嵌岩桩基负摩阻力的探

浅议填海造地嵌岩桩负摩阻力黄晶陈淦（福建省电力勘测设计院福州350003）提要：本文探讨在填海造地在欠固结淤泥场地对嵌岩桩产生的负摩阻力计算方法与中性点确定的原则。关键词：嵌岩桩中性点负摩阻一、引言填海造地往往会遇到深厚的海相淤泥层，而这种淤泥属于欠固结的饱和软土。淤泥表面要承受数米、甚至数十米厚的回填土（石）压载。在这种场地上采用桩基础作为建（构）筑物的基础，桩周必然会产生负摩阻力。桩受轴向压力后,相对于桩侧土作向下位移,土对桩就产生向上作用的摩阻力,称正摩阻力(见图1)。但是当桩穿过软弱可压缩土层时,由于地表面回填土有较大的荷载作用会引起桩侧土固结压缩下沉。若桩侧土下沉量大于桩受荷后的沉降(包括桩身压缩和桩底下沉),则桩侧土相对于桩向下位移,土对桩就产生向下作用的摩阻力,称负摩阻力(见图2)。当桩的下沉量和桩侧土沉降量相等.这时负摩阻力为零。在这深度以上，桩身所受的是负摩阻力，在这深度以下，桩的沉降量大于桩侧软弱土的下沉量，桩身上仍为向上作用的正摩阻力。正负摩阻力变换处的位置称为中性点。中性点是摩阻力、桩、土相对位移和轴向压力沿桩身变化的特征点。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。因此，中性点是桩、土位移相等的断面。中性点以上轴向压力随深度递增，中性点以下轴向压力随深度递减。负摩阻力计算一般仅考虑中性点以上部分。目前对中性点的确定有不同的方法，但根据某些测试结果，认为中性点位于桩尖以上0.2~0.3倍桩长处，若桩尖达到岩层或不可压缩土层时，负摩阻力则分布于整个桩身上；另一种确定中性点深度的方法是按工程桩的工作性状类别来分别推估的，这多半带有经验性质，其依据是实测结果。国内外现场测试成果表明由于在桩身表面发生负摩阻力,使桩侧土的一部分重量传递给桩,因此,负摩阻力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。要确定桩身负摩阻力的大小,就要先确定产生负摩阻力的深度和强度的大小。由此可见,中性点位置的确定与作用荷载及桩周土的性质有关。如果桩侧土压缩变形大,桩底土坚硬,桩位移小时,中性点位置就会较低,乃至可位于压缩层底面；若桩底土较差,桩的位移变大,中性点位置就会上移。本文就嵌岩桩的中性点与填海造地场地嵌岩桩负摩阻力的算法进行探讨。二、负摩阻力的产生机理桩-土间的相对位移是引起桩侧阻力的直接原因。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，桩身承受负摩阻力作用。善桩敌-包土间的相对位莲移在桩身范围将内连续，桩身运存在相对位移独为零的点，称吵之为中性点。聪中性点上桩侧慧阻力为零，桩寨身轴力最大。姥魔眯影响桩侧负摩淹阻力的因素很嗓多，如代桩织-卫土相对位移、姻基桩的支承条坡件、土的类别吴、时间效应、宽桩周土体沉降老发展过程以及北桩的施工工艺新等。现对几种映主要因素讨论酬如下晨：浴偏（仗1胜）童桩捷-拴土相对位移税鸦留大量研究表明伍，桩侧阻力的哀发挥程度取决魄于肤桩屋-途土相对位移量崭的大小，并随层桩用-都土相对位移的期增加而增大，虹直至极限值（盼图也戏3奸）。桩侧负摩出阻力的产生和杰发展伴随着桩廉侧正摩阻力的刃减小和消失，源因此，其极限押位移值比正摩居阻力大。导蛮吊（杀2诱）基桩的支承晋条件嫌晴悬基桩的支撑条镇件对桩侧负摩羽阻力的分布影薪响较大。在坚当硬持力层上柱，桩端支承沉孟降量较小，中疑性点位置下移役，桩侧总的负河摩阻力往往很右大杆。而对于摩擦傍桩，在负摩阻括力作用下燥，桩端沉降量到大，中性点位凉置较浅，作用声于桩侧的总负隆摩阻力相对较是小谋。期除（返3伤）时间效应轧构兰土体的压缩沉王降是一个随时匙间增长的过程冻。桩侧负摩阻军力值斗也屯随时间增长而珠增大，最终收隆敛于某一定值号。绘三、言负摩阻力对桩节基的影响分析芽负摩阻力对于叼桩基性能的不汪利影响可以概记括为三个方面翠：杜①坐、付负摩阻力的存墨在造成桩侧正桌摩阻力减小班,稿负摩阻力节便辰是对桩身施加舰的附加荷载冲,专从而引起桩基禾实际荷载的增伟加和有效承载键力的降低戏；卡②倦、教负摩阻力的出绿现大大地减少净了桩侧土体提管供的荷载抗力滚,甘使桩的承载力扣依靠中性点以拥下桩侧和桩端碧土体来提供统,权使得桩端土体锯沉降的增加而冲造成桩基沉降厨的增加置；疲③册、买负摩阻力形成记了对桩基的附拘加荷载刊,抬造成桩身轴力亿的增大并使得激桩身最大轴力纠不出现在桩顶剪,津而是出现在中允性点处皱,长从而降低了桩盏身强度安全度嗓。从桩基的工山作状况来看胃,哨负摩阻力的影她响对摩擦桩和肯端承型桩会有长所区别君对于负摩阻力葱不利影响的计炒算《建筑地基胶设计规范》中扑没有明确规定着。酸通过工程实践亲证实撒,言负摩阻力产生劲的后果寒,爽主要反映在桩饮基下沉量的增踢加或发生基础潜不均匀沉降而渴影响结构物的嘴使用。缎四、馒基桩负摩阻力代的常用计算方责法凳假定各土层桩吴侧阻呈均匀分防布抗,烈中性点以上为棕负摩阻力拌，以下为正摩好阻力，目前雾计算桩侧负摩恩阻力分布文的方法很多，脉较常用的是嘉堤兰格芬（铲Garlan凳ge暖r狠）法（如我国呢现盛行世JGJ94歌-9弊4醉《建筑桩基技所术规范》），惠即速月扬累巾躲税扁（窄1爽）驻中性点以上上模的侧的极铃限插负摩阻力森,国按下式计算：寸腰挖梳脖新槐寒厅（篮2烘）辅式集中毛佳---赠-绣为与土类别有密关的延负摩阻力农系数，可按各玉有关规范取值峰；售----兰-寸为桩侧单位面歉积负摩阻力分霞布；叹-----邮-勿为土的垂直有蜻效上覆应力；志------捐--延-督为桩身周长悠；练幼---政-对为桩中性点以奥上提第愤i汁攻层土的厚度。尖对于在族填无海造地的淤泥什层，在海水被案抽干后，痒裸露的处淤泥载面上刻直接大面积回锐填球，吹那么，公式（姓1摊）改写为双：汇栏鸣甚（绢3醒）互--寻-傻地面均匀荷载格--魔-龟第染i睡层土层底以上歪桩周土按厚度洁计算的加权平索均有效重度；蛙--秋-概至地面起算的什第溪i傍层土中点深度语；姐由于申淤泥锡层沉嗓降思,疗桶这部分巩回填壳石（式土吸）饥层灵也酬随着沉降，漆此时抓桩周土层沉降停量将永远大于遍桩沉降量的几鲁倍甚至几十倍雾，折也悦将对桩产生向申下作用的负摩课阻力贞。晶假定这些土与梦桩身材料间的知摩擦角与该土设的内摩擦角相问等嘉,姑则该土层的负煮摩阻力的吸极限屯值可按下式近应似计算捕:妥转桑贼（届4着）杂式中推:优----厚-酷淤泥面上的蒜回畏填土所产生遍单位面积很负摩阻力矿———些回填且土的重浩力密度仁；恳节——稿土的侧压力系辉数库,展钻孔桩取静止瑞土压力系数会；挤思—杠—三-硬计算处身中点抹深度学；元——织--蔬-例计算深度处土血的内摩擦角抢。姜那么，回填土城的刊极限负摩阻力浸，可以用显示杠表里达腔:炮蛛(就5来)啄众所周知，开钩山填海造地的释淤泥是处于欠脚固结状态，但级它受到堆填的膜荷载作用下，厚淤泥产生压缩臣固结，也随着殊时间的推移，优固结度的增加限，它对桩所产湾生的阴负摩阻力肥也随着减小。简因此，对坡在开山填海造寄地的淤泥场地愈桩的伯负摩阻力可以率改写为：公姑厅当（截6单）矩式争种：曲---脏-慈总的负摩阻力灰；薄---住-体淤泥的固结度耐。扇以上计算方虑法是工程中最党常用的方法，惯其计算方便，霜但不能反映出冷负摩阻力沿桩触身的实际分布梢及其随时间的唇发展规律。夺五、讽关于主嵌岩桩的中性浙点撤负摩阻力对于葬嵌岩桩而言，帖他的说影响比摩擦桩纽直接的多。由酒于得嵌岩桩进既有馒端承比桩透的蝴特点，又有摩她擦桩的特点，鄙他是端机承谅-吧-著摩擦桩的一种捕类型。它的选桩土共同作用惭不明显疗,拉这部分负摩阻想力台所产生的痛附加荷载很难芒减少或消除。斥其枕附加荷载对桩衫身强度和承载遗力有明显的不豆利影响。隆嵌岩桩亮的科中性点深度刺，各如果馅按桩周沉降销变形范土层垦下限深度俘与桩沉降相等振的条件确定饼，就不适合趴。供因为嵌岩桩的再桩身压缩与桩钥的沉降量均很趁小，而欠固结健的淤泥在回填刘荷载作用下，镰沉降量很大。严而是随着回填施荷载变化而变耀化，它的沉降欧变形撇的影响深度目闯前尚无一个明科确的标准，是洒很难表达与计秧算。故本文和作者认为：猜在搬大面积堆载作春用下嵌岩桩的西至少应当供确定在则软弱（饱和软隆粘土、淤泥）顷土享层骑的底部缩。五、工程实例券沿海某电厂是因开山填海造的摆场地，典型的透地质剖面表良—存1垂，设计嵌岩桩民，桩端进入山中风化岩当1.0m故，桩径伞1.0m头。中风化岩单盗轴饱和抗压强东度芽20MP卸a款。蚂岩体完整程度填属于较破碎。振单轴饱和抗压川强度（新鲜）斑标准脖值这50MP番a芳，中风化岩的汪单轴饱和抗压嗽强度标准值取浸新鲜岩石露的井0.3肚5晋，搅即档15MP醋a偿。我；钓0.785羽4炕。战回填土的摩擦苍角绢。中性点深度拔取淤泥层的底案部鼠为兰20塔m断。攀土层名称称土层天厚度擦（拣m书）爷桩侧极限摩缴阻挂力足/kPa吨有效重慧度啦/kN/m叫3若内摩擦榴角贴/瓣度镰土体柱状图叹填石映13.5m嫩5细12锯38拘淤泥我16.5m息10匠6腰2偶粉质粘土谜7.0m浙48蓝7.5僚12惜砂质粘土府5.5m葛48骄8.5垃18烫强风化花岗岩小5.0m党80数/吐/艳中风化花岗岩客1.0m傅/崭/钩/烦摊捞包贵牛盆彩劳怎傻非表渡--树1面橡午遍悄焦强叼隆便扭续智铁债暖被总用酸稍有按位《建筑桩基技业术规何范斧JGJ94炎-9口4擦》嵌岩桩公式脂计算邮1女、冻桩端极限端阻垦力标准堵值盾岭2站、朴嵌岩部分的桩贫侧极限侧阻力赔标准值中3毒、粱中性点一下膜土层部分桩侧圾极限侧阻力标判准值填4缓、帅嵌岩桩侍单桩玩极限耕承载力滤标准值扯******稼******吵******厕******蛮******炭******塞******得******支*****登5滚、中性点以上活淤泥包层冲所产生的未桩侧极限负侧遵阻力标准值糊6穴、中性点以上订回叙填姜（石）里土默层混所产生的弃桩侧极限负侧彩阻力标准值横7饺、中性点以上呼桩侧总极限负轰侧阻力标准值概从上述计算中传可以得出，欠节固结淤泥与回炕填石对桩间产饲生下拉荷棕载绒5383.4坦2k厕N识。实际上吹单桩承载力只桶有焰3428.7孟6绵。登随着固结度的赤增大，其负摩侵阻力随着减小铅。当淤泥固结暗度达茅到仗70栗%符时，开始施工魔桩，施工期对鬼桩产生下拉的枪荷载（负摩阻彩力）。间说明当场地的炉欠固结土固结欧度达唐到纪70佛%拼时，所产生的微下拉荷载只有躁。极限承载力蓄标准值可达往。脏工程舍桩农通过轮竖向静力荷载南试验窗结真果稻（斜表河—律2峰）表—2劳从魔表浸-零2乏中可以看出，提当桩顶施加到穷最大荷凭载制12000k问N坏，桩端极限端变阻抢力辣为径4253kN块；飘而通过锄桩端埋设压力蝶盒测得须桩端极限雁为袭4286kN察。俩这些数据与目桩端极限端阻惜力失理论蝴计算仪值陵4712.4呢kN遗岩相接近疏。六、小结服1既、填土堆载作测用下，嵌岩桩塞的中性点烘取欠固结土层前的底面较合理刚；袜2敏、填土堆载作努用下，嵌岩桩齐的桩身轴力受哥堆载影响，随懂着堆载作用颂，救增加土体中的干有效应力，导懂致并增加了桩郊周软弱土层的烛固结沉降，使愁得桩周软弱土占层沉降大大地朵超过桩基的云沉降残，且相对位移千不断增大，最叛终导致负摩阻济力不断增大表；纳3磨、在欠固结土脊层表面直接填览石堆载，熊必然会试窗土的原状结构坏遭到破坏，回虚使得中性点深拖度增大。红4雹、对欠固结高掀灵敏度的土层倚，要充分考虑覆随着固结度增能大，桩身的负话摩阻力也随着誉减小。尝参放愁考坝买文卖敏献乳①鸟撕袁灯目平个良辨黄宏淡伟逝冬染马金娇荣养会软土地基桩侧奉表面负摩阻力滑解析模壤型盒渣花上海交通大学悉学允报绒美Vol39洗No.5嚷2005.掘5论②齐串刘树询洲奴漆撒浅议桩的负摩朱阻力剪