负摩阻力对桥梁桩长影响分析
【doc】负摩阻力的概念与案例分析
负摩阻力的概念与案例分析第23卷第2期磅他鹭GEOLOGYOFSHAANXI2005年12月文章编号:1001--6996(2005)02--0101--07负摩阻力的概念与案例分析王建勋(1.中国地质大学资源学院,武汉430074;2.陕西省地矿局第三地质队,宝鸡721300)摘要:负摩阻力在岩土工程领域中占有重要的地位,在工程实践中特别是桩基工程中,负摩阻力日益受到重视.近几年全国注册土木工程师专业案例考试中不断有关于负摩阻力的试题出现,只有正确地理解负摩阻力的概念,深刻领会《建筑桩基技术规范》(JGJ94—94)的相关规定,明确负摩阻力产生的条件,掌握负摩阻力及下拉荷载的计算步骤,在注册考试中合理应用计算公式得到正确的结果.通过对三个关于负摩阻力案例的分析,明确了各种类型习题的关键所在,为以后的应试和工程实践打下良好的基础.关键词:负摩阻力;岩土工程;案例分析中图分类号:TU473.12文献标识码:B前言随着岩土工程的不断发展,负摩阻力在工程特别是桩基工程中受到广泛关注.近年来的注册土木工程师专业案例考试中不断有负摩阻力的试题出现,那么如何去理解负摩阻力,从而在工程实践和应试中加以应用呢?1负摩阻力的概念及理解1.1负摩阻力的概念《建筑桩基技术规范》(JGJ94—94)(以下简称《桩基规范》)定义如下:是指当桩周土体产生的沉降超过基桩的沉降,即桩周土体相对于基桩有向下的位移时,将产生负摩阻力.1.2负摩阻力的产生条件大体分为三种情况:第一种情况是指土体在自重或水的作用下产生竖向的固结压缩时,例如桩穿越厚度较大的松散填土(未固结或欠固结),自重湿陷性黄土(浸水饱和),欠固结土层进入相对硬土层时,将产生负摩阻力;第二种情况是指桩周存在软弱土层,且同时承受外部荷载(如地面大面积堆载)时,产生负摩阻力;第三种情况是指由于地下水位降低导致收稿日期:2OO5一O9一l2作者简介:王建勋,男,34岁,1995年毕业于西安地质学院水工系,主要从事岩土工程勘察工作.102陕西地质第23卷土体中有效应力增大,土体产生显着的附加沉降而产生负摩阻力. 1.3负摩阻力的计算与验算负摩阻力不但与桩身穿越的土体性质有关,还与桩型有密切的关系.摩擦型基桩由于基桩的竖向承载力主要由桩周土体的侧阻力来承担,而且只有当桩身有一定的位移时,土体的摩擦力才显现出来,因此土体相对于基桩有明显位移的可能性较小,桩侧土体移动,桩身亦随之向下移动,故《桩基规范》规定,对于摩擦型桩,当缺乏工程经验时,不用考虑负摩阻力产生的下拉荷载,仅把桩身计算中性点以上的土体侧阻力按零处理,然后进行基桩承载力验算;对于端承型基桩进行验算时,既要满足摩擦型基桩的验算条件,同时还应考虑负摩阻力引起的下拉荷载.1.4负摩阻力及下拉荷载标准值的计算公式单桩负摩阻力标准值:一?;降低地下水位时:=?地面有满布荷载时:一+?群桩中任一基桩的下拉荷载标准值:“一?U三?Z(5.2.16—5)一?/[\/q~’1-d)]公式及各符号意义见《桩基规范》.2负摩阻力及下拉荷载的计算步骤2.1确定桩周沉降变形土层下限深度首先要弄清楚的一件事就是桩周沉降变形土层下限深度,由于土层变形下限深度有深有浅,有时超过桩端深度,有时与桩端深度一致,较浅的还达不到桩端深度,但我们关心的是与桩身有关的下限深度,无论土层变形下限深度有多深,桩端深度以下的部分,不用去可虑它,所以就有三种情况,两种结果,第一种:桩周土层变形下限深度比桩端深度浅时,即<z(其中z.为桩周变形土层下限深度,z为桩长),此时取实际的变形下限深度;第二种:二者一致时,取z.一z;第三种:当桩周变形土层下限深度比桩端深度深时,仍然取z.一z.2.2确定桩身计算中心点深度(1).有实测数据时,以实测数据为准,一般情况下,可参照《桩基规范》表5.2.16—2取值.表5.2.16—2中性点深度表Tab.5.2.16—2Neutralpointdepth持力层性质粘性土,粉土中密以上砂砾石,卵石基岩中性点深度比0.5～O.60.7～O.8O.91.Ol/第2期王建勋:负摩阻力的概念与案例分析1032.3对桩周土体进行分层桩周土体分层是按土体性质变化处进行分层,为自然层,水位是当然的分层界线,分层时最重要的依据是重度,若重度变化不大,可笼统地按同一层处理. 2.4分层计算负摩阻力标准值这一步是计算的关键环节,按《桩基规范》给出的计算公式可知,是一个平均竖向有效应力,是按厚度计算的加权平均有效重度,而且仅是针对桩周土而言,也就是说,当桩顶距地表有一定距离时,计算平均有效重度不需要计算至地表,至桩项即可,而是从地表起算至第i层中点的深度.计算负摩阻力标准值时,很多参考书给出的计算方法也不尽相同,有些计算时从地表开始,有些计算时不进行平均,有些在该分层时不进行分层,对自重湿陷性黄土的负摩阻力标准值计算时,),;取天然重度,而未取饱和重度等等,这些算法都不够正确,需引起注意.2.5计算负摩阻力引起的下拉荷载标准值下拉荷载标准值的计算分两种情况,一是不用考虑群桩效应系数的情况,较简单,取珏一1即可;二是考虑群桩效应系数时,通过公式计算可得群桩效应系数rb,当计算的rb>1时,取=1.3案例分析3.1案例1计算过程及分析案例1:已知钢筋混凝土预制方桩边长为300mm,桩长为22IT1,桩顶人土深度为2IT1,桩端人土深度24IT1,场地地层条件见下表,当地下水位由0.5IT1下降至5IT1时,按《建筑桩基技术规范》计算单桩基础基桩由于负摩阻力引起的下拉荷载.(2002年度全国注册土木(岩土)工程师执业资格考试专业案例试卷下午卷第5题)表5.2.16—2场地地层条件表Tab.5.2.16-2Stratigraphyofthesite层序土层名称层底深度(m)厚度(m)天然重度7.(kN/m3)①填土l_2Ol_2Ol8.O②粉质粘土2.OOO.8Ol8.O④淤泥质粘土l2.OOlO.OOl7.O⑤一l粘土22.7010.70l8.O⑤一2粉砂28.8O6.1Ol9.O⑤一3粉质粘土35.3O6.5Ol8.5⑦一2粉砂40.004.702O.O(注:中性点深度比/f0粘性土为0.5,中密砂土为0.7.负摩阻力系数:饱和软土为0.2粘性土为0.3,砂土为0.4.)案例1计算过程陕西地质第23卷3.1.1确定桩周变形土体下限深度由地质条件可知,桩周土体为第④,⑤一1,⑤一2层,其中第⑤一2层为粉砂,其孔隙比较小,不产生负摩阻力,桩周变形土体下限深度为第⑤一1层层底深度,即为22.70m,桩周土体压缩层厚度即为z.一22.7O一2.0=20.70m.3.1.2确定中性点深度持力层为中密粉砂,中性点深度比取较小值0.7,即z/z.一0.7,则z一14.5m,中性点深度(从地表起算)为16.5m.3.1.3对桩周土体进行分层由于水位由0.5m降至5m,故5m深度为一个分层界线.第④层淤泥质粘土与第⑤一1层粘土分层深度12m为一个分层界线,即计算时可分为三层,2～5m,5～12m,12~16.5m.3.1.4分层计算负摩阻力标准值,亡r),深度2～5m:曲一?),i?Zl一0.2×17×(+2)一11.9kPa深度5~12m:_o.2X髯(+5)一18.19kPa深度12~16.5m:盛一嘶z3=0.3X盐×(+12)=41.55kPa3.1.5计算下拉荷载标准值因为是单桩,故取T)一1,则一?”,一1×0.3×4×(11.9×3+18.19×7+41.55×4.5)----420kN.3.1.6案例1计算结果分析整个计算过程中,关键还是负摩阻力标准值的计算,有些参考书在计算这一步时,重度的平均值是从地表开始起算的,即一士一17.4kN/m.一上星7_一11.33kN/m3一一10.42kN/m.这样计算结果为446kN,相差26kN,对结果影响还是比较大的,作为考试来说,选择的肯定是不同的结果,以本人的理解,前一种算法符合《桩基规范》规定,是比较合理的.3.2案例2计算过程及分析案例2:一钻孔灌注桩,桩径d一0.8m,l一10m.穿过软土层,桩端持力层为砾石.第2期王建勋:负摩阻力的概念与案例分析105地下水位在地面下1.5m,地下水位以上软粘土的天然重度,地下水位以下它的浮重度y一17.1kn/m..现在桩顶四周地面大面积填土,填土荷重P—i0kn/m,要求按《建筑桩基技术规范》(JGJ94—94)计算因填土对该单桩造成的负摩擦下拉荷载标准值(计算中负摩阻力系数取0.2).(2003年全国注册土木工程师(岩土)执业资格考试专业案例试卷上午卷第15题).案例2计算过程3.2.1确定桩周土体变形下限深度本题较简单,即为桩长z.一z—i0.3.2.2确定中性点深度由于桩端为砾石层,取z,./l.一O.9,则中性点深度为一9.0m.3.2.3对桩周土体进行分层由于水位为1.5m,故可分为两层,即O～1.5m,1.5～9.0m段.3.2.4分层计算负摩阻力标准值由于有地面堆载,选择式5.2.16—3进行计算,即:i—P+?深度O～1.5m:i—i0+17.1×一22.825kPa深度1.5～9.0m:一1o+卫星±l二巡×(+1.5)一66.525是Pa贝0:q一.?i一0.2×22.825—4.565kPa’q一?2—0.2×66.525—13.305kPa3.2.5计算下拉荷载标准值单桩取一1,则一’”q?z一1×2×3.14×0.4×(4.565×1.5+13.305×7.5)一268是N3.2.6案例2计算结果分析此题的关键和分歧在于要不要分层,水位要不要作为分层标志,若不分层还可这样计算:啦一.?:一?(户+7?)一0.2×(i0+×4.5)一ii.69kPn一3.14×0.8×11.69×9—264kN这也是一些参考书给出的计算过程,分层与不分层计算出的结果相差约4kN左右,之所以较小,是因为水位较浅的缘故,若水位较深时,结果相差就比较大,此题假设水位为5,桩长为20时,则两者计算结果相差为35kN,就是不可忽略的差别了,因为水位上下的土体有效重度相差较大,最好分层来计算比较切合实际.3.3案例3计算过程及分析案例3:在一自重湿陷性黄土场地上,采用人工挖孔端承型桩基础.考虑到黄土浸水后产生自重湿陷,对桩身会产生负摩阻力,已知桩顶位于地下 3.0,计算中性点位于桩顶下3.0陕西地质第23卷黄土的天然重度为l5.5kN/m.,含水量l2.5,孔隙比1.O6,在没有实测资料时,按现行《建筑桩基技术规范》(94—94)估算黄土对桩的负摩阻力标准值.(2003年全国注册土木工程师专业案例下午卷第3O题)3.3.1已知条件分析计算的关键是黄土的重度,自重湿陷性黄土产生负摩阻力的必要条件是浸水饱和,当浸水饱和时,才会湿陷,才会产生负摩阻力,故计算中使用的重度应该是饱和状态下的重度,而已知条件未直接给出饱和重度,需要计算.3.3.2饱和重度的计算黄土的饱和重度由两部分组成,即由土体的干重度和饱和状态下土体孑L隙中水的重度组成.土的干重度:)’d--一—13?78kN/m.土体孑L隙中水的重度,其中饱和度按S一O.85考虑,则:e7m一r’雨’p.q一0?85×xl×10:4?37kN/m.则:一13.78+4.37—18.15kN/m.3.3.3计算负摩阻力标准值由于是灌注桩,所以1:取小值0.2.q一.?;一??一0.2×l8.15×4.5—16.33kPa3.3.4案例3计算结果分析该题计算的关键是公式中的重度要用饱和重度,而非天然重度,很多人都忽略了计算饱和重度,得到了错误的结果.对于自重湿陷性黄土,这一点特别重要,天然状态下的黄土自重固结已经完成,只有当浸水饱和时才又发生附加固结下沉.这就是为什么在湿陷性黄土地区进行地基处理时,把防水放在重要位置的原因.4结束语正确理解负摩阻力的概念,才能在工程实践中合理估算负摩阻力产生的下拉荷载,在案例分析中通过正确的计算步骤才能得出正确的结果.全国注册土木工程师执业资格考试,O2--04年每年都有关于负摩阻力的试题出现,相信以后每年的考试还会有,这就要求每一位从事岩土工程的技术人员能全面地掌握它,当然考试并不是目的,重要的是我们在以后的工程实践中加以应用,避免由于事前未考虑负摩阻力而导致的不良后果,为社会为企业节约经费,减少损失.第2期王建勋:负摩阻力的概念与案例分析107[1]《建筑桩基技术规范》JGJIs].94～94[参考文献]NEGA TIVEFRICTIONANDANALYSISOFEXERCISESWANGJian-xunI,2(1?chinaUniVersity.fGeosciences,wuhan,Hubei430072;2.Geol0gica1TeamN..3,ShaanxiBureauofGeologyandMineralResources,Baoji72130OO)Abstract:NegatiV efrictionplacesanimporta ntroleingeotechnicsandithasbeenpaidatten—t:onncreasngyngeotechnicalengineering,especiallyinpilefoundationproje ct.Questionsautnegat1vefrictionareoftenpresentinthecasetestoftheregi strationtestforengineers ocIengmeermgUnlYcorrectunderstandingtheconceptionsofneg ativefrictionandreIe一anegulaionstohe”TechnicalCriterionsofArchitecturalPileFoundatt(JGJ94—94). makingclearoftheconditionsofnegativefrictionoccurre nceandthewaystocalculatenega—V erctonandpollingroads,couldthecorrectresultsbeobtainedb yproperusingcalculat—mgtormulaemtheregistrationtests. ThreeanalyticalsamplesofnegativefrictioninthisDa—perhavedemonstratedthekeystoanswervariousquestions.Keywords:negatiV efriction;geotechnica1engineering;exercises。
关于桥梁桩长计算中的负摩阻力探讨
关于桥梁桩长计算中的负摩阻力探讨摘要当遇到不良地质条件时，桥梁桩基础设计中桩侧负摩阻力对桥梁的安全性、可靠性和经济等方面都有着重要的影响，本文介绍了桩侧负摩阻力产生的原因，影响因素和计算方法。
关键词桩基负摩阻力产生原因计算方法桩基具有承载力高、地质适应性强、施工便捷、沉降小、工期短等优点，采用桩基作为桥梁基础日趋普遍。
桩的承载力是由桩底支承力与桩周土体的侧摩阻力两部分组成的。
当桩底穿过并支承在各种压缩性土层中时，桩主要依靠桩侧土的摩阻力支承竖向荷载。
因此，桩侧摩阻力的大小对结构基础的稳定性起着决定作用。
如果桩周土体与桩身表面发生负摩阻力，使桩侧土一部分重量传递给桩，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，这是在软弱粘土和湿陷性黄土等地基确定单桩轴向容许承载力时应该注意的。
一、产生负摩阻力的条件和原因在桩顶竖向荷载作用下，当桩相对于桩侧土体向下位移时，桩侧土体对桩产生向上作用的摩擦力，称为正摩阻力（图1a），正摩阻力能抵抗桥梁上部结构及桥墩等产生的荷载。
但是，当桩侧土体因某种原因而下沉，且其下沉量大于桩的沉降（即桩侧土体相对于桩产生向下的位移）时，土对桩产生向下的摩擦力，称为负摩阻力（图1b），负摩阻力变成施加在桩上的外荷载，相当于增加了作用在桩基上的桥梁上部结构及桥墩等产生的荷载。
桩侧负摩阻力问题，本质上和正摩阻力一样，只要得知土与桩之间的相对位移或趋势以及负摩阻力与相对位移之间的关系，就可以了解桩侧负摩阻力的分布和桩身轴力与截面位移了。
产生负摩阻力的情况有多种：(1) 桩穿过欠固结的软粘土或新填土，由于这些土层在重力作用下的压缩固结，产生对桩身侧面的负摩擦力；(2) 在桩侧软土的表面有大面积堆载或新填土(桥头路堤填土)，使桩周的土层产生压缩变形；(3) 由于从软弱土层下的透水层中抽水或其它原因，使地下水位下降，土中有效力增大，从而引起桩周土下沉；(4) 桩数很多的密集群桩打桩时，使桩周土产生很大的超空隙水压力，打桩停止后桩周土的再固结作用引起下沉；(5) 在黄土、冻土中的桩基，因黄土湿陷、冻土融化产生地面下沉。
桩基负摩阻力的影响因素分析
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图 ２ 土面位移对桩的荷载一沉降性能影 响（ 无涂层桩 ）
就要限定 某一容许 沉降值来确定对桩施加 多大 的荷 载 ， 负摩阻桩
的合理设 计就必须要考虑桩 的沉降 。
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图 ３ 土面位移对桩 的荷载分布的影响（ 有涂层桩 ）
不会使桩 突然破坏。当桩下沉速度 比周 围土下沉速度 快时 ， 摩阻 力就会从 负号变为正 号。对一 根受 土的位 移作用 且轴 向受荷 至 破坏 的桩来说 ， 极限荷 载 的大小不 受土 的位移 作用 的影 响 ， 主 其 要差 别在 于受土向下位移作用时 ， 桩在 某一轴 向荷载下 的沉 降通 常会增 大很 多 ， 如图 １ 示 。因此 设计 受负摩 阻力 包 围的桩 时 ， 所
１ ．０ｍ段有厚层淤泥质软土 ， １０ 属欠 固结土层 ， 虽其 表面有 “ 壳 断增大 ， 硬 即桩处在一个非稳定的状态 。荷载 较小时 ， 中性 点” 即 “ （
层”但承载力低且 厚度 薄 ， ， 因此 ， 在地 面堆 载较大 和大 面积抬 高 剪应力 由负转正点 ） 靠近稳定的密砂层 面 ， 出现这 一情况时 ， 桩头
０ 引言
它 当桩周土体沉降大于桩基沉降 时， 桩周将产 生负摩 阻力 。负 点 在 桩 与 土位 移之 间 引入 相 容性 就 可 得 到 一 系 列 方 程 式 ， 们 与 竖 向平衡方程式 一起 可解得桩一 土界 面的应力 以及 沿桩各 点位 摩阻力对桩产生下 拉作 用 ， 作 用在基 桩 的荷 载增 加 ， 使 荷载抗 力
由于孑 隙压力 的消 散以及 Ｌ 减少 ， 沉降增大 。负摩阻力的影响严 重时还会使 建 （ ） 物不能 移 。在大多数涉及 到黏性土 的情况 下 ， 构 筑 土 随之 固结 的缘故 ， 沉降的分布会随时间而变。 正常使用 ， 甚至危及结构安全 。 某北方沿海地区 ３０ｍ 烧结工程场地属于华北平原东部滨海 ２ 负摩 阻力桩 的荷 载与沉 降 的关 系 ６ ２ 平原地 貌 ， 海相 与陆相 交 互 沉 积 ， 地形 平 坦。埋 深 约 ２ ３ ３ ．０ Ｉ～ １ ． 图 ２为 以土面位移 Ｓ 在 ０ｍｍ￣３ ０Ｔｒ 变 化时所得 到的桩 ０ ０ ｎ Ｕ １ ．０ｒ ５ ７ ｎ段为第四系全新统中组海相沉积层， 中埋深约 ２ ３ 其 ．０ｍ～ 的荷载一沉降性能 曲线 ， 图 ２中可 以看 出， 的位移影 响着 桩 从 土
侧摩阻力对桩稳定性的影响
究 ，由胡人礼提出，他根据丰富的经验建议 了一个计 桩稳定性影响程度 。
算方案 ，随后结合深基础设计 ，用能量原理分析桩 的 计算长度，得到第一个半波失稳时的理论公式 ，并指 山长桩 由于土的抗力较大 ，可能出现二个 以上半波 数失稳形式，提 出侧摩阻力影 响的问题 。无疑这些 工作都推动桩稳定性研究工作 的深入开展 。但所用 的变形曲线函数过于粗糙 ，大部分的逼近精度较差， 所 以为取得满意结果 ，必须增加级数 的项数，于是导 致计算半波数增加 ，要求 ｎ＞１６。认为侧摩阻力对 桩稳定性影响极微 ，显然这个结论有必要加以研究 。 ２ 桩的两类失稳模式 ２．１ 桩 的横 向失稳
ｅ－ｐ‘ 一‘
（１）
式（１）是对 Ｂｉｓｏｐ等用 的梁函数形式改进 ，式中
符号 Ｃ．ｊ、ｐｊ根据桩的端部条件确定。
设桩长 Ｌ，入土深度 Ｈ，桩顶受 轴向荷载 Ｎ，土
的抗力 ｍ，桩的计算宽度 ｂ，桩弯 曲刚度 ＥＪ，横向挠
度 ∞，坐标原 点取在桩尖 处。桩——土弹性系统 总
能量为
ｏ＝ １ ［ｘ ＥＪ（ｄ２ｔｏ）２ｄ 一 １ Ｊ￣ Ｎ ｄｔｏ）２ｄ‘＋寺
注。这些领域或者是把稳定性验算列入规范，或者 对具体工程进行过全面研究。随着超长桩基础应用 （例如某桥梁主塔基础桩长达 ８５ｍ），桩的稳定特性 得到进一步 的重视。以反力理论 ｍ法 为基础 的研
要考虑这种失稳可能性 。所 以桩的稳定性计算应该 包括上述两种失稳模式 。
下面仅讨论正摩 阻力和负摩阻力两种情况 ，对 桩横向失稳模式进行分析 ，以便评价桩侧摩阻力对
关键词 桩 ｍ法 侧摩阻力 计算长度
１ 前 言
除了与矩形、圆形截面桩的强度和横向稳定问题外 ，
桩的负摩阻力
桩的负摩阻力
桩的负摩阻力是指桩在承受荷载时，由于土体的变形而产生的一种阻力。
这种阻力是桩基础设计中必须考虑的因素之一，因为它会对桩的承载力和稳定性产生影响。
桩的负摩阻力主要是由于土体的变形引起的。
当桩在土体中承受荷载时，土体会发生变形，从而产生一定的阻力。
这种阻力是桩基础设计中必须考虑的因素之一，因为它会对桩的承载力和稳定性产生影响。
桩的负摩阻力的大小取决于多种因素，如桩的直径、长度、土体的性质、荷载的大小和作用时间等。
一般来说，桩的直径越大，负摩阻力就越小；桩的长度越长，负摩阻力就越大；土体的性质也会影响负摩阻力的大小，如土壤的密度、含水量、压缩性等；荷载的大小和作用时间也会对负摩阻力产生影响。
在桩基础设计中，需要考虑负摩阻力对桩的承载力和稳定性的影响。
如果负摩阻力过大，会导致桩的承载力不足，从而影响桩的稳定性；如果负摩阻力过小，会导致桩的承载力过大，从而影响桩的使用寿命。
为了减小负摩阻力的影响，可以采取一些措施，如增加桩的直径、减小桩的长度、改变土体的性质等。
此外，还可以采用一些特殊的桩基础结构，如摩擦桩、端承桩等，来减小负摩阻力的影响。
桩的负摩阻力是桩基础设计中必须考虑的因素之一，它会对桩的承载力和稳定性产生影响。
在设计和施工过程中，需要根据具体情况采取相应的措施，以减小负摩阻力的影响，保证桩基础的安全和稳定。
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。
大面积堆载下桥梁桩基负摩阻力试验与数值分析
大面积堆载下桥梁桩基负摩阻力试验与数值分析沿海地区主要通过吹填淤泥及泥沙进行围垦,由于吹填区域土质较差,淤泥软弱土层较厚,排水固结时间漫长,灵敏度高,强度低,在后期填土作用下,土体会产生很大的固结沉降,易对临近桥梁基础产生较大的负摩阻力,降低桩基承载力,增加桥梁的沉降。
在沿海吹填及软土地区因桩基负摩阻力过大导致严重的工程事故时有发生,造成后期补救措施成本较高。
目前,国内外对桩基在沿海吹填地区深厚软土地质条件下负摩阻力研究较少,特别是现场试验相关研究更少。
所以,展开吹填区后期填土对桩基承载特性影响的研究,具有非常重要的理论意义和工程实用价值。
本文结合台州湾大桥工程建设,在箬横段选取三根桩基进行大面积堆载下桥梁桩基负摩阻力试验,按照堆载方案要求堆载一定的面积和高度,模拟沿海吹填区域后期填上对桥梁桩基负摩阻力的影响,并结合不同理论方法计算进行对比分析。
同时采用数值模拟手段,利用岩土通用软件FLAC 3D模拟实际堆载尺寸、模拟不同堆载面积、模拟不同堆载高度,分析不同工况条件下对桥梁桩基负摩阻力的影响。
主要内容和结论如下：(1)对台州湾大桥箬横段接线工程三根工程试桩进行平衡堆载,近似模拟后期大面积填土对桥梁桩基的影响。
试验在桩中埋设钢筋计,测试出桩身内力,在桩顶及周围地表埋设沉降标,测试桩顶及地表的沉降大小。
进行了为期三个月左右的长期观测,现场实测结果表明,堆载高度达到4m高度时,负摩阻力总和达到2687kN左右,中性点深度约为29.5m,且负摩阻力的发展是随时间而变化的,在实际工程中应充分考虑负摩阻力的影响。
(2)利用Bjerrum 建议方法、公路桥涵地基与基础规范法、美国Garlanger等人建议方法、日本建筑基础构造设计规准及层状土迭代法等理论计算方法计算桩基的负摩阻力,计算结果表明,规范法计算出的总负摩阻力比实测值偏大,Bjerrum建议方法计算结果与实测结果较接近,可作为本地区类似工程桩基负摩阻力设计,而其他方法计算结果与实测结果差异较大。
【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.。
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负摩阻力对桥梁桩长的影响分析
摘要：阐述了桥梁桩基负摩阻力产生的原因，论述了确定桩基中性点的方法；在浅滩围垦形成的软土地区，进行桥梁桩基设计时应考虑负摩阻力对桩长的影响；最后提出了减小负摩阻力的措施。
关键词：软土地区；负摩阻力；中性点
中图分类号：tu471.8 文献标识码：a 文章编号：
1引言
1.1 区域概述
温州市瓯江口新区起步区位于温州都市区东部，瓯江入海口处。
本区属浅滩围垦形成的城市新区，区内腹地开阔平坦，前后均面海，受海风、潮汐等影响较大，建设时需重视堤坝、路基、建筑基底等的加固，以避免高密度建设导致的地面沉降。
规划区内规划了几条景观河，片区内所有道路的跨河桥梁全部共40多座桥梁。
1.2 地层分布特征
地层岩性自天然地表往下依次可分为：
1、①层素填土：为新近回填，层厚1.40m。
2、②1层淤泥质粉质粘土：流塑，层厚3.8m。
3、②1’层粉砂淤泥：流塑，层厚6.6m。
4、②2层淤泥：流塑，层厚25.3m。
5、③1层淤泥质粘土：流塑，层厚16.7m。
6、④2层粉质粘土：软塑状，层厚10.5m。
7、⑤2’层卵石：灰色，饱和，中密状，层厚22.4m。
地质钻孔
图
地基岩土层承载力参数表
层号地层名称地基土容许承载力［fao］（kpa）桩侧土摩阻力标准值qk (kpa)
①灰色淤泥质粉质粘土50 10
②1’灰色淤泥混粉砂 55 11
②2 灰色淤泥 50 11
③1 灰色淤泥质粘土 65 18
④2 粉质粘土 90 28
④3 圆砾250 120
⑤2’卵石400 150
根据本区域的地勘报告建议，上部①层素填土、②1层淤泥质粉质粘土、②1’层粉砂淤泥、②2层淤泥；③1层淤泥质粘土均属欠固结土，桩基设计时需考虑因上部土层固结沉降产生附加荷载或由于降低地下水位，使桩周土中有效应力增大，并产生显著压缩沉降而引起桩侧负摩阻力对桩基承载力和沉降的影响。
因此，本文将在桩基设计时考虑负摩阻力对桩基承载力的影响。
2 负摩阻力概述
2.1负摩阻力基本概念
桩基础是桥梁基础中常用的形式。
当地基土层较软弱，且较厚时，常常采用桩基础。
桩基础的作用是将墩台传来的外力由桩群经过地基上部软弱土层传到较深的地层中去。
一般情况下，桩顶在上
部结构的压力作用下，桩相对周围土体向下位移，土对桩施加向上的摩擦力，称为正摩阻力，正摩阻力构成桩基承载力的一部分。
当桩侧土体因某种原因而下沉．且其沉降量大于桩的沉降量时，此时桩侧土体将对桩产生向下的摩阻力，称为负摩阻力，负摩阻力实际上成为作用在桩上的下拉荷载，从而减少了桩的承载力，增加了桩上荷载，并可能导致过量的沉降。
因此，在桩基设计时，特别在软土地区，应特别重视负摩阻力对单桩容许承载力的影响。
2.2负摩阻力形成机理
桩基负摩阻力的分布范围由桩与桩周土的相对位移确定。
在桩的某一断面上桩与土相对位移为零，该断面被称为中性点。
中性点是作用于桩身所有向下的力和所有向上的力的平衡点。
向下的力包括桩顶荷载和负摩阻力产生的下拉荷载。
向上的力包括正摩阻力和桩端反力。
负摩阻力计算一般仅考虑中性点以上部分，所以要计算负摩阻力，首先要确定中性点位置。
中性点深度ln应按桩周土层沉降与桩沉降相等的条件确定。
目前，多采用依据一定的试验结果得出的经验值，或近似的估算方法。
本文中性点位置根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（jtg d63-2007）中第5.3.2条文中对中性点深度ln的经验公式进行确定，见下表。
中性点深度ln 的确定
持力层性质粘性土、粉土中密以上砂石、卵石基岩
中性点深度比ln / l0 0.5～0.6 0.7～0.8 0.9 1.0
注：ln 、l0分别为中心点深度和桩周沉降变形土层下限深度。
2.3负摩阻力计算方法
目前对于负摩阻力及下拉荷载的大小的计算方法，主要为有效应力法、土工参数法、数值分析法等。
目前，《公路桥涵地基与基础设计规范》（jtg d63-2007）和《建筑桩基技术规范》(jgj94-2008)均推荐有效应力结合经验公式来计算桩基负摩阻力。
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（jtg d63-2007）中第5.3.2条文说明按以下方法计算单桩负摩阻力：
式中：为单桩负摩阻下拉力（kn）；u为桩身周长（m）；为中性点以上各土层厚度（m）；为与对应的各土层与桩侧负摩阻力计算值（kpa）；为负摩阻力系数；为桩侧第i层土平均竖向有效应力（kpa）。
3 工程计算实例
3.1 基础资料
温州市瓯江口新区起步区中某座5跨20米预应力混凝土简支桥面连续梁桥，桥墩采用桩柱接盖梁的形式，桥墩盖梁高度为1.4米，宽度为1.4米；柱直径为1.2米，桩直径1.2米；桩基顶部横向连接采用1.0×1.2米系梁。
桩顶最大竖向荷载为3550kn。
3.2负摩阻下拉力计算
根据地勘资料，本桥中性点深度为：ln=0.9， l0=33.4m；
负摩阻力值计算表格
3.3 负摩阻力对桩长的影响
采用“桥梁通”软件计算出桥墩桩长，并采用excel编制表格进行核算。
不考虑负摩阻力的桩长计算考虑负摩阻力的桩长计算
通过计算，不考虑负摩阻下拉力时桩长约为68m，考虑负摩阻下拉力时桩长约为77m。
可见，负摩力对本桥桩长的影响较大，设计时必须给予考虑。
4 工程中减小负摩阻力的措施
4.1 根据温州地区工程经验及本工程桥址地质情况，宜适当缩小桩径和桩距，使桩端最好位于承载力较高的地层。
4.2 负摩阻区采用钢套筒，可以在钢套筒与桩之间涂润滑油，从而减小负摩阻力对桩基的影响。
4.3 对于本工程所在的软土地基，建议采用预压处理减小负摩阻力的产生的可能性。
5、结语
在软土地区，由于工程地质的复杂性，桩基沉降相对于桩周土体沉降的大小，沉降速率等对负摩阻力的大小均有影响；在软土地区，由于密集桩群施工造成土的隆起和随后的再固结，也会产生桩基负摩阻力。
因此，在软土地区，应特别重视负摩阻力对桥梁桩长
的影响。
本工程负摩阻力的计算采用规范推荐的经验公式，建议在桥梁施工前应进行试桩试验，以便得到可靠的试验数据，及时调整桩基设计参数。
桥梁桩基负摩阻力的确定是一个复杂问题，因此软土地区负摩阻力的研究仍需要进一步的努力。
参考文献：
[1] jtg d63-2007,《公路桥涵地基与基础设计规范》[s]
[2] 赵明华.桥梁桩基计算与检测[m].北京：人民交通出版社，1999.
[3] jgj94-2008,《建筑桩基技术规范》[s]
作者简介:尹晨霞，女，1979年10月生，河北承德人，硕士，工程师，中国市政工程华北设计研究院工作，从事市政工程设计。