桩基负摩阻力的初步分析

1、桩基负摩阻力的初步分析 桩基负摩阻力的初步分析 【摘要】桩基工程中负摩擦的产生对桩的设计和施工产生了不可估量的影响。分析的桩基负摩阻力的作用机理，具有实质意义。减少桩基负摩阻力的有关措施，利用负摩阻力的机理，指导对桩的施工和设计、使用。 【关键词】负摩阻力 桩基 1 负摩阻力的发生机理 桩身上摩擦阻力的分布范围可根据桩与周围土的相对位移情况确定。桩周土层由于某种原因而产生超过桩身沉降量的下沉时，作用于桩身的向下的摩擦力即称为桩的负摩阻力，桩-土间的相对位移是引起桩侧摩阻力的直接原因。当桩身某截面沉降量大于该截面桩侧土体沉降量时，桩侧摩阻力方向向上，其值为正；反之，桩侧摩阻力方向向下，桩身承受负

2、摩阻力作用。因此桩基负摩阻力的本质原因是出现桩周土体沉降大于桩身沉降的相对位移【1】。中性点是指某特定深度的桩断面，该深度以上土的下沉量大于桩，桩承受负摩阻力；该深度以下桩的下沉量大于土，桩受正摩阻力。因此该点就是桩土位移相等、桩侧摩阻力等于零的分界点，该断面轴向力也是最大的。中性点的深度与桩周土的压缩性和变形条件、桩和持力层土的刚度等因素有关，在桩土沉降稳定之前，它也是变动的。确定中性点位置是负摩阻力计算中的重点。 2 产生负摩阻力的条件 多数学者认为桩侧负摩阻力的大小与桩侧的有效应力有关，根据大量试验与工程实测结果说明，“有效应力法较接近实际。因此桩周土摩阻力的方向取决于桩与周围地基土层的

3、相对位移。当桩的沉降大于桩周地基土的沉降时，土层与桩侧外表之间就会产生向上作用的摩阻力，即正摩阻力；反之，当桩的沉降小于桩周地基土的沉降时，土层与桩侧外表之间就会产生向下作用的摩阻力，即负摩阻力。桩基负摩阻力可能发生在施工过程、使用前或使用过程中，其中发生在使用过程中的情况最为不利【2】。对于摩擦桩，负摩阻力会引起附加下沉；对于端承桩，负摩阻力会使桩身荷载增大，导致桩身强度破坏或桩端持力层破坏。以下原因可能导致桩基负摩阻力： 当桩穿过欠固结的松散填土或新沉积的欠固结土层而支撑于坚硬土层中，桩侧土因固结而产生的沉降大于桩的沉降时。 桩侧存在自重湿陷性黄土或季节性冻土层或可液化土层的条件下，当黄土

4、浸水湿陷或冻土融沉时，或当可液化土受地震或其他动力荷载而液化，液化土重新固结而出现大量下沉时。 当桩侧土层因抽水或其他原因而出现大面积地下水位下降，土的有效应力增加而导致地面下沉时。 桩侧地面因大面积堆载或大面积填土而下沉时。 饱和软土中打入密集的桩群，引起超孔隙水压力土体大量上涌，随后重塑土体引起超孔隙水压力消散而重新固结时。 灵敏度较高的饱和粘性土，受打桩等施工扰动影响，附加超静孔隙水压力增加，软土触变增强，后又产生新的固结下沉。 3 减小负摩阻力的措施 桩周负摩阻力产生的后果是：使桩的负荷过大，造成桩基沉降加剧，从而影响上部结构的平安【3】。减小负摩擦力是保证工程质量和平安系数的重要方面

5、。国内外都有不少的工程例子和实践经验，需要针对不同的工程情况，采取相应的不同措施。减小负摩擦力的具体措施主要有以下几个内容： 对于未固结软土或新填土层中的桩根底，在施工桩根底之前，可先对土层进行预压，使之加快固结速度，减少沉降历时，从而降低负摩阻力的影响。 尽量减小穿过产生负摩阻力区域的桩侧面积，在可能的情况下采用细长桩。 使用套管桩，即荷载由桩承受，负摩阻力由外套管承受，桩与套管之间涂满润滑油。在可能产生负摩阻力的桩段，采用预制外表光滑的桩身。 对于群桩，可以根据是否存在群桩效应分别采取在边桩外围或群桩内插打护桩的方法，使护桩分担主要的负摩阻力。 采用复合地基的方法加固桩根底，可以有效地加速

6、地基固结，消减负摩阻力，提高桩基整体承载力。 采用深层搅拌等处理措施处理浅层地基土，降低浅层地基土的可压缩性，从而到达减少负摩阻力的效果。 对预计会产生桩周负摩阻力的打入桩、震动下沉桩，可在打入前在负摩阻力区域的桩周涂抹沥青、油漆或其他能降低摩擦阻力的涂料。 对场地地下水下降大的桩根底，除停止抽用地下水外，亦可采用帷幕注浆，从而减少负摩阻力。 总之，在有可能产生桩周负摩阻力的桩根底中，只有在设计、施工时从措施上均考虑周到了，才能变被动为主动，从而保证工程平安。 4 桩加固工程分析 高速公路工程试验段采用塑料套管现浇混凝土桩加固。该标段套管桩，间距为1.6米，桩长为16米，呈正方形布置。填土高度

7、为4.9m，对其监测数据包括孔隙水压力、深层水平位移、桩身侧摩阻力等。 路基左侧的深层水平位移随时间的变化曲线可知，最大水平位移发生在第159天，为27.384mm。路基右侧的深层水平位移随时间的变化曲线可知，最大水平位移发生在第155天，为11.242mm。8m以内的土层为软土由于土体固结和堆载的作用变化很大。土体侧向位移大小是判别高速公路路堤地基稳定与否的控制指标之一，其变化规律可以监测地基各层土体的侧向变形开展情况。土体的水平位移整体上是向路堤外移动的，右侧地表向下2.5米左右处侧向位移较大，到达11毫米，左侧最大位移发生在地表，为27毫米。该断面填土时间较晚，总体的侧向位移变化较小。

8、不同深度孔隙水压力反映了荷载的影响深度、不同土层的固结度等进行研究。随着填土荷载的增加，路基内部的孔隙水压力逐渐增大，增大的幅度明显，停歇期随着土体的固结，孔压逐渐消散，孔压变化幅值随深度的增加而减小。 由于路堤填筑的荷载的大局部由桩体所承当，深层的孔压没有急剧的上升，在分层填筑的方式下路堤荷载在桩土之间调整分摊，地基中前期填土引起的超孔隙水压力已逐步消散。 由静力载荷试验，单桩Ps-H曲线呈现明显的陡降型特征，破坏模式为桩端刺入破坏，极限承载力均满足设计要求，桩体发挥了良好的竖向承载性能。单桩复合地基极限承载力到达180kN，最大沉降量49.93mm。 由桩侧土压力分布图可知，堆载后桩侧的土

9、压力在原来的根底上有不小的增加，桩体发挥了良好的竖向承载性能。上部侧向压力因为超孔压的叠加及水平向挤土压力增大而逐渐大于静土压力，随深度测得的压力迅速增大。 桩在路堤荷载作用下，桩身轴力呈现先增大，后减小的趋势，可见桩长范围内存在负摩阻力。桩在距桩顶17m处存在负摩擦，从地质资料可以看出，该区域为压缩系数较大的软土。桩侧负摩阻力的最大值-29.5kPa，最大正摩阻力为53.4kPa。产生上述现象主要是由于负摩阻力的存在，增大了桩身荷载，加大了桩体的下沉量，但随着时间的增长，正负摩阻力的最大值都有所增长，是由于土体固结的作用土体对桩体挤密充分接触，负摩阻力的中心点也会逐渐上移，最后负摩察可能消失。 5结论 介绍了桩基工程中负摩擦的产生原理和产生的条件因素，桩的施工过程和使用过程中存在负摩察力的影响。陈述了防止桩基负摩阻力的有关措施，对桩的施工和设计、使用具有指导意义。根据实践的工程的现场监测资料，桩加固地基过程中桩体产生了负摩阻力，加大了桩身的荷载。在以后的设计、施工中，充分利用负摩阻力的作用机理，防止以后工程中产不必要的平安因素，充分利用其作用机理，提高桩基的经济性。 参考文献： 【1】 张晓峰.桩基负摩阻力的试验研究D.上海：同济大学，2007.3. 【2】 黄雪峰，陈正汉，哈双等.大厚度