桩侧负摩阻力的计算

关于桥梁桩长计算中的负摩阻力探讨摘要当遇到不良地质条件时，桥梁桩基础设计中桩侧负摩阻力对桥梁的安全性、可靠性和经济等方面都有着重要的影响，本文介绍了桩侧负摩阻力产生的原因，影响因素和计算方法。

关键词桩基负摩阻力产生原因计算方法桩基具有承载力高、地质适应性强、施工便捷、沉降小、工期短等优点，采用桩基作为桥梁基础日趋普遍。

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。

当桩底穿过并支承在各种压缩性土层中时，桩主要依靠桩侧土的摩阻力支承竖向荷载。

因此，桩侧摩阻力的大小对结构基础的稳定性起着决定作用。

如果桩周土体与桩身表面发生负摩阻力，使桩侧土一部分重量传递给桩，不但不是桩承载力的一部分，反而变成施加在桩上的外荷载，这是在软弱粘土和湿陷性黄土等地基确定单桩轴向容许承载力时应该注意的。

一、产生负摩阻力的条件和原因在桩顶竖向荷载作用下，当桩相对于桩侧土体向下位移时，桩侧土体对桩产生向上作用的摩擦力，称为正摩阻力（图1a），正摩阻力能抵抗桥梁上部结构及桥墩等产生的荷载。

但是，当桩侧土体因某种原因而下沉，且其下沉量大于桩的沉降（即桩侧土体相对于桩产生向下的位移）时，土对桩产生向下的摩擦力，称为负摩阻力（图1b），负摩阻力变成施加在桩上的外荷载，相当于增加了作用在桩基上的桥梁上部结构及桥墩等产生的荷载。

桩侧负摩阻力问题，本质上和正摩阻力一样，只要得知土与桩之间的相对位移或趋势以及负摩阻力与相对位移之间的关系，就可以了解桩侧负摩阻力的分布和桩身轴力与截面位移了。

产生负摩阻力的情况有多种：(1) 桩穿过欠固结的软粘土或新填土，由于这些土层在重力作用下的压缩固结，产生对桩身侧面的负摩擦力；(2) 在桩侧软土的表面有大面积堆载或新填土(桥头路堤填土)，使桩周的土层产生压缩变形；(3) 由于从软弱土层下的透水层中抽水或其它原因，使地下水位下降，土中有效力增大，从而引起桩周土下沉；(4) 桩数很多的密集群桩打桩时，使桩周土产生很大的超空隙水压力，打桩停止后桩周土的再固结作用引起下沉；(5) 在黄土、冻土中的桩基，因黄土湿陷、冻土融化产生地面下沉。

桩基负摩阻力计算桩基负摩阻力是指在桩基施工过程中，桩基锚固深度以下的土层与桩基之间产生的负摩阻力。

它是桩基在受到荷载时所能产生的抗拔能力的重要指标之一。

正确计算桩基负摩阻力对于保证桩基的安全和稳定至关重要。

桩基负摩阻力的计算是基于摩擦作用和有效应力理论的。

摩擦作用是指土体颗粒间由于相互接触而产生的抗拔力，它与土体密实程度、土壤类型、桩身形状等因素相关。

有效应力理论是指土体中由于土层破坏或变形而引起的有效应力改变，有效应力的变化会影响负摩阻力的大小。

在计算桩基负摩阻力时，需要确定以下几个关键因素：1.土壤特性：土壤的类型、孔隙比、含水量等会影响负摩阻力的大小。

通常可以通过现场土壤取样和实验室试验来获取土壤特性参数。

2.桩身形状：桩的形状、直径、长度等都会对负摩阻力的计算产生影响。

不同形状的桩会受到不同的桩土侧阻力分布。

3.荷载：荷载的大小和施加方式都会对负摩阻力的计算产生影响。

一般情况下，负摩阻力随着施加荷载的增大而增大。

计算桩基负摩阻力的常用方法包括摩擦桩法和剪切桩法。

摩擦桩法是指土体与桩体之间通过摩擦力传递荷载，桩基负摩阻力的大小与侧面土壤的负摩阻力成正比。

剪切桩法是指通过土壤与桩体之间的剪切破坏形成负摩阻力，桩基负摩阻力的大小与土壤的剪切强度参数相关。

计算桩基负摩阻力的步骤如下：1.确定桩的直径和长度，以及桩基的锚固深度。

2.根据现场土壤取样和实验室试验结果，确定土壤特性参数，如饱和黏聚力、内摩擦角、重度等。

3.根据桩身形状和荷载大小，选择适当的计算方法，如摩擦桩法或剪切桩法。

4.进行负摩阻力的计算，根据土壤特性参数和桩身形状，采用相关公式或曲线来计算负摩阻力的大小。

5.验证计算结果的合理性，进行桩基负摩阻力的安全检查，确保其能够满足工程要求。

需要注意的是，桩基负摩阻力的计算是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。

为了保证计算结果的准确性，建议在计算过程中进行合理的取样和试验，尽可能考虑实际情况中的各种因素。

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。

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
桩侧负摩阻力是指桩的竖向力矩作用下，在桩基底面的摩擦力的总和。

这个力的大小取决于桩的长度、直径和材料，以及桩基底面的土壤类型、湿度和压力。

桩侧负摩阻力是设计桩基时需要考虑的一个重要因素，因为它可以影响桩基的承载能力。

桩侧负摩阻力的计算方法通常有多种，常用的有下面几种：
1.比例计算法：根据桩的长度、直径和材料，以及土壤的类
型、湿度和压力，计算出桩侧负摩阻力的相对大小。

2.圆柱桩基础计算法：根据圆柱桩的直径、长度和材料，以
及土壤的类型、湿度和压力，计算出桩侧负摩阻力的绝对大小。

3.圆锥桩基础计算法：根据圆锥桩的底部直径、顶部直径、
长度和材料，以及土壤的类型、湿度和压力，计算出桩侧负摩阻力的绝对大小。

4.土压力平衡法：通过对桩基周围土体的变形和应力进行分
析，确定桩侧负摩阻力的大小。

桩侧负摩阻力的计算是建筑工程中很重要的一部分，因为它可以帮助我们确定桩基的承载能力，并且有助于确定桩基的位置、数量和布置方式。

软土地基桩基负摩阻力简化计算方法胥为捷【摘要】负摩阻力的计算是桩基工程设计中最重要的问题之一.由于港口及配套工程大多处于港湾滩涂或吹填区域,土层中存在较厚的软弱层(如淤泥质土、淤泥等),场地内分布的软弱土层厚度大且大多尚未完成固结,因此设计中需要考虑负摩阻力及下拉荷载对桩基承载力的影响.目前,国内相关规范中虽然提出了桩基负摩阻力的计算公式,但规范相关条款却有待完善.基于国内外文献及工程实际,首先分析了软土地基中桩基负摩阻力产生的原因与危害,然后结合国内规范提出了桩基负摩阻力及下拉荷载的简化计算方法,最后总结了减少桩基负摩阻力的工程优化措施,并对以后的研究提出了展望.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2011(000)011【总页数】5页(P222-226)【关键词】软土地基;桩基工程;负摩阻力;下拉荷载;简化计算方法;优化措施【作者】胥为捷【作者单位】中交第三航务工程勘察设计院有限公司,上海200032【正文语种】中文【中图分类】TU447桩基础作为一种传统的地基处理方法已经广泛运用于土木工程建设中。

通常桩的承载力由桩身与桩周土的摩阻力和桩端的端承力两部分组成。

桩基摩阻力又可分为两种：当桩相对于土体产生向下的位移时，土体对桩产生支撑作用，为正摩阻力；反之则土体对桩产生下拉作用，为负摩阻力。

正、负摩阻力的分界点称为“中性点”。

负摩阻力及其产生的下拉荷载作用在桩身，降低了桩的承载力，增加了桩身的附加荷载，可能会造成桩身破坏、桩端地基屈服或破坏以及增加桩基的不均匀沉降等不利后果[1]。

软土地基是一种软弱地基，其具有“三高三低”的基本特性，即高含水量、高孔隙比、高压缩性和低强度、低渗透性、低固结系数[2]。

目前，港口及配套工程的工程地质多为港湾滩涂或吹填区域，场地内存在较厚的软弱层（如淤泥质土、淤泥等）。

这些工程场地内分布的软弱土层厚度大且大多尚未完成固结，设计中需要考虑负摩阻力及下拉荷载对桩基承载力的影响。

《桩侧摩阻力计算》一、工程概况：本工程 ①杂填土、②淤泥均为欠固结软弱土应计算桩侧负摩阻力。

根据岩土工程勘察报告ZK65揭示地基土分层如下：（孔口标高5.07m ，地下水位标高2.02m ） 第①层 杂填土 底部标高2.77（厚度2.30）第② 层 淤泥 底部标高-7.53（厚度10.30）第③ 层 卵石 底部标高-12.43（厚度4.90）第⑤层 砂土状强风化凝灰岩 底部标高-14.73（厚度2.30）第⑥层 碎块状强风化凝灰岩 …………该位置软弱土层较厚且土层分布具有代表性，所以计算该位置的桩侧负摩阻力值。

二、计算过程(1) 根据JGJ 94-2008第5.4.4条桩侧负摩阻力标准值按下式计算：'n si ni i q ξσ= ；1''112i i i e e i i e z z γσσγγ-===∆+∆∑ 根据地勘报告杂填土和淤泥的负摩阻力系数分别为0.4和0.25，素填土和淤泥的重度为16.0kN/m 3。

1γ=16.0kN/m 3'2γ=16.0-10.0=6.0 kN/m 3 1n s q =0.4（0.5×16×2.30）=7.36kN/m 22n s q =0.25（16×2.30+0.5×6×10.3）=16.92kN/m 2(2) 桩持力层为⑤砂土状强风化凝灰岩，根据持力层性质中性点深度比0/n l l 取值为1。

0n l l ==12.6m(3) 计算桩下拉荷载标准值。

根据JGJ 94-2008第5.4.4-4条1nnn gn si i i Q u q l η==∙∑（不考虑群桩效应，n η取1.0），桩采用PHC500预制管桩。

n gQ =1.0×2×3.14×0.25×（7.36×2.3+16.92×10.3）= 300kN。

5#栋车间基桩负摩阻力计算一、土层信息选取最不利钻孔ZK595计算，钻孔岩土层分布如下：（1）、土层编号1：填土层土层厚度h1= 15.8m;负摩阻力系数ζn=0.30（2）、土层编号2：粉质黏土层土层厚度h2=5.0m;极限侧摩阻力标准值qsk=53Kpa;负摩阻力系数ζn=0.25（3）、土层编号3：全风化花岗岩土层厚度h3=0.5m;极限侧摩阻力标准值qsk=140Kpa;极限端阻力标准值qpk=5000Kpa;（4）、土层编号4：强风化花岗岩土层厚度h4=11m;极限侧摩阻力标准值qsk=220Kpa;极限端阻力标准值qpk=7000Kpa;二、单桩竖向承载力特征值计算桩采用直径为400的预应力混凝土管桩（型号为PHC-500-A-100-H），设计净桩长为9m。

根据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011第8.5.6.4条，单桩竖向承载力特征值按下式估算：R a=q pa A p+u pΣq sia l i=7000X3.14X0.4²/4+3.14X0.4X220X9=879.2+2486.08=3366.08KN三、基桩负摩阻力计算根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第5.4.2条，桩穿越较厚松散填土，计算桩承载力时应计入桩侧负摩阻力。

桩端持力层为强风化花岗岩，按表5.4.4-2，l n/l0=1.0,桩周软弱土层下限深度l0=20.8m,则自桩顶算起的中性点深度为l n=20.8m.桩侧负摩阻力根据勘察报告取值，已知素填土负摩阻力系数ζn=0.30，粉质黏土负摩阻力系数ζn=0.25。

已知地面无堆载（即P=0），地下水位标高为-10.93m(绝对标高265.27)。

第一层素填土自重引起的桩周平均竖向有效应力：地下水位以上：σr10=0.5X18X10.93=98.37Kpa;地下水以下至第二层粉质黏土顶面：σr11=10.93X18+0.5X（18-10）X4.87=216.22Kpa;则σ1=98.37+216.22=314.59Kpa;第二层粉质黏土自重引起的桩周平均竖向有效应力：Σr2=10.93X18+4.87X（18-10）+0.5X（16.8-10）X5.0=252.70Kpa;q s1=ζn1σ1=0.30X314.59=94.38Kpa;q s2=ζn2σ2=0.25X216.22=54.06Kpa;本工程为两桩承台计算，不考虑群桩效应，则ηn=1.0;对于不考虑群桩效应作用，基桩下拉荷载：Qg=ηn uΣq sia l i=1.0X3.14X0.4X(94.38X15.8+54.06X5)=2212.45KN 则估算单桩竖向承载力特征值R a=3366.08 KN-2212.45 KN=1153.63KN 可取R a=900 KN。