负摩阻力计算例题
注册岩土案例计算常用公式(第3章 桩基础)
第3章 桩基础3.1 负摩阻力及其引起的下拉荷载的计算1）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：a 、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；b 、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；c 、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时。
2）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:k a N R ≤ (3.1—1）式中,k N ——荷载效应标准组合轴心竖向力作用下,基桩或复合基桩的平均竖 向力(kN )；a R ——单桩竖向承载力特征值(kN ）.b 、对于端承型基桩除应满足式(3。
1—1）的要求外，尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载ng Q ，并可按下式验算基桩承载力：nk g a N Q R +≤ （3。
1—2）c 、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a R 只计中性点以下部分侧阻值及端阻值。
表3.1-1 中性点深度n l注：10,n l l -—分别为自桩顶算起的中性点深度和桩周软弱土层下限深度；2桩穿过自重湿陷性黄土时，n l 可按表列值增大10%（持力层为基岩除外）； 3当桩周土层固结与桩基固结沉降同时完成时，取0n l =；4当桩周土层计算沉降量小于20mm 时，n l 应按表列值乘以0.4-0.8折减。
nsi ni i q ξσ=⋅' （3.1-3）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 i γσσ'='当地面分布大面积荷载时：i i p γσσ'=+'1112i i m m i i m z z γσγγ-='=⋅∆+⋅∆∑ (3。
端承桩负摩阻力计算
桩侧负摩阻力的计算（建筑桩基技术规范
JGJ94-2008）
一、计算条件(5.4.2)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。
二、计算
1.中性点
以上单桩
桩周i层
土负摩阻
力的标准
值
（5.4.4-
1）
土层土层重度γi 土层厚度h i <q si (正摩阻力标准
120150.1
152000
03000
04000
0500
00 注:土层重度γ(KN/m )
土层厚度h （m）2.基础下
拉荷载计
算
n
n si q ni
ξ
(5.4.4-
3)
其中：η-----
负摩阻力群桩效应系数l i-------中性点以上第i土层的厚度(m)u -----桩身周长(其中桩
直径 D=
=706.8584(KN)。
多层地基单桩负摩阻力的数值模拟计算ppt课件
d
XiXi1
代入
2
dz
h
ih i 1 h E p 2 A p d d z 2 U zi U S b z g A p i d z
P iS i P i 1 S i 1 m ig i 2
可得
E 2 ph A p X i 1 X i 2 U 4 T S fh f2 X iX i 1 2
P 0 S 0 z S b d a g S b d v P b S b
1 20HEpApd dz2dzmgSb2
将上式展开，移项可得：
0 H E p 2 A p d d z 2U zU Sb zgA p dz
P0S0 PbSb mg2
上式以整体桩身为分析对象，即桩身i个单元能量平衡 的叠加。假设以桩身单元i为分析对象，如下图，那么 有
二、桩身平衡方程
假定桩身不产生塑性变形，忽略桩侧土压力对 桩体产生的横向变形，那么弹性桩身在竖直方 向满足能量守恒,由此推得桩身能量平衡方程。
由桩身的变形位移协调关系可推导出桩身的位 移协调方程。
将两个方程联立，即可迭代求解桩身各单元轴 力、摩阻力以及位移。
1.桩身能量平衡方程
桩身在土中的总势能 由桩身变形能 W u 及势 能增量W p 两部分组成
建立一个描画该能量传送过程的能量平衡方程。
从讨论桩身变形能与外力做功之间的关系出发， 将能量法方程引入负摩阻力的数值计算 。
1.桩与桩周土的单元分割
在桩长L范围内,层状地基 土用n+1个节点分割成n 个层元,每个层元厚度均 为h。
桩身分割成n个杆单元， 节点自在度为1，即只思 索节点竖向位移。
主要思绪
一、基桩负摩阻力的产生过程，本质上是桩周 土沉降与桩身之间能量交互传送的过程。
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）。
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）。
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 18 36 500 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）。
单桩承载力验算(计负摩阻力)
单桩承载力验算一、土层分布情况二、单桩竖向承载力特征值桩端持力层为全风化花岗岩，按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），中性点深度比l n /l 0=0.75，桩周软弱土层下限深度l 0=28.84m ，则自桩顶算起的中性点深度l n =21.63m 。
根据规范可知，该处承载力特征值只计中性点以下侧阻值及端阻值。
kN l q u A q Q i sik p pk 3976)613021.712(1141600uk =⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=+=∑ππkN Q K R uk a 19883894211=⨯== 三、单桩负摩阻力第一层路堤填土和杂填土自重引起的桩周平均竖向有效应力： 地下水以上部分：Pa k 93.6594.6192111=⨯⨯=σ； 地下水以下部分：Pa k 06.1396.1)1019(2194.61912=⨯-⨯+⨯=σ； 则kPa 20512111=+=σσσ；第二层淤泥自重引起的桩周平均竖向有效应力：kPa 26.182)54.863.21()105.15(216.1)1019(94.6192=-⨯-⨯+⨯-+⨯=σ； ；，故取kPa q kPa kPa q n s n n s 24245.612053.01111=>=⨯==σξ ；，故取kPa q kPa kPa q n s n n s 121245.3626.1822.01222=>=⨯==σξ 对于单桩基础，不考虑群桩效应则1n =η；基桩下拉荷载：kN l q u Q n i i n si n ng1137))54.863.21(1254.824(10.11=-⨯+⨯⨯⨯⨯==∑=πη 四、单桩分担面积上的荷载kN N 720)2520(44k =+⨯⨯=五、验算N R N Q N a n k 1988k 185********g k =<=+=+故单桩承载力满足要求。
按照摩擦性桩验算： kN l q u A q Q i sik p pk 2752)313021.712(1141600uk =⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=+=∑ππkN Q K R uk a 137********=⨯== kN N 720)2520(44k =+⨯⨯= a R N <k故单桩承载力满足要求。
4.5桩的负摩阻力4.6桩的水平
H0 t
x
Kx=kh （a）常数法
4.桩基础
4.6 单桩水平承载力
②“K”法：假定在桩身挠曲曲线第一挠曲零点所示深度处 ②“ ” 以上地基系数K 随深度增加呈凹形抛物线变化；该点以下， 以上地基系数 h随深度增加呈凹形抛物线变化；该点以下， 地基系数K 不再随深度变化而为常数K 地基系数 h不再随深度变化而为常数 h＝K 。
4.6.1 水平荷载下桩的工作性状
桩在水平荷载下承载能力极限状态： 桩在水平荷载下承载能力极限状态： （1）桩身在水平荷载下破坏。 ）桩身在水平荷载下破坏。 （2）桩顶水平位移超过建筑物允许变 ） 形值。 形值。
H0
H0
(a)
(b)
16
桩水平受荷示意
4.桩基础
4.6 单桩水平承载力
影响桩基水平承载力因素： 影响桩基水平承载力因素：
4.桩基础
（3）下拉荷载计算 ） 范围内负摩阻力的累计值， 下拉荷载为中性点深度 ln 范围内负摩阻力的累计值，可 按下式计算： 按下式计算：
Fn = u p ∑ l niτ ni
i =1
n
4.桩基础
4.5 桩侧负摩阻力
2. 群桩负摩阻力计算
群桩中任一基桩的下拉荷载
Q n = η n Fn = η n u p g 其中： 其中： η n =
4.桩基础
4.6 单桩水平承载力
4.6.2 水平荷载作用下弹性桩的计算
水平荷载作用下弹性桩的分析计算方法主要有地基反力系 数法、弹性理论法和有限元法等，这里主要介绍国内目前常用 的地基反力系数法。 基本假设 单桩承受水平荷载作用时，可把土体视为线性变形体。
σ x = kx x
此时忽略桩土间的摩阻力对水平抗力的影响以及临桩的影响。