软土地区负摩阻力对桩基影响分析及检测实例

中性点深度极大值较大一些。分析原因是规范估算只考虑桩端
持力层的性质，对于桩周地面上附加荷载的大小则没有考虑，
因此得出的中性点深度是可能产生的最大深度，偏于安全。
6．桩周负摩阻力系数的计算
随着时 间的增长，负摩阻力也会增长 但最终趋于稳定，
各试桩桩身轴力随时间的变化表明，60 天后各试桩中性点处
轴力增长 幅度已经很小，基本已趋于稳 定，根据计算，其上
三、软土地区负摩阻力检测实例 1．试验场地概况
表 1 试桩场地各土层分布和物性指标
土 层编 号
土 层名 称
厚度 含水率
重度
孔隙比 压缩模量
（m） （%） （KN / m3）
①
杂填 土
5.9
16.8
②
淤泥
5.1
66.7
15.3
1.9
1.3
③
粉 质粘 土
3.0
28.5
19.0
0.8
6.7
④
粉质 粘土 含砂砾
桩周垂向有效应力。
表 3 试验场地各土层的负摩阻力系数 β
土层
回 填渣 层
淤泥 层
粉 质粘 土层
粉质 粘土 层 含 砂砾层
负 摩阻 力系 数
0.360.38
0.24- 0.2 7
0 .32- 0.35
0.0 6- 0.11
四、降低或消除负摩阻力的措施
为了减少或避 免桩基所承受的下拉荷载， 需要在桩基的
压缩性较低，且沉降在前 4 个月大部分固结已完成，后期沉降
量较小，可忽略不计，因此，可得到桩周软弱土层的下限深度，
即为 1 7.3 m ，再按规范估算中性点的深度的经验值便可计算
出中性点深度约在 1 0.5 m ~1 2.2m ，与实测值 10.2 、11.5 m
相比，基本可认为在规范估计的范围之内，但按规范[5]估算的
阻力系数的计算，有效的为工程设计和施工提供了参考。
关键词：软土；负摩阻力；桩基；检测
中图分类号：TU473. 1
文献标识码：A
文章编号：1006- 7973（2011）10- 0242- 03
一、引言 软土具有孔隙率大，固结度低的特点，因而一般固结沉降 较为明显，且须较长时间才能趋于稳定，当桩周软土的沉降大 于桩的变形时，就会出现负摩阻力。桩基是软土地区一种较为 常见的基础形式[1]，桩周负摩阻力会对桩基工作性状产生影响， 如果在设计桩 基时没有考虑或没有能充 分考虑负摩阻力的影 响，就有可能造成桩身或桩端地基的破坏（端承桩），也可能 使上部结构加大沉降或产生不均匀沉降（摩擦桩）。负摩阻力 导致桩基的荷载增加，有效承载力下降、沉降增大，这些还会 影响到建（构）筑物的正常使用，严重时甚至结构安全。 因此，研究桩 周负摩阻力产生原因及其对 桩基工作性状 的影响分析等具有重要的意义。 二、桩周负摩 阻力产生原因及其对桩基工 作性状的影响 分析 1．桩周负摩阻力产生原因分析 桩周负摩阻力 一般来讲主要是由于桩周土 体下沉或地面 沉降引起的。文献[2 -4]进行桩基在各类型土的负摩阻力进行了 归纳，以下主 要对软土地区桩周负摩阻力 产生的主要原因进 行了补充和完善： （1 ）桩身穿越欠压密的软土、但支承于较坚硬的土层中， 从而使桩周土因固结而产生的沉降大于桩的变形或沉降。 （2 ）桩周软土表面有大面积堆载或新填土时，由于荷载 作用使土层因孔隙水压力消散而重新固结，从而导致地面下沉。 （3 ）软土地区由于抽水或其他原因导致大面积地下水位 下降，上覆土中有效应力增大，从而引起桩周土下沉。 （4 ）高灵敏度的软粘土在施工过程中，如受到扰动，就 引起超孔隙水 压力，随后重塑土体会因超 孔隙水压力消散和 触变作用而又固结下沉，从而引起负摩阻力。 （5 ）当采用压桩法进行桩基施工时，桩身上段压力解除 后桩基一般会 产生向上的回弹，该回弹作 用将使桩周土产生 负摩阻力。 2．桩周负摩阻力对桩基工作性状的影响分析
而提高土体密 实度，大幅降低软土在上覆 土层作用下的固结
沉降，从而达到降低桩周负摩阻力和控制桩基沉降的目的。
（3 ）在设计中，宜作桩基负摩阻力计算，以提供设计的
参考值，使桩基在负摩阻力达到最大时安全系数仍然减少端承桩的负摩阻力。
（5 ）可以在桩基的中性点以上桩身部分，设置套管，从
桩周负 摩阻力对桩工作性状的影响主 要表现为以下几个 方面：
（1 ）桩周表面由负摩阻力形成的下拉荷载可能使桩基的 负荷过大，从而导致桩基沉降过大或桩身结构受到损坏。
（ 2） 负摩阻力的 产生使桩 端标高处 的有效覆盖 压力减 小，即桩承受了部分土体的重量，可能导致桩端阻力降低。
（3 ）群桩中若有部分产生负摩阻力，将有可能出现桩群 的不均匀 沉降，从而导致上部结构损坏 。且对于群桩中，负 摩阻力的 分担也不均匀，一般位于桩群 四角的桩基所分担的 负摩阻力比桩群内部的桩基要大。
由于中 性点与最大轴力点一致，故从 实测轴力分布曲线
即可得出中性点深度在 10 .0~ 11 .5m 范围内。
建筑 桩基技术规 范（J GJ 94 - 20 08 ）[5]给出 了中性点深
度 l 的取值，见表 2 所示。 n 表 2 中性点深度 ln
持 力层 性质
黏性土、粉土 中密以上砂 砾石、卵石 基岩
2．试验过程 首先，在试验场地中施工排水板，再回填第一级堆载（以 厚度为 4 .0m 石渣的回填），持续时间达 4 月后开始桩基的施 工，第一级堆载半年后开始回填第二级荷载（3 .0m 厚石渣）， 回填过程中， 采用由远至近的顺序向试桩 场地回填，同时还 须围绕试桩桩周修筑的环形砖墙（高约 2 .6m ，厚为 0.2 4 m ）， 其主要作用是 防止填土直接作用在桩顶上 ，从而保证试桩所 受的荷载仅是桩周负摩阻力产生的附加荷载。 再通过对试桩场地的桩基 S Z1- 1 桩身混凝土进行钻孔取芯 检测，检测结果表明：试桩 S Z1-1 桩身混凝土完整性较好，但 孔底具有一定厚度的残渣，分析原因为，本场地中的中风化灰岩 中的隐性节理裂隙较为发育，冲击锤成孔的施工工艺易造成桩底 持力层岩体的破碎。试桩 S Z1 -2 同样存在孔底残渣厚的问题， 在试验中发现，S Z1 -1 和 S Z1- 2 虽然桩端进入了中风化灰岩中， 但是在负摩阻力试验中表现出类似摩擦桩的受力性状的原因。 3．量测设备安装方案 在试桩及周围 土体内埋设钢筋计、土压力 计、孔隙水压 力计、单点变 位计以及沉降仪等量测设备 ，以实现桩基负摩 阻力的测试。主要安装方案如下： ①土压力计， 每个试桩桩周布置，竖直放 置，量测桩身 与土体接触面间的水平土压力； ②钢筋计（振弦式），SZ1 -1 、S Z1- 2 桩身分别布置 12 个断面，每断面对称布置 2 个；S Z2- 1，S Z2 -2 桩身分别布 置 8 个断面，每断面对称布置 2 个； ③混凝土应变计，只设置在 S Z1 -1 中； ④单点变位计，S Z1- 1 和 S Z2- 1 各布设一组，每组设置 4 个测点； ⑤分层沉降仪，在试桩附近设置测孔，每个测孔设 6 ~8 个测点，记录土层的下沉量； ⑥钢弦式孔隙水压力计，每个试桩桩周布置； ⑦钢管，布置 于试桩桩身，主要作用是量 测试桩受力后 的桩端沉降。 4．试验结果分析
部土层的固结度己经接近 90 %，因此可以认为此时中性点处
轴力值能作为稳定后参考值。
一般来 讲，桩周负摩阻力与作用在桩 周的垂向有效应力
成正比，那么可以根据经验公式（1）估算出桩周的负摩阻力
系数 β，如表 3 所示。
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中 国水 运
第 11 卷
τ= βσv'
（1）
其中 τ为桩周负摩阻力，β为桩周负摩阻力系数，σv' 为
另外，图 1 中桩身轴力分布曲线在深度 15 ~2 0m 左右处
出现异常凹进现象，分析表明桩径 1,0 00 m m 的冲孔灌注桩
在施工过 程中，在该位置有扩颈现象， 导致施工后的实际桩
径大于设计桩径，因而轴力显得偏小。可以看到，试桩 S Z1 - 1
的最大轴 力点位置较堆载初期有上移现 象，其原因是桩身下
收稿日期：2 01 1- 0 6- 25 作者简介：肖元杰，湖北洪湖人，湖北天一建筑设计有限公司助理工程师，从事建筑建设相关的设计与检测。
第 10 期
肖元杰等：软土地区负摩阻力对桩基影响分析及检测实例
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1 ,00 0m m ，桩长 3 6.6 m ，持力层为土层（8 ）的中风化灰岩； S Z2- 1 ，S Z2 -2 桩径为 8 00 m m ，桩长 2 6.9 m ，持力层为（5） 含碎石粘性土层。
中性点深度比 ln / l0
0. 5～ 0.6
0. 7～ 0. 8
0 .9
1.0
注：
ln
、
l 0
——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。
根据规范[5]给出的方法便可得出中性点深度的经验值：首
先根据前面的地质资料，因此认为第②淤泥、③粉质粘土层、
④粉质粘土含砾砂层为主要压缩土层，第⑤层碎石含粘性土层
施工中采取降 低或消除负摩擦力的有效措 施，根据实际的工
程经验，归纳为以下几点：
（1 ）当地面存在大面积堆载的情况时，应优先采用堆载
预压法进行施 工，且应在施工桩基前几个 月完成，其堆载量
的大小一般应 达到正常使用工况时的地面 堆载情况。并需注
意控制堆载速率，建议采取分期分批逐步进行加载。
（2 ）可以采用化学灌浆的方法使软土中的孔隙填充，从
另外，获得的 1 ~7 土层各桩周土极限侧阻力标准值分别 为 1 5.5 kP a 、1 0.4 kP a 、4 9.6 kP a 、5 3.4 kP a 、8 6.7 kP a 、 9 8.3 kP a 、2 45 .1k Pa ，碎石层含粘性土、全风化灰岩、的桩 端土的极限端阻力分别为 2 ,10 0k P a 、2,5 00 k Pa 。
9.2
26.9
19.2
0.8
7.1
⑤
碎石 层含 粘性土
9.7
25.3
19.1
0.8
9.4
⑥
全 风化灰 岩
2.1
21.6
⑦
微 风化灰 岩
3.6
24.5
⑧
中 风化灰 岩
>10
24.1
试验场 地位于湖北省黄石市，试验地 质土层的土性参数
见表 1。 本次的桩基负摩阻力试验选取的试桩均为冲击锤成
孔灌 注桩。桩径包 含有两种，其中 S Z1- 1 ，S Z1 - 2 桩径为
图 1 SZ1- 1 桩身轴力随时间变化图 第二级堆载 5 天后，桩身轴力均有较大的增长，如图 1 和图 2 所示。堆载持续 7 5 天时间后，试桩 S Z1 -1 由桩周负 摩阻力引起的桩身产生最大下拉荷载为 1 ,12 3k N，最大下拉
荷载出现在深度约 10 .2m 处。
图 2 SZ2- 1 桩身轴力随时间变化图
第 11 卷 第 10 期 2011 年 10 月
中国水运 Chi na Wat er Tr a ns por t
Vol . 11 Oc t obe r
No. 10 2011
软土地区负摩阻力对桩基影响分析及检测实例
肖元杰 1，袁观富 2，张 恒 3，刘 朝 4，田小平 5
（1 湖北天一建筑设计有限公司，湖北 武汉 430071；2 湖北联合发展投资有限公司，湖北 武汉 430077； 3 湖北建安房地产开发有限公司，湖北 武汉 430075；4 武汉融 侨房地产开发有限公司，湖北 武汉 430075；
5 领航动力信息系统有限公司，湖北 武汉 430071 ）
摘 要：桩基是软土地区一种较为常见的基础形 式，桩周负摩阻力会对桩基工作性状产生影响，首先对桩周负摩阻
力产生原因及其对桩基工作性状的影响进行了分析，再 通过位于湖北省黄石市某试验场地的现场试验实例，对灌注
桩的轴力进行了检测，并比较了实测中性点位置与规范 经验值的差别，分析了其产生差别的原因，最后进行了负摩
部的桩周 土固结沉降随着时间的发展， 逐渐变小区域稳定，
此时负摩 阻力大部分是由桩身上部土层 的固结沉降所引起。
桩径 8 0 0m m 的试桩 SZ2 -1 施工过程中没有出现扩颈和缩颈
现象，由桩周负摩阻引起的最大下拉荷载为 6 16 .18 k N，出
现在深度 11 .4m 左右处。
5．实测中性点位置与规范经验值的比较
（4 ）在一定情况下，如桩基过长等，其负摩阻力会改变 桩基的承担载荷方式，如由端承桩转变为摩擦桩。
（5 ）负摩阻力的产生和发展要经历一个时间过程，因此， 桩负摩阻 力存在时间效应的问题。当桩 自身沉降完成的时间 先于桩周 土固结完成的时间时，负摩阻 力达到峰值后就会稳 定不变，反之，负摩阻力在达到峰值后会有一定程度的降低。