桩基负摩阻力的微观分析

吕治辉 张静

摘 要：近年来随着城镇化进程的加快，高层及超高层建筑物日渐增多，桩基础的使用越来越普遍，分析在桩基土层中负摩阻力产生的原因及提出科学的预防措施对工程建设有着积极的作用。

关键词：桩基；微观；负摩阻力

1 引言

随着改革开发的进一步深入，我国已经迈入城镇化进程的重要階段，城镇人口从2002年39.1%提高到2012年的52.6%。城镇化一个重要内容就是城镇建设，城镇建设意味着土地使用的集中，也就导致了土地供应的紧张，高层及超高层建筑也日渐增多，荷载越来越大，对沉降的敏感性越来越高，受地质条件的影响，早期多层建筑采用的基础形式已不能满足建筑承载力的要求，桩基础的应用越来越普遍。

桩基是一种古老的基础型式。桩工技术经历了几千年的发展过程。无论是桩基材料和桩类型，或者是桩工机械和施工方法都有了巨大的发展，已经形成了现代化基础工程体系。在某些情况下，采用桩基可以大量减少施工现场工作量和材料的消耗。

桩基的优点是承载力高，能满足不同建筑物的承载力要求，只需相应的加大桩径、增加桩长或加密布置桩数。桩基的大范围的应用，历经过多年工程实践的经验积累，桩基在工程应用中出现的问题也随之而出：如受地层影响的成桩问题、受施工质量影响的断桩、缩颈等桩缺陷问题、受建筑物荷载及地层压缩性影响的沉降问题、受地层特性影响的负摩阻力问题等，文章以在土地层中桩基的负摩阻力形成机理进行微观分析。

2 负摩阻力形成机理

穿过软弱土层支承在坚硬土层上的桩，一般来说桩受荷载作用后，地基土对桩的侧阻力是向上作用的，但当软弱土层又有某种原因而发生地面沉降时，桩周土体对桩身产生相对的向下位移，这就使桩身承受向下作用的摩擦力，软弱土层通过作用在桩上的向下作用的摩擦力而悬挂在桩身上。这部分摩擦力不但不是桩承载力的一部分，反而变成施加在桩上的外加荷载。这种由地面沉降引起的在桩上向下作用的摩擦力，成为负表面摩擦力，即负摩阻力。

桩的负摩阻力问题，近年来在国内外普遍受到重视。由于未注意负摩阻力问题，也造成过一些工程事故。

3 负摩阻力微观分析

研究桩的负摩擦力，与正摩擦力一样，实质上也是研究土沿桩身的极限抗剪强度或土与桩的粘着力问题，这与物理上的力学分析是一致的。

桩基摩阻力实质上是无数个质点与桩周表面形成的一系列摩擦运动产生作用力的总和。

下面主要对土层中桩基负摩阻力进行微观分析，鉴于桩基受力的复杂性，设定为理想条件：桩型为预制桩、只考虑竖向变形、不考虑地下水、地面堆载等其他影响因素。桩基成桩时桩周土层变化情况如图1。

4 结束语

通过上述模型的微观分析，由公式（5）可以较为直观的得出负摩阻力的形成原因，并以此筛选出在桩基成桩中产生的负摩阻力的主要影响因素，在工程实践中，也证明了桩基沉降及地面沉降（与土层性质、深度有关）的大小（St）、沉降速率（？驻V）、稳定历时（T）等都对负摩阻力的大小有影响。上述分析结果在工程建设中合理确定桩基容许沉降值，在桩基的成桩过程中采取相应的措施来避免或者减小负摩阻力造成的影响，提高桩基的承载力，避免工程事故，为工程建设节省相应的资金投入都具有重要意义。

本文是理想的条件下进行的简单分析论证，而实际的桩基受力情况远较此复杂，如在土层性质（多层土累计变形）、粉（砂）土层中土颗粒液化、地下水水位变化、桩基形式（截面形状、表面光滑程度）、桩基对周边土层的影响半径等因素，需要更为完整、科学的模型来分析。有关负摩阻力的计算方法和设计的参数有多种，由于其影响因素较多，多带有经验性质，有待进一步研究。

参考文献

[1]顾晓鲁，钱鸿缙，刘惠珊，等.ISBN 7-112-05586-5.地基与基础.中国建筑工业出版社.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ94-2008 J793-2008.建筑桩基技术规范[S].中国建筑工业出版社.

作者简介：吕治辉（1982-），男，河南洛阳人，工程师，2004年毕业于中国矿业大学，2004～2007年工作于中冶集团武汉勘察研究院有限公司，2007年至今在江苏地质矿产设计研究院从事地质灾害、工程地质等工作.

张静（1981-），女，江苏徐州人，工程师，2007年毕业于中国矿业大学，硕士，2007年至今在江苏地质矿产设计研究院从事工程地质、煤矿地质等工作。