桩基负摩阻力影响的浅析

桩基负摩阻力影响的浅析
【摘要】负摩阻力严重影响着建筑物的安全，其大小受多种因素的影响，因此很难准确计算其数值。

总结分析桩侧负摩阻力产生的条件、机理及影响因素，提出减少桩侧负摩阻力的方法和防治措施。

【关键词】负摩阻力；成因；影响因素；中性点；下拉力；防治措施
1. 前言
（1）随着人文居住环境的改善以及土地价格的不断攀升，建筑物已从多层不断的转向高层建筑，从而对地基承载力和变形的要求也越来越高，越来越严格。

当土体在其自重作用下尚未完成固结，或者由于其他原因造成土体的沉降继续发展，当土体沉降大于桩的沉降时，置于这些土层中的桩会不同程度地受到负摩阻力的影响。

负摩阻力对于桩基的不利影响已经引起了广泛的关注。

（2）在设计桩基时如果不考虑负摩阻力，可能会造成不利影响，如：桩端地基的屈服或破坏；桩身破坏；结构物不均匀沉降等。

然而在实际工程中，负摩阻力常常被忽视，造成工程事故。

（3）下面对负摩阻力的问题进行分析、阐述。

2. 负摩阻力的产生条件
2.1负摩阻力的产生是由于桩周土的沉降变形大于桩的沉降变形而致。

而造成桩周土沉降变形的原因是多方面的，如：
（1）桩穿过新沉积的欠固结软粘土或新填土而支撑在硬持力层上时，土层产生自重固结下沉。

（2）饱和软土中打入密集的桩群，引起超孔隙水压力，土体大量上涌，随后土体引起超孔隙水压力消散而重新固结时，或灵敏度较高的饱和粘性土，受打桩等施工扰动（振动、挤压、推移）影响，附加超静孔隙水压力增加，软土触变增强后又产生新的固结下沉。

（3）在正常固结粘土和粉土地基中，由于下卧砂层、砾石层中抽取地下水或其他引起地下水位降低的原因，使土层产生自重固结下沉。

（4）桩侧地面因大面积堆载或大面积填土而大量下沉时。

（5）在黄土、冻土中的桩，因黄土湿陷、冻土融化产生地面下沉。

2.2综上所述，当桩穿过软弱高压缩性土层而支承在坚硬的持力层上时最易
发生桩的负摩阻力。

桩基负摩阻力可能发生在施工过程、使用前或使用过程中的任何阶段，其中发生在使用过程时最为不利。

3. 影响负摩阻力大小的主要因素
（1）影响负摩阻力大小的主要因素包括桩周土的成分、含水量、软弱地基的下沉速度、桩的倾斜度以及桩底持力层刚度等等。

桩周土的特性当然是首当其冲的，其次桩端土特性也不可小觑，因为它影响着中性点的位置[1、2]。

（2）中性点以上的负摩阻力总和即为下拉荷载，它增大了桩身荷载。

影响下拉荷载的因素有好多，经过试验分析认为，长径比和桩体刚度对下拉荷载的影响较大，且与长径比成反比，与桩身刚度成正比。

此外，桩土模量比、桩间距、以及土体的弹性模量都会对下拉荷载产生影响。

（3）土体沉降在桩身产生负摩阻力，负摩阻力引起的下拉力使桩身产生压缩变形和桩端沉降。

而桩身压缩变形和桩端沉降的出现又使得桩——土之间的相对位移关系发生变化并使桩的中性点上移。

中性点上移使得桩身下部的出现正摩阻力的桩身长度增加和正摩阻力总量增加，出现负摩阻力的桩身长度减小并且负摩阻力总量减少。

而正负摩阻力的长消使得桩——土间共同作用重新达到平衡。

只有在桩和土的沉降都稳定时，桩的中性点以及摩阻力沿桩身的分布才能稳定下来[3]。

（4）另外，当桩顶有荷载作用时，土体变形不再是引起桩土相互作用的惟一原因，桩顶荷载也是影响桩土相互作用的主要原因。

桩顶荷载作用下产生桩身压缩和桩端沉降，这是在短时间完成的，桩周土体的沉降变形需要很长时间才能稳定。

在这样的桩土相互作用中，只有桩周土体沉降大于桩的位移时，负摩阻力才会出现。

显然，负摩阻力出现的部位与桩顶无荷载作用时有很大的区别，中性点的位置肯定会高于无桩顶荷载的情况。

随后也会出现与无桩顶荷载相似的因下拉力产生的桩附加变形和中性点的位置变动。

由于桩的沉降——压缩曲线是随着荷载水平的提高而表现出由线性到非线性的，因此，负摩阻力的特性也会呈现与桩顶无荷载时不同的形态，而且会随着桩顶荷载水平的不同而表现出一定的差异。

4. 减少桩负摩阻力的工程措施
负摩阻力产生于施工阶段和使用阶段，所以负摩阻力的防治应分别在这两个阶段进行。

施工阶段负摩阻力的防治尤其关键，这个阶段能有效的防止负摩阻力的产生，最大限度地减少负摩阻力对基础的危害。

在现场施工中常采取以下措施以避免和减少施工过程可能出现的负摩阻力：
（1）建筑场地平整造成较厚的回填土，回填土的固结将对桩产生负摩阻力，应对回填土进行压实，压实度可按建筑物荷载而定。

（2）建筑物桩基影响范围内存在欠固结的软弱压缩土层时，采用换土或打
砂桩等方法进行地基处理，避免地面堆载引起压缩土层下沉量大于桩身的下沉量而产生负摩阻力。

（3）大面积地面堆载的场地，增设保护桩减少桩周土层重新固结产生的负摩阻力。

（4）对有大量地下水向下渗流和场地地下水大量抽降，且又采用桩基础的建筑物，其地面应设置良好的排水设施，并采取有效措施处理抽水后形成的土层下沉（如增加支撑桩）。

（5）确定桩存在负摩阻力后，应通过计算取得负摩阻力值，利用正负摩阻力的极限平衡条件，采取适当的措施，如加长桩尖进入持力层的厚度，增大正摩阻力以抵消桩的负摩阻力。

（6）计算出桩的中性点，在中性点上段涂刷强而耐久的防护涂料，减少桩的负摩阻力。

5. 负摩阻力的防治措施
（1）打桩前，先预压地基土，从根本上消除负摩阻力的产生；在产生负摩阻的桩段安装套筒或者把桩身与周围土体隔离；在桩身涂滑动薄膜[如涂沥青]；通过降低桩上部荷载，储备一定承载力；在地基和上部结构允许有相对较大沉降的情况下，采用摩擦桩；采用一定的装置消除负摩阻力。

（2）它由设置在桩体外周的卸荷套及卸荷套与桩体之间的润滑隔离层构成。

卸荷套使桩体与周围土层完全隔开并由桩体带动在打桩时与之同步下沉，而当桩周土层沉陷时，卸荷套依靠隔离层内润滑材料的作用，可随土层相对桩体自由下沉而不将下拽力传给桩体，从而有效地消除了负摩阻力的作用。

可广泛用于各种软基地层拟用桩基础的工程中。

6. 结语
负摩阻力问题是近年来桩基工程中遇到的常见问题，以往对它还缺乏系统的研究。

本文总结了先前的研究成果，对中性点位置、负摩阻力和下拉荷载的计算以及负摩阻力作用下桩基的沉降问题做了较为系统的阐述。

对于目前较为普遍的管桩负摩阻力问题也做了一定的分析，分析在管桩内部产生负摩阻力的可能性非常小。

同时前述了防治负摩阻力的部分措施。

由于我国大量的使用灌注桩和预制桩，负摩阻力的产生较为常见，因此在我国进行负摩阻力问题研究具有现实意义。

参考文献
[1]建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）.北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2]建筑基桩检测技术规范（JGJ106-2003）.北京：中国建筑工业出版社，2003.
[3]夏力农王星华.负摩阻力桩基的设计与检测.岩土力学，2003，24（2）增，491～494.。