桩基负摩阻力产生的原因、计算与处理

■韦海霞 ■北京乔波冰雪家园置业有限公司，北京 100107

桩四周的土体因为湿陷、固结、地面荷载的影响下会产生下沉，当下沉量超过桩的沉降时，就会对桩向下产生一定的摩擦阻力。而这些摩擦阻力会使桩的负荷进一步增加，从而使桩基的沉降也进一步增加，影响结构的安全性。并且会在结构上部产生附加应力，对工程的安全性有比较大的影响。所以，做好桩基负摩阻力的研究具有重要意义。

1 案例介绍

某公路桥梁工程总施工长度为95.2m，结构上部使用5 ×15m 的预应力混凝土简密肋式T 梁，桥墩使用实体桥墩。剩下的桥墩都使用双柱式结构，使用桩基配肋台作为桥台。本桥梁工程使用直径为1.0m 的钻孔灌注桩进行施工，桩的设计长度为16m，地面大面积堆载为P=60kpa。桩周围软弱土层的下下限深度为l0=15m，按照工程的施工要求，将基坑开挖17.3m，对其回填后要求高程为32.2m。使用黏土、粉质黏土和粉土进行回填，要求压实度在90%以上。桩间土分布参数如图1 所示。

图1 桩间土分布参数

2 造成软土地基桩基负摩阻力出现的原因以及危害

2.1 造成软土地基桩基负摩阻力出现的原因

桩相由于受到轴向荷载的作用，导致桩测土体出现位移的情况，从而使土体对桩身形成向上作用的摩阻力，这就是通常所说的正摩阻力。然而，桩周土体受到外力作用而出现下沉的时候，土体对桩身形成向下作用的摩阻力，这就是通常所说的负摩阻力，详见下图2。软土地基会出现以下四种负摩擦力:第一，庄周固结不稳的软土在受到自重的影响下而出现新的固结;第二，由于地面出现较大规模的堆载造成桩周土受到压力而出现下沉;第三，灵敏度比较敏感的黏性土在受到打桩的影响下，造成原有的地面结构出现位置改变，桩间土压力上涨，使得软土的触变性发生变化，接着又发生新的固结;第四，桩基的四周挖掘深基坑或者是土层出现液化的情况等造成地面的下降。

图2 软土地基桩侧面负摩阻力情况

2.2 软土地基桩基负摩阻力的危害

桩基的负摩阻力对于工程的安全性起到至关重要的作用。为了对桩基负摩阻力进行深入的研究，找到他们的机理和所造成的危害，国内的研究者们对工程进行了大量的实地勘察，发现桩基的承载里会受到桩基负摩阻力的影响，桩基的下拉荷载也会对桩基的承载力造成影响［1］。桩基负摩阻力的危害包括对桩身造成的损坏，造成桩基地基的不均衡下沉等等。

3 计算和验算负摩阻力

3.1 运算负摩阻力

桩周负摩阻力的大小会对基桩的承载能力和沉降造成一定的影响，运算桩基竖向承载力类型的时候包括以下三种形式:(1)摩擦型桩基。伴随着负摩阻力沉降的不断加大，中性点会随着上升，此时中性点、负摩阻力以及桩顶荷载会保持一种动态上的平衡［2］。选取一种简化的形式，设想一个中性点，该点以上的摩阻力为0，从而对桩基的承载力进行运算。(2)端承型桩基。桩基在受到负摩阻力的影响下，发生沉降的量较小或者没有变化，桩土没有发生相对的位置改变，中性点也未发生变化，所以负摩阻力所导致的下拉荷载可以作为附加荷载来进行处理。(3)土层分布不均衡或者是建筑物对不均衡下沉非常敏感的时候，此时附加荷载包括下拉荷载，所以下拉荷载要运算到附加荷载里面。

3.2 确定中性点

一般来说，中性点指的是桩土相对位移为0 的位置，这个位置即没有负摩擦阻力也么有正摩擦阻力。因此，此截面位置的桩基所承受的轴力最大。此位置受桩周土层、桩端持力层刚度、桩身截面的影响比较大［3］。因此，在实际计算时，很难计算准确。对于这种情况，一般会使用经验公式来进行计算，如表1 所示。按照表1 的桩基规范要求，中性点深度ln/l0=1，粉质黏土ξn取值0.25，黏土ξn取值0.30。经计算中性点深度ln=l0=15 。

表1 中性点深度ln

3.3 计算负摩擦阻力

在对桩基负摩阻力进行计算时，使用下述公式进行计算:

桩侧负摩阻力标准值:

地下水位降低时:

地面分布大面积荷载时:

基桩下拉荷载标准值:

各个公式和符号的意义见《桩基规范》中的规定。

按照公式(4)计算基桩的下拉荷载

4 降低负摩阻力的方法

如果对工程采取优化的办法有可能会使软土地基的桩基负摩阻力价格上升，使结构的安全性下降。设计工程的时候可以采取有效的办法来对桩侧的负摩阻力进行削减，例如优化施工组织、优化桩土界面特点和构造、软土地基优化处理等等。通常情况下，可以采取优化的方法包括以下六点:(1)选取合适的地基处理办法。选取合适的地基处理办法可以使软土层的压缩性下降，土体对于桩基的沉降量也会有所降低，这样就可以将桩基的负摩阻力进行较好的控制［4］。然而这样的施工办法用时较长，对于工程的工期会有所影响。(2)控制地下水位。对于地下水位一定要进行随时的观测，控制好地下水位的下降情况，如果地下水位出现变化就会给桩周土带来一定的影响，同时还会有负摩阻力产生。(3)对于桩身的结构进行优化。把桩身改变成锥形的，这样可以有效的降低土体对桩体所造成的侧向压力，使桩基的负摩阻力降低。如果采取扩底预应力管桩和其对应的施工技术会更加的经济实惠，还比较环保。(4)采取有效的技术来处理桩身。在打入桩基的时候，将沥青和聚氨酯土料涂刷到桩基中性点之上的桩基侧面上，这样可以有效的降低桩基侧面的摩擦力，从而使桩基的负摩阻力得到较好的控制。(5)使用科学合理的施工办法。能够使用的高效办法包括以下几个方面:第一，在对桩基进行施工的时候，可以科学合理的设计沉桩速度和顺序;第二，在挖掘基坑的时候，一定要使支架构造来确保平稳;第三，采取分段施工的办法来对桩基以上的部位进行回填［5］。(6)薄膜法。使用旋挖机来进行施工，对于中性点以上范围之内的孔洞先将薄膜铺在两侧的筒形壁上，接着在进行混凝土浇筑，这样就可以将负摩阻力有效的消除掉，因为桩身和孔洞之间构成了一层薄膜隔离层来实现自由滑动。

5 结论

综上所述，在桩基工程施工中，桩基负摩阻力会影响桩体荷载，如果不对其进行考虑，会使桩身受到破坏，使建筑物发生沉降。对建筑物的结构安全和正常使用造成影响。本文通过实际案例，对桩基础负摩擦阻力出现的原因进行了分析，并对负摩擦阻力进行了计算，对桩基负摩阻力的处理措施进行了探讨，值的类似工程借鉴引用。

［1］张超越，高力.桩基负摩擦产生机理分析［J］.现代商贸工业，2009(19).

［2］马宗玉，浅析桩基负摩阻力［J］，山西建筑，2009，35(4):123 -124.

［3］倪正田，詹金林.软土地区邻近堆载对桩基影响的数值模拟研究［J］.山西建筑，2010(35).

［4］谢守鹏，喻泽红.高填土作用下斜顶桩板桩承台驳岸结构的负摩擦力分析［J］.长沙理工大学学报(自然科学版)，2010(01).

［5］杨庆，孔纲强，郑鹏一，栾茂田.堆载条件下单桩负摩阻力模型试验研究［J］.岩土力学，2008，(10):178 -179.

［6］陈健，郑俊杰，陈保国，鲁燕儿.考虑负摩阻力的刚性桩复合地基工作性状分析［J］.岩土力学，2008，(07):121 -122.