桩长计算(有负摩阻力)
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。
桩基负摩阻力计算
桩基负摩阻力计算桩基负摩阻力是指在桩基施工过程中，桩基锚固深度以下的土层与桩基之间产生的负摩阻力。
它是桩基在受到荷载时所能产生的抗拔能力的重要指标之一。
正确计算桩基负摩阻力对于保证桩基的安全和稳定至关重要。
桩基负摩阻力的计算是基于摩擦作用和有效应力理论的。
摩擦作用是指土体颗粒间由于相互接触而产生的抗拔力，它与土体密实程度、土壤类型、桩身形状等因素相关。
有效应力理论是指土体中由于土层破坏或变形而引起的有效应力改变，有效应力的变化会影响负摩阻力的大小。
在计算桩基负摩阻力时，需要确定以下几个关键因素：1.土壤特性：土壤的类型、孔隙比、含水量等会影响负摩阻力的大小。
通常可以通过现场土壤取样和实验室试验来获取土壤特性参数。
2.桩身形状：桩的形状、直径、长度等都会对负摩阻力的计算产生影响。
不同形状的桩会受到不同的桩土侧阻力分布。
3.荷载：荷载的大小和施加方式都会对负摩阻力的计算产生影响。
一般情况下，负摩阻力随着施加荷载的增大而增大。
计算桩基负摩阻力的常用方法包括摩擦桩法和剪切桩法。
摩擦桩法是指土体与桩体之间通过摩擦力传递荷载，桩基负摩阻力的大小与侧面土壤的负摩阻力成正比。
剪切桩法是指通过土壤与桩体之间的剪切破坏形成负摩阻力，桩基负摩阻力的大小与土壤的剪切强度参数相关。
计算桩基负摩阻力的步骤如下：1.确定桩的直径和长度，以及桩基的锚固深度。
2.根据现场土壤取样和实验室试验结果，确定土壤特性参数，如饱和黏聚力、内摩擦角、重度等。
3.根据桩身形状和荷载大小，选择适当的计算方法，如摩擦桩法或剪切桩法。
4.进行负摩阻力的计算，根据土壤特性参数和桩身形状，采用相关公式或曲线来计算负摩阻力的大小。
5.验证计算结果的合理性，进行桩基负摩阻力的安全检查，确保其能够满足工程要求。
需要注意的是，桩基负摩阻力的计算是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。
为了保证计算结果的准确性，建议在计算过程中进行合理的取样和试验，尽可能考虑实际情况中的各种因素。
桩基桩长的计算
一、桩基的类别针对界溪段桥梁下部构造施工图中存在两类桩：端承桩和摩擦桩。
端承桩：桩基自身重及桩顶以上荷载由桩端持力层承受。
摩擦桩：桩基自身重及及桩顶以上荷载由桩基周身与岩土摩擦阻力承受。
二、单桩基桩长理论计算公式及相关参数表1、摩擦桩单桩承载力容许值计算公式：[Ra]=（1/2）*u*∑Qik*l i+Ap*QrQr=m0*K*[f ao]+k2*R*(h-3)式中：[Ra]——单桩轴向受压承载力容许值（KN），桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑；u——桩身周长（m）Ap——桩端截面面积（㎡）n——土的层数（注：公式中未写出）Li——承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度（m），扩孔部分不计；Qik——与Li对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值（kPa），宜采用单桩摩阻力实验确定，当无实验条件时按表5.3.3-1选用；Qr——桩端处土的承载力基本容许值（kPa），当持力层为砂石、碎石土时，若计算值超过下列值，宜采用：粉砂1000kP；细砂1150kP；中砂、粗砂、砾砂1450kP；碎石土2750kP；[f ao]——桩端处土的承载力基本容许值（kPa），按《公路桥涵地基及基础设计规范》第3.3.3条确定；h——桩端的埋置深度（m），对于有冲刷的桩基，埋深由一般冲刷线起算；对无冲刷的桩基，埋深由天然地面线或实际开挖后的地面线算起；h的计算值不大于40m，当大于40m时，按40m计算；k2——容许承载力随深度的修正系数，根据桩端处持力层土类按《公路桥涵地基及基础设计规范》3.3.4选用；K——桩端以上各土层的加权平均重度（kN/m3）,若持力层在水位以下且不透水时，不论桩端以上土层的透水性如何，一律取饱和重度；当持力层透水时，则水中部分土层取浮重度；R——修正系数，按表5.3.3-2选用；m0——清底系数，按表5.3.3-3选用。
表5.3.3-1 钻孔桩桩侧土的摩阻力标准值Qik注：挖孔桩的摩阻力标准值可参照本表采用。
桥梁桩基负摩阻力的计算
0. 7 ×0. 72 ×〔500 + 5. 0 ×13. 6 ×
(34 - 3) 〕= 2 973 (kN) 式中 :γ= 13. 6 kN/ m3 。
4) 作用于桩顶上的设计荷载 (计算略) :
P1 = 2 900 ( kN) 5) 桩身自重 :
等 ,则该土层的负摩阻力强度的最大值可按
下式计算 :
f =γh Ktg <
(3)
式中 :γ—土的容重 ( kN/ m3) ;
h —计算处深度 ( m) ;
K —土的侧压力系数 ,钻孔桩取静止土
P1 + P5 - P6 < 1/ K1 ( P2 + P3) - P4/ K2 (5) 式中 : P1 —作用于桩顶上的设计荷载 ;
- 30 m ,因持力层为坚固土 ,故取 h1 = 1. 0 h3 = 3. 5 + 1 + 5. 2 = 9. 7 (m) 。
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力的大小取决于土的抗剪强度 。 据有关文献建议 :在软弱粘土层中 ,其负
需要指出的是 ,利用 (4) 式求算作用于单 桩上的极限负摩阻力不应大于单桩所分配承
摩阻力强度最大值为
受的桩周下沉土重 (按相邻桩距之半计算 ,其
f = 1/ 2 qu
(2)
式中 : f —负摩阻力强度的最大值 ( kPa) ;
桩的负摩阻力强度与基桩的沉降以及桩
桩侧负摩阻力的分析与计算
表 ２ 值 选取表
ｄ依据 实测结果 ，根据工程桩 的工作性状 、类别分别估 ．
者 没 有相对 位移 和摩 擦 力的作 用 ，同时该 点 也是轴 力最 大
点。
算 。对不同的桩型和桩端持力层按 以下 要求确定 ： ① 磨擦桩 ：‘ ０７—０８‘ （‘——入 土深度 ） ： ． ．０ ｏ ：
比、饱和度增 大而 降低 。综合有关文献的建议值和 各类土中
的 测 试 结 果 给 出值 见 下 表 ：
土类 饱和软土 黏性土 、粉土
砂 土
‘ ｎ ０ １ ～０ ２ ． ５ ．５ ０ ２ ～０ ４ ．５ ． ０
０ ３ ～０ ５ ．５ ． ０
自 湿 陷 性 黄 土 重
０ ２ ～０ ３ ．０ ． ５
地下 水位 降低 的范 围与深度 、 桩项荷载 施加的时间顺序 与负 摩阻 力的发生之间 关系、桩基 的类型及成桩工 艺等。所 以在 负摩 阻力计 算 中考虑各种 因素是有困难 的。目前 ，国内外学
４小螬 ． 桩 侧 负摩 阻 力的作 用 ，可 导致 基础 与结构 的沉 降和破 ． 坏 ，桩基 的损坏 等工程事故 ，甚至无法使用而被 迫拆除 ，或
围 内 ）‘ Ｏ８ 一 ＝ ．５～Ｏ９ ‘ ．５ ０；
由于竖 向有效应 力随上覆土层 自重增 大而增加 ， 当超 过
土 的极 限侧阻力时 ，负摩 阻力不再 增大。故 当计算负摩 阻力
超 过极 限 侧 摩 阻 力 时 ，取 极 限 侧 摩 阻 力值 。 土 力 学 参 数 确 定 法 ：按 照 室 内 土 工 试 验 或 原 位 测 试 成
．
ｆ自重湿陷性黄 土场 地中性点 的确 定 比较复杂 。在 自重 ． 湿 陷性黄土场地 ， 产生桩周 负摩 阻力 的实际下限深度 （ 即中 性点 ） ，可能很 浅 ，也可 能很 深 ，取决 于产生 自重 湿陷 的深
四、关于桩的负摩阻
在绘制的位移时间曲线图上 ，将各级荷载反复作用的位 移值连起来。这就是该级荷 载下的包络线（图3-48所示）
静载试验法
② 采用逐级连续加载法
分析荷载位移曲线，把相 应于曲线上明显下弯转折 点的荷载定为极限荷载。
求得容许承载力：
[ P]
极限荷载
k
(k 2)
另外：
静载试验法
通过以上按强度条件确定的极限荷载的位移往 往已超过建筑物的容许水平位移，因而还应该按 变形条件确定极限荷载，即以单桩的水平位移达 到容许值时，所承受的荷载作为桩的容许承载力。
四、桩的负摩阻力
1. 负摩阻力产生的原因
– 概念：当桩周土体因某种原因发生下沉，其沉降速率
大于桩的下沉时，则桩侧土就相对于桩作向下位移，
而使土对桩产生向下作用的摩阻力，即称为负摩阻力。 – 危害：桩的负摩阻力的发生将使桩侧土的部分重力传 递给桩，因此，负摩阻力不但不能成为桩承载力的一
部分，反而变成施加在桩上的外荷载，桩基沉降加大。
荷载的确定
静载试验法
(b) 测试方法的具体步骤
①循环加载法
在某级荷载下持荷10min， 读数，记录水平位移，然后 卸荷至0
10min后，读回弹位移，然后 再加上原数荷载，即为一个 循环。
每级荷载按上述步骤循环5～ 6次，然后加下一级荷载，然 后再循环。直到桩达极限荷载 为止。
绘制位移时间曲线。（U－t）
–2.螺旋式或焊接环式间接钢筋
且间接钢筋的换算截面面积Aso不小于全部纵向钢筋截面面
积的25%；间距不大于80mm或dcor/5，构件长细比lo/i≤48时，
其正截面抗压承载力计算应符合下列规定：
0 N d 0.9( f cd Acor f A kf sd Aso )
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）。
基桩负摩阻力的计算
基桩负摩阻力的计算岩土工程方楹1122090001摘要：分析了摩阻力与轴力的关系、负摩阻力产生的原因以及负摩阻力时桩的影响，论述了不同情况下负摩阻力的计算方法。
关键词：桩负摩擦阻力计算方法Negative Frictional Resistance For Calculation of Foundation Pile Abstract:This paper analyzes the relationship between frictional resistence force and axial force,exerting cause of negative frictional force and its influence pile. The calculation method of negative frictional force under different condition is described.Keywords:pile;negative frietional resistanee force:ealeulation;method1负摩阻力的产生桩在竖直的轴向荷载作用下，桩身横截面产生了轴向内力和位移，由此桩土之间就有了相对位移，于是土对桩侧产生了摩阻力，相应于桩尖的位移，则产生了对桩端的阻力。
通过桩侧摩阻力和桩端阻力，桩将荷载传给土体。
即桩侧总摩阻力和桩端阻力之和等于桩顶轴向荷载。
桩的荷载传递以及桩的位移，体现了桩在轴向荷载作用下的工作性能。
图1(b)为一根进行静载试验的桩，若在桩身中每隔一段距离埋设应力测量元件，当桩顶作用有轴向压力P时，根据量测结果，可画出桩身轴力的分布曲线，如图1(c)所示。
然后找出轴力分布曲线的函数式P(z)，这个曲线和函数P(z)表达了沿桩身深度:处的荷载传递关系，而摩阻力f(z)就是桩侧单位面积上的荷载传递量。
在桩身某一深度z 处取出长度为dz 的一小段桩体，其上下截面和侧面的受力情况如图1(a)所示，设桩的横截面周长为U ，根据该桩体单元体的平衡条件得:0)()()()(=--+z p z dP z P dz z Uf (1) 则dz z dP U z f )(1)(-= （2） 上式表示摩阻力与轴力的基本关系。