浅析桩的负摩擦力

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1、1浅 析 桩 的 负 摩 擦 力摘 要 ： 现在很多工程问题和事故跟桩的负摩擦力有关，因此桩的负摩擦力是工程中讨论的热点问题之一。本文针对桩基负摩擦力的成因中性点位置和负摩擦力计算及其消减等问题进行讨论与分析。关 键 词 ： 桩基 负摩擦力 成因 中性点 消减一 、 前 言工程中通过桩基将上部荷载传给基土，因此基土对桩侧面有摩擦力及对桩端有端阻力。桩土之间相对位移不同会产生不同方向的摩擦力。当桩相对于土有向下的位移，则在桩上产生向上的摩擦力，即正摩擦力；当桩周围土相对于桩有向下的位移，则在桩侧产生向下的摩擦力，即负摩擦力。我们知道，正摩擦力对桩有支撑作用，而负摩擦力将会降低桩基的承载力从而成为

2、桩的附加荷载，因此负摩擦桩在工程中存在重大隐患。二 、 负 摩 擦 力 产 生 的 条 件 和 影 响 因 数（ 一 ） 负 摩 擦 力 产 生 的 条 件由上知，当桩周围的土相对桩产生向下的位移时才产生负摩擦力，因此产生负摩擦力需要一定的条件。发生负摩擦力的一般情况如下：1）桩穿过欠压密的软粘土或新填土，而支承于较坚硬的土层（硬粘性土中密沙土砾石层或岩层）时；2）桩侧软土地面因大面积堆载而下沉；3）抽排地下水，使土体有效应力增大，从而引起桩周围土下沉时；4）高度敏感的粘土层，由于打桩使之发生触变效应；5）自重湿陷性黄土下沉和冻土融化下沉；6）在采用压桩法沉桩的桩基中，由于桩身上段在压力解除后

3、会产生向上的回弹，将使桩侧产生负摩擦力；7）设在膨胀土地基中的桩，由于周期性季节气候变化使土产生胀缩变形；8）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，形成欠固结的淤泥回淤在桩的周围，该淤泥层将随时间而固结沉降，从而将会产生一定的负摩擦力。（ 二 ） 负 摩 擦 力 的 影 响 因 数2影响桩侧负摩擦力的因素很多，桩周围土层的性质和桩基沉降及地面沉降的大小沉降速度稳定性等都对负摩擦力大小有影响。其中，土层的抗减强度越高，负摩擦力极限值越大；土层厚度越厚，负摩擦力越大；土层的压缩性越大，沉降速度越快，负摩擦力越大。此外，桩基类型对负摩擦力影响也很大。三 、 中 性 点 位 置 的 确

4、 定桩的负摩擦力不会发生在整个软弱压缩土层中，而中性点就是某特定深度的桩断面。在中性点以上土的沉降量大于桩，桩承受负摩擦力；中性点以下桩的下沉量大于土，桩承受正摩擦力。因此，在中性点处桩与土位移相等相对位移为零摩擦力为零，同时该断面轴力最大。中性点深度与桩周围土的压缩性和变形条件桩和持力层土的刚度有关。中性点位置的确定有以下一些方法：（一）通过量测桩各个截面及可压缩土层各个深度的竖向位移或沉降，作出不同时间的桩土竖向位移图，图中桩土位移相等位移曲线相交的深度即为中性点深度。（二）通过量测和计算，得出桩的负摩擦力分布曲线。桩轴上摩擦力由负变正的转折点，即为中性点位置。（三）按公式近似计算中性点的

5、深度。以往通过大量的研究发现，一般中性点位于0.6L0.7L 处（L 为桩长），也可按下式计算（忽略桩体弹性压缩变形）：ln =（S d S g）/ S d ）L式中：l n中心点深度S d 桩顶处的沉降S g 桩体的刚性位移（4）根据现场实测绘出的经验值和建议值来确定中性点的位置。现场测试结果指出，中性点的深度 ln 是随持力层的性质而决定的，l n 可参考下表：持力土层性质 粘性土粉土 中密以上砂 砾石卵石 基岩中性点深度比ln / lo0.50.6 0.70.8 0.9 1.0注：l n 与 lo分别为中性深度桩周围沉降变形土层下限深度：3桩穿越自重湿陷性黄土时，l n按表列数值增大 1

6、0（持力层为岩基除外）。四 、 负 摩 擦 力 计 算影响负摩擦阻力的因素甚多，诸如桩侧与桩端土的变形与强度性质土层的应力历史及堆载的大小与范围及桩的类型与成桩工艺等。因此，精确计算负摩阻力是复杂困难的。多数学者认为桩侧负摩阻力的大小与桩侧土的有效应力有关，单桩单位面积负摩擦力按下式计算：f n = ktan i当有地下水位时： i= i.z i当地面有满布荷载时： i = i.z i式中： f n 第 i 层土桩侧负摩阻力；K 土的侧压力系数； 土的有效内摩擦角； i 桩周第 i 层土平均竖向有效应力； i 第 i 层土层底以上桩周土的平均有效重度；z i 自地面起算的第 i 层土中点深度；

7、P 地面均布荷载对于粘性土，当用静力触探求得探头比贯入阻力（P s）时，可按下式估算：f n = 1/10 P s对于砂土，当用标准贯入实验求得击数（N）时，则按下式估算：f n = 2N + 30根据有关文献介绍，经验估计软弱土层桩基最大负摩擦力为：f n = 0.5f u式中：f u 为软弱土层无侧限抗压强度五 、 负 摩 擦 力 的 消 减4负摩擦力的存在加大了上部荷载，增加了桩基础的沉降，给上部建筑的稳定带来了隐患，因此需要采取一些消减负摩擦力的措施。现有消减负摩擦力的方法如下：（1）允许桩基增加少许沉降量而重新选择持力层。（2）在中性点以上的桩侧表面涂上涂料，涂层产生剪应变，降低桩表

8、面的负摩擦力。（3）套管保护法。在中性点以上桩段罩上一段尺寸大于桩径的钢套管，使该段桩身不致受到土的负摩擦力作用。（4）在群桩基础外围设置保护桩，使外围的下层软粘土固结下沉引起的下拉荷载全部由周边保护桩来负担。（5）地基浸水法。该法使地基先浸水，增加孔隙压力，降低桩侧摩擦力。（6）改换合适的建筑场地或对可压缩地基在打桩前采取加固措施。（7）分段施工法。该法是将桩基施工 0.51 年后，再继续其上部结构施工，可以缓解负摩擦力的作用。六、结 语桩的负摩擦力对桩的工作有不利影响，桩基设计中必须结合实际加以考虑，亦可采取一定的措施加以克服。桩基负摩擦力作用机理比较复杂，与多种因素有关。对于桩的负摩擦力需进一步的研究。参 考 文 献1陈志辉，陆永强，朱伟强桩基负摩擦力浅析土工基础，第 6 期，20072鹿群，张岳文，郑述海等桩基负摩擦力的成因机理与危害分析河北建筑科技学院学报，第 4 期，20033罗志强桥台桩基负摩擦力的形成分析与消减措施中南公路工程，第 4 期，20024魏海波桩基负摩阻力探讨山西建筑，第 10 期，200555杨克己实用桩基工程北京：人民交通出版社，2004