单桩承载力验算(计负摩阻力)
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。
(灌注桩桩基)单桩承载力计算
110
6碎块状强风化凝灰岩
180
7中风化凝灰岩
0
Qsk=
6386.29
qpk=
9000
ψ si=ψ p=(0.8/d)^1/3=
Qpk=
ψ p*qpk*Ap=
土层深度 层底标高 孔口标高 qsik*ui*li
qsik 土层深度
26.26
5
21.26
0.00
1杂填土
0（考虑负摩阻力） 5
6.3
14.96
Quk=(Qsk+Qpk)/2= 单桩承载力特征值Ra=
8357 8049.10
Quk=(Qsk+Qpk)/2= 单桩承载力特征值Ra=
9227 9226.92
180
7中风化凝灰岩
0
Qsk=
9025.86
qpk=
9000
ψ si=ψ p=(0.8/d)^1/3=
Qpk=
ψ p*qpk*Ap=
土层深度
5 6.3 9.7 4.5 4.2 7.5 1.06
0.899384092 7688.52
层底标高 孔口标高 qsik*ui*li
qsik 土层深度
26.26
21.26
采用冲孔灌注桩,取ZK16进行计算
桩径
700
混凝土强度 C30
桩径
800
混凝土强度 C30
工作条件系数γ 0 桩身强度（特征值）
0.8 3259.55
工作条件系数γ 0 桩身强度（特征值）
0.8 4257.37
qsik
1杂填土
0（考虑负摩阻力）
2粉质粘土
40
3残积砂质粘性土
45
4全风化凝灰岩
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）。
单桩承载力估算(PHC桩)
4
③
含黏性土粉 砂
24
0
4.6 4 5.9 5.9 5.5 3.5 2.6 2.1 3.5 5.7 5.7
5 ④ 粗砂
70
4500
0
0 3.1 3.1 0
0 4.1 0
0
0
0
6 ⑤ 圆砾
140
6000 10.8 10.7 7.5 7.5 11 11
6 10.8 10.9 10.2 10.6
7 ⑥ 墙风化泥岩
单桩竖向承载力特征值计算(PHC引孔桩兼作抗拔桩）
工程名称
南宁盛世金悦
1、计算依据：
《建筑桩基础技术规范》JGJ942008
2、单桩竖向承载力计算：
地块名称：
楼栋号
1#
《混凝土结构设计规范》GB500010-2010(2015版）
桩基类别 桩身壁厚 计算公式
层序
岩土名称
1 ① 杂填土
预应力管桩PHC-AB500(100)
取荷载效应标准组合下轴心竖向力= 1800
满足
3、抗拔验算：
抗拔系数λi 0.7
桩砼浮重度
15
N/mm2 桩土浮重度
10
kN/m3
设计参数
设计参数
群桩数n=
2
桩内直径Φ 300
桩芯混凝土强度
C30
地勘孔位编号
桩群外围周长UL
桩芯砼灌注长度
桩芯钢筋强度等级fy XK11 XK12 XK13
5.071 m
2139 1091
2163 1102
1872 957
1872 957
2162 1102
2201 1122
1832 937
2202 1122
负摩阻力——精选推荐
负摩阻⼒2019-04-22⼀、负摩阻⼒的成因桩周⼟的沉降⼤于桩体的沉降！桩⼟的相对位移（或者相对位移趋势）是形成摩擦⼒的原因，桩基础中，如果⼟给桩体提供向上的摩擦⼒就称为正摩阻⼒；反之，则为负摩阻⼒。
地基⼟沉降过⼤，桩和⼟相对位移过⼤地基⼟将对桩产⽣向下的摩擦⼒拉⼒，使原来稳定的地基变得不稳定，实际荷载可能超过原来建议的地基承载⼒。
⼀般可能由以下原因或组合造成：未固结的新近回填⼟地基；地⾯超载；打桩后孔隙⽔压⼒消散引起的固结沉降；地下⽔位降低，有效应⼒增加引起⼟层下沉；⾮饱和填⼟因浸⽔⽽湿陷；可压缩性⼟经受持续荷载，引起地基⼟沉降；地震液化。
⼆、地基设计为什么要考虑负摩阻⼒桩周负摩阻⼒⾮但不能为承担上部荷载作出贡献，反⽽要产⽣作⽤于桩侧的下拉⼒。
⽽造成桩端地基的屈服或破坏、桩⾝破坏、结构物不均匀沉降等影响。
因此，考虑桩侧负摩阻⼒对桩基础的作⽤是桩基础设计必不可少的问题之⼀。
三、如何在现场测试和估算负摩阻⼒在桩体安装应变计这是⽬前测单桩负摩阻⼒问题的最常⽤的⽅法。
80年代，有⼯程运⽤瑞⼠⽣产的滑动侧微计（SlidingMicrometer---ISETH）来测定。
普遍的⽅法都是测定桩体轴⼒，从⽽推算桩侧摩阻⼒。
四、影响负摩阻⼒⼤⼩的主要因素桩周⼟的特性当然是⾸当其冲的，其次桩端⼟特性也不可忽视（因为其之间影响着中性点的位置问题）、桩体的形状、桩⼟模量⽐等都有影响。
五、负摩阻⼒的防治措施打桩前，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，这种⽅法会使施⼯难度加⼤；在桩⾝涂滑动薄膜[如涂沥青]，⽬前这种⽅法应⽤⽐较普遍，效果也不错；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。
下⾯介绍⼀种消除负摩阻⼒的装置：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。
带负摩阻单桩承载力(中性点法)
3
ψ s6 = 0.928
1 3
ψ s7 = 0.928
1 3
ψ s8 = 0.928
1 3
桩端尺寸效应系数
0.8 ⎞ ψ p := ⎛ ⎜ ⎟ ⎝ d ⎠
ψ p = 0.928
由于广东省《地基规范》无尺寸效应系数,因此将各层土的大直径尺寸效应系数置"1"
ψ s6 := 1 ψ s7 := 1 ψ s8 := 1 ψ p := 1
单桩竖向承载力特征值计算书(ZK93)
======================================================== 一、项目名称 二、设计依据 ＸＸ工程D2区——裙房 1.广东省《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016) 2.《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008） 3.广东省珠海工程勘察院于2017年11月提供的《横琴口岸及综合交 通枢纽开发工程C、D区岩土工程勘察报告（补充勘察阶段）》 设计标高0.000相当于绝对标高5.400m 桩顶面设计标高-16m。相当于绝对标高-10.600m 钻孔灌注桩 桩长 桩顶绝对标高 桩底绝对标高 外径 桩非嵌岩段截面周长 u := d ⋅ π 桩嵌岩段截面周长
kN/m3 kN/m3 kN/m3
γ 3⋅ l3 + γ 4⋅ l4 + γ 5⋅ l5
l3 + l4 + l5
各土层计算竖向有效应力的深度
1 z3 := ⋅ l3 2 1 z4 := l3 + ⋅ l4 2 1 z5 := l3 + l4 + ⋅ l5 2
各土层的竖向有效应力
σ v3' := p + γ 3' ⋅ z3 − u3 σ v4' := p + γ 4' ⋅ z4 − u4 σ v5' := p + γ 5' ⋅ z5 − u5
地基处理桩基沉降、负摩阻力、水平承载力
0.002l0 0.007l0 0.005l0
府 溶 咋 托
根
单层排架结构（柱距为6m）柱基的沉降量（mm） 120
橡 蟹
弦
适
地
基
处
理
桩
基
4.4.1 单桩沉降的计算
在竖向荷载作用下单桩沉降由三部分组成： （1）桩身弹性压缩引起的桩顶沉降； （2）桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以压力
扩散角，致使桩端下土体压缩而产生的桩端沉降； （3）桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端
N0影响很小可忽略不计， P（Z）= kxxb0 =mzxb0。上式变为：
N0 H0
M0
x
承台底面
EId4x5zx0
z
dz4
其中： 5 mb1 为桩的水平变1形 /m ） 系。 数（
EI
下醚牙侨母付切各秧依秦蒸 克眷缨逸索抄捉瑞惮炼末坯 抗荧邦映临蹬蛛攀地基处理 桩基沉降、负摩阻力、水平 承载力地基处理桩基沉降、 负摩阻力、水平承载力
③ “m”法：假定地基系数Kx随深度成正比例地增长．目前我国应用较多， Kx =mz。
H0
x
t
Kx=mz
（c）”m”法
突全两颧蚤括模团护镇买 盲间足紧稀糟辈畦辐艘名 肮翰郧顺薄因献襄今亭地 基处理桩基沉降、负摩阻 力、水平承载力地基处理 桩基沉降、负摩阻力、水 平承载力
④ “c值”法：假定地基系数Kh随着深度成抛物线规律增加，即Kh =cz1/2 ，c为常数，随土类不同而异。在 我国多用于公路交通部门。
赶绪咸橱称剂湘绷零扛叫璃台 咏鸥疆容杯丘凝枣晋沈之筏峰 脑倾辩搞齐款地基处理桩基沉 降、负摩阻力、水平承载力地 基处理桩基沉降、负摩阻力、 水平承载力
换 算 深 度 h 和 最 大 弯 矩 系 数 C M （3）桩身最大弯矩及位置
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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 198838942
11=⨯== 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(2
194.61912=⨯-⨯+⨯=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(2
16.1)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 n
g
1137))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。