浅析桩基负摩阻力产生的原因及其计算.doc

.浅析桩基负摩阻力产生的原因及其计算浅析桩基负摩阻力产生的原因及其计算 【摘要】桩周土体由于某种原因发生下沉时对桩身产生相对向下的位移，这就使桩身承受向下作用的摩擦力，这种摩擦力就是桩基的负摩擦阻力。本文针对桩基负摩擦阻力产生的机理及原因，并通过实例计算分析桩基负摩擦阻力。 【关键词】桩基；负摩擦阻力；机理及原因；实例计算 Rough discuss the reason and count of pile foundation force of negative friction Wang Zhigang1 Liang GuanKao2 (1.Fifth Geological Mineral Exploration and Development Institute of Inner Mongolia, Baotou 014010, P.R.China;2.Inner Mongolia Geology Engineering Co.,Ltd, Hohhot.010010,P.R.China) 【abstract】Owing to some reasons ,the soil around pile foundation occur subside will produce displacement downward to pile foundation，so pile foundation will bear downward friction force，this friction force is negative friction force。This paper point at the reason of pile foundation negative friction force and analysis pile foundation negative friction force by living example。 【Key words】pile foundation; negative friction force;the mechanisation and reason；living example account 中图分类号： TU473.1 文献标识码： A 文章编号： 一、桩基负摩阻力产生的机理及原因 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。在一般情况下，桩受轴向荷载作用后，桩相对于桩周土体向下位移，使土对桩产生向上的摩擦力，称正摩阻力。但是，当桩周土为回填土、软弱土层、湿陷性黄土、砂土液化等不良土体情况下, 桩周土体发生下沉，且其沉降速率较大，对桩身产生相对向下的位移时，这就使桩身承受向下作用的摩擦力，这部分摩擦力不但不是桩的承载力的一部分，反变成施加在桩上的外加荷载，这部分荷载即为负摩阻力。桩侧土体的下沉量取决于桩侧土的压缩特性及其引起其下沉的外界因素，并随深度逐渐减小；而桩在荷载的作用下，桩底的下沉在桩身各截面都是定值；桩身压缩随深度逐渐变小。因此桩侧土体的下沉量有可能在某一深度处与桩身的位移量相等。在此深度以上桩侧土的下沉大于桩的位移，桩身受到向下作用的负摩阻力；在此深度以下桩侧土的下沉小于桩的位移，桩身受到向上作用的正摩阻力。正、负摩阻力变换处的位置即为中性点。 影响中性点的深度1n的因素主要有: 1、桩端持力层的刚度（包括桩底沉渣厚度），持力层越硬，中性点1n越深，端承型桩的1n大于摩擦型桩； 2、桩周土层的变形性质和应力历史，桩周土层压缩变形越高，欠固结度越大，欠固结土层越厚，中性点深度越大； 3、堆载强度和面积越大，地下水降幅和面积越大，中性点深度越大； 4、桩的长径比越大、截面刚度越大，中性点深度越大； 5、在桩承受荷载过程中，随承受荷载及沉降的增加，中性点深度逐渐减小。 除了上述主要因素，它还与桩与桩侧土的相对位移，桩顶荷载施加时间与发生负摩阻力时间，以及桩的类型与沉桩工艺等因素有关。要精确地计算中性点的位置是比较麻烦和困难的，目前一般按规范提供的经验值确定。 桩的负摩阻力能否产生，主要看桩与桩周土的相对位移发展情况。当桩的沉降大于桩周地基土的沉降时,土层与桩侧表面之间就会产生向上作用的摩阻力,即正摩阻力，可提高桩的承载力;反之,当桩的沉降小于桩周地基土的沉降时,土层与桩侧表面之间就会产生向下作用的摩阻力,即负摩阻力，降低桩的承载力。桩的负摩阻力产生的原因有: 1、在桩基础附近大面积堆载，引起地面沉降，对桩产生负摩阻力，对于桥头路堤高填土的桥台桩基础，地坪大面积堆放重物的车间、仓库建筑桩基础，均要特别注意负摩阻力问题； 2、土层中抽取地下水或其它原因，地下水位下降使土层产生白重固结下沉； 3、桩穿越欠固结土层（如填土、软土）进入硬持力层，土层产生白重固结下沉； 4、桩数很多的密集群桩打桩时，使桩周土产生很大的超孔隙水压力，打桩停止后桩周土的再固结作用引起下沉； 5、黄土、冻土中的桩、因黄土湿陷、冻土融化产生地面下沉。 二、桩基负摩阻力的计算实例 某建筑物采用单桩基础，桩径d=1.2m，桩长为23m，桩顶竖向荷载效应标准组合竖向力Nk=2000kN，验算该桩基竖向承载力是否满足要求，桩穿越的地层资料如下表: 注:地下水位-8.0m 分析：根据地质情况确定压缩土层厚度，并计算出中性点深度1n分层计算中性点以上桩侧负摩阻力分布，并求和得桩身下拉荷载Qng计算中性点以下桩侧正摩阻力及桩端阻力，得桩基竖向承载力特征值Ra验算基桩承载力。 1、确定中性点深度 依据桩基规范、压缩土层深度lu=5+12=17m；桩端为密实砂土，1n=0. 81u=13.6m 2、下拉荷载Qng 依据桩基规范，桩穿越的第一层土为冲填土，可取该层负摩阻力系数n1=0. 35 ；第二层土为软粘土，可取n1=0.2。此外在8m深度处有地下水出现，将影响上覆有效应力i的变化，也需分层计算。故共分为3层，分别计算如下: 05m深度内: 1=20.0=50.0kPa qns1=n11=0.3550.0=17.5 kPa 58m深度内: 2=520.018.0=127.0kPa qns2=n22=0.2127.0=25.4 kPa 813. 6m深度内: 3=520.018.0(18.0-10.0)=176.4kPa qns3=n33=0.2176.4=35.3 kPa 基桩的下拉荷载: =nuli=13.141.217.55+25.4335.3（13.6-8）=1362.4kN 其中因单桩基础n=1. 0 3、基桩竖向承载力特征值Ra 桩侧摩阻力自中性点1n以下开始计算。 侧阻力效应系数，粘性土为s1=（0.8/1.2）=0.92，密实砂土为s2=（0.8/1.2）=0.874；端阻力效应系数为s2=（0.8/1.2）=0.87。安全系数K=2。 Ra=Quk/ K Quk= u+ AP =3.141.2（0.9220.03.40.87480.06）0.8742400.03.140.62 =4164 kN Ra=Quk/ K=4164/2=2082 kN 4、验算 Ra =2082kNNk=2000kN满足设计要求。 三、结束语 桩的负摩阻力问题，在我国工程实践中，已变成一个热点问题，如果在桩基设计时不考虑或未充分考虑负摩阻力,可能造成桩端地基的屈服或破坏、桩身失稳及不均匀沉降引发上部结构开裂等不良后果，以致有的建筑无法使用而拆除或花大量资金加固。同样,如果因为对负摩阻力计算不清楚而又片面强调安全,过分考虑负摩阻力对桩基的影响,加大桩基的埋置深度、配筋量或桩基数量,这也会带来不必要的巨大经济浪费。因而,正确认识和计算负摩阻力对桩基础设计是至关重要的。 参考文献： 1肖宏.桩基负摩阻力综述A.第九届全国岩石力学与工程学