端承桩和摩擦桩的试验对比研究

(太原太工天昊土木工程检测有限公司，山西 太原 030024)

引言

当混凝土桩应用于硬土层时，桩基周边的土体会受到向下的荷载而产生向下的作用力，桩体周边的土体产生沉降，导致桩边土体对混凝土桩产生向下的摩阻力，使混凝土桩产生向下的作用力。

桩基经过软土层后置于硬土层上时，上部软土层由于某种作用力而发生沉降时，使得桩基周边的土体对桩基产生向下的摩擦力，产生的摩擦力称为负摩阻力。负摩阻力是桩基与土体之间的作用力，是两者相互作用产生的一种有害作用力。负摩阻力的存在会增加桩基的活荷载，影响桩基的正常使用和耐久性，负摩阻力较大时会使在建建筑物产生不均匀沉降，严重时可能会使建筑物局部开裂，甚至倒塌。尽管国内外研究人员对负摩阻力研究已久，但是关于端承桩和摩擦桩的负摩阻力研究尚未见报道。

1 试验准备

1.1 试验装置

本试验方案选用基坑深2 m，长和宽分别为5 m和1.25 m，结构周边统一采用钢筋混凝土结构加固处理，并且对钢筋混凝土结构进行防水处理。在基底制作排水管并设置排水阀，其中排水管设置2%的坡道，以方便排水。制作排水管时，应在排水管上部均匀打孔，并用细纱布对孔进行包裹，以免细砂随着水流进入排水管造成堵塞。

1.2 桩周砂的选取

桩基试验地点选在太原市某建筑工地砂土地进行。砂土中含有的矿物有粉土、云母和石英，砂土呈黄褐色、松散状。地基为砂土地时地基沉降较快，能在短时间内达到稳定状态，缩短试验周期。

基坑开挖结束后，即对基坑进行贯入度试验。通过试验得知贯入度N1=N2=1。查表得知此土体的弹性模量Es=5.0 MPa，密实度和内摩擦角分别为Dr=0.24和φ=27.3°，砂土的其他物理性质见表1。

表1 砂土的物理性质

1.3 桩模型制作

试验采用的桩基模型为PPR塑料热水管，外部尺寸长1.2 m，直径0.63 m。将模拟桩基沿着纵轴方向剖开，在剖开后的模拟桩上均匀地贴上7个应变片并进行接线处理，用环氧树脂做防水保护后进行对接黏合，并且对模拟桩进行防水处理。贴应变片处理时，应将应变片贴向模拟桩内侧，以免土体对应变片造成破坏，并且应保护桩基周边土体不因粘贴应变片而造成破坏。此外，还应对桩底进行封口，采用细砂粘贴在桩基外侧以增加桩基的摩阻力，最后通过直剪试验测出桩基与砂之间的摩擦系数。

2 试验内容

在试验桩底部铺设一定厚度的细石，同时在试验桩底部布置排水管，并且关闭与密封器具相连的阀门。同样采取对照组试验，在另一个相同条件的基坑内注满水，随后均匀地从基坑顶部向下填充细砂，确保试验组与对照组试验具有相似的密实度，并且在指定位置布置压力计、沉降计和孔隙水压力计。在沉降计顶部和地表布置一定数量的百分表，最后打开阀门，将基坑内的水降到砂土表面。

降水后静置一定时间，记录试验桩初始值，同时进行加载，根据加载进度记录桩基沉降和应变的相关数据。数据采集前期记录时间间隔较大，中后期记录时间间隔较小，直至数据变化不大或停止；然后开始第二次加载，数据采集方式与第一次相同，最后进行第三次加载。最终当桩基沉降稳定后打开阀门进行排水，对地基进行降水处理。待水位稳定后记录水压值，记录桩基的沉降值和应变值，前期记录时间间隔大，中后期记录时间间隔小，直至数据稳定后进行第二次和第三次降水处理，方法与第一次降水相同，降水结束后关闭阀门。

3 试验结果与分析

试验结果表明，当水位下降值相同时，端承桩的负摩阻力远远大于摩擦桩，并且随着水位的下降负摩阻力随之增加。通过试验得知，降低水位对摩擦型桩的负摩阻力影响不大，但是改变了负摩阻力的分布状态，即桩体上部的负摩阻力减小，而下部负摩阻力增大。

当对端承桩和摩擦桩加载后，桩基开始沉降。从试验结果可以看出，端承桩的沉降值和降水条件均小于摩擦桩。在进行加载和降水的过程中，端承桩的摩阻力分布状态均会发生一定变化。在加载和降水初期，负摩阻力并没有产生较大变化，只是桩身上部摩阻力减小；而在后续降水和加载过程中负摩阻力出现，并且随着降水的深度变化而变化，降水深度越大时负摩阻力越大。

当降水和加载稳定后，负摩阻力的分布状况为：在降水施工完毕，摩擦型桩中并没有产生负摩阻力，但是根据摩阻力的分布情况分析得知，摩擦桩表面的摩阻力大幅度下降。并且随着降水深度的增加，摩阻力的变化幅度更大；随着摩擦桩沉降量的增加，摩擦力也随之增加。其变化趋势与端承桩的变化趋势有较大差别，并且负摩阻力的变化趋势也有较大区别。

4 结论

通过对端承桩和摩擦型桩的模拟试验分析，得到相同降水和桩身加载条件下桩的负摩阻力变化情况如下：

4.1 当降水深度相同时，端承桩的负摩阻力较摩擦型桩出现得早。

4.2 摩擦型桩的中性点的位置变化没有端承桩的变化明显。

4.3 尽管在本次试验中摩擦型桩并未出现负摩阻力，但是降水处理过程中也会使桩基的摩擦力发生变化，桩基上部摩擦力减小而下部摩擦力增大。同样，端承桩在没有出现负摩阻力时也存在这种现象。

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