单桩承载力验算(计负摩阻力)

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）。

负摩阻⼒2019-04-22⼀、负摩阻⼒的成因桩周⼟的沉降⼤于桩体的沉降！桩⼟的相对位移（或者相对位移趋势）是形成摩擦⼒的原因，桩基础中，如果⼟给桩体提供向上的摩擦⼒就称为正摩阻⼒；反之，则为负摩阻⼒。

地基⼟沉降过⼤，桩和⼟相对位移过⼤地基⼟将对桩产⽣向下的摩擦⼒拉⼒，使原来稳定的地基变得不稳定，实际荷载可能超过原来建议的地基承载⼒。

⼀般可能由以下原因或组合造成：未固结的新近回填⼟地基；地⾯超载；打桩后孔隙⽔压⼒消散引起的固结沉降；地下⽔位降低，有效应⼒增加引起⼟层下沉；⾮饱和填⼟因浸⽔⽽湿陷；可压缩性⼟经受持续荷载，引起地基⼟沉降；地震液化。

⼆、地基设计为什么要考虑负摩阻⼒桩周负摩阻⼒⾮但不能为承担上部荷载作出贡献，反⽽要产⽣作⽤于桩侧的下拉⼒。

⽽造成桩端地基的屈服或破坏、桩⾝破坏、结构物不均匀沉降等影响。

因此，考虑桩侧负摩阻⼒对桩基础的作⽤是桩基础设计必不可少的问题之⼀。

三、如何在现场测试和估算负摩阻⼒在桩体安装应变计这是⽬前测单桩负摩阻⼒问题的最常⽤的⽅法。

80年代，有⼯程运⽤瑞⼠⽣产的滑动侧微计（SlidingMicrometer---ISETH）来测定。

普遍的⽅法都是测定桩体轴⼒，从⽽推算桩侧摩阻⼒。

四、影响负摩阻⼒⼤⼩的主要因素桩周⼟的特性当然是⾸当其冲的，其次桩端⼟特性也不可忽视（因为其之间影响着中性点的位置问题）、桩体的形状、桩⼟模量⽐等都有影响。

五、负摩阻⼒的防治措施打桩前，先预压地基⼟，从根本上消除负摩阻⼒的产⽣；在产⽣负摩阻的桩段安装套筒或者把桩⾝与周围⼟体隔离，这种⽅法会使施⼯难度加⼤；在桩⾝涂滑动薄膜[如涂沥青]，⽬前这种⽅法应⽤⽐较普遍，效果也不错；通过降低桩上部荷载，储备⼀定承载⼒；在地基和上部结构允许有相对较⼤沉降的情况下，采⽤摩擦桩；采⽤⼀定的装置消除负摩阻⼒。

下⾯介绍⼀种消除负摩阻⼒的装置：它由设置在桩体外周的卸荷套及卸荷套与桩体之间的润滑隔离层构成。

卸荷套使桩体与周围⼟层完全隔开并由桩体带动在打桩时与之同步下沉，⽽当桩周⼟层沉陷时，卸荷套依靠隔离层内润滑材料的作⽤，可随⼟层相对桩体⾃由下沉⽽不将下拽⼒传给桩体，从⽽有效地消除了负摩阻⼒的作⽤。

桩基的负摩阻力计算在人工碎石填土地基中的应用摘要:我国是一个多山的国家,在山区丘陵地区进行房屋建设,必然会存在开山平地,产生大量的人工碎石填土,在有些边远县区,碎石土回填没有按标准规范进行分层碾压,导致大量的近期形成的松散碎石土,碎石土的厚度因地形地貌的变化而变化,没有一定的规律,这给勘察工作带来了不少的麻烦,当采用桩基处理时,周围松散的碎石填土会对其产生负摩阻力,本文通过一个实例来探讨松散碎石填土地区桩基负摩阻力计算应用问题。

关键词:负摩阻力计算碎石填土应用某丘陵地区房屋工程勘察时,遇到了深厚14 m多的人工碎石填土,人工碎石填土属于随意性填筑,没有进行分层碾压,房屋的上部结构荷载较大,准备采用桩基基础,由于深厚松散填土会对桩基产生下拉荷载的原因,必须对桩周的素填土进行负摩阻力演算,确保工程安全可靠。

1 人工素填土地质描述某工程①层素填土成分主要为碎石填土及部分建筑砖块,杂色,干～稍湿,松散,物质组成不均匀,浅部呈紫红色,由碎石、块石、角砾、砂土、粉土、粘性土等混合而成。

以碎、块石为骨架颗粒,含量35%～80%,碎石粒径一般2～20 cm,块石直径20～60 cm,少量可达150 cm左右。

角砾含量10%～20%,粒径0.2～2 cm。

角砾、碎石、块石母岩多为泥岩、泥质粉砂岩,少量为砾岩、凝灰岩,强～中等风化。

空隙充填物为砂土、粉土及粘性土。

堆填时间较短,一般在5～10年,未完成自重固结,大部分孔底含0.70～1.00 m灰褐色的耕植土。

2 典型工程地质剖面据钻探揭露及相关资料结合野外地质调查综合分析,某建设场地岩土层,在本次岩土工程勘察勘探深度范围内,按其岩性、成因类型及工程性能划分为三大工程地质层:①层素填土,②-1层强风化泥质粉砂岩,②-2层:中等风化泥质粉砂岩其地层结构。

3 单桩竖向承载力的特征值估算现以ZK5孔为例进行单桩承载力估算,设桩径d=0.8 m,桩端嵌入②-2层中等风化泥质粉砂岩深度hr为1 d(d为设计桩径),强分化层侧阻力为140 kPa;岩石饱和单轴抗压强度标准值为16200 kPa;计算过程及结果如下。

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）。