桩基负摩阻力的设计探讨

林凡伟++祝红山

摘 要： 在软弱地基上、湿陷性黄土地区或有地震液化土地区建造建筑物 ，采用桩基础 ，将可能产生负摩阻力 ，使桩身发生破坏或使地基屈服破坏。因而了解负摩阻力产生的机理、条件及影响因素 ，探讨单桩及群桩设计中负摩阻力计算的方法对于搞好桩基设计尤为重要，本文分析了桩基负摩阻力产生的原因，及相关规范条文的规定，并列举了计算实例，提出了在不同地质条件上下减少摩阻力的相关工程措施和总结。

关键词：桩基 负摩阻力 设计 地质条件

中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

桩基作为地基处理的方法，在各工程领域得到普遍应用，它能把建筑物上部的荷载通过桩身传到下部土层中压缩性小，强度高的岩土层中，从而满足强度及变形要求。在软土地区，桩基运用更广泛，桩基设计中由于各类软土等条件引起的负摩阻力，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。如果未考虑，会对建筑物安全有较大影响，可能导致建筑较大的沉降和不均匀沉降。

1 桩负摩阻力产生的原因

（1）桩穿过欠压密的软土或新近填土，而支承在坚硬土层（硬粘土、中密砂土、卵石层或岩层）时，桩侧土因固结产生的沉降大于桩身的沉降；

（2）当桩侧非固结压缩软土上竖向荷载作用时；

（3）由于地下水位下降（从软弱粘土下的透水层中的抽水或其它因素）.致使土的有效应力变大，引起桩周的土下沉；

（4）在饱和粘土地基中，群桩施工完毕后，孔隙水消散，隆起的土体逐步固结下沉，若桩尖持力层较硬，则产生负摩阻力；

（5） 桩侧存在自重湿陷性黄土或季节性冻土或可液化土的条件下，当黄土浸水湿陷、冻土融沉时，或当可液化土受地震或动荷载而液化，液化土再次固结而出现大量下沉；

（6）在饱和软土中打入较密的群桩，引起超孔隙水压力，土体大量上涌，这样重塑土体因超孔隙水压力消散再次固结。

可见，土体与桩是否发生相对变形是判别桩基是否产生负摩阻力的重要条件。

2 桩基负摩阻力规范的相关规定

（1）《建筑桩基技术规范》（ JGJ94- 2008） 规定，符合下列条件之一的桩基，当桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力：桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时；桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载（包括填土）时；由于降低地下水位，使桩周土有效应力增大，并产生显著压缩沉降时。

桩的负摩阻力对于基桩承载力的影响，本规范明确规定： 对于摩擦型基桩， 不考虑中性点以上的侧阻力， 只计中性点以下部分的侧阻力； 对于端承型基桩， 尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载。

（2）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）第5.3.2条中规定“在软土和软弱地基土层较厚、持力层较好的地基中，桩基计算应考虑路基填土荷载或地下水下降等原因所引起的负摩阻力的影响。”但规范对负摩阻力如何确定、如何计算以及对桩基计算的影响等并未作介绍。

3 桩基负摩阻力的计算

3.1 中性点

对于穿过软弱土层作用到持力层上的桩，桩周土层与桩都发生沉降，当桩达到一定深度后，桩体与桩周土之间不再发生相对位移，即桩周土的下沉量和桩的下沉量相等，这时负摩阻力为零。在此深度以上，桩周软土的下沉量大于桩身的沉降量，桩身所受到的是负摩阻力；在此深度以下，桩周软土的下沉量小于桩身的沉降量，桩身就受正摩擦力的作用。正负摩阻力变换之处即为中性点。

图1 负摩阻力中性点示意图

影响中性点深度ln的因素很多，一般有：

（1）桩端持力层的刚度。一般来说持力层越好，中性点深度就越深，对于中性点深度，端承桩的比摩擦桩的深度大；

（2）桩周土体变形性质和应力。桩周土欠固结度越大，土层越厚，压缩性越高，中性点深度就越大；

（3）如果负摩阻力是在成桩后因外部条件产生或在桩顶荷载作用下有沉降才产生，中性点深度就较大；堆载强度和面积、地下水变化幅度和面积越大，中性点深度就越大。

3.2 负摩阻力值计算实例

已知预制方桩边长为300？mm，桩长为22m？，桩顶入土深度为2m，桩端入土深度24？m，场地土层分层见下表，当地下水由0.5m降至5m时，按《建筑桩基技术规范》求出桩基由于负摩阻力引起的下拉荷载。

层号

土层名称

层底深度

（m）

厚度

（m）

天然重度

γ0（（t/m3）

桩极限侧阻标准值

qsik（kPa）

①

填土

1.20

1.20

1.8

②

粉土

2.00

0.80

1.8

④

淤泥质土

12.00

10.00

1.7

28

⑤-1

粘土

22.70

10.70

1.8

55

根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第5.4.4.3条中性点深度ln=0.7（22.7-2）=14.5m，因桩顶入土深度2m，2m范围内的土则可看做P，则P=18x1.2+18x0.8=36，负摩阻力区可分为三层：

（1）2～5m层：

σˊ1=P+17x1.5=61.5kPa，qns1=ξn. σˊ1=0.2x61.5=12.3kPa

（2）5～12m层：

σˊ2=P+17x3+7x3.5=111.5kPa，qns2=ξn. σˊ2=0.2x111.5=22.3kPa

（3）12～16.5m层：

σˊ3=P+17x3+7x7+8x4.5/2=154kPa，qns3=ξn. σˊ3=0.3x154=154kPa

下拉荷载：

Qng=ηn.？.Σqnsi. li=1x4x0.3x（12.3x3+22.3x7+46.2x4.5）=481kN

4 不同情况地质情况下减少桩基负摩阻力的？工程措施及特点（表1）

表1 不同情况地质情况下减少桩基负摩阻力的？工程措施及特点

桩穿越的土层

名称

机理

措施

特点

欠固结土，新填粘土或砂性土及松砂

端承桩法

使桩端支承在岩层或坚硬土层上

增大桩断面

承载力可靠，但消耗材料较多，造价高。

较薄的自重湿陷性土层

地基浸水法

建筑场地预先浸水，以增加孔隙水压力，使土的湿陷性（沉降）预先发生后，再将桩打入。

预先浸水

费时

浸水砂井预压加固法

建筑场地预先浸水的基础上，采用砂井预压法加固后，再将桩打入。

浸水，砂井预压

先打砂井，再在上面堆载预压，待其沉淀稳定后再打桩，费时

软弱土

分段施工法

在桩基施工完一段时间后，再续建上部结构

分段施工

费时

较厚的欠固结软粘土，新填粘性土层或砂性土层及松砂

群桩法

由于粘性土地基的群桩效应

增加桩数

此法如能与涂抹层一起使用则更好

套管法

在中性点以上段罩上一段直径大于桩径的钢套管。

增加管套

施工复杂，费工费料，可酌情选用。

单涂层法

在桩上面涂沥青等，一直涂到中性点为止。在桩通过粗粒土层时，为防止涂层被刮掉，可将桩头扩大。

增加单涂层

目前在国内外被广泛采用，工艺简单，造价低廉。尤以树脂乳胶最好。

涂层法

预制桩沉桩前在中性点以上涂滑动层和保护层。

增加涂层

降低材料消耗和施工费用。

挖扩桩法

桩位预先挖除比桩身大的孔，再将桩插入，并在桩与孔缝隙中灌入膨润土泥浆

挖孔后灌膨润土泥浆

用于无法采用涂层法的工程。

5 结语

（1） 桩静载试验是在短期内完成的，带负摩阻力桩在静载试验时与工程桩工作状态有明显差异，基桩在静载试验和动测中，负摩阻力是不可能出现的。

（2）在进行桩基础设计时，当桩周存在有可能自身沉降超过桩身沉降的土层时，必须考虑桩侧负摩阻力，若桩的承载力不考虑其影响是不安全的。

（3） 准确确定中性点位置对桩摩阻力计算很重要，特别是对以变形控制的桩基，根据建筑物的要求，合理地确定桩的沉降值，充分发挥桩的承载力。

参考文献

[1]內大欢，全秀丽.浅议桩基负摩阻力[J]. 浙江建筑.2012.第1期

[2]《建筑桩基技术规范》（ JGJ94- 2008）

[3]《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）

[4]王涛.注册岩土工程师考试中单桩负摩阻画笔的计算与分析[J].岩土工程界.2007第6期