桩基础负摩阻计算

在侧负摩阻力的分　斤与计算　

■张方成　

桩基工程技术正随着我国经济建设的高速发展，已广泛　

运用于交通铁路、水利水电、工业建筑和城市建设等各个方　

面。桩与土的相互作用研究也逐渐深入，对桩侧负摩阻力的　认识也进一步深化。规范及各文献对桩侧负摩阻力的定义　

为：因某些原因，桩体本身向下的位移量小于周围土体向下　的位移量，从而使作用在桩上的摩擦力向下，这种摩擦力实　

际成为作用在桩上的下拉荷载，或者说对桩体增加了一个除　建筑荷载外的附加荷载，桩的承载能力不但不能充分发挥，　

反而会产生负面影响，这种影响力对摩擦桩尤为显著。　

１．产生负●■力帕■圈　

桩侧产生负摩阻力的原因和条件既复杂又多种多样，有　自然条件下形成的，也有人为因素诱发的，例如：　

（１）自重湿陷性黄土浸水下沉，冻土融陷。　

（２）桩身穿越欠固结软粘土，未经压实的新填土或其　它尚未自重固结的软土层，而桩端支承于较坚硬的土层上。　

（３）桩周为软弱土层，桩周地面分布大面积的较大荷　

载。　（４）砂土粉土液化后发生下沉。　（５）抽取地下水或深基坑开挖降水，引起地下水位全　

面降低，致使土的有效应力增加，产生大面积的地面下沉。　

（６）在灵敏度较高的软土地区打入挤土桩，受打桩施　

工影响，桩间土内总应力和孑Ｌ隙压力增高，使原来地面雍高。　

桩间土孔隙压力随时间消散，引起桩周围土结构的重塑和固　

结。　

２．负●■力的分布曩●曩中性．１皇的■定一一　

（１）负摩阻力的分布规律　当桩身存在正摩阻力和负摩阻力时，前者是正面效应，　

后者是负面效应，正、负效应的交界位置（或变化点）即叫　

中性点。中性点是桩土相对位移和轴力变化的特征点。在中　性点以上，桩的位移小于桩侧土的位移。中性点以下，桩的　位移大于桩侧土的位移。中性点处桩与桩周土位移相等，二　

者没有相对位移和摩擦力的作用，同时该点也是轴力最大　

点。　

实测负摩阻力沿桩身的分布、并不是均匀的，它跟桩土　之间的相互位移关系、土对桩的围握能力、桩侧表面的粗糙　程度、桩周土的性质、浸水方式及其他浸水条件等因有关。　

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。可⼴泛⽤于各种软基地层拟⽤桩基础的⼯程中。

浅谈桩基负摩阻力的计算方法及中性点位置的选择　顾云佳　（西华大学土木工程学院，四川成都６１００３９）　【摘要】　简单阐述负摩阻力常用的几种计算方法，并结合工程实例分析中性点选择的方法及与实测　数据差异产生的原因，提出了自己对减小负摩阻力的建议。　【关键词】桩基；　负摩阻力；　中性点；　下拉荷栽　【中图分类号】ＴＵ４７３．１　２　桩基础的使用历史悠久，在史前人们就开始使用木桩来　支撑房屋，而随着近代工业技术的发展和科学技术的进步，　桩的材质、分类、施工方法都有着日新月异的发展。如今，桩　基础已成为在土质不良地区修建各类建筑所采用的最普遍　的基础形式之一，而且在高层、超高层建筑、桥梁、近海结构　等工程中使用更为广泛。　如果使用桩作为支撑结构的基础形式，那么负摩阻力将　是设计工作者不可逃避的名词。它广泛存在于桩基工程中，　在自重湿陷性土层、欠固结土层等不良土质地区体现得尤为　明显，若处理不当将导致严重的桩基功能失效。因此，深入　探讨桩基的负摩阻力分布规律及计算方法，对实际工程来说　具有重要的意义。　１负摩阻力产生的原因及影响　在桩顶竖向荷载作用下，桩和地基土之间产生相对位移　时，桩的侧面产生摩阻力，当桩相对于侧面土体向下位移时　（既桩沉得比土快），土对桩产生向上作用的摩阻力，称为正　摩阻力。反之，桩相对于侧面土体向上位移时（土沉得比桩　快），土对桩产生向下的摩阻力，称为负摩阻力。　当桩穿越软弱土层到达坚硬的持力层时，桩上部的土体　因为欠固结或者浸水湿陷等种种原因沉降得比桩快，故产生　负摩阻力。桩下部的土较为坚硬，他们往往沉降得比桩慢，　所以产生对结构有益的正摩阻力。由正转负的临界点既称　为中性点，其示意图见图１。　１　软弱　土层　桩　基　硬土层　７　／　图１　软土地基桩侧表面负摩阻力作用特性示意　根据上述的负摩阻力产生的原因，我们得出负摩阻力对　桩基性能的不利影响：　（１）桩基的承载能力由侧摩阻力和桩端承载力组成，而　负摩阻力的产生不但无法成为桩基承载力的一部分，反而会　７８　【文献标识码】Ａ　成为土体对桩身的附加荷载。　（２）由于负摩阻力成为了附加荷载，那么桩的承载力不　得不只能依靠中性点以下的桩侧土体和桩端来提供，使得桩　的最大轴力点并不在桩顶而是在中性点处，从而造成桩端土　体沉降的增加以及桩基沉降的增加，并且降低了桩身强度的　安全可靠度。　２负摩阻力的计算　负摩阻力的计算又分为单桩负摩阻力和群桩负摩阻力　的计算两种，在此我们只讨论单桩的情况。首先确定中性点　的位置；然后计算负摩阻力强度；最后是下拉荷载的计算。　第一步中性点位置ｚ　的确定会在下一个小节着重分析，在这　节里暂时只讨论负摩阻力强度以及下拉荷载的计算。　２．１　负摩阻力的强度．厂　大致有５种方法　（１）在软土或者中等强度黏土地区，可以按太沙基的　方法。　，ｎ＝竽　式中：ｑ　为土的无侧限抗压强度，ｋＰａ；Ｃ　为土的不排水　抗剪强度。　（２）也可采用有效应力法　。　＝Ｋｉｔａｎｑ￣　ｉ　式中：，ｎｉ为第ｉ层土桩负摩阻力强度；　，为第ｉ层土平　均竖向有效覆盖应力；Ｋ；为桩周第ｉ层土侧压力系数，可近　似取静止土压力系数；　；为第ｉ层土的有效内摩擦角。　但是在地下水位降低或者地面荷载增加时，盯　会有所　增加，其算法如下：　地下水位降低时：　。＝　ｉ　地面有均布荷载增加时：　＝Ｐ　。　式中：　为第ｉ层土以上，土桩周的加权平均重度，地下　水以下取有效重度；ｚ；为从地面算起的第ｉ层土中点深度；ｐ　为地面均布荷载。　［定稿日期］２０１２～１１—０１　［基金项目］西华大学重点科研基金项目（Ｚ０８２０６０５）　［作者简介］顾云佳，男，硕士研究生，主要研究方向为钢　筋混凝土结构设计与抗震性能研究。　四川建筑第３３卷４期

第１２期　北　方　交　通　・６７・　

桥梁桩基础负摩阻力的实用算法　

王金暖　

（辽宁省交通勘测设计院，沈阳１１０００５）　

摘要　主要介绍桥梁桩基础负摩阻力的产生机理、影响因素、计算方法以及减小负摩阻　

力的各项措施。　

关键词　桥梁　负摩阻力　中性点　

在如今的桥梁建设中，桩基础由于其稳定性强、　

安全陡高而得到了广泛的应用，一般地质情况的桩　基础的计算方法已经比较成熟了，《公路桥涵地基　

与基础设计规范》中也有详细的说明；而在软土地　

基中，关于桩基负摩阻力的计算，《公路桥涵地基与　

基础设计规范》第４．３．１条只提到应考虑负摩阻力　

的影响，计算方法却没有涉及。在此主要讨论一下　

桥梁建设中，桩基础负摩阻力的实用计算方法。　

１负摩阻力的产生机理　

桩一土间的相对位移是引起桩基负摩阻力的直　接原因。在软弱可压缩土层上修建桩基础，当桩穿　

过该软弱可压缩土层时，由于地表面上有较大的竖　

向荷载作用，或因地下水位的下降，或因土层属欠固　结状态而引起桩侧软弱土层压缩下沉，当桩侧土的　

下沉量大于桩所受荷载后的沉降量（包括桩身压缩　

及桩底下沉）时，则桩侧土相对于桩身向下位移，这　

时下沉桩侧土对桩身产生向下作用的摩阻力就称负　

摩阻力。　

钲摹沉降．艇基　！对地Ｉ面　ｌ’《动　地面瓶降．班基　｛对地　；　】上ｊ兰功　

图１　桩基负摩阻力产生机理示意图　在软土地区修建桥梁时，桥头填土、桥下跨越道　

路的路基填土和活载、桥梁满堂支架施工、地下水位　

的下降，软土本身的固结沉降等因素均可引起桥梁　

桩基的负摩阻力。　

２影响负摩阻力的因素　影响桩侧负摩阻力的因素很多，主要有桩一土　

相对位移、基桩的支承条件、时间效应等。大量研究　表明，桩侧阻力的发挥程度取决于桩一土相对位移　

量的大小，并随桩一土相对位移的增加而增大，直至　

极限值；基桩的支撑条件对桩侧负摩阻力的分布影　

响较大。在坚硬持力层上，桩端支承沉降量较小，中　

性点位置下移，桩侧总的负摩阻力往往很大，而对于