湿陷性黄土中基桩的负摩阻力问题
自重湿陷性黄土场地桩侧负摩阻力特性试验研究
自重湿陷性黄土场地桩侧负摩阻力特性试验研究发布时间：2021-10-12T08:20:46.363Z 来源：《工程建设标准化》2021年第14期作者：辛海龙[导读] 本文结合工程需要，选取九州台附近具有代表性的自重湿陷性黄土场地辛海龙甘肃省建筑设计研究院有限公司，甘肃兰州，730000摘要：本文结合工程需要，选取九州台附近具有代表性的自重湿陷性黄土场地，设置了天然含水量状态和后湿法浸水饱和状态两种工况，进行单桩竖向抗压静载试验，结合桩身内力测试，开展桩侧负摩阻力的现场试验研究，较为全面的掌握该类湿陷性黄土场地桩侧负摩阻力的第一手试验数据。
对比分析发现，两种工况下桩基承载能力差异较大，未浸水试桩的极限荷载是浸水试桩的1.67倍。
同时，桩顶沉降变形差异显著，浸水试桩在极限荷载下的桩顶总沉降量是未浸水试桩的1.80倍。
关键词：湿陷性黄土，桩侧负摩阻力，下拉荷载，自重湿陷性黄土场地Field Test on characteristics of piles negative friction in Loess Collapsible under Overburden PressureXIN Hai-long(Gansu Institute of Architectural Design and Research Co.,Ltd., Lanzhou, 730000)Abstract：In this paper, combined with the needs of the project, the representative self weight collapsible loess site near Jiuzhoutai was selected, and set up two working conditions of natural friction end bearing pile and post wet immersion saturation state,the vertical compression static load test of single pile was carried out combined with the internal force test, the field test research on negative friction resistance of pile side was carried out to master this kind of pile comprehensively, the first-hand test data of negative friction of this kind of collapsible loess site were comprehensively mastered.The comparative analysis shows that the bearing capacity of the pile foundation under the natural water content state and the saturated state is quite different, the ultimate load of the non-immersion test pile is 1.67 times of the immersion. At the same time, the difference of pile top settlement is significant. The total settlement of immersion pile under ultimate load is 1.80 times of non-immersion.Key words: Collapsible loess，Pile negative friction，Downdrag，Field of Loess Collapsible under Overburden Pressure;1 引言桩侧负摩阻力是自重湿陷性黄土场地桩基工程遇到的关键问题，合理的确定负摩阻力是该类工程场地灌注桩基础设计的关键所在。
大厚度自重湿陷性黄土中灌注桩承载性状与负摩阻力的试验研究
五、结论与展望
通过本次试验研究，我们得出以下结论：
1、大厚度自重湿陷性黄土中灌注桩的承载性状表现出典型的弹塑性特征， 其承载能力受到直径、长度、施工工艺等多种因素的影响。
2、灌注桩在加载过程中存在负摩阻力现象，这主要是由于大厚度自重湿陷 性黄土的沉降所致。负摩阻力的大小与载荷大小、土体性质及桩侧土体的塑性变 形有关。
四、实验结果分析
通过载荷试验，我们获得了灌注桩的承载性状与负摩阻力特征。以下是实验 结果的分析：
1、承载性状：实验结果表明，灌注桩在承载过程中呈现出典型的弹塑性特 征。在加载初期，桩身变形较小，随着载荷的增加，桩身变形逐渐增大。当载荷 达到一定阈值时，桩身发生塑性变形，承载能力突然下降。这一现象在大厚度自 重湿陷性黄土中尤为明显。
4、外荷载：外荷载的大小和分布也会影响桩基负摩阻力。在荷载作用下， 桩基会发生沉降变形，此时桩周土体对桩基产生负摩阻力。
数值模拟为了更深入地了解湿陷黄土地区桩基负摩阻力特性的影响因素及其 作用机理，可以采用数值模拟方法进行研究。常用的数值模拟软件包括FLAC、 ANSYS、ABAQUS等。通过建立三维模型，对桩周土体进行离散化处理，并考虑桩 土之间的相互作用，可以对桩基负摩阻力特性进行全面的分析和预测。
2、在桩体上施加一定的外荷载， 并记录桩体的沉降变形量。
感谢观看
3、结合现代测试技术和数值模拟方法，对灌注桩的性能进行更为准确和精 细的研究，以适应复杂多变的工程环境。
参考内容
本次演示旨在研究大厚度自重湿陷性黄土地基处理深度和湿陷性评价试验。 首先，介绍湿陷性黄土地基处理的重要性和难点。其次，详细阐述试验方法、设 备和分析技术。接着，呈现试验结果并对其进行讨论。最后，总结研究成果并指 出现存问题和未来研究方向。
负摩阻力计算实例
负摩阻力计算实例本建筑场地为自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅱ级（中等），依椐JGJ94-2008规范第5.4.2条规定，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力。
首先，根据场地地质情况（以3#井处的地层为例）确定压缩4.2 桩基4.2.1 桩基类型及桩端持力层的选择依据勘察结果分析, 本建筑场地为自重湿陷性黄土场地，（自重湿陷量的计算值为120.5-151.6mm）湿陷等级为Ⅱ级（中等），湿陷性土层为②、③、④、⑤层，湿陷土层厚度为10-15m，湿陷最大深度17m（3#井）。
可采用钻孔灌注桩基础，第⑦层黄土状粉土属中密-密实状态，具低-中压缩性，不具湿陷性，平均层厚4.0m，可做为桩端持力层。
4.2.2 桩基参数的确定根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）、《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）中的有关规定，结合地区经验，饱和状态下的桩侧阻力特征值qsia（或极限侧阻力标准值qsik）、桩端阻力特征值qpa（或极限端阻力标准值qpk¬）建议采用下列估算值：土层编号土层名称土的状态桩侧阻力特征值qsia(kPa) 极限侧阻力标准值qsik(kPa) 桩端阻力特征值qpa(kPa) 极限端阻力标准值qpk(kPa)②黄土状粉土稍密 11 23③黄土状粉土稍密 12 24④黄土状粉土稍密 12 24⑤黄土状粉土稍密 13 26⑥黄土状粉土中密 18 36⑦黄土状粉土中密183****1000⑧黄土状粉土中密 20 40 600 12004.2.3 单桩承载力的估算依据JGJ94-2008规范，参照《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第8.5.5条，单桩竖向承载力特征值可按下式估算：Ra=qpaAp+up∑qsiaLi式中：Ra——单桩竖向承载力特征值；qpa 、qsia——桩端端阻力、桩侧阻力特征值；Ap——桩底端横截面面积= πd2（圆桩）；up——桩身周边长度=πd；Li——第i层岩土的厚度；以3#孔处的地层为例，桩身直径取600mm，以第⑦层黄土状粉土做为桩端持力层，桩入土深度24.0m（桩端进入持力层的深度对于粘性土、粉土应不小于1.5d）。
桩侧负摩阻力的计算
桩侧负摩阻力的计算一、规范对桩侧负摩阻力计算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：1、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；2、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；3、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。
4、桩周土沉降可能引起桩侧负摩阻力时，应根据工程具体情况考虑负摩阻力对桩基承载力和沉降的影响；当缺乏可参照的工程经验时，可按下列规定验算。
①对于摩擦型基桩，可取桩身计算中性点以上侧阻力为零，并可按下式验算基桩承载力： a k R N ≤ （7-9-1）②对于端承型基桩，除应满足上式要求外，尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载，并可按下式验算基桩承载力：a ng k R Q N ≤+ （7-9-2）③当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计入附加荷载验算桩基沉降。
注：本条中基桩的竖向承载力特征值只计中性点以下部分侧阻值及端阻值。
二、计算方法桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载，当无实测资料时可按下列规定计算： 1、中性点以上单桩桩周第 i 层土负摩阻力标准值，可按下列公式计算：i ni nsiq σξ'= （7-9-3） 当填土、自重湿陷性黄土湿陷、欠固结土层产生固结和地下水降低时：ri i σσ'=' 当地面分布大面积荷载时：rii p σσ'+=' （7-9-4） 其中, i i i m m m riz z ∆∑+∆='-=γγσ1121（7-9-5） （7-9-3）～（7-9-5）式中：nsi q ——第i 层土桩侧负摩阻力标准值；当按式（7-9-3）计算值大于正摩阻力标准值时，取正摩阻力标准值进行设计；ri σ'——由土自重引起的桩周第i 层土平均竖向有效应力；桩群外围桩自地面算起，桩群内部桩自承台底算起；i σ'——桩周第i 层土平均竖向有效应力；m i γγ,——分别为第i 计算土层和其上第m 土层的重度，地下水位以下取浮重度；m i z z ∆∆,——第i 层土、第m 层土的厚度；p ——地面均布荷载；ni ξ——桩周第i 层土负摩阻力系数，可按表7-9-1取值；表7-9-1 负摩阻力系数ξ注：①在同一类土中，对于挤土桩，取表中较大值，对于非挤土桩，取表中较小值；②填土按其组成取表中同类土的较大值；2、考虑群桩效应的基桩下拉荷载可按下式计算：∑⋅==ni i nsi n n gl q u Q 1η （7-9-6）⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅=4d q d s s m n s ya x a n γπη （7-9-7）式中，n ——中性点以上土层数； l i ——中性点以上第i 土层的厚度；n η——负摩阻力群桩效应系数；ay ax s s ,——分别为纵横向桩的中心距；ns q ——中性点以上桩周土层厚度加权平均负摩阻力标准值；m γ——中性点以上桩周土层厚度加权平均重度（地下水位以下取浮重度）。
桩侧负摩阻力的计算
桩侧负摩阻力的计算一、 规范对桩侧负摩阻力计算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：1、 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；2、 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；3、 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。
4、 桩周土沉降可能引起桩侧负摩阻力时，应根据工程具体情况考虑负摩阻力对桩基承载力 和沉降的影响；当缺乏可参照的工程经验时，可按下列规定验算。
① 对于摩擦型基桩，可取桩身计算中性点以上侧阻力为零，并可按下式验算基桩承载力：N k 乞 R a（ 7-9-1）② 对于端承型基桩，除应满足上式要求外，尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载，并 可按下式验算基桩承载力：N k Q g <Ra（ 7-9-2）③ 当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计入 附加荷载验算桩基沉降。
注：本条中基桩的竖向承载力特征值只计中性点以下部分侧阻值及端阻值。
二、 计算方法桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载，当无实测资料时可按下列规定计算： 1、中性点以上单桩桩周第 i 层土负摩阻力标准值，可按下列公式计算：q ?i = ni ；「i（ 7-9-3）当填土、自重湿陷性黄土湿陷、欠固结土层产生固结和地下水降低时：i 71ri -mm i 厶i m =2（7-9-3 ）〜（7-9-5）式中：q ?i ――第i 层土桩侧负摩阻力标准值；当按式（7-9-3）计算值大于正摩阻力标准值时，取正摩阻力标准值进行设计；-ri ――由土自重引起的桩周第i 层土平均竖向有效应力；桩群外围桩自地面算起，桩群内部桩自承台底算起;当地面分布大面积荷载时：；★二p • c ri(7-9-4) 其中， (7-9-5)Ci ■――桩周第i层土平均竖向有效应力；i, m――分别为第i计算土层和其上第 m土层的重度，地下水位以下取浮重度;.'■■Zi ---- 第 i 层土、第 m层土的厚度；p――地面均布荷载；桩周第i层土负摩阻力系数，可按表 7-9-1取值;表7-9-1 负摩阻力系数匕土类5土类5饱和软土0.15 〜0.25 砂土0.35 〜0.50粘性土、粉土0.25 〜0.40 自重湿陷性黄土0.20 〜0.35②填土按其组成取表中同类土的较大值；2、考虑群桩效应的基桩下拉荷载可按下式计算：nQ f 二n 八側（7-9-6）(7-9-7)式中，n ――中性点以上土层数；l i――中性点以上第i土层的厚度；n ――负摩阻力群桩效应系数；S ax, S ay ――分别为纵横向桩的中心距；q S?――中性点以上桩周土层厚度加权平均负摩阻力标准值；m――中性点以上桩周土层厚度加权平均重度（地下水位以下取浮重度）。
浅析桩基础负摩阻力的防治对策
浅析桩基础负摩阻力的防治对策近几年来，部分地区的建筑物出现了裂损和倾斜现象，严重影响了建筑物的使用，若由此而引发建筑物倒塌事件，将会对居民的生命和财产造成巨大威胁。
根据相关调查发现，建筑物结构不稳定是由桩基础不稳固造成，因为桩基础自身存在负摩阻力，降低了桩基础的荷载承受能力，从而发生不均匀沉降，由此导致建筑物不稳。
一、防治桩基础负摩阻力的重要意义随着建筑事业的迅猛发展，桩基础被广泛应用于各类建筑施工中，特别是对于软弱地基的处理，桩基础施工技术非常关键。
桩基础不仅可以承受建筑物的各种荷载，像水平荷载、竖向荷载等，更具有较大的刚度和整体性，能够增强建筑物的整体稳定。
然而桩基础的负摩阻力却降低了其承受能力，对桩基础产生了负面的影响，由于桩基础存在负摩阻力，增加了桩基础的自重，从而相应的降低了对于外荷载的承受能力，若负摩阻力过大将导致桩基础发生不均匀沉降，不仅降低建筑物的使用寿命，严重者将威胁居民的人身安全。
基于此，防治桩基础的负摩阻力具有重要意义，减少负摩阻力对桩基础的影响，不仅可以提高建筑工程质量，增加建筑物使用年限，更為人们提供了安全稳定的居住环境[1]。
二、负摩阻力产生的原因分析由于桩基础会与土体进行直接接触，两者若存在相对位移，就会产生一定的摩擦阻力，而摩擦阻力的作用将由具体位移情况决定。
桩基础会因为建筑物给予的竖向荷载而发生下沉，同时建筑地基也会受到各方面因素发生下沉，如果两者的下沉速率相同，摩擦阻力将不会产生，但是在现实情况中该种现象极少或者根本不会发生，正是由于两者发生的下沉速率不同，而造成了摩擦阻力的产生。
摩擦阻力分为两种，一种是正摩阻力，即桩基础的下沉速度较快，由于两者存在相对位移，地基会对桩基础产生向上的作用力，对桩基础起到一定的支撑作用。
另一种是负摩阻力，它与正摩阻力的产生正好相反，是由于地基的下沉速度过快产生的，对桩基础将产生一定的抵抗作用，降低桩基础的承载能力。
通过以上分析，不难发现导致负摩阻力产生的原因，一般就是造成地基快速下沉的原因，对此进行具体的总结归纳。
【结构设计】负摩阻力对桩基础的危害分析
负摩阻力对桩基础的危害分析负摩阻力指桩周土层由于某种原因而产生超过桩身沉降量的下沉时,作用于桩身的向下的摩阻力.可能的影响表现：当持力层刚硬时,造成桩身压曲或断裂,需验算桩身承载力；当持力层可压缩时,造成桩端地基屈服或破坏以及不均匀沉降引起上部结构的功能性受损（裂缝等）,需验算土承载力与沉降指标.由于桩、土性质的复杂性、荷载及施工条件的多变性以及桩土相互作用的复杂性等影响,负摩阻力的计算尤为复杂.负摩阻力产生条件：1）桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土（河口与海岸新沉积土层）、欠压密的软粘土或液化土层支承于相对较硬土层（硬粘性土、中密以上砂土、卵石层或岩层）中,桩周土体因固结产生沉降大于桩沉降时；2）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）,使桩周土压缩固结下沉时；3）由于地下水位降低（如无节制地抽取地下水、工程施工疏排水等）,使桩周土有效应力增大,并产生显著压缩沉降时；4）挤土桩群施工结束后,孔隙水消散,隆起的或扰动的土体逐渐固结下沉时；5）桩设置于易受环境影响（如浸水、解冻、动力振动或地震等）而沉陷或重新固结而下沉的土层（自重湿陷性黄土、季节性冻土层或可液化土层）的地基中,当受水浸湿、融化或受振（震）液化导致地基土大量下沉时；6）桩周存在欠固结软粘土或新近填土在自重作用下产生新固结时；7）深基坑开挖,导致土体应力释放而产生释放变形,坑周土体的下沉趋势对相邻建筑物桩基可能产生负摩阻力；8）相邻建筑物自重悬殊引起附加沉陷.上述7）点提到了坑周土体下沉的影响,另外,坑中土体回弹也对应着一个问题,对应于《地规2011》8.5.3-8-4）条“桩施工在基坑开挖前完成时,其钢筋长度不宜小于基坑深度的1.5倍”,这条是新规范刚加进去的,然而规范条文没有做出一定的说明,让设计者抓瞎（这是“中国式”规范的共性,让你猜）.这半句话隐藏着一个工程实例：上海某工程先施工桩,后基坑开挖,开挖深度13m,验桩时发现基底下约13m处出现断桩,且成批出现.经过数次分析查明,桩身断裂是由于地基土的回弹造成的,基坑回弹的影响深度约等于基坑开挖深度,在影响深度范围内,土体自重小于回弹力,而桩身钢筋长度仅为13m,素混凝土又不足以承担二力之差,随即出现断裂,因此也就有了这半句话.。
桩侧负摩阻力的计算
桩侧负摩阻力的计算一、规范对桩侧负摩阻力计算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：1、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；2、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；3、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。
4、桩周土沉降可能引起桩侧负摩阻力时，应根据工程具体情况考虑负摩阻力对桩基承载力和沉降的影响；当缺乏可参照的工程经验时，可按下列规定验算。
①对于摩擦型基桩，可取桩身计算中性点以上侧阻力为零，并可按下式验算基桩承载力： a k R N ≤ （7-9-1）②对于端承型基桩，除应满足上式要求外，尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载，并可按下式验算基桩承载力：a ng k R Q N ≤+ （7-9-2）③当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计入附加荷载验算桩基沉降。
注：本条中基桩的竖向承载力特征值只计中性点以下部分侧阻值及端阻值。
二、计算方法桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载，当无实测资料时可按下列规定计算： 1、中性点以上单桩桩周第 i 层土负摩阻力标准值，可按下列公式计算：i ni nsiq σξ'= （7-9-3） 当填土、自重湿陷性黄土湿陷、欠固结土层产生固结和地下水降低时：ri i σσ'=' 当地面分布大面积荷载时：rii p σσ'+=' （7-9-4） 其中, i i i m m m riz z ∆∑+∆='-=γγσ1121（7-9-5） （7-9-3）～（7-9-5）式中：nsi q ——第i 层土桩侧负摩阻力标准值；当按式（7-9-3）计算值大于正摩阻力标准值时，取正摩阻力标准值进行设计；ri σ'——由土自重引起的桩周第i 层土平均竖向有效应力；桩群外围桩自地面算起，桩群内部桩自承台底算起；i σ'——桩周第i 层土平均竖向有效应力；m i γγ,——分别为第i 计算土层和其上第m 土层的重度，地下水位以下取浮重度；m i z z ∆∆,——第i 层土、第m 层土的厚度；p ——地面均布荷载；ni ξ——桩周第i 层土负摩阻力系数，可按表7-9-1取值；表7-9-1 负摩阻力系数ξ注：①在同一类土中，对于挤土桩，取表中较大值，对于非挤土桩，取表中较小值；②填土按其组成取表中同类土的较大值；2、考虑群桩效应的基桩下拉荷载可按下式计算：∑⋅==ni i nsi n n gl q u Q 1η （7-9-6）⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅=4d q d s s m n s ya x a n γπη （7-9-7）式中，n ——中性点以上土层数； l i ——中性点以上第i 土层的厚度；n η——负摩阻力群桩效应系数；ay ax s s ,——分别为纵横向桩的中心距；ns q ——中性点以上桩周土层厚度加权平均负摩阻力标准值；m γ——中性点以上桩周土层厚度加权平均重度（地下水位以下取浮重度）。