
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1. 2 在计算上两版本则存在很大差异 。现将其各自解法分别列 于下 :
1. 2. 1 一版计算 Ⅲ5 粘土层 (软塑) 层埋深 16. 9 m ,参照 J GJ 94294 表 5. 2. 16. 2 ,
2) 取定中性点深度比 ,确定中性点深度 ln 。 3) 进行桩负摩阻力 qsni的计算和取值 。 4) 计算群桩中任一基桩下拉荷载标准值 :
据 J GJ 94294 第 5. 2. 16. 2 条公式 :
Q
n g
=
ηn
·μ
n
负摩阻力计算实例
负摩阻力计算实例本建筑场地为自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅱ级（中等），依椐JGJ94-2008规范第5.4.2条规定，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力。
首先，根据场地地质情况（以3#井处的地层为例）确定压缩4.2 桩基4.2.1 桩基类型及桩端持力层的选择依据勘察结果分析, 本建筑场地为自重湿陷性黄土场地，（自重湿陷量的计算值为120.5-151.6mm）湿陷等级为Ⅱ级（中等），湿陷性土层为②、③、④、⑤层，湿陷土层厚度为10-15m，湿陷最大深度17m（3#井）。
可采用钻孔灌注桩基础，第⑦层黄土状粉土属中密-密实状态，具低-中压缩性，不具湿陷性，平均层厚4.0m，可做为桩端持力层。
4.2.2 桩基参数的确定根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）、《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）中的有关规定，结合地区经验，饱和状态下的桩侧阻力特征值qsia（或极限侧阻力标准值qsik）、桩端阻力特征值qpa（或极限端阻力标准值qpk¬）建议采用下列估算值：土层编号土层名称土的状态桩侧阻力特征值qsia(kPa) 极限侧阻力标准值qsik(kPa) 桩端阻力特征值qpa(kPa) 极限端阻力标准值qpk(kPa)②黄土状粉土稍密 11 23③黄土状粉土稍密 12 24④黄土状粉土稍密 12 24⑤黄土状粉土稍密 13 26⑥黄土状粉土中密 18 36⑦黄土状粉土中密183****1000⑧黄土状粉土中密 20 40 600 12004.2.3 单桩承载力的估算依据JGJ94-2008规范，参照《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第8.5.5条，单桩竖向承载力特征值可按下式估算：Ra=qpaAp+up∑qsiaLi式中：Ra——单桩竖向承载力特征值；qpa 、qsia——桩端端阻力、桩侧阻力特征值；Ap——桩底端横截面面积= πd2（圆桩）；up——桩身周边长度=πd；Li——第i层岩土的厚度；以3#孔处的地层为例，桩身直径取600mm，以第⑦层黄土状粉土做为桩端持力层，桩入土深度24.0m（桩端进入持力层的深度对于粘性土、粉土应不小于1.5d）。
桩基础负摩阻计算
桩直径 D 桩面积 A 桩周长 u 地面超载 p 地下水标 高
0.5 m 0.196 m2 1.571 m
5.00 kpa -1.80 m
钻孔 编号
土层
1 填土
2 淤泥质粉质粘土
中性点
层顶标高
厚度(m)
正摩阻力标准 值(Kpa)
2.05 -1.95
4.00 21.30
0.00 7.00
ζn 0.15~0.25 0.25~0.40 0.35~0.50 0.20~0.35
中性点深度ln
表5.4.4-2
持力层性质 黏性土、粉土 中密以上砂 砾石、卵石
中性点深度比 ln/l0
0.5~0.6
0.7~0.8
0.9
基岩 1
中性点深度ln应按桩周 土层沉降与桩沉降相等 的条件计算确定，也可 参照表5.4.4-2 确定。
中性 点深 度由 《建 筑桩 基技 术规 范》 (JGJ9 42008) 表 5.4.4 -2确 定。
本表 格考 虑地 面超 载和 地下 水共 同作 用下 的负 摩阻 力。
负摩阻力系数ζn
表5.4.4-1 土类
饱和软土
黏性土、粉土 砂土
自重湿陷性黄土
注：1、在同一类土 中，对于挤土桩，取表 中较大值 对于非挤土桩，取表中 较小值 2、填土按其组成取表 中同类土的较大值
注： 1 、ln 、l0 — —分别为自桩顶算起的 中性点深度和桩周软弱 土层下限深度； 2、 桩穿过自重湿陷性 黄土层时，ln 可按表 列值增大10％（持力层 为基岩除外）；
3 、当桩周土层固结与 桩基固结沉降同时完成 时，取ln= 0 ； 4 、当桩周土层计算沉 降量小于20mm 时，ln 应按表列值乘以 0.4~0.8 折减。