桩基负摩擦力(方案).ppt
4.桩基础
2. 产生负摩阻力的原因 桩周有较大的堆载，引起桩周土的固结； 桩穿过欠固结的软粘土或新填土进入硬持
力层，土层产生自重固结下沉； 软粘土地区，地下水下降或深基坑开挖降水等
引起桩周土下沉； 黄土中的桩，地基土湿陷作用引起桩周土下沉； 砂土液化和冻土融化。
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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；
—桩周第i 层土平均竖向有效应力；
i 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； —第i 层土、第m层土的厚度；
zi —z地m 面均布荷载。
p
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表5.4.4-1
土类 饱和软土 黏性土、粉土
n
Qgn n u qsnili i 1
n
sax
say
/
d
qsn
m
d 4
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式中 n —中性点以上土层数；
li —中性点以上第 i 土层的厚度；
n —负摩阻力群桩效应系数； sax 、 say —分别为纵横向桩的中心距；
qsn — o 以上桩周土厚度加权平均负摩阻力标准值； m — o 以上桩周土层厚度加权平均重度。
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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：
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：
Nk Ra
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对于端承型基桩除应满足上式要求外，尚应考虑
效应力法” 较为接近实际。我国《建筑桩基技术规范》 （JGJ 94-2008 ）采用该法计算负摩擦力标准值。
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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：
o 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
n si
ni
' i
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：
lf 正摩擦区 cd 线桩各截面的位移分布
由相对位移可知，在 o 点以上桩受负摩阻力，在 o 点以下桩受正摩阻力，所以 o 点定义为中性点。
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+qs -qs
Nz
分析可知：
在 O 点桩的轴力
达到最大，即轴
力分布曲线在该
点的斜率为 0 ，
然后可求出桩身
侧阻力的分布。
关于中性点的位置与桩周土的压缩性、变形条件、土层分 布及桩的刚度等因素有关，较难确定。而且中性点还随时间而 变化。实际工程中，我们可以参考《桩基规范》给出的中性点 深度与桩长的比值，表5.4.4-2
' i
'
i
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当地面分布大面积荷载时：
' i
p
'
i
'
i
i 1
mzm
m1
1 2
i
zi
q
n si
—第 i 层土桩侧负摩阻力标准值；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；
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ni —桩周第 i 层土负摩阻力系数，按表5.4. 4-1 取值；
'
i
—由土自重引起的桩周第
负摩阻力引起基桩的下拉荷载
Q
n g
，并可按下式验
算基桩承载力：
Nk Qgn Ra
注：本条中基桩的竖向承载力特征值 Ra 只计
中性点以下部分侧阻值及端阻值。 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。
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5. 负摩阻力的计算 根据大量工程实践和试验表明，贝伦提出的 “有
对于单桩基础或按上式计算的群桩效应系数 n
＞1时，取 =1。
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【例题】某端承灌注桩桩径1.0m，桩长22m，桩周土性 参数如图所示，地面大面积堆载 p=60kPa，桩周沉降变 形土层下限深度 20m，试按桩基规范计算下拉荷载标 准值（已知中性点深度 Ln / L0=0.8，粘土负摩阻力系数 取0.3，粉质粘土负摩阻力系数取0.4，负摩阻力群桩效 应系数取1.0）。
砂土 自重湿陷性黄土
负摩阻力系数 n n
0.15～0.25 0.25～0.40 0.35～0.50 0.20～0.35
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；
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考虑群桩效应的基桩下拉荷载可按下式计算：
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4.5 桩的负摩阻力
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正摩阻力
负摩阻力
桩侧摩阻力示意图
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1. 桩的负摩阻力概念 正摩阻力：桩相对于周围土向下运动，土对桩
施加向上的摩擦力。这种摩擦力构成了承压桩承载 力的一部分。
负摩阻力：桩相对于周围土向上运动，土对桩 施加向下的摩擦力。这种摩擦力构成了承压桩荷载 的一部分，减少了桩的承载力，还可能引起较大的 沉降。
3. 负摩阻力的分布 桩身负摩阻力的分布与桩周土与桩的相对位移
相关，一般除了支撑于基岩上的非长桩以外，都不 是沿桩身全部分布着负摩阻力。
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se sp ss
ca
S位移
ln 负摩擦区
se 地面土沉降量
sp 桩端的下的下沉量分布
o bd
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中性点深度 ln 一般应按桩周土层沉降与桩沉降相 等的条件计算确定，也可参照表 5.4.4-2 确定。
表5.4.4-2 持力层性质
中性点深度 黏性土、粉土 中密以上砂 砾石、卵石
中性点深度比
0.5~0.6
0.7~0.8
0.9
ln / l0
基岩 1.0
注：1 ln , l0 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层时，ln 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 ln= 0
、
4 当桩周土层计算沉降量小于 20mm 时，ln 应按表列值乘以 0.4~0.8 折减。
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4.桩基础
4. 桩基规范关于桩的负摩阻力的相关规定
下面情况中的桩基，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： 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； 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； 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。
桩基负摩阻
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桩基负摩擦力
桥梁桩基负摩擦力在公路桥梁工程建设中，桥台钻孔灌注桩处于深层软土地基与台背路堤高填土荷载的作用，结果桩侧软弱土层受到桥台台背填土荷载的作用，使软弱土层压缩和桩底下沉及位移，桩产生向下的摩擦力。
也就是说，如果不存在桩基负摩擦阻力，桩基承载力就满足要求，桩基就不会发生持续不均匀沉降。
因此，研究桥台桩基负摩擦阻力是否存在，采取什么措施达到消减桥台桩基负摩力就成为很有必要。
1 桩基负摩擦力发生的条件：桩基负摩擦力能否产生，关键取决于桩和桩侧土的相对位移发展情况。
因此桩基负摩擦力发生的条件有下述几个方面：1）桩基穿过欠固结的软土或新填土，而支承于较坚实的上层土时，由于土的自重作用，使土产生固结。
2）在桩周的地表面有大面积堆载时，引起地面沉降，使桩侧土压密固结，对桩产生负摩擦力。
3）由于地下水位降低，例如在土层中抽取地下水，或采用排水固结法处治软土，此时土层孔隙水压力减小，有效应力增加，引发地基土新的固结下沉。
4）自重湿陷性黄土下沉和冻土融化下沉。
5）在饱和粘土地基中，群桩施工完成后，孔隙水压力消散，隆起的土体逐渐固结下沉，若桩端持力层较硬，则会引起负摩擦力。
6）地基中液化土层发生变化时，引起地基土层大面积下沉，产生桩基负摩擦力。
由此可见，对于桥台桩基工程，当桩穿过可压缩性土层而支承在坚硬的持力层上时，一般都有可能发生负摩擦力。
2 桥台软土地基桩基负摩擦力的大小和深度2. 1 桩基负摩擦力的发生深度一般说来，负摩擦力并不发生于整个软弱土层中。
当水泥混凝土桩基成桩后，随着桥台地面以上路堤填筑荷载的不断增大，桩侧软弱土层逐渐压缩，桩身表面从上而下的正摩擦力慢慢减少，随即产生负摩擦力，变成桩基上部为负摩擦力，桩基下部为正摩擦力。
摩擦力为零的位置为中性点，此点为桩基在该处的位移量与其周围土的下沉量相等之点，它是土与桩之间不产生相对位移之点，如图1 的O1 点所示。
图1 （b） A 是土层轴向位移曲线，B 为桩的截面位移曲线，图1 （c）为桩周摩擦力分布曲线，图1（d）为桩身轴向分布曲线。
地基处理桩基沉降、负摩阻力、水平承载力
x
Kx=cz0.5
（d）”c值” 法
水平荷载下桩内力及位移理论分析—m法 2.计算参数 （1）桩的截面计算宽度b0为：
k f d 1 b1 k f 1.5d 0.5
d＞1m d 1m
Kf—桩的形状系数，圆形桩Kf=0.9，方形桩Kf=1.0； d—桩的直径，方形截面时为桩的边长。
（3）桩身最大弯矩及位置 根据最大弯矩截面剪力为零的条件得到。计算步骤如下： 1、计算CⅠ=αM/H0，查表4-7确定有关参数：
换算深度h和最大弯矩系数CM
2、 计 算 最 大 弯 矩 截 面 度 深为 ： ｚ ＝ ０ h
3、 计 算 桩 身 最 大 弯 矩 ： 为M max CⅡM 0
表4-7时按l≥4.0/α编制，当l＜4.0/α时，可查有关设计手册。
3. 单桩计算 （1） 确定桩顶荷载：
F G N0 n M M0 n
H H0 n
H0
N0
M0
x
承台底面
z
（2） 桩的挠曲微分方程
H0
N0
M0
x
承台底面
d4x d2x EI 4 N 0 2 pz dz dz
N0影响很小可忽略不计， P（Z）= kxxb0 =mzxb0。上式变为：
4.4 桩基础沉降的计算
随着建筑物越来越高大，所遇到的地质条件日趋复杂，特别是考虑桩间土承 担一部分荷载后，沉降已成为一个控制条件，使得桩基沉降计算成为桩基设 计的一个重要内容。
桩基础沉降的计算范围
需要进行沉降计算 ： 地基基础设计等级为甲级建筑物的桩基。 体型复杂或桩端以下存在软弱土层的设计等级为乙级建筑物桩基。 对沉降有严格要求的建筑物桩基。 摩擦型桩基。
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
15桩基础04
30
群桩基础沉降
2、Mindlin积分法
31
群桩水平承载力与变形
单独破坏 破坏模式 整体破坏
32
对于摩擦型群桩基础，当其它因素不变时，
随桩间距增大，其群桩效应会如何？
33
16一、群桩效应源自17一、群桩效应承载力效应 群桩效应 变形效应
承载力效应：群桩效率系数
＝
Qug n u Q
变形效应：变形比
sg nQ s Q
18
一、群桩效应
1、端承型群桩基础
19
一、群桩效应
2、摩擦型群桩基础
(1) 承台底面脱地的情况
20
一、群桩效应
对群桩效应的影响因素：
9
四、桩上负摩擦力的计算 要确定桩身负摩阻力的大小，须先确定中性点的 位臵和负摩阻力强度的大小。 1、中性点的位臵 中性点的位臵取决于桩与桩侧土的相对位移，原 则上应根据桩沉降与桩周土沉降相等的条件确定。但 影响中性点位臵的因素较多，与桩周土的性质和外界 条件(堆载、降水、浸水等)变化有关。
10
四、桩上负摩擦力的计算
身与孔壁之间形成可自由滑动的塑料薄膜隔离层。
14
练 习
15
4.3.3 一、群桩效应
群桩效应
群桩基础：由 2 根以上桩组成的桩基。
群桩效应：竖向苘载作用下，由于承台、桩、 土相互作用．群桩基础中的一根桩单独受荷 时的承载力和变形性状，往往与相同地质条 件和设臵方法的同样独立单桩有显著差别， 这种现象称为群桩效应。
4
二、负摩擦力发生的情况
5
三、负摩擦力特性 （一） 中性点
桩土之间不产生相对位移的截面位臵，称为中性点。
6
三、负摩擦力特性
桩负摩擦力的来源及防治对策
*******************************************************************学年：xxx 姓名：xxx课程名称：地基基础工程 作业序次：第7次课外作业；截止时间：2012年12月26日； 作业题目：桩负摩擦力的来源及防治对策*******************************************************************桩负摩擦力的来源及防治对策Xxx一、 习题4-2 某场区从天然地面起往下的土层分布是：粉质粘土，厚度1L =3m,kpa 24q sla =;粉土,厚度m 6l 2=,kpa q a s 202=;中密的中砂,kpa q a s 303=,kpa a 2600q =。
现采用截面边长为350mm ⨯350mm 的预制桩，承台底面在天然地面以下1.0m ，桩端进入中密中砂的深度为1.0m ，试确定单桩承载力特征值。
解：单桩竖向承载力特征值可按下式计算：i sia P P pa a l q A q R ∑+=μ其中221225.0122500350350m mm A q ==⨯=，m mm p 4.114003504==⨯=μ 所以KN R ）（3016202244.12600125.0a ⨯+⨯+⨯⨯+⨯=KN 7.595)5.2775.318(=+=二、 桩负摩擦力的来源与防治对策负摩擦力是因为桩周围土体的沉降量大于桩的沉降量，土体对桩产生的向下作用的摩擦力。
其来源有：欠固结的软粘土或新填土在重力作用产生固结；大面积堆载使桩周土层压密；由于地下水位的全面下降，有效应力增加，致使地面沉降；湿陷性黄土侵水后产生湿陷；地面应打桩时孔隙水压力剧增而隆起，其后孔压消散而固结下沉等。
防治对策：对于预制混凝土桩及钢桩，一般采用涂以软沥青涂层的方法来减少负摩擦力；对于灌注桩，用高稠度膨胀土泥浆填充预制桩段外围形成隔离层；施工前先经行碾压压实等。
桩基负摩阻力问题讨论
桩基负摩阻力问题讨论（1）负摩擦力是怎么形成的？[简单成因，机理很复杂]（2）地基设计为什么要考虑负摩擦力？（3）实践中什么情况下一般考虑负摩擦力？（4）如何测试和估算负摩擦力？（5）影响抚摩擦力大小的主要因素？（6）工程实践中都有那些方法减小抚摩擦力？（7）抚摩擦力的群桩效应？[研究大多数是单桩，实践中基本是群桩]（8）目前的最新进展。
（1）负摩擦力是怎么形成的？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。
（2）地基设计为什么要考虑负摩擦力？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拽力。
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。
（3）实践中什么情况下一般考虑负摩擦力？这个问题，可以从负摩阻力产生原因来说明：产生负摩擦力的原因主要有，1）欠固结软粘土或新填土的自重固结；2）大面积堆载使桩周土层下沉；3）正常固结软粘土地区地下水位全面下降，有效应力增加引起土层下沉；4）湿陷性黄土湿陷引起沉降。
（4）如何测试和估算负摩擦力？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（Sliding Micrometer---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。
这个方法来推算桩侧摩阻力、负摩阻力。
这个方法大家可以分析一下利弊，从而讨论一个新的途径、方法可以直接测定桩侧摩阻力问题。
这样相比结果更精确可靠，我们的研究也将是一个不小的进步！大家都来思考一下罗，“测定桩侧摩阻力问题！”（5）影响负摩擦力大小的主要因素？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。